3D打印建筑時(shí)間成本研究★

劉 洋， 曹靜雯， 羅 飛， 朱考志， 楊紅雄

（天津理工大學(xué)管理學(xué)院， 天津 300384）

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D打印建筑逐漸登上建筑行業(yè)的舞臺，并進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。國家住建部發(fā)布的《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出“積極開展建筑業(yè)3D打印設(shè)備及材料的研究”。這表明，國家已有未來多樣化的建筑方式與建筑技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。建筑3D打印作為一種全新的建筑方式，能在24 h內(nèi)能打印出10幢200 m2建筑[1]。未來的建筑工地上很有可能不再會(huì)有工人，取而代之的是幾名技術(shù)人員操控打印設(shè)備，可以想象，不久以后建筑工地上大量工人日曬雨淋地砌墻、扎鋼筋、起模板的場景將會(huì)消失，建筑生產(chǎn)將更加省時(shí)省力。建筑3D打印大幅度縮短了工期，為了準(zhǔn)確衡量工期縮短的收益，下文就3D打印建筑的時(shí)間成本這一內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 時(shí)間成本

1.1 時(shí)間成本定義

從建筑行業(yè)的角度研究時(shí)間成本，時(shí)間成本應(yīng)該是一種可以計(jì)量的資源，是如同其他物質(zhì)性原材料一樣的資源投入。因此，從這個(gè)意義上講，時(shí)間成本是以貨幣量為計(jì)量對象、以時(shí)間為計(jì)量工具的成本。本文的時(shí)間成本將被定義為完成一項(xiàng)工程項(xiàng)目或者項(xiàng)目的部分工程所花費(fèi)的時(shí)間內(nèi)所體現(xiàn)的貨幣量。

1.2 時(shí)間成本分類

時(shí)間成本的分類方法有很多，而本文根據(jù)3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑行業(yè)的對比，從一個(gè)工程項(xiàng)目的全階段角度出發(fā)，將時(shí)間成本分為預(yù)防（前期）時(shí)間成本、施工（中期）時(shí)間成本、損失（后期）時(shí)間成本三類。

預(yù)防（前期）時(shí)間成本。是指是為了保證中期施工的順利進(jìn)行和節(jié)約成本，在工程項(xiàng)目施工前的階段花費(fèi)的時(shí)間。例如3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑在施工前的可研階段，為了保證項(xiàng)目的順利施工，對施工人員的培訓(xùn)時(shí)間；運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)系時(shí)間；增進(jìn)客戶關(guān)系和交流的消耗時(shí)間；宣傳安全教育花費(fèi)的時(shí)間等。

施工（中期）時(shí)間成本。其是在建筑的施工過程中，施工方實(shí)施項(xiàng)目花費(fèi)的時(shí)間。實(shí)施成本主要包括材料采購和運(yùn)輸時(shí)間、整個(gè)項(xiàng)目施工時(shí)間，材料機(jī)具保管和維修時(shí)間、機(jī)械租賃時(shí)間、人工時(shí)間、聯(lián)系時(shí)間、會(huì)議和招待時(shí)間、研發(fā)時(shí)間等。

損失（后期）時(shí)間成本。由于在后期項(xiàng)目的驗(yàn)收中，建筑或建筑的某個(gè)施工部分不符合規(guī)定要求或開發(fā)商需求而引發(fā)時(shí)間耗費(fèi)所產(chǎn)生的成本。比如廢品、返工、重新檢查檢驗(yàn)、原材料評審以及產(chǎn)品降級等耗費(fèi)的時(shí)間成本[2]。

2 時(shí)間成本對比步驟

2.1 流程確認(rèn)

也叫做前期準(zhǔn)備階段，是分別對3D打印建筑行業(yè)和傳統(tǒng)建筑行業(yè)施工過程的流程進(jìn)行明確，對所有工序都應(yīng)該進(jìn)行分析梳理，使其明晰化。對于時(shí)間成本的分析，流程確認(rèn)十分重要，時(shí)間計(jì)量必須準(zhǔn)確，因而計(jì)量對象必須明確。對流程的確認(rèn)，應(yīng)該注意該流程分門別類的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 計(jì)量準(zhǔn)備

在開展系統(tǒng)時(shí)間成本計(jì)量之前，必須進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備。一方面，要進(jìn)行計(jì)量人員的準(zhǔn)備。計(jì)量人員，應(yīng)該是由施工單位信息化工作的相關(guān)人員或者財(cái)務(wù)、成本部門的相關(guān)人員組成。另一方面，要進(jìn)行相關(guān)儀器的準(zhǔn)備。也就是時(shí)間計(jì)量儀器。儀器的校準(zhǔn)和調(diào)試是必要的步驟[3]。

2.3 計(jì)量過程

計(jì)量的過程，應(yīng)該是在相關(guān)人員積極維護(hù)下、時(shí)間計(jì)量儀器正常運(yùn)行的過程。計(jì)量時(shí)，分別對3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑進(jìn)行計(jì)量。通過條形碼等相關(guān)技術(shù)，記錄標(biāo)準(zhǔn)施工流程起始和結(jié)束時(shí)間，并通過相關(guān)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行匯總，得到時(shí)間耗費(fèi)。這樣就可以得到3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑行業(yè)的時(shí)間耗費(fèi)數(shù)據(jù)了。值得注意的是，3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑的計(jì)量需要同時(shí)進(jìn)行或者是在相同條件下進(jìn)行，這樣可以排除其他條件例如環(huán)境對施工的干擾。

2.4 計(jì)量轉(zhuǎn)換

分別計(jì)算完3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑行業(yè)的時(shí)間成本后，由于這個(gè)成本是以時(shí)間作為度量單位，因此需要將時(shí)間成本貨幣化，即將時(shí)間的度量單位轉(zhuǎn)化為貨幣的度量單位，見公式（1）。

通過上述公式將時(shí)間成本貨幣化，分別計(jì)算出3D打印建筑和傳統(tǒng)建筑行業(yè)時(shí)間成本的貨幣表現(xiàn)。

3 3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益的比較

要討論3D打印建筑的單位時(shí)間成本，可以先從平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益值的角度出發(fā)，而單位時(shí)間凈收益值的計(jì)算又可從兩種不同的角度進(jìn)行計(jì)算，一個(gè)是從一種項(xiàng)目期內(nèi)的平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益的角度出發(fā)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：資金費(fèi)用明確且足夠詳細(xì)，數(shù)據(jù)收集過程較為簡單，只需收集單個(gè)工程項(xiàng)目的造價(jià)以及其他隱性消費(fèi)成本即可；另一種是從給定的固定時(shí)間內(nèi)平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益的角度出發(fā)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以將3D打印設(shè)備的租賃期或者已購買設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命期作為規(guī)定的時(shí)間，較為方便簡單地考慮設(shè)備的成本[5]。因此，接下來研究也將從這兩種不同的角度出發(fā)，進(jìn)行時(shí)間成本的比對研究。

3.1 一個(gè)項(xiàng)目期內(nèi)平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益比較

假設(shè)一個(gè)相同項(xiàng)目有兩種建設(shè)方式可供選擇，選擇3D打印建筑的方式的社會(huì)平均用時(shí)用T1表示，花費(fèi)的社會(huì)平均成本為C1；選擇傳統(tǒng)建筑方式社會(huì)平均用時(shí)用T2表示，花費(fèi)社會(huì)平均成本為C2；項(xiàng)目社會(huì)平均總價(jià)值為P。則傳統(tǒng)建筑的社會(huì)平均單位時(shí)間凈收益為公式（2），3D打印建筑的社會(huì)平均單位時(shí)間凈收益為公式（3）。

當(dāng)兩種不同建筑方式單位時(shí)間凈收益得出后，就能推導(dǎo)出哪種方式的建筑成本更吸引人，并且能得出3D打印建筑方式節(jié)約的社會(huì)平均單位時(shí)間成本，見公式（4）。

3.2 固定時(shí)間內(nèi)平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益比較

假設(shè)規(guī)定時(shí)間T內(nèi)，3D打印建筑方式社會(huì)平均價(jià)值為P3及社會(huì)平均成本為C3，傳統(tǒng)建筑方式社會(huì)平均價(jià)值為P4及社會(huì)平均成本為C4。那么傳統(tǒng)建筑的社會(huì)平均單位時(shí)間凈收益見公式（5），3D打印建筑的社會(huì)平均單位時(shí)間凈收益見公式（6）。

兩種不同建筑方式單位時(shí)間凈收益導(dǎo)出后，哪種方式的建筑成本更優(yōu)越就顯而易見了，進(jìn)而3D打印建筑方式節(jié)約的社會(huì)平均單位時(shí)間成本表示為公式7。

4 實(shí)例論證

盈創(chuàng)公司創(chuàng)始人馬義和在《3D打印建筑技術(shù)與案例》一書中介紹：目前現(xiàn)場3D打印建筑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)裝配式建筑相比，3D打印建筑打印裝配式建筑無需模板，比如APEC峰會(huì)濂溪?jiǎng)e館圍墻裝飾工程項(xiàng)目節(jié)省大量模板費(fèi)用。除此之外建筑3D工廠打印的裝配式建筑由于材料、工藝等差異在生產(chǎn)時(shí)間周期上縮短約50%～70%的建造時(shí)間[6]。

時(shí)間成本的優(yōu)化在于節(jié)約時(shí)間、減少成本這兩個(gè)角度。盈創(chuàng)公司能在24 h內(nèi)能打印出200 m2建筑的3D打印建筑方式在節(jié)約時(shí)間這一角度已經(jīng)做的相當(dāng)出色。3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比見下頁表1。

由表1得知，3D打印建一個(gè)200 m2的建筑約為115萬元，而傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)一個(gè)200 m2的建筑約為300萬元，并且3D打印建筑時(shí)間為24 h，而傳統(tǒng)建筑時(shí)間約為2個(gè)月。一套200 m2的建筑在天津價(jià)值約1000萬元，所以一個(gè)項(xiàng)目期內(nèi)，相比于傳統(tǒng)建筑，3D打印建筑的平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益為872萬元。而當(dāng)固定時(shí)間為2個(gè)月時(shí)，假設(shè)平均每三天3D打印建筑公司會(huì)去印一幢200 m2建筑，則3D打印建筑平均單位時(shí)間創(chuàng)造的凈收益為315萬元。

5 結(jié)論

通過以上從不同的角度出發(fā)研究3D打印建筑與傳統(tǒng)建筑方式的時(shí)間成本的比較發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)建筑，不論一個(gè)項(xiàng)目期還是固定時(shí)間內(nèi)，3D打印建筑平均時(shí)間內(nèi)都能創(chuàng)造出很大的凈收益。因此3D打印建筑大大節(jié)約了施工過程的時(shí)間成本，有利于提高建筑企業(yè)對時(shí)間的控制能力，減少施工單位的損失，增加時(shí)間帶來的額外收益。

表1 3D打印建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

由于大大降低了時(shí)間成本，所以3D打印建筑在工程建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，有望最終解決世界住房危機(jī)，推動(dòng)全球建筑工程行業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新型變革。

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