“双碳”背景下装配式混凝土建筑增量效益成本分析

摘要：以“双碳”为背景，从财务视角选取装配式混凝土建筑增量效益成本比率作为装配式混凝土建筑增量效益成本分析的关键要素，并选取碳减排率指标构建装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型。以福州市某住宅小区为例，进行模型仿真模拟。研究结果显示，该模型具有一定的科学合理性和动态仿真性。针对模型仿真模拟结果提出相应建议，以期为提高装配式混凝土建筑推广应用效益提供参考。

关键词：“双碳”背景；装配式混凝土建筑；增量效益；成本分析；系统动力学

0引言

2022年，《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》指出，装配式混凝土建筑应在商品住宅和保障性住房中积极推广应用，研究装配式混凝土建筑增量效益成本成为业界和学界共同关注的热点。而研究装配式混凝土建筑增量效益成本的前提是识别其影响因素。现有研究主要聚焦于独立研究装配式混凝土建筑的增量成本和综合效益的影响因素[14]，也有部分学者将二者结合进行研究[56]，尚未有在“双碳”背景下基于系统视角的装配式混凝土建筑增量效益成本研究。因此，本文探索一种更简单、更实用的自适应非线性动态系统方法，以识别出影响装配式混凝土建筑增量效益成本的关键要素，为提升装配式混凝土建筑推广应用效益提供参考。

1理论基础

11系统动力学理论

系统动力学是基于整体系统性视角分析系统内各要素之间的因果反馈，通过绘制因果关系图对整体系统内各要素进行因果关系定性分析，再通过绘制存量流量图对整体系统内各要素进行因果关系定量分析。因果关系图中反馈环分为因果反馈环、正反馈环、负反馈环，反馈环如图1所示。

存量流量图通过速率变量（流量）的流进与流出实现水平变量（存量）的积累效应，存量流量图如图2所示。

明确整体系统的目标和边界是利用系统动力学绘制因果关系图的前提，清晰地界定要素间的变量性质（存量、流量、辅助变量和常量）是绘制存量流量图的核心，科学合理地确定变量之间的初始数值及数学公式是进行系统动力学模型仿真模拟的关键。

12系统动力学应用于装配式混凝土建筑增量效益成本分析的优势

装配式混凝土建筑增量效益成本分析系统是包含效益、成本子系统多因素的复杂系统，且成本、效益随装配率动态变化，设计成本、生产成本、运输成本、安装成本等与总成本之间存在非线性的反馈，人工用量下降、建筑垃圾减排、能耗降低、资源消耗减少等与总效益之间也存在非线性的反馈。同时装配式混凝土建筑的历史增量效益成本样本数据有限，无法使用自适应非线性动态系统建模方法——神经网络，但系统动力学可利用有限的样本数据，实现装配式混凝土建筑增量效益成本的动态仿真模拟，不仅能提高装配式混凝土建筑增量效益成本分析的工作效率，而且能对装配式混凝土建筑增量效益成本进行单要素及多要素的敏感性分析，并运用图的形式简洁明了地呈现装配式混凝土建筑增量效益成本分析的结果。

13技术路线

采用文献法与德尔菲法，对装配式混凝土建筑增量效益成本要素进行收集与筛选，绘制装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型的因果关系图与存量流量图，并基于工程实践案例提炼模型的基础参数，分析模型的动态仿真模拟结果，提出相应的建议，其技术路线如图3所示。

2模型构建

21模型构建的目的及系统边界

为保障装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型的有效性，需明确模型构建的目的，其主要目的如下：

（1）识别装配式建筑增量效益成本的影响要素，合理界定要素的变量性质，并梳理各要素间的因果关系，绘制因果关系图与存量流量图。

（2）借助Vensim PLE软件，基于历史工程实践案例数据，量化常量和辅助变量的初始值，对构建的系统动力学模型进行仿真模拟，预测装配式混凝土建筑增量效益成本比率的发展趋势。

（3）对所构建的模型进行关键要素敏感性分析，探索提高装配式混凝土建筑增量效益成本比率的有效途径。

在明确模型构建目的的基础上，为避免所构建的模型过于烦琐，对模型系统边界进行合理地界定，防止关键要素的遗漏，提高模型仿真模拟运行的高效性和结果的准确性。装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型以效益子系统、成本子系统为边界，其中，影响成本子系统的关键要素是设计、生产、运输及安装阶段的成本增长率；影响效益子系统的关键要素是人工用量下降率、建筑垃圾减少率、能耗降低率及资源消耗降低率。

22模型假设

装配式混凝土建筑项目实施过程中不可控因素较多，逐一列出影响装配式混凝土建筑项目的要素难度较大，而且对装配式混凝土建筑增量效益成本影响较大的要素主要是有限的若干因素，因此对所构建的模型做出如下假设：

（1）装配式混凝土建筑项目实施过程中无自然及人为安全事故造成的成本增加。

（2）装配式混凝土建筑项目实施过程中所处社会、政治环境稳定，“双碳”工作持续推进，装配式建筑市场健康持续发展。

23因果关系图

装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型涉及增量效益成本比率、增量效益成本增长率、增量效益增长率。其中，影响增量效益成本增长率的关键要素是设计、生产、安装、运输阶段的成本增长率。在设计阶段，成本增长率主要取决于设计标准化水平；在生产阶段，成本增长率主要取决于生产规模化水平；在安装阶段，成本增长率主要取决于安装施工效率；在运输阶段，成本增长率主要取决于运输方案先进水平；对设计、生产、安装、运输阶段的增量效益成本增长率均有影响的要素是装配率。影响增量效益增长率的关键要素是人工用量下降率、碳减排率、建筑污水减排率、能耗降低率、资源消耗降低率、建筑垃圾减少率。对以上要素均具有影响的要素也是装配率。装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型的因果关系图如4所示。

由图4可知，以装配率为起点，该系统存在一正一负两条反馈回路：装配率→+装配式混凝土建筑增量效益成本增长率→+装配式混凝土建筑增量效益成本比率→﹣装配率；装配率→+装配式混凝土建筑增量效益增长率→﹣装配式混凝土建筑增量效益成本比率→﹣装配率。

24存量流量图

在图4的基础上，绘制系统存量流量图，如图5所示。存量流量图中，将能耗降低率细化为单位面积电力消耗节省率；资源消耗降低率细化为单位面积钢材、混凝土、木材、保温材料、水泥砂浆、水消耗节省率。

3实证分析

某装配式混凝土建筑住宅小区建筑面积279 03375m2，其中地上建筑面积194 91120m2，地下室建筑面积84 12255m2，项目总投资133 76785万元，单方造价4794元/m2，装配率为20%。

31参数估计

通过选取相同建筑高度和设计方案的某项目，对单位面积碳排放率与单位面积人工用量下降率进行对比分析。通过邀请行业内资深专家赋值，确定设计标准化水平生产规模化水平、安装施工效率、运输方案先进水平。参考相关文献资料，确定其他指标数据。装配式混凝土建筑增量效益成本参数估计见表1。

32仿真分析

在赋值各存量、流量、辅助变量和常量的基础上，借助Vensim PLE软件对所构建的装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型进行复合模拟，分析装配式混凝土建筑增量效益成本的敏感性要素，模型复合模拟图如图6所示。

从图6可知，设计标准化水平、生产规模化水平、安装施工效率、运输方案先进水平均为装配式混凝土建筑增量成本增长率的敏感性要素；单位面积建筑污水减排率、单位面积电力消耗节省率、单位面积保温材料消耗节省率、单位面积水消耗节省率、单位面积水泥砂浆消耗节省率、单位面积木材消耗节省率、单位面积混凝土消耗节省率、单位面积钢材消耗节省率、单位面积建筑垃圾减少率、单位面积碳减排率、单位面积人工用量下降率均为装配式混凝土建筑增量效益增长率的敏感性要素。以设计标准化水平为例，分析设计标准化水平降低和提高50%时，其对装配式混凝土建筑增量效益成本比率的影响情况，设计标准化水平对模型影响分析如图7所示。

由图7可知，当设计标准化水平降低50%时，装配式混凝土建筑增量效益成本比率比初始情况下要低；相反，当设计标准化水平提高50%时，装配式混凝土建筑增量效益成本比率比初始情况下要高。因此，通过提高设计标准化水平，控制预制构件规格数量，降低预制构件在生产、运输及安装阶段的技术难度，减少施工机械的种类及降低施工工艺难度，可使装配式混凝土建筑增量效益成本比率增加。

该住宅小区基于装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学仿真模拟结果，从全链条协同优化装配式混凝土建筑增量成本与信息化技术提升装配式混凝土建筑增量效益两个方面，提高了装配式混凝土建筑增量效益成本比率。具体做法如下：

（1）全链条协同优化装配式混凝土建筑增量成本。装配式混凝土建筑项目的实施涉及政府主管部门、建设单位、设计单位、施工单位、预制构件供应商等众多利益相关方。其建设周期较长，涉及产业链较多，考虑到装配式混凝土建筑在设计标准化水平、生产规模化水平、安装施工效率及运输方案先进水平各方面均有待提高，摸索启蒙阶段试错成本较高，而且装配式混凝土建筑涉及的设计、生产、运输与安装各阶段业务之间的关联性极强，单一环节业务成本降低不足以有效控制装配式混凝土建筑增量成本。因此，基于全产业链条，建设单位、设计单位、施工单位等多方合作，在装配式混凝土建筑各环节共同发力，促使装配式混凝土建筑全产业链条综合降低成本。

（2）信息化技术提升装配式混凝土建筑增量效益。利用BIM、人工智能等技术搭建信息集成平台，使装配式混凝土建筑涉及的众多利益相关方实现实时资源共享和互动，保证信息传达有效到位、沟通互动真实准确，实现设计、生产和施工等环节信息同步，避免多环节沟通障碍引发的能耗及资源消耗，使装配式混凝土建筑涉及的众多利益相关方协同提质增效。

4结语

通过对装配式混凝土建筑增量效益成本系统动力学模型的仿真模拟分析，可知在提高装配式混凝土建筑增量效益成本比率过程中，设计标准化水平、生产规模化水平、安装施工效率、运输方案先进水平均起到关键性作用，尤其是设计阶段的设计标准化水平是实现预制构件标准化、通用性强的关键要素。

基于所得结论，建议从全产业链条出发，项目实施多方合作，在建设各阶段共同发力，综合降低装配式混凝土建筑成本；同时，利用信息化技术推动项目管理提质增效，有效促进装配式混凝土建筑的推广应用。

参考文献

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[6]杨玉胜，洪珍珍基于系统动力学的装配式PC建筑造价控制研究[J]公路与汽运，2019（6）：156159

收稿日期：20240329

作者简介：

范雪娟（1992—），女，工程师，研究方向：工程造价。