不同预制率下主体预制构件增量成本优化研究

苗泽惠，宋晨旭

(吉林建筑大学，吉林 长春 130000)

0 前 言

随着建筑业的不断发展，高效率、低能耗、少污染的装配式建筑成为行业推广的焦点，尽管近年来国家出台了各种补贴政策和法律法规，但装配式独特建造方式带来的高昂成本依然是制约发展的重要因素[1]。纵观国内外学者在装配式建筑成本上的研究，大部分是从宏观角度出发提出相应的控制措施，实施难度较大，制约因素较多。本文从预制率角度出发，系统分析各预制构件对增量成本的敏感程度，找出在特定预制率条件下的最优预制构件组合，最大限度地降低增量成本。

1 预制率研究范围与方法

1.1 预制率研究范围

预制率是装配式建筑特有的评价指标，是衡量装配式建筑预制构件利用程度的重要指标，也是国家制定装配式建筑扶持政策的主要依据[2]。由于装配式建筑产生的周期时间较短、相关的法律法规不够健全，且在预制率方面的要求还比较模糊，因此，各级地方政府对装配式建筑预制率的规定也存在较大的差异，本文将探讨预制率在30%、35%、40%情况下预制构件组合比例与增量成本的关系。

1.2 预制率相关计算

由于不同地区和省份都有着各自的预制率的计算规则，本文项目来源于上海，因此，采用上海的装配式建筑单体预制率计算规则。

方法一：与国标中预制率的计算一致，适用于混凝土结构。

方法二：适用于混凝土结构、钢结构、木结构、混合结构。

建筑体制率=∑(构件重×修正系×制构件比例)

2 单主体构件对增量成本敏感性计算

2.1 构建研究方案

本文选取上海市临港南汇新城某住宅项目作为研究对象，该建筑项目共3层，标准层的建筑面积为5 449 m2。为简化主体构件研究，本项目只考虑柱、梁、板分别在预制情况下对建筑成本的影响，分以下四种方案进行增量成本分析研究：方案1柱梁板都是现浇，方案2柱预制梁板现浇，方案3梁预制柱板现浇，方案4板预制柱梁现浇。

方案1采用传统现浇设计方案，主体构件全部采用现浇施工方式，方案2、3、4采用预制装配式设计方案，在主体构件中部分采用预制的施工方式。通过不同方案的对比能够看出某一主体构件对成本的影响程度。预制构件的选取主要依据上海市《装配式建筑单体预制率和装配率计算细则》，分别为全预制柱、全预制梁、全预制板。

2.2 构件增量成本敏感度计算与分析

运用广联达算量软件分别对四种方案进行混凝土工程量统计和计算，得出项目主体构件在预制和现浇情况下的成本。通过方案2、3、4与方案1进行单位面积成本(元/m2)计算，得出项目在预制部分主体构件方案和全预制方案中的单位面积增量成本(元/m2)，上述二数据：方案1分别为725.15和0，方案2分别为896.72和171.57，方案3分别为823.45和98.3，方案4分别为874.59和149.44。

计算可知，方案3比方案2、3产生的增量成本低，由于受建筑单体预制率因素的影响不能直接说明构件与增量成本的关系，因此，本文引入了构件的预制率增量成本敏感性计算。

预制率增量成本敏感性是指单位面积的增量成本与预制率的比值。它表示构件每增加1%的预制率所带来的增量成本。敏感度越低说明构件预制率提高越经济。对方案2、3、4运用建筑单体预制率计算方法二和预制率增量成本敏感性，得出单体预制率(%)和敏感性：方案2为9和19.06，方案3为19.8和4.96，方案4为25.2和5.93。

计算可知，构件预制率对增量成本敏感程度最小的是方案3，也就是说预制率相同的情况下，项目在采用预制单体构件预制梁引起的增量成本最低。为深入分析造成该差异的原因，通过走访上海市多个建筑市场，总结如下：生产方面，构件梁的数量较多，设计规格较为统一，相对柱板生产效率更高；运输方面，全预制梁形状规则差异性较小，运输效率相比主板较高；安装方面，全预制梁构件个性化程度较低、体积较小，对吊装机械的要求较低。因此，装配式建筑在选择单预制构件时，采用全预制梁最为经济。在提高项目总体预制率时，应优先考虑增加预制梁的比例。

3 主体预制构件增量成本优化

首先确定构件梁的预制贡献量，计算出构件柱、板总体预制率贡献量，其次引入参数a使得构件柱、板建立关系，通过改变a值的大小找到在不同预制率下增量成本最小的预制混凝土体积比。最后反推出各预制率下主体构件最优预制比例，从而达到优化的效果。

3.1 构件预制率贡献量计算

基于预制构件敏感度分析可知，相同条件下预制梁相比其他预制构件更经济，因此，在采用三种构件组合方案时应最大限度增加梁的预制比例，也就是说增加梁的预制贡献量比例。构件梁预制率贡献量的计算基于广联达算量软件，测算出不同预制率下构件梁的混凝土总体积，通过扣除结构设计中一些关键节点、关键部位现浇梁的混凝土体积，得出构件梁最理想的预制贡献量。最后依据装配式建筑单体预制率计算方法一，得出构件柱板需要预制率的贡献量。通过软件的统计和计算得出，构件梁和柱板的预制率贡献率(见表1)。

表1 构件梁和柱板的预制率贡献率

3.2 不同预制率下柱板预制率最优贡献量分析

基于构件柱与构件板的预制贡献量的计算结果，通过改变参数a值的大小，进而得到组合关系与增量成本的关系如图1所示。

图1 柱板组合与增量成本变化曲线

从图1中可以看出，随着单体预制率的增加、成本增量不断增大，在单体预制率为30%中，随着a值的增大，ΔP先减小后再增加。当a=3.6时，成本增量最小，为207.64元/ m2，达到此装配率下的最优经济配比方案。在单体预制率为35%中，增量成本曲线随着a的增大呈下降趋势，ΔP由326.16元/ m2逐渐下降至250元/ m2左右，斜率趋于0。由于受构件混凝土量的影响，构件板与柱最大限度的体积比不超过5.2。因而当a=5.2时，成本增量最小，为250元/ m2，达到此装配率下的最优经济配比方案。在单体预制率为40%中，增量成本曲线随着a的增大下降幅度较大，ΔP在a=4.4时取最小值为318.76，即为优经济配比方案。

通过柱板组合与增量成本分析可以看出，控制构件板预制部分混凝土比例，可以有效降低装配式建筑的增量成本。因此基于装配式框架结构的预制构件最优预制比例，结合预制柱板预制率贡献量能够计算出在不同预制率下预制柱与预制板提供的最优混凝土量，如表2所示。

表2 不同预制率下预制柱与预制板的最优混凝土量

3.3 优化方案确定

软件统计数据显示，在该项目中构件梁、板、柱所占混凝土量分别为20%、30%、15%，因此，能够计算出梁板柱各类构件的总混凝土体积，基于预制梁、柱、板提供的最优混凝土量的计算，计算出在不同预制率下的最优预制比例(见表3)。

表3 不同预制率下的最优预制比例

从表3中可以看出，预制率为30%时，预制构件选取的最优组合比例为0.17∶0.95∶0.29，此时土建成本增量最低，为207.64元/ m2；当预制率为35%时，装配式建筑预制构件选取的最优组合比例为0.18∶0.92∶0.46，此时土建成本增量最低，为250元/ m2；当预制率为40%时，装配式建筑预制构件选取的最优组合比例为0.27∶0.91∶0.29，此时土建成本增量最低，为318.76元/ m2。

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