“雙碳”背景下裝配式混凝土建筑增量效益成本分析

摘要：以“雙碳”為背景，從財(cái)務(wù)視角選取裝配式混凝土建筑增量效益成本比率作為裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的關(guān)鍵要素，并選取碳減排率指標(biāo)構(gòu)建裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。以福州市某住宅小區(qū)為例，進(jìn)行模型仿真模擬。研究結(jié)果顯示，該模型具有一定的科學(xué)合理性和動(dòng)態(tài)仿真性。針對(duì)模型仿真模擬結(jié)果提出相應(yīng)建議，以期為提高裝配式混凝土建筑推廣應(yīng)用效益提供參考。

關(guān)鍵詞：“雙碳”背景；裝配式混凝土建筑；增量效益；成本分析；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

0引言

2022年，《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》指出，裝配式混凝土建筑應(yīng)在商品住宅和保障性住房中積極推廣應(yīng)用，研究裝配式混凝土建筑增量效益成本成為業(yè)界和學(xué)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)。而研究裝配式混凝土建筑增量效益成本的前提是識(shí)別其影響因素?，F(xiàn)有研究主要聚焦于獨(dú)立研究裝配式混凝土建筑的增量成本和綜合效益的影響因素[14]，也有部分學(xué)者將二者結(jié)合進(jìn)行研究[56]，尚未有在“雙碳”背景下基于系統(tǒng)視角的裝配式混凝土建筑增量效益成本研究。因此，本文探索一種更簡(jiǎn)單、更實(shí)用的自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)方法，以識(shí)別出影響裝配式混凝土建筑增量效益成本的關(guān)鍵要素，為提升裝配式混凝土建筑推廣應(yīng)用效益提供參考。

1理論基礎(chǔ)

11系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是基于整體系統(tǒng)性視角分析系統(tǒng)內(nèi)各要素之間的因果反饋，通過(guò)繪制因果關(guān)系圖對(duì)整體系統(tǒng)內(nèi)各要素進(jìn)行因果關(guān)系定性分析，再通過(guò)繪制存量流量圖對(duì)整體系統(tǒng)內(nèi)各要素進(jìn)行因果關(guān)系定量分析。因果關(guān)系圖中反饋環(huán)分為因果反饋環(huán)、正反饋環(huán)、負(fù)反饋環(huán)，反饋環(huán)如圖1所示。

存量流量圖通過(guò)速率變量（流量）的流進(jìn)與流出實(shí)現(xiàn)水平變量（存量）的積累效應(yīng)，存量流量圖如圖2所示。

明確整體系統(tǒng)的目標(biāo)和邊界是利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)繪制因果關(guān)系圖的前提，清晰地界定要素間的變量性質(zhì)（存量、流量、輔助變量和常量）是繪制存量流量圖的核心，科學(xué)合理地確定變量之間的初始數(shù)值及數(shù)學(xué)公式是進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真模擬的關(guān)鍵。

12系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的優(yōu)勢(shì)

裝配式混凝土建筑增量效益成本分析系統(tǒng)是包含效益、成本子系統(tǒng)多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，且成本、效益隨裝配率動(dòng)態(tài)變化，設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本、安裝成本等與總成本之間存在非線性的反饋，人工用量下降、建筑垃圾減排、能耗降低、資源消耗減少等與總效益之間也存在非線性的反饋。同時(shí)裝配式混凝土建筑的歷史增量效益成本樣本數(shù)據(jù)有限，無(wú)法使用自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模方法——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可利用有限的樣本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土建筑增量效益成本的動(dòng)態(tài)仿真模擬，不僅能提高裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的工作效率，而且能對(duì)裝配式混凝土建筑增量效益成本進(jìn)行單要素及多要素的敏感性分析，并運(yùn)用圖的形式簡(jiǎn)潔明了地呈現(xiàn)裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的結(jié)果。

13技術(shù)路線

采用文獻(xiàn)法與德?tīng)柗品?，?duì)裝配式混凝土建筑增量效益成本要素進(jìn)行收集與篩選，繪制裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的因果關(guān)系圖與存量流量圖，并基于工程實(shí)踐案例提煉模型的基礎(chǔ)參數(shù)，分析模型的動(dòng)態(tài)仿真模擬結(jié)果，提出相應(yīng)的建議，其技術(shù)路線如圖3所示。

2模型構(gòu)建

21模型構(gòu)建的目的及系統(tǒng)邊界

為保障裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的有效性，需明確模型構(gòu)建的目的，其主要目的如下：

（1）識(shí)別裝配式建筑增量效益成本的影響要素，合理界定要素的變量性質(zhì)，并梳理各要素間的因果關(guān)系，繪制因果關(guān)系圖與存量流量圖。

（2）借助Vensim PLE軟件，基于歷史工程實(shí)踐案例數(shù)據(jù)，量化常量和輔助變量的初始值，對(duì)構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真模擬，預(yù)測(cè)裝配式混凝土建筑增量效益成本比率的發(fā)展趨勢(shì)。

（3）對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行關(guān)鍵要素敏感性分析，探索提高裝配式混凝土建筑增量效益成本比率的有效途徑。

在明確模型構(gòu)建目的的基礎(chǔ)上，為避免所構(gòu)建的模型過(guò)于煩瑣，對(duì)模型系統(tǒng)邊界進(jìn)行合理地界定，防止關(guān)鍵要素的遺漏，提高模型仿真模擬運(yùn)行的高效性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型以效益子系統(tǒng)、成本子系統(tǒng)為邊界，其中，影響成本子系統(tǒng)的關(guān)鍵要素是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝階段的成本增長(zhǎng)率；影響效益子系統(tǒng)的關(guān)鍵要素是人工用量下降率、建筑垃圾減少率、能耗降低率及資源消耗降低率。

22模型假設(shè)

裝配式混凝土建筑項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中不可控因素較多，逐一列出影響裝配式混凝土建筑項(xiàng)目的要素難度較大，而且對(duì)裝配式混凝土建筑增量效益成本影響較大的要素主要是有限的若干因素，因此對(duì)所構(gòu)建的模型做出如下假設(shè)：

（1）裝配式混凝土建筑項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中無(wú)自然及人為安全事故造成的成本增加。

（2）裝配式混凝土建筑項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所處社會(huì)、政治環(huán)境穩(wěn)定，“雙碳”工作持續(xù)推進(jìn)，裝配式建筑市場(chǎng)健康持續(xù)發(fā)展。

23因果關(guān)系圖

裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型涉及增量效益成本比率、增量效益成本增長(zhǎng)率、增量效益增長(zhǎng)率。其中，影響增量效益成本增長(zhǎng)率的關(guān)鍵要素是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)輸階段的成本增長(zhǎng)率。在設(shè)計(jì)階段，成本增長(zhǎng)率主要取決于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平；在生產(chǎn)階段，成本增長(zhǎng)率主要取決于生產(chǎn)規(guī)模化水平；在安裝階段，成本增長(zhǎng)率主要取決于安裝施工效率；在運(yùn)輸階段，成本增長(zhǎng)率主要取決于運(yùn)輸方案先進(jìn)水平；對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)輸階段的增量效益成本增長(zhǎng)率均有影響的要素是裝配率。影響增量效益增長(zhǎng)率的關(guān)鍵要素是人工用量下降率、碳減排率、建筑污水減排率、能耗降低率、資源消耗降低率、建筑垃圾減少率。對(duì)以上要素均具有影響的要素也是裝配率。裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的因果關(guān)系圖如4所示。

由圖4可知，以裝配率為起點(diǎn)，該系統(tǒng)存在一正一負(fù)兩條反饋回路：裝配率→+裝配式混凝土建筑增量效益成本增長(zhǎng)率→+裝配式混凝土建筑增量效益成本比率→﹣裝配率；裝配率→+裝配式混凝土建筑增量效益增長(zhǎng)率→﹣裝配式混凝土建筑增量效益成本比率→﹣裝配率。

24存量流量圖

在圖4的基礎(chǔ)上，繪制系統(tǒng)存量流量圖，如圖5所示。存量流量圖中，將能耗降低率細(xì)化為單位面積電力消耗節(jié)省率；資源消耗降低率細(xì)化為單位面積鋼材、混凝土、木材、保溫材料、水泥砂漿、水消耗節(jié)省率。

3實(shí)證分析

某裝配式混凝土建筑住宅小區(qū)建筑面積279 03375m2，其中地上建筑面積194 91120m2，地下室建筑面積84 12255m2，項(xiàng)目總投資133 76785萬(wàn)元，單方造價(jià)4794元/m2，裝配率為20%。

31參數(shù)估計(jì)

通過(guò)選取相同建筑高度和設(shè)計(jì)方案的某項(xiàng)目，對(duì)單位面積碳排放率與單位面積人工用量下降率進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)資深專家賦值，確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平生產(chǎn)規(guī)?；?、安裝施工效率、運(yùn)輸方案先進(jìn)水平。參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定其他指標(biāo)數(shù)據(jù)。裝配式混凝土建筑增量效益成本參數(shù)估計(jì)見(jiàn)表1。

32仿真分析

在賦值各存量、流量、輔助變量和常量的基礎(chǔ)上，借助Vensim PLE軟件對(duì)所構(gòu)建的裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行復(fù)合模擬，分析裝配式混凝土建筑增量效益成本的敏感性要素，模型復(fù)合模擬圖如圖6所示。

從圖6可知，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平、生產(chǎn)規(guī)?；?、安裝施工效率、運(yùn)輸方案先進(jìn)水平均為裝配式混凝土建筑增量成本增長(zhǎng)率的敏感性要素；單位面積建筑污水減排率、單位面積電力消耗節(jié)省率、單位面積保溫材料消耗節(jié)省率、單位面積水消耗節(jié)省率、單位面積水泥砂漿消耗節(jié)省率、單位面積木材消耗節(jié)省率、單位面積混凝土消耗節(jié)省率、單位面積鋼材消耗節(jié)省率、單位面積建筑垃圾減少率、單位面積碳減排率、單位面積人工用量下降率均為裝配式混凝土建筑增量效益增長(zhǎng)率的敏感性要素。以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平為例，分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平降低和提高50%時(shí)，其對(duì)裝配式混凝土建筑增量效益成本比率的影響情況，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平對(duì)模型影響分析如圖7所示。

由圖7可知，當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平降低50%時(shí)，裝配式混凝土建筑增量效益成本比率比初始情況下要低；相反，當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平提高50%時(shí)，裝配式混凝土建筑增量效益成本比率比初始情況下要高。因此，通過(guò)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平，控制預(yù)制構(gòu)件規(guī)格數(shù)量，降低預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝階段的技術(shù)難度，減少施工機(jī)械的種類及降低施工工藝難度，可使裝配式混凝土建筑增量效益成本比率增加。

該住宅小區(qū)基于裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模擬結(jié)果，從全鏈條協(xié)同優(yōu)化裝配式混凝土建筑增量成本與信息化技術(shù)提升裝配式混凝土建筑增量效益兩個(gè)方面，提高了裝配式混凝土建筑增量效益成本比率。具體做法如下：

（1）全鏈條協(xié)同優(yōu)化裝配式混凝土建筑增量成本。裝配式混凝土建筑項(xiàng)目的實(shí)施涉及政府主管部門、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商等眾多利益相關(guān)方。其建設(shè)周期較長(zhǎng)，涉及產(chǎn)業(yè)鏈較多，考慮到裝配式混凝土建筑在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平、生產(chǎn)規(guī)模化水平、安裝施工效率及運(yùn)輸方案先進(jìn)水平各方面均有待提高，摸索啟蒙階段試錯(cuò)成本較高，而且裝配式混凝土建筑涉及的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸與安裝各階段業(yè)務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，單一環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)成本降低不足以有效控制裝配式混凝土建筑增量成本。因此，基于全產(chǎn)業(yè)鏈條，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位等多方合作，在裝配式混凝土建筑各環(huán)節(jié)共同發(fā)力，促使裝配式混凝土建筑全產(chǎn)業(yè)鏈條綜合降低成本。

（2）信息化技術(shù)提升裝配式混凝土建筑增量效益。利用BIM、人工智能等技術(shù)搭建信息集成平臺(tái)，使裝配式混凝土建筑涉及的眾多利益相關(guān)方實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)資源共享和互動(dòng)，保證信息傳達(dá)有效到位、溝通互動(dòng)真實(shí)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等環(huán)節(jié)信息同步，避免多環(huán)節(jié)溝通障礙引發(fā)的能耗及資源消耗，使裝配式混凝土建筑涉及的眾多利益相關(guān)方協(xié)同提質(zhì)增效。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)裝配式混凝土建筑增量效益成本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的仿真模擬分析，可知在提高裝配式混凝土建筑增量效益成本比率過(guò)程中，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平、生產(chǎn)規(guī)模化水平、安裝施工效率、運(yùn)輸方案先進(jìn)水平均起到關(guān)鍵性作用，尤其是設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平是實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、通用性強(qiáng)的關(guān)鍵要素。

基于所得結(jié)論，建議從全產(chǎn)業(yè)鏈條出發(fā)，項(xiàng)目實(shí)施多方合作，在建設(shè)各階段共同發(fā)力，綜合降低裝配式混凝土建筑成本；同時(shí)，利用信息化技術(shù)推動(dòng)項(xiàng)目管理提質(zhì)增效，有效促進(jìn)裝配式混凝土建筑的推廣應(yīng)用。

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收稿日期：20240329

作者簡(jiǎn)介：

范雪娟（1992—），女，工程師，研究方向：工程造價(jià)。