裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)工程造價(jià)的影響

摘 要：針對(duì)北京地區(qū)裝配式住宅建筑工程造價(jià)普遍較高的問(wèn)題，本文研究了裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)造價(jià)的影響。首先，對(duì)裝配式住宅造價(jià)影響機(jī)理進(jìn)行分析。其次，建立影響關(guān)系分析模型，獲取北京地區(qū)近期竣工裝配式住宅建筑項(xiàng)目數(shù)據(jù)，計(jì)算影響關(guān)系皮爾遜相關(guān)系數(shù)，完成影響關(guān)系分析。最后，結(jié)合分析結(jié)果，優(yōu)化裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。應(yīng)用優(yōu)化后的設(shè)計(jì)思路可以有效降低裝配式住宅建筑工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞：裝配式；標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；造價(jià)

中圖分類號(hào)：TU 72 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

目前，由于裝配式建筑造價(jià)比現(xiàn)澆房高，因此導(dǎo)致此類建筑在市場(chǎng)內(nèi)的發(fā)展一直受到嚴(yán)重制約，過(guò)高的造價(jià)也有悖于建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初衷[1]。在現(xiàn)階段的裝配式住宅建造過(guò)程中，分析設(shè)計(jì)水平對(duì)工程成本的影響，找到影響造價(jià)的主要因素，以此降低工程成本，是一項(xiàng)十分重要的工作。

1 影響機(jī)理分析

數(shù)據(jù)分析是解決問(wèn)題的過(guò)程，將已有的裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平指標(biāo)與其工程造價(jià)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，旨在掌握標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平與施工成本間的內(nèi)在聯(lián)系，以此確定影響施工造價(jià)成本的關(guān)鍵因素。

根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)踐可知，建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)其造價(jià)的影響較為直接，下述將從裝配式建筑中的構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸費(fèi)用、人工費(fèi)用和工程建設(shè)施工機(jī)械費(fèi)用3個(gè)方面出發(fā)，分析住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)工程項(xiàng)目造價(jià)成本的影響機(jī)理。

構(gòu)件生產(chǎn)運(yùn)輸費(fèi)用包括構(gòu)件組裝成本、生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本和儲(chǔ)存維護(hù)成本等，構(gòu)件的生產(chǎn)成本與可重復(fù)生產(chǎn)率有較為直接的關(guān)系[2]。即構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程涉及構(gòu)件模板制作及固定、鋼筋制作綁扎和構(gòu)件吊裝堆放等。構(gòu)件的可重復(fù)生產(chǎn)率越高，模板的周轉(zhuǎn)率也越高，臺(tái)模的需求越少，制造人員可以更容易、更熟練地制造和綁扎鋼筋[3]。同時(shí)，在這種條件下，構(gòu)件生產(chǎn)對(duì)吊裝設(shè)備的規(guī)格要求會(huì)進(jìn)一步降低，堆放將更簡(jiǎn)便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周轉(zhuǎn)性的施工材料可進(jìn)行二次利用。另外，對(duì)一些消耗品來(lái)說(shuō)，相同型號(hào)的產(chǎn)品采購(gòu)費(fèi)用也較低。因此，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的裝配式建筑物來(lái)說(shuō)，較高的重復(fù)生產(chǎn)率可以降低構(gòu)件的生產(chǎn)成本，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平越高，即生產(chǎn)中的構(gòu)件規(guī)整度越高，建造中的造價(jià)成本越低。

按照上述方式，分析人工費(fèi)用、工程建設(shè)施工機(jī)械費(fèi)用對(duì)裝配式建筑施工造價(jià)的影響，分析后可以發(fā)現(xiàn)，提出的兩種支出費(fèi)用與裝配式建筑設(shè)計(jì)水平間存在同樣的反比例關(guān)系，即適當(dāng)?shù)靥嵘龢?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平，可以有效降低工程建造、施工中的人工費(fèi)用以及工程建設(shè)施工機(jī)械費(fèi)用。綜合上述分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)裝配式建筑建造過(guò)程中各項(xiàng)造價(jià)構(gòu)成的影響示意圖，如圖1所示。

2 裝配式住宅標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)對(duì)造價(jià)影響分析

2.1 建立影響關(guān)系分析模型

深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具有能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜輸入和特征參數(shù)間非線性映射等特點(diǎn)。同時(shí)，此方法具有較好的學(xué)習(xí)能力和輸出方便精確等優(yōu)點(diǎn)，能有效解決該問(wèn)題。本文還提出了一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法[4]。人工神經(jīng)指的是一種通過(guò)模擬人腦思維活動(dòng)和大腦處理信息過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，可以以信息處理的角度為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將人腦神經(jīng)元的活動(dòng)過(guò)程從抽象描述成具體。此算法具有自學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶和快速搜索等特點(diǎn)，能有效地解決復(fù)雜的非線性問(wèn)題。神經(jīng)就是利用這一機(jī)制，進(jìn)行自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)，并逐漸地調(diào)節(jié)和修正神經(jīng)元連接的權(quán)值，從而映射輸入和輸出。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元模型如圖2所示。

在對(duì)造價(jià)的影響分析中，輸出結(jié)果為裝配式住宅建筑的安裝費(fèi)用每平方米的造價(jià)指標(biāo)。結(jié)合圖2，神經(jīng)元模型如公式（1）所示。

（1）

式中：θ為神經(jīng)元內(nèi)部設(shè)定的閾值。當(dāng)BP神經(jīng)輸出結(jié)果與期望值存在差異時(shí)，可以利用公式（2）計(jì)算誤差。

（2）

式中：E為輸出結(jié)果與期望值間的誤差；dj為期望值；yj為輸出結(jié)果。對(duì)神經(jīng)輸入誤差進(jìn)行調(diào)整可以看作是對(duì)各層權(quán)值進(jìn)行調(diào)整?？刹捎锰荻认陆档姆椒ㄕ{(diào)整權(quán)值，以此縮小誤差。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劃分為3個(gè)層面，分別是輸入層、隱含層和輸出層。其中，輸入層內(nèi)神經(jīng)可接收外部信息，而隱含層的內(nèi)神經(jīng)可連接輸入層與輸出層，輸出層可輸出與反饋結(jié)果[5]。在微觀層次上，每個(gè)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)1類激勵(lì)函數(shù)，其輸出受網(wǎng)絡(luò)連接方式、權(quán)重大小和激勵(lì)函數(shù)等因素影響，通過(guò)組合和轉(zhuǎn)換權(quán)重，得到輸出結(jié)果。

針對(duì)各評(píng)估指標(biāo)在輸入特征中的變化幅度差異較大的特點(diǎn)，將采集的原始數(shù)據(jù)歸一化，保證輸入特征值的均一性和收斂性。采用最大最小標(biāo)準(zhǔn)化的方式，將需要輸入模型中的樣本信號(hào)映射到[0，1]，如公式（3）所示。

Xmorm=（x-xmin）/（xmax-xmin） " "（3）

式中：Xmorm為經(jīng)過(guò)均一化處理后得到的數(shù)據(jù)；xmin為最小值；xmax為最大值；x為原始數(shù)據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸出為此模型的學(xué)習(xí)過(guò)程和結(jié)果，其中包括各評(píng)估指標(biāo)與成本間的關(guān)系以及實(shí)際建造的成本與預(yù)期建造成本的偏差。

2.2 獲取北京地區(qū)近期竣工裝配式住宅建筑項(xiàng)目數(shù)據(jù)

本文將建筑的工程成本作為一個(gè)整體，將建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)定量化為指標(biāo)數(shù)據(jù)，每棟已完工的裝配式住宅的工程成本和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的指標(biāo)數(shù)據(jù)都是客觀的和獨(dú)一無(wú)二的。本文以北京市近期建成的裝配式住宅建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)已建成的裝配式住房建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的施工成本預(yù)測(cè)模型，以此為基礎(chǔ)，提出更符合實(shí)際的施工成本預(yù)測(cè)方法。以北京地區(qū)為例，根據(jù)裝配式房屋標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平評(píng)估方法，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平評(píng)估[6]。對(duì)獲取的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，分別從模數(shù)協(xié)調(diào)、建筑單元、平面布局和連接節(jié)點(diǎn)等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行聚類分析。以北京地區(qū)某地塊建設(shè)項(xiàng)目為例，其總規(guī)劃用地面積為75825m2，1#～9#為住宅樓，其中1#、2#、4#和8#建筑布局基本相似。結(jié)合建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)δ?shù)協(xié)調(diào)進(jìn)行精確評(píng)估，基本達(dá)到模數(shù)數(shù)列能調(diào)節(jié)整個(gè)組裝結(jié)構(gòu)與構(gòu)件間的尺度關(guān)系，并且在預(yù)制部件組裝的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造和安裝等部門間的配合，因此，評(píng)估結(jié)果為1.5分。按照房屋的布局，本項(xiàng)目中線對(duì)稱，即兩側(cè)戶型相同。在本項(xiàng)目單體住宅建筑中充分使用的戶型為一側(cè)單元、中間單元和底部三層單元。以上3個(gè)單位的建筑面積總和為82%，建筑單元的評(píng)估得分為4分。按照上述邏輯評(píng)估其他指標(biāo)。

2.3 影響關(guān)系皮爾遜相關(guān)系數(shù)計(jì)算與影響關(guān)系分析

針對(duì)上述北京地區(qū)近期竣工裝配式住宅建筑項(xiàng)目數(shù)據(jù)及得到的評(píng)估結(jié)果，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)與造價(jià)間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)，如公式（4）所示。

（4）

式中：rxy為評(píng)價(jià)指標(biāo)與造價(jià)間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)；xi為評(píng)價(jià)指標(biāo)變量；yi為造價(jià)變量；n為變量數(shù)量；sx和sy為標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，rxy的取值在[-1，1]，rxy的絕對(duì)值越大，說(shuō)明相關(guān)性越強(qiáng)。當(dāng)rxy為0時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)變量不具備相關(guān)性；當(dāng)rxy為正值時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)變量為正相關(guān)；當(dāng)rxy為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明兩個(gè)變量為負(fù)相關(guān)。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出，建筑單元、建筑單體標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)得分與工程造價(jià)間的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)均為負(fù)值，說(shuō)明存在正相關(guān)關(guān)系。對(duì)工程造價(jià)影響較大的前6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

Fscore為影響的重要程度量化數(shù)值。結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)分析得出，在標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式房屋中，設(shè)計(jì)方案的合理性和建筑物中各預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)率對(duì)建造成本影響很大，提高標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)率，可以有效地優(yōu)化成本，從而達(dá)到降低建筑成本的目的。

3 方案設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，從裝配式住宅建筑的單元設(shè)計(jì)入手，對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化研究。根據(jù)工作的實(shí)施進(jìn)展可知，在裝配式單體建筑的建造過(guò)程中，提高住宅中“重復(fù)使用量最多的基本戶型面積總和”占“建筑總面積”的比例，可以在一定程度上減少裝配式建筑在建造過(guò)程中的造價(jià)支出。為滿足以上需求，提高此類住宅在建筑設(shè)計(jì)中的比例，可對(duì)具有相同戶型的住宅進(jìn)行分類，采用模塊化的方式，對(duì)建筑單元進(jìn)行設(shè)計(jì)、規(guī)劃和部署。

在此過(guò)程中，根據(jù)建筑空間分布，基于功能層面，將住宅內(nèi)部空間劃分為陽(yáng)臺(tái)、臥室、廚房、書房和衛(wèi)生間等功能性模塊，其中臥室（主臥）、廚房和客廳為建筑空間中的主要功能區(qū)域，因此，可以將這部分空間區(qū)域?qū)?yīng)的模塊作為標(biāo)準(zhǔn)模塊，在對(duì)此部分模塊進(jìn)行構(gòu)造的過(guò)程中，需要提高設(shè)計(jì)水平和裝配構(gòu)件的質(zhì)量，通過(guò)這種方式，使裝配式住宅中的關(guān)鍵單元標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，對(duì)建筑空間中的其他模塊來(lái)說(shuō)，包括陽(yáng)臺(tái)和書房等功能模塊（此部分功能模塊也被稱為建筑中的可變模塊），可以根據(jù)建筑內(nèi)部空間的布局，調(diào)整對(duì)應(yīng)構(gòu)件空間尺寸，用這種方式，自由調(diào)整裝配式結(jié)構(gòu)建筑建造過(guò)程中的模數(shù)，確保建筑個(gè)性化與標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。如圖3所示。

對(duì)同一建筑來(lái)說(shuō)，無(wú)論如何調(diào)整其平面布局，對(duì)應(yīng)內(nèi)部空間的基本戶型與單元都是一致的，因此，通過(guò)這種方式，可以適當(dāng)增加上述提出的“重復(fù)使用量最多的基本戶型面積總和”占“建筑總面積”比例，以此有效控制并降低建筑工程總造價(jià)。

除上述提出的方式，還可以適當(dāng)增加建筑內(nèi)同類戶型的數(shù)量，通過(guò)減少建筑結(jié)構(gòu)差異率的方式，使建筑單元達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以此提高建筑內(nèi)部單元的重復(fù)率。在設(shè)計(jì)中，明確建筑內(nèi)的單元中的固定模塊構(gòu)成，并將其作為建筑設(shè)計(jì)的核心，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑的空間布局與內(nèi)部功能分配要求，對(duì)建筑中其他“彈性模塊”進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃部署。如圖4所示。

通過(guò)這種方式，使建造的所有建筑固定模塊保持一致，使建筑中的基本戶型構(gòu)成差異性較小，從而提高上文所述的比例，進(jìn)一步控制裝配式建筑的造價(jià)支出。

4 結(jié)語(yǔ)

裝配式住宅建設(shè)是建筑工業(yè)化發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要領(lǐng)域，其施工方式是在工廠內(nèi)對(duì)構(gòu)件和零件進(jìn)行加工，運(yùn)輸?shù)焦さ睾?，采用機(jī)械的組裝方式，輔以少量的人力，利用拼接和搭接等方式，完成項(xiàng)目的拼裝和組裝。為加大裝配式建筑在市場(chǎng)內(nèi)的推廣和提高建筑的綜合建造水平，并控制其造價(jià)，本文進(jìn)行了研究，希望能在真正意義上帶動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，對(duì)裝配式住宅建筑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

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