3D打印建筑時間成本研究★

劉 洋， 曹靜雯， 羅 飛， 朱考志， 楊紅雄

（天津理工大學管理學院， 天津 300384）

引言

隨著社會的進步和科學技術的發展，3D打印建筑逐漸登上建筑行業的舞臺，并進入快速發展時期。國家住建部發布的《2016—2020年建筑業信息化發展綱要》中提出“積極開展建筑業3D打印設備及材料的研究”。這表明，國家已有未來多樣化的建筑方式與建筑技術的發展規劃。建筑3D打印作為一種全新的建筑方式，能在24 h內能打印出10幢200 m2建筑[1]。未來的建筑工地上很有可能不再會有工人，取而代之的是幾名技術人員操控打印設備，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、起模板的場景將會消失，建筑生產將更加省時省力。建筑3D打印大幅度縮短了工期，為了準確衡量工期縮短的收益，下文就3D打印建筑的時間成本這一內容進行分析。

1 時間成本

1.1 時間成本定義

從建筑行業的角度研究時間成本，時間成本應該是一種可以計量的資源，是如同其他物質性原材料一樣的資源投入。因此，從這個意義上講，時間成本是以貨幣量為計量對象、以時間為計量工具的成本。本文的時間成本將被定義為完成一項工程項目或者項目的部分工程所花費的時間內所體現的貨幣量。

1.2 時間成本分類

時間成本的分類方法有很多，而本文根據3D打印建筑與傳統建筑行業的對比，從一個工程項目的全階段角度出發，將時間成本分為預防（前期）時間成本、施工（中期）時間成本、損失（后期）時間成本三類。

預防（前期）時間成本。是指是為了保證中期施工的順利進行和節約成本，在工程項目施工前的階段花費的時間。例如3D打印建筑和傳統建筑在施工前的可研階段，為了保證項目的順利施工，對施工人員的培訓時間；運輸企業聯系時間；增進客戶關系和交流的消耗時間；宣傳安全教育花費的時間等。

施工（中期）時間成本。其是在建筑的施工過程中，施工方實施項目花費的時間。實施成本主要包括材料采購和運輸時間、整個項目施工時間，材料機具保管和維修時間、機械租賃時間、人工時間、聯系時間、會議和招待時間、研發時間等。

損失（后期）時間成本。由于在后期項目的驗收中，建筑或建筑的某個施工部分不符合規定要求或開發商需求而引發時間耗費所產生的成本。比如廢品、返工、重新檢查檢驗、原材料評審以及產品降級等耗費的時間成本[2]。

2 時間成本對比步驟

2.1 流程確認

也叫做前期準備階段，是分別對3D打印建筑行業和傳統建筑行業施工過程的流程進行明確，對所有工序都應該進行分析梳理，使其明晰化。對于時間成本的分析，流程確認十分重要，時間計量必須準確，因而計量對象必須明確。對流程的確認，應該注意該流程分門別類的行業標準。

2.2 計量準備

在開展系統時間成本計量之前，必須進行相關的準備。一方面，要進行計量人員的準備。計量人員，應該是由施工單位信息化工作的相關人員或者財務、成本部門的相關人員組成。另一方面，要進行相關儀器的準備。也就是時間計量儀器。儀器的校準和調試是必要的步驟[3]。

2.3 計量過程

計量的過程，應該是在相關人員積極維護下、時間計量儀器正常運行的過程。計量時，分別對3D打印建筑和傳統建筑進行計量。通過條形碼等相關技術，記錄標準施工流程起始和結束時間，并通過相關計算機程序進行匯總，得到時間耗費。這樣就可以得到3D打印建筑與傳統建筑行業的時間耗費數據了。值得注意的是，3D打印建筑和傳統建筑的計量需要同時進行或者是在相同條件下進行，這樣可以排除其他條件例如環境對施工的干擾。

2.4 計量轉換

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

通過上述公式將時間成本貨幣化，分別計算出3D打印建筑和傳統建筑行業時間成本的貨幣表現。

3 3D打印建筑與傳統建筑單位時間創造的凈收益的比較

要討論3D打印建筑的單位時間成本，可以先從平均單位時間創造的凈收益值的角度出發，而單位時間凈收益值的計算又可從兩種不同的角度進行計算，一個是從一種項目期內的平均單位時間創造的凈收益的角度出發，這種方法的優點在于：資金費用明確且足夠詳細，數據收集過程較為簡單，只需收集單個工程項目的造價以及其他隱性消費成本即可；另一種是從給定的固定時間內平均單位時間創造的凈收益的角度出發，這種方法的優點在于可以將3D打印設備的租賃期或者已購買設備的經濟壽命期作為規定的時間，較為方便簡單地考慮設備的成本[5]。因此，接下來研究也將從這兩種不同的角度出發，進行時間成本的比對研究。

3.1 一個項目期內平均單位時間創造的凈收益比較

假設一個相同項目有兩種建設方式可供選擇，選擇3D打印建筑的方式的社會平均用時用T1表示，花費的社會平均成本為C1；選擇傳統建筑方式社會平均用時用T2表示，花費社會平均成本為C2；項目社會平均總價值為P。則傳統建筑的社會平均單位時間凈收益為公式（2），3D打印建筑的社會平均單位時間凈收益為公式（3）。

當兩種不同建筑方式單位時間凈收益得出后，就能推導出哪種方式的建筑成本更吸引人，并且能得出3D打印建筑方式節約的社會平均單位時間成本，見公式（4）。

3.2 固定時間內平均單位時間創造的凈收益比較

假設規定時間T內，3D打印建筑方式社會平均價值為P3及社會平均成本為C3，傳統建筑方式社會平均價值為P4及社會平均成本為C4。那么傳統建筑的社會平均單位時間凈收益見公式（5），3D打印建筑的社會平均單位時間凈收益見公式（6）。

兩種不同建筑方式單位時間凈收益導出后，哪種方式的建筑成本更優越就顯而易見了，進而3D打印建筑方式節約的社會平均單位時間成本表示為公式7。

4 實例論證

盈創公司創始人馬義和在《3D打印建筑技術與案例》一書中介紹：目前現場3D打印建筑已經實現。與傳統裝配式建筑相比，3D打印建筑打印裝配式建筑無需模板，比如APEC峰會濂溪別館圍墻裝飾工程項目節省大量模板費用。除此之外建筑3D工廠打印的裝配式建筑由于材料、工藝等差異在生產時間周期上縮短約50%～70%的建造時間[6]。

時間成本的優化在于節約時間、減少成本這兩個角度。盈創公司能在24 h內能打印出200 m2建筑的3D打印建筑方式在節約時間這一角度已經做的相當出色。3D打印建筑與傳統建筑設計經濟指標對比見下頁表1。

由表1得知，3D打印建一個200 m2的建筑約為115萬元，而傳統建筑設計一個200 m2的建筑約為300萬元，并且3D打印建筑時間為24 h，而傳統建筑時間約為2個月。一套200 m2的建筑在天津價值約1000萬元，所以一個項目期內，相比于傳統建筑，3D打印建筑的平均單位時間創造的凈收益為872萬元。而當固定時間為2個月時，假設平均每三天3D打印建筑公司會去印一幢200 m2建筑，則3D打印建筑平均單位時間創造的凈收益為315萬元。

5 結論

通過以上從不同的角度出發研究3D打印建筑與傳統建筑方式的時間成本的比較發現，相比于傳統建筑，不論一個項目期還是固定時間內，3D打印建筑平均時間內都能創造出很大的凈收益。因此3D打印建筑大大節約了施工過程的時間成本，有利于提高建筑企業對時間的控制能力，減少施工單位的損失，增加時間帶來的額外收益。

表1 3D打印建筑設計與傳統建筑設計經濟指標對比

由于大大降低了時間成本，所以3D打印建筑在工程建筑領域的應用越來越廣泛，有望最終解決世界住房危機，推動全球建筑工程行業技術的創新型變革。

[1]王津紅，李慧莉，丁曉博.3D打印建筑技術應用研究[J].建筑與文化，2016（9）：224-225.

[2]劉燦.企業時間成本管理研究[D].長沙：湖南農業大學，2008.

[3]彭鈞，譚豐華.企業時間成本管理的制度分析[J].企業技術開發，2006（9）：80-82.

[4]楊衛東，李龑.項目管理中的時間成本探討[J].上海管理科學，2005（3）：58-59.

[5]馬義和.3D打印建筑技術與案例[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，2016.

[6]沈陽建筑大學課題組.裝配整體式建筑工程成本分析研究報告[R].沈陽，2012.