裝配式建筑成本影響因素研究

武亞帥 常 嘉 戴堅強

(1.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430070； 3.湖北路港工程咨詢有限公司，湖北 武漢 430070)

裝配式建筑節(jié)約材料、降低能耗、縮短工期，有效改善施工環(huán)境和質(zhì)量，但其市場占有率不高，阻礙其推廣的直接原因是建造成本較高。

桑培東[1]通過構(gòu)建SEM模型，認(rèn)為成本體系對裝配式建筑影響最為重要，也有研究表明預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本對裝配式建筑影響較大[2,3]，其中預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中材料費、前期固定成本[4]是裝配式建筑成本增加的重要因素。還有學(xué)者認(rèn)為預(yù)制構(gòu)件運輸成本占比大[5]，但對各階段其他影響因素未能全面考慮。

上述研究未充分考慮各階段之間的相互影響，鑒于此，本文以預(yù)制構(gòu)件為研究對象，在考慮構(gòu)件生產(chǎn)三個階段以及構(gòu)件信息技術(shù)運用相互影響的情況下，運用AHP層次分析法，最終從整個過程中找到影響裝配式建筑建造成本的關(guān)鍵因素并提出對策。

1 范圍界定及關(guān)鍵因素選取

1.1 研究范圍界定

1)本文以預(yù)制構(gòu)件為研究對象，以預(yù)制構(gòu)件的整個施工過程來定義建造成本，包括預(yù)制構(gòu)件的現(xiàn)場組裝施工成本及預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸階段的成本。2)本文從裝配式建筑總承包的視角出發(fā)，研究總承包所有裝配式建筑項目的建造成本，而非單個裝配式建筑的建造成本。

1.2 關(guān)鍵因素的選取

為了科學(xué)有效的評價裝配式建筑建造成本的影響因素，本文大量研究了目前我國學(xué)者在裝配式建筑建造成本影響方面的研究，按照預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本、運輸成本、組裝成本以及預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用信息技術(shù)四個方面，最終建立影響裝配式建筑建造成本因素，如表1所示。

2 基于系統(tǒng)影響的AHP模型建立

2.1 系統(tǒng)影響分析

根據(jù)調(diào)研以及專業(yè)知識分析新興的信息技術(shù)能夠通過影響設(shè)計間接影響其他階段，并且能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件各個作業(yè)空間的合理調(diào)度。基于分析，建立預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程系統(tǒng)影響圖，具體見圖1。

其中包含了兩個系統(tǒng)：1)系統(tǒng)1：預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、組裝以及信息技術(shù)應(yīng)用對裝配式建造成本的影響。2)系統(tǒng)2：構(gòu)件信息技術(shù)應(yīng)用對構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、組裝的影響。

2.2 層次分析法

層次分析方法能夠提供一致性檢驗，使專家思想邏輯保持一致，不會出現(xiàn)內(nèi)部矛盾，其具體步驟如下所示：

1)構(gòu)造判斷矩陣，利用1～9比例標(biāo)尺，相對重要性比例標(biāo)度的含義如表2所示。

表1 影響裝配式建筑施工成本因素

潛在因變量測量變量預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)成本(A)預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度(A1)模具等固定成本(A2)預(yù)制構(gòu)件定期檢查(A3)倉儲及維護(hù)(A4)預(yù)制構(gòu)件運輸(B)車輛調(diào)度(B1)運輸車輛選擇(B2)路線選擇及優(yōu)化(B3)裝卸及預(yù)制構(gòu)件保護(hù)設(shè)備(B4)預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場組(C)預(yù)制構(gòu)件連接(C1)垂直運輸機械(C2)專業(yè)操作人員(C3)倉儲保管(C4)預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用信息技術(shù)(D)BIM技術(shù)運用(D1)云模型運用(D2)RFID技術(shù)運用(D3)

表2 指標(biāo)權(quán)重比較基準(zhǔn)

同一準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)專家根據(jù)兩兩重要度，進(jìn)行指標(biāo)打分，最終整理得到因素權(quán)重的判斷矩陣，如表3所示。

如果aij<1，表示Ai比Aj重要;

如果aij=1，表示Ai與Aj同樣重要;

如果aij>1，表示Aj與Ai同樣重要。

2)一致性檢驗。

a.計算一致性指標(biāo)：

(1)

b.計算相對一致性指標(biāo)：

CR=CI/RI

(2)

其中，RI為平均隨機一致性指標(biāo)，是足夠多個根據(jù)隨機發(fā)生的判斷矩陣計算的一致性指標(biāo)的平均值。1～10階段的RI取值如表4所示。

表4 平均一致性指標(biāo)

一般而言，CR越小表明判斷矩陣一致性越好，通常認(rèn)為CR≤0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性。

3)層次分析法指標(biāo)權(quán)重的確定(本研究運用方根法)。

a.判斷矩陣各行各元素的乘積：

(3)

b.指標(biāo)權(quán)重的計算：

(4)

c.最大特征值：

(5)

4)計算組合權(quán)重。

得到一級指標(biāo)權(quán)重后，下一步進(jìn)行下一級指標(biāo)權(quán)重的計算，如果一級指標(biāo)層對目標(biāo)層的相對權(quán)重為：

則二級指標(biāo)層對一級指標(biāo)層的相對權(quán)重為：

因此，方案層中的各方案對目標(biāo)層的相對權(quán)重Wi為:

(6)

根據(jù)式(1)～式(6)再結(jié)合專家打分表計算出指標(biāo)體系中的一級指標(biāo)以及二級指標(biāo)的權(quán)重和一致性檢驗指標(biāo)，如表4所示，且各一致性檢驗指標(biāo)均小于0.1，說明有較好的一致性。

2.3 數(shù)據(jù)來源

通過實地調(diào)研、訪談和文獻(xiàn)閱讀，在表1中選取裝配式建筑成本影響因素分析的基礎(chǔ)，進(jìn)行基于系統(tǒng)影響的問卷調(diào)查。此次調(diào)查涵蓋了不同企業(yè)、年齡段、性別的裝配式建筑相關(guān)人員，本次共發(fā)放300份問卷有效回收85%，表明問卷的可靠性、適用性滿足要求。

3 指標(biāo)權(quán)重計算及數(shù)據(jù)分析

3.1 指標(biāo)權(quán)重計算

根據(jù)層次分析法的分析步驟，結(jié)合問卷調(diào)查資料整理結(jié)果，首先對系統(tǒng)1進(jìn)行分析，具體如表5所示。

為了保持決策者做成對比較的一致性，我們要對指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗，其計算步驟如下：

第一步，將成對比較矩陣中的每一列與該列所對應(yīng)的系數(shù)相乘，然后再相加，得到一個向量“加權(quán)值”。

第二步，將第一步得到的加權(quán)值向量除以每個標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先級。

0.842/0.21=4.010；1.010/0.25=4.040；

0.674/0.17=3.965；1.516/0.38=3.990。

第三步，計算第二步得到的值的平均值，用AW表示。

AW=(4.010+4.040+3.965+3.990)/4=4.001 3。

第四步，計算一致性指標(biāo)：

第五步，計算CR：

則一致性可以接受。

表5 系統(tǒng)1指標(biāo)的比較結(jié)果

同理，系統(tǒng)二以及二級指標(biāo)權(quán)重如表6，表7所示。

表7 系統(tǒng)二級指標(biāo)權(quán)重表

3.2 結(jié)果分析

通過表1，表2以及表3的結(jié)果對整體進(jìn)行分析如下：

系統(tǒng)1中預(yù)制構(gòu)件信息技術(shù)運用及運輸對裝配式建筑建造成本影響較為顯著，可適當(dāng)增加信息技術(shù)成本投入以及對運輸階段進(jìn)行優(yōu)化；系統(tǒng)2中預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用的信息技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件的運輸和現(xiàn)場組裝的影響較大，所以要加大對這兩個方面的成本投入，同時通過信息化管理控制預(yù)制構(gòu)件在各個作業(yè)空間的合理調(diào)度。

對各階段結(jié)果進(jìn)行分析如下：構(gòu)件生產(chǎn)階段，預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度、模具等固定成本對其影響較大，要加快預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)制定，利用預(yù)制構(gòu)件的規(guī)模效應(yīng)來降低固定投入成本。構(gòu)件運輸階段，車輛調(diào)度和路線的選擇及優(yōu)化對預(yù)制構(gòu)件運輸成本影響較大，因為運輸預(yù)制構(gòu)件體量較大、運距遠(yuǎn)、要求較高，所以充分考慮預(yù)制構(gòu)件廠的位置選擇。構(gòu)件現(xiàn)場組裝階段吊裝機械和專業(yè)操作人員對成本影響較大，因為吊裝的預(yù)制構(gòu)件多且難度大，同時對操作人員的技術(shù)要求較高，要加大投入成本控制這兩個關(guān)鍵因素。

4 結(jié)語

1)基于系統(tǒng)化的AHP的裝配式建筑成本分析，表明預(yù)制構(gòu)件的信息技術(shù)運用和運輸對裝配式建筑成本影響最大，其他階段相對較小且構(gòu)件信息技術(shù)運用十分重要。

2)預(yù)制構(gòu)件廠選址、車輛調(diào)度、路線的選擇及優(yōu)化、預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度、模具等固定成本、吊裝機械和專業(yè)操作人員是最終直接影響裝配式建筑成本的關(guān)鍵因素。