基于系統動力學的裝配式建筑成本控制研究

陳艷+王宇+賈磊

摘要：裝配式建筑項目具有建造周期短、節能、環保的特點，符合現代建筑行業發展的要求。我國裝配式建筑尚處于起步階段，因其建設規模小、技術落后使得項目成本增高，阻礙了發展的速度。因此對裝配式建筑項目成本進行分析研究具有重要的意義。本文通過建立裝配式建筑成本控制的系統動力學模型，得到成本影響因素之間的邏輯關系，通過VENSIM軟件進行仿真分析，得到影響項目成本的關鍵因素，并采取針對性措施進行控制。在一定程度上提高了裝配式建筑項目成本管理的現狀，對實際工程具有指導性作用。

Abstract： Prefabricated construction project has the characteristics of short construction period， energy-saving and environmental protection， in line with the requirements of modern construction industry development. Prefabricated construction in China is still in the initial stage， its small scale and backward technology makes the project construction cost increase， which hindered the development of speed. So the analysis of prefabricated construction project cost research has the vital significance. In this paper， through the establishment of system dynamics model of prefabricated construction cost control， the logical relationship among the factors that affect cost is got， simulation analysis is conducted through the VENSIM software， the key factors that affect the project cost are got， and corresponding measures are put forward， which improves the present situation of the prefabricated construction project cost management to a certain extent and has guiding effect to the practical engineering.

關鍵詞：裝配式建筑；成本控制；系統動力學；系統仿真

Key words： prefabricated construction；cost control；system dynamics；system simulation

中圖分類號：TU723.3；TU722 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）32-0001-05

0 引言

近年來，面對傳統建筑在施工方式上的明顯缺陷以及順應世界發展潮流的趨勢，我國開始大力推廣裝配式建筑。裝配式建筑主要是指在施工現場運用專業的連接設備將各種通用的預制構件搭接起來使其具有完整的使用功能的結構類房屋建筑，它具有施工方便、工程進度快、對周圍環境影響小且構件質量容易獲得保障等優點。我國已有部分學者對裝配式建筑做過研究，蔣勤儉（2010）[1]通過高度概括國內外裝配式建筑的發展狀況，提出了適應我國裝配式建筑發展的技術路線和指導方針；閆紅纓（2012）[2]對影響預制裝配整體式建筑建造成本的因素進行了研究，提出了降低建造成本的具體措施；李麗紅，肖祖海等（2014）[3]分析了裝配式和現澆式工程項目的成本差異，得出了高成本是阻礙裝配式建筑快速發展的瓶頸。通過結合學者的研究以及目前我國裝配式建筑發展的現況可以看出，成本過高是目前存在的一個重要問題。因此，我們有必要采取一些科學的方法對裝配式建筑項目的成本進行專門的研究，制定有效地措施最大限度地降低其成本投入，增加建筑企業的利潤收入。本文運用系統動力學的方法，從工程項目的全過程出發對影響裝配式建筑項目成本的因素進行了研究，并對工程實例進行了仿真分析，提出了針對性的成本控制措施，為提高項目的投入產出率，進一步推動裝配式建筑在我國持續高速健康發展，擴大裝配式建筑在我國的應用范圍打下了堅實的基礎。

1 系統動力學研究裝配式建筑項目成本控制的適用性

1.1 系統動力學方法介紹

系統動力學（System Dynamics，簡稱“SD”）最早是由美國麻省理工學院的福瑞斯特（Jay W. Forrester）教授于1956年提出的。它是系統科學理論與計算機仿真緊密結合、研究系統反饋結構與行為的一門科學，是系統科學與管理科學的一個重要分支。系統動力學從微觀的系統結構出發建立模型，用因果關系圖和流量圖來表示要素之間的邏輯關系，用方程描述要素數量之間的關系，用VENSIM軟件進行系統仿真分析。因此，系統動力學是一種定量與定性相結合、系統綜合處理問題的一種方法，它以系統思考為核心，解決一些復雜的、非線性的系統問題[4]。

1.2 系統動力學在裝配式建筑項目成本控制中的適用性

裝配式建筑項目的成本從全過程看主要體現在構件設計、生產、運輸以及現場施工安裝四個階段。其包含的成本都不是獨立存在的，它們之間或多或少地都存在著一定的聯系，因此在分析影響裝配式建筑成本的因素時應將其視為一個整體，進行綜合考慮分析。而系統動力學提供了一種動態性的基于系統全過程的科學分析方法，可以很好地將系統中的各個因素融合在一起，分析各個因素之間的邏輯關系，從而對系統進行整體性的研究，為項目管理者提供指導和幫助。因此利用系統動力學的方法來研究裝配式建筑項目成本是切實可行的。endprint

2 基于系統動力學的裝配式建筑項目成本控制模型構建

2.1 影響裝配式建筑項目的成本因素分析及篩選

2.1.1 裝配式建筑項目成本影響因素分析

在裝配式建筑工程項目管理過程中，成本控制是非常重要的一方面。工程項目成本受到各種各樣的因素影響，如果在建模時將所有的因素考慮在內，勢必會使得模型異常的龐大，這樣不僅不利于分析，而且往往還會抓不住重點，使所建的模型失去作用。因此，本文嘗試從項目建設的全過程出發研究影響裝配式建筑項目成本的因素，主要分析工程項目在設計階段、構件生產階段、運輸階段以及施工安裝階段的各種主觀因素和客觀因素，包括人的因素、技術因素、管理因素、環境及社會因素等，并把這些因素包含的具體內容進行分類整理[5]。

2.1.2 裝配式建筑項目成本因素篩選

我們在確定影響因素之前首先要確定系統的邊界，本文以影響項目成本的相關因素作為系統邊界，并將對成本影響幅度較大的因素篩選進系統當中，將影響程度較小的或者沒有影響的剔除系統，采取集中考慮和必要簡化的原則以及參考已有學者對影響因素的細分方法[6-7]對裝配式建筑成本影響因素進行篩選。具體劃分如表1所示。

2.2 裝配式建筑項目成本控制SD模型構建

系統動力學中的模型主要是指系統的因果關系圖和存量流量圖，因果關系圖形象的顯示了各因素之間的影響關系，通過一個個箭頭將各因素牢牢地捆綁在了一起，形成了一個整體；存量流量圖是對因果關系圖的完美詮釋，通過它可以很容易地找出狀態變量、速率流量、輔助變量以及常量之間的關系，更重要的是可以利用vensim軟件對存量流量圖中的每個因素進行賦值，通過執行模擬，可以得出各因素之間的定量關系，以便確定出系統中的關鍵因素，找到降低成本的方法。

2.2.1 因果關系分析

通過對成本因素的分析可以畫出成本控制模型的因果關系圖。如圖1所示。

從圖1中可以發現連接箭頭最多的都是工程項目成本的直接或間接影響因素。主要包含兩大方面：一個是成本增量，如設計成本增量、生產成本增量、運輸成本增量等；一個是成本節約速率，而影響節約速率的主要是進度獎勵因子和材料節省。因果關系圖中其他的大都是一些常量，比如集成化設計水平、管理水平、員工素質等，這些因素是能夠根據研究目的同時結合工程項目的具體情況隨時調整的，有利于對系統進行因素敏感性分析。

2.2.2 存量流量圖

存量流量圖是在因果關系圖的基礎上建立起來的，相對于因果關系圖，存量流量圖對各變量之間邏輯關系的表達更形象具體，通過圖1中的因果關系圖可以得到裝配式建筑成本的變化是由成本產生和成本節約兩部分組成，分別畫出對應的存量流量圖進行分析并對其內容進行豐富和修整得到成本控制的總存量流量圖，如圖2所示。

通過圖2可以看到工程項目成本的變化涵蓋了兩個方向：一個是成本的流入；一個是成本的流出。流入流來自四個方向，分別為設計成本生成速率、構件成本生成速率、運輸成本生成速率和施工安裝成本生成速率，流出流為成本節約速率。流入流和流出流包含的組成了該模型的核心，其他的變量因素圍繞著這個核心運轉。

3 實例分析

3.1 X工程概況

本工程是重慶市某居民小區裝配式住宅樓，抗震設防烈度為非抗震設防區，不設防。該住宅樓地上六層地下一層，層高3米，室內外高差1.1米，建筑總高度是22.5米，建筑總面積為4840.9平方米，合理使用年限為50年。建設單位：***建筑工程有限公司，合同工期12個月，合同質量目標為優良。

3.2 X裝配式建筑項目成本控制SD模型檢驗和仿真分析

3.2.1 SD模型測試及參數設定

根據實地調研以及相關文獻的數據經驗進行裝配式建筑項目成本控制的SD模型的變量及參數設置，分析每個變量的類型以及對變量的初始值進行設置[8-9]，例如：設計成本屬于狀態變量，集成化設計水平屬于常量，而構件成本增量屬于速率變量，進度獎勵因子屬于輔助變量等。

VENSIM軟件在新建一個模型時，需要事先對模型的時間進行定義。模型中的時間包括初始時間、結束時間和時間步長，其中時間步長是指系統每隔一個步長存儲一次數據。本文所建立的模型的時間為未來的52周，時間步長為1，即每周系統會計算存儲一次結果。這些數據并不是一成不變的，其可以根據模型的需要隨時更改設定。

根據設定的模型參數對模型進行檢驗可以得到本文所建模型的邏輯關系和變量單位關系都沒有問題，可以被計算機識別和用于計算。

3.2.2 SD模型仿真分析

對成本控制模型的存量流量圖進行變量方程輸入后得到的仿真結果如圖3所示。

通過圖3看出影響工程項目成本的因素有很多，而且這些因素相互影響著，因此一個參數的改變必然會引起另一個或者多個變量的值的變化，這樣就可以借助于改變參數的數值來找出影響工程項目成本的關鍵因素，進而為有效地控制成本尋求合適的措施。

下面以改變集成化設計水平因素和管理人員管理水平為例對裝配式建筑工程項目成本的控制模型進行測試分析。

對集成化設計水平的取值做了量化，賦予了一定的現實意義，并設定了取值范圍[-2，2]：當集成化設計水平<0時，表示企業的集成化設計水平不強，不能夠順利完成相應的設計工作，極端情況下當集成化設計水平=-2時表示企業不能完成設計工作，集成化設計水平的值越大表示工作效率越高。為了更為直觀地了解集成化設計水平對裝配式建筑項目成本的影響，在其值的范圍內取一對相反數（-1和+1），然后對其進行了模擬并比較了模擬結果，比較結果如圖4。

通過圖4發現當企業的集成化設計水平（取值為-1）低于正常集成化設計水平（Current）值時裝配式建筑工程項目所花費的成本要高于正常集成化設計水平下所花費的成本；相反，當企業的集成化設計水平（取值為+1）高于正常集成化設計水平（Current）值時裝配式建筑工程項目所花費的成本要低于正常集成化設計水平下所花費的成本。這說明企業的工程施工經驗越豐富、擁有的相關技術能力越強，項目的成本投入就越底，并且隨著時間的推移，這種成本上的差異性越來越大，越來越明顯。表明集成化設計水平這一變量因素對裝配式建筑項目的成本的影響力比較大，應作為關鍵因素重點考慮。endprint

施工階段管理人員的管理水平這一變量，在編輯方程式時，管理水平的取值范圍為[0，2]，為了更直觀地了解管理水平對裝配式建筑項目成本的影響，在正常管理水平（Current）的基礎上，提高管理水平的值（取值為1），然后對其進行了模擬仿真，結果如圖5。

圖5中的兩條線條分別表示了管理人員的管理水平在正常水平（Current）和提高后的管理水平（為1）下的裝配式建筑工程項目成本的走勢，發現管理人員的管理水平提高后的工程項目成本要低于正常管理水平下工程項目花費的成本，這說明管理人員的專業知識水平、管理經驗、管理協調能力越強，項目的成本投入就越低，而且隨著時間的推移，成本節省的幅度越明顯。

按照仿真的要求改變影響因素的參數分別對其他變量（具體操作不再贅述）做仿真分析，最后得到集成化設計水平、管理水平、員工素質、材料節省以及進度獎勵等變量對成本影響較大，其他因素影響較小。為了有效地對裝配式建筑項目成本進行控制，在尋求成本控制的措施上也應適當考慮影響較小的一些因素。

3.3 X裝配式建筑項目成本控制具體措施

通過對本文建立的裝配式建筑成本控制的系統動力學模型的分析研究，得出尋求有效控制成本的措施可以從成本的產生以及成本的節約兩個方面來考慮。

3.3.1 成本的產生方面

首先，從設計階段強調PC構件設計及其過程同時交叉進行，減少設計過程的重復進行，要求進行集成化設計，減少重復工作，提高工作效率，同時借鑒國內外先進技術，能夠研發出具有本土特色的裝配式建筑結構體系；其次，在構件生產和運輸階段，強調標準化生產，合理選擇生產工廠，充分利用運輸工具，提高運輸效率；最后，在構件安裝階段，選派管理專業知識水平高、管理經驗豐富、管理協調能力強的管理人員對施工現場進行動態控制，方便及時調整施工方案，有效控制成本。

3.3.2 成本的節約方面

成本節約主要體現在材料節省和進度獎勵兩方面。盡量選用低碳、環保、節能的材料以保護環境，降低能源消耗，采用先進的安裝技術，實現多工序同時工作，提高安裝效率，加快施工進度，降低安裝成本[10]。

另外，對于成本控制還有一些其他措施，比如，適應市場需求，完善裝配式建筑標準規范，推進集成化設計、工業化生產、裝配化施工、一體化裝修，引導企業研發適用技術、設備和機具，提高裝配式建材應用比例，促進建造方式現代化等。

4 結束語

裝配式建筑項目成本控制系統是一個有機整體，一方面發生變動勢必會影響其他方面的變化，在實際工程中很難對其單一控制。本文從裝配式建筑整體出發，引入系統動力學的方法，以系統的觀點對成本控制進行研究，對工程實例進行仿真分析得到影響項目成本的關鍵因素，并提出針對性的成本控制措施，彌補了目前裝配式建筑項目成本研究的不足，提高了施工企業建設裝配式建筑的信心，同時為我國裝配式建筑發展方向提供了很好的參考依據。

參考文獻：

[1]蔣勤儉.國內外裝配式混凝土建筑發展綜述[J].建筑技術，2010（12）：1074-1077.

[2]閆紅纓.預制裝配式體系建造成本的比較分析[J].住宅產業，2012（07）：36-38.

[3]李麗紅，肖祖海，付欣，楊學會.裝配整體式建筑土建工程成本分析[J].建筑經濟，2014（11）：63-67.

[4]鐘永光，賈曉菁，錢穎等.系統動力學[M].北京：科學出版社，2011：3-6.

[5]李穎.基于價值鏈模型的裝配整體式建筑成本分析研究[J].中國管理信息化，2016（07）：10-14.

[6]何青原.基于系統動力學的建設施工項目成本控制研究[D].武漢科技大學，2011.

[7]陳潔.基于系統動力學的施工企業成本控制研究[J].建筑經濟，2015（3）：96-98.

[8]張善從，董曉歡.基于系統動力學的高技術工程項目成本管理研究[J].現代管理科學，2013（07）：94-96.

[9]王宇靜，吳清.復雜工程項目進度控制的系統動力學仿真方法研究[M].中國建筑工業出版社，2013.

[10]萬連建.裝配式建筑成本控制途徑研究[J].山西建筑，2015（23）：222-223.endprint