“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，從財務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鍵要素，并選取碳減排率指標構建裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型。以福州市某住宅小區為例，進行模型仿真模擬。研究結果顯示，該模型具有一定的科學合理性和動態仿真性。針對模型仿真模擬結果提出相應建議，以期為提高裝配式混凝土建筑推廣應用效益提供參考。

關鍵詞：“雙碳”背景；裝配式混凝土建筑；增量效益；成本分析；系統動力學

0引言

2022年，《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》指出，裝配式混凝土建筑應在商品住宅和保障性住房中積極推廣應用，研究裝配式混凝土建筑增量效益成本成為業界和學界共同關注的熱點。而研究裝配式混凝土建筑增量效益成本的前提是識別其影響因素。現有研究主要聚焦于獨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]，也有部分學者將二者結合進行研究[56]，尚未有在“雙碳”背景下基于系統視角的裝配式混凝土建筑增量效益成本研究。因此，本文探索一種更簡單、更實用的自適應非線性動態系統方法，以識別出影響裝配式混凝土建筑增量效益成本的關鍵要素，為提升裝配式混凝土建筑推廣應用效益提供參考。

1理論基礎

11系統動力學理論

系統動力學是基于整體系統性視角分析系統內各要素之間的因果反饋，通過繪制因果關系圖對整體系統內各要素進行因果關系定性分析，再通過繪制存量流量圖對整體系統內各要素進行因果關系定量分析。因果關系圖中反饋環分為因果反饋環、正反饋環、負反饋環，反饋環如圖1所示。

存量流量圖通過速率變量（流量）的流進與流出實現水平變量（存量）的積累效應，存量流量圖如圖2所示。

明確整體系統的目標和邊界是利用系統動力學繪制因果關系圖的前提，清晰地界定要素間的變量性質（存量、流量、輔助變量和常量）是繪制存量流量圖的核心，科學合理地確定變量之間的初始數值及數學公式是進行系統動力學模型仿真模擬的關鍵。

12系統動力學應用于裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的優勢

裝配式混凝土建筑增量效益成本分析系統是包含效益、成本子系統多因素的復雜系統，且成本、效益隨裝配率動態變化，設計成本、生產成本、運輸成本、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。同時裝配式混凝土建筑的歷史增量效益成本樣本數據有限，無法使用自適應非線性動態系統建模方法——神經網絡，但系統動力學可利用有限的樣本數據，實現裝配式混凝土建筑增量效益成本的動態仿真模擬，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，而且能對裝配式混凝土建筑增量效益成本進行單要素及多要素的敏感性分析，并運用圖的形式簡潔明了地呈現裝配式混凝土建筑增量效益成本分析的結果。

13技術路線

采用文獻法與德爾菲法，對裝配式混凝土建筑增量效益成本要素進行收集與篩選，繪制裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型的因果關系圖與存量流量圖，并基于工程實踐案例提煉模型的基礎參數，分析模型的動態仿真模擬結果，提出相應的建議，其技術路線如圖3所示。

2模型構建

21模型構建的目的及系統邊界

為保障裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型的有效性，需明確模型構建的目的，其主要目的如下：

（1）識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，并梳理各要素間的因果關系，繪制因果關系圖與存量流量圖。

（2）借助Vensim PLE軟件，基于歷史工程實踐案例數據，量化常量和輔助變量的初始值，對構建的系統動力學模型進行仿真模擬，預測裝配式混凝土建筑增量效益成本比率的發展趨勢。

（3）對所構建的模型進行關鍵要素敏感性分析，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。

在明確模型構建目的的基礎上，為避免所構建的模型過于煩瑣，對模型系統邊界進行合理地界定，防止關鍵要素的遺漏，提高模型仿真模擬運行的高效性和結果的準確性。裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型以效益子系統、成本子系統為邊界，其中，影響成本子系統的關鍵要素是設計、生產、運輸及安裝階段的成本增長率；影響效益子系統的關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

裝配式混凝土建筑項目實施過程中不可控因素較多，逐一列出影響裝配式混凝土建筑項目的要素難度較大，而且對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，因此對所構建的模型做出如下假設：

（1）裝配式混凝土建筑項目實施過程中無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目實施過程中所處社會、政治環境穩定，“雙碳”工作持續推進，裝配式建筑市場健康持續發展。

23因果關系圖

裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型涉及增量效益成本比率、增量效益成本增長率、增量效益增長率。其中，影響增量效益成本增長率的關鍵要素是設計、生產、安裝、運輸階段的成本增長率。在設計階段，成本增長率主要取決于設計標準化水平；在生產階段，成本增長率主要取決于生產規模化水平；在安裝階段，成本增長率主要取決于安裝施工效率；在運輸階段，成本增長率主要取決于運輸方案先進水平；對設計、生產、安裝、運輸階段的增量效益成本增長率均有影響的要素是裝配率。影響增量效益增長率的關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動力學模型的因果關系圖如4所示。

由圖4可知，以裝配率為起點，該系統存在一正一負兩條反饋回路：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的基礎上，繪制系統存量流量圖，如圖5所示。存量流量圖中，將能耗降低率細化為單位面積電力消耗節省率；資源消耗降低率細化為單位面積鋼材、混凝土、木材、保溫材料、水泥砂漿、水消耗節省率。

3實證分析

某裝配式混凝土建筑住宅小區建筑面積279 03375m2，其中地上建筑面積194 91120m2，地下室建筑面積84 12255m2，項目總投資133 76785萬元，單方造價4794元/m2，裝配率為20%。

31參數估計

通過選取相同建筑高度和設計方案的某項目，對單位面積碳排放率與單位面積人工用量下降率進行對比分析。通過邀請行業內資深專家賦值，確定設計標準化水平生產規模化水平、安裝施工效率、運輸方案先進水平。參考相關文獻資料，確定其他指標數據。裝配式混凝土建筑增量效益成本參數估計見表1。

32仿真分析

在賦值各存量、流量、輔助變量和常量的基礎上，借助Vensim PLE軟件對所構建的裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學模型進行復合模擬，分析裝配式混凝土建筑增量效益成本的敏感性要素，模型復合模擬圖如圖6所示。

從圖6可知，設計標準化水平、生產規模化水平、安裝施工效率、運輸方案先進水平均為裝配式混凝土建筑增量成本增長率的敏感性要素；單位面積建筑污水減排率、單位面積電力消耗節省率、單位面積保溫材料消耗節省率、單位面積水消耗節省率、單位面積水泥砂漿消耗節省率、單位面積木材消耗節省率、單位面積混凝土消耗節省率、單位面積鋼材消耗節省率、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率的敏感性要素。以設計標準化水平為例，分析設計標準化水平降低和提高50%時，其對裝配式混凝土建筑增量效益成本比率的影響情況，設計標準化水平對模型影響分析如圖7所示。

由圖7可知，當設計標準化水平降低50%時，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，當設計標準化水平提高50%時，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，通過提高設計標準化水平，控制預制構件規格數量，降低預制構件在生產、運輸及安裝階段的技術難度，減少施工機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。

該住宅小區基于裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學仿真模擬結果，從全鏈條協同優化裝配式混凝土建筑增量成本與信息化技術提升裝配式混凝土建筑增量效益兩個方面，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）全鏈條協同優化裝配式混凝土建筑增量成本。裝配式混凝土建筑項目的實施涉及政府主管部門、建設單位、設計單位、施工單位、預制構件供應商等眾多利益相關方。其建設周期較長，涉及產業鏈較多，考慮到裝配式混凝土建筑在設計標準化水平、生產規模化水平、安裝施工效率及運輸方案先進水平各方面均有待提高，摸索啟蒙階段試錯成本較高，而且裝配式混凝土建筑涉及的設計、生產、運輸與安裝各階段業務之間的關聯性極強，單一環節業務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，基于全產業鏈條，建設單位、設計單位、施工單位等多方合作，在裝配式混凝土建筑各環節共同發力，促使裝配式混凝土建筑全產業鏈條綜合降低成本。

（2）信息化技術提升裝配式混凝土建筑增量效益。利用BIM、人工智能等技術搭建信息集成平臺，使裝配式混凝土建筑涉及的眾多利益相關方實現實時資源共享和互動，保證信息傳達有效到位、溝通互動真實準確，實現設計、生產和施工等環節信息同步，避免多環節溝通障礙引發的能耗及資源消耗，使裝配式混凝土建筑涉及的眾多利益相關方協同提質增效。

4結語

通過對裝配式混凝土建筑增量效益成本系統動力學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程中，設計標準化水平、生產規模化水平、安裝施工效率、運輸方案先進水平均起到關鍵性作用，尤其是設計階段的設計標準化水平是實現預制構件標準化、通用性強的關鍵要素。

基于所得結論，建議從全產業鏈條出發，項目實施多方合作，在建設各階段共同發力，綜合降低裝配式混凝土建筑成本；同時，利用信息化技術推動項目管理提質增效，有效促進裝配式混凝土建筑的推廣應用。

參考文獻

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收稿日期：20240329

作者簡介：

范雪娟（1992—），女，工程師，研究方向：工程造價。