陈富平，王 楠
(1. 吉林建筑科技学院，吉林 长春 130114；
2. 西安工程大学城市规划与市政工程学院，陕西 西安 710048)
装配式建筑形式在施工过程中不易受到来自室外环境的影响，所以可以有效提高建筑的安全可靠性，从而缩短建筑工期[1]。但是装配式建筑在建造时由于信息的分散、预制构件繁杂以及项目方式多样的原因，导致装配式建筑在进行全生命周期管理时存在问题[2]。如何有效地实现对装配式建筑全生命周期能耗成本的控制，成为建筑领域急需解决的问题。
文献[3]提出水利工程施工成本动态控制方法，该方法首先创建动态控制模型，依靠历史数据获取施工项目成本的属性重要度，构建施工成本控制系统；
基于构建的控制系统对施工项目中的各项成本控制指标进行计算，获取成本指标的相应控制策略；
最后利用该项策略，完成对施工项目成本的增量控制。该方法未能在成本增量控制前对施工过程中的增量成本进行分析，导致该控制方法的可靠性低。文献[4]提出基于ABC-LS-SVM的工程项目成本估算与控制模型。该方法首先基于成本的影响因素，创建ABC-LS-SVM的成本估算模型；
再以该模型为基础，利用人工蜂群算法对模型中的核心参数进行获取；
最后基于获取的参数完成对项目成本的增量控制。该方法在创建成本估算模型时存在偏差，所以该方法的控制效果差。除了上述方法之外，还有学者提出了全生命周期视角下复杂产品成本控制方法。该方法首先创建了全生命周期成本控制模型，并详细规划了该模型的各个组成部分，分析各部分的内在关系及基本功能；
再基于管理层对于成本增量控制管理的需求，构建多目标优化模型；
最后基于优化模型实现对项目成本的优化控制。该方法在分析成本增量管理时存在一定的问题，所以该方法在成本控制时的能耗较大。
为解决上述装配式建筑成本增量控制方法存在的问题，提出装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制方法。
2.1 装配式建筑流程
装配式建筑施工流程如图1所示。
依据图1可知，装配式建筑在进行施工过程中比传统施工流程多出构件生产以及运输等装配过程[5]。施工项目的增加，无形中会使项目的管理难度增大，装配式建筑的成本、效益也会随之改变[6]。
图1 装配式建筑施工流程图
2.2 装配式建筑特点
1)生产工厂化
装配式建筑预制构件可在工厂中直接参与建筑设计，生产工厂与设计者进行有效沟通可以保障预制构件的高效生产，提高施工效率。
2)装修一体化
建筑在施工过程中，楼板、内外墙以及卫生间等部分可直接在工厂中进行生产，并能够同时进行通电、排水等工程，从而缩减工期，提高建筑效率。
3)设计标准化
装配式建筑具有设计标准化特性，标准化设计能够决定装配项目的工期、成本，还能够在设计前对构件连接、构件拆分等影响因素进行充分考量，从而构建一体化协调原则，优化装配种类，获取最佳方案。
4)施工装配化
装配式预制构件运输至施工现场后，需使用连接技术对其进行机械吊装，从而形成房屋建筑，该项举措不仅能够简化现场的湿作业工作时长，还可将人工作业转化为机械作业，降低人工成本，提高效率。
2.3 增量成本分析
2.3.1 预制构件的运输增量成本
装配式建筑形式较现浇筑建筑形式来看，多了预制构件运输项目，运输成本成为整个施工过程建筑成本的重要组成部分。装配式建筑在进行预制构件运输时，增量成本是由装车费用、现场卸车费用、预制构件运输成本构成的[7]。设定装配式建筑的装车费用为Czci，施工现场卸车费用为Cxci，运输费用为Cysi，对整个预制构件运输过程中产生的增量成本进行计算，结果如下式所示
(1)
2.3.2 预制构件安装增量成本
装配式建筑在预制构件的安装阶段产生的增量成本主要包括机械、人工、企业管理以及材料等花费。设定机械费用为Cjx，人工花销为Crg，企业管理花费为Cqg，材料花费为Ccl。
1)机械费用
装配式建筑在进行预制构件安装过程中，会使用大型的吊装设备，吊装设备在运行时，会产生相应的费用。但是装配式建筑相比传统建筑形式，缩减了混凝土泵送机等小型的施工机械，导致该项费用为负增量情况，该项费用用Cjx标记。
2)人工费用
由于装配式建筑没有传统浇筑工作，人员数量较少，机械工作效率较高，因此装配式建筑施工现场的人工能耗低，人工花费为负增量Crg。
3)企业管理费用
由于装配式建筑中人工较少，所以企业管理费用随着人工费用的缩减而减少，该项费用以人工费用作为计费基数，为负增量成本。
将装配式建筑施工现场的人工费用标记成Pzp，传统浇筑式建筑施工现场人工费用标记成Pct，建筑的企业管理费用标记成Pgl，计算装配式建筑企业管理成本的负增量Cqg，计算结果如下式所示
(2)
4)材料费用
该项费用分为预制部分材料以及现浇筑部分材料两部分。设定预制构件的购置费为Cyzf，现场所需的材料消耗量为Cxc，现场构件的使用费用为Clj。基于上述设定值对预制构件安装阶段的材料增量Ccl进行计算，计算结果如下式所示
Ccl=Cyzf+Cxc+Clj
(3)
除上述四种预制构件安装增量成本，装配式建筑施工中还存在一定的规费。规费同上述企业管理费用相同，都是依据人工费用作为该项费用的计算标准，为负增量成本。设定建筑企业管理规费为Pgf，则规费的负增量成本如下式所示
(4)
至此，设定装配式建筑预制构件安装过程产生的阶段增量成本为Caz，通过计算，获取装配式建筑的构件增量成本，计算结果如下式所示
(5)
式中，装配式建筑的增量成本为Cgj。
3.1 预测施工成本
基于BIM模型，利用灰色系统理论对装配式建筑施工过程中的施工成本进行预算，采集施工现场相关数据，生成成本相关数据代入BIM模型中，预测该次项目的施工成本[8]。
构建灰色系统模型时，需要对施工现场的整体协调功能以及动态关系进行量化处理。设定成本信息系统的时间序列为X(0)，获取过程如下式所示
X(0)={X(0)(P)}，P=1，2，…，m
(6)
式中，常数标记为P，且常数最大值为m。将获取的时间序列进行多次累加处理，获取新的序列X(1)，结果如下式所示
(7)
(8)
式中，预测模型为GM(1，1)，映射的空间轨迹矩阵标记成dt形式，空间维数为dx(1)，灰度为a，作用量为u。将a设定为a=[a，u]T=(GTG)-1，获取预测模型微分方程，并通过u，a对其进行参数估计，取得累加的数列预测模型(1)=(K+1)，将采集的施工现场数据放入模型中进行计算，预测施工成本。
设定成本预算增长矩阵为G，空间矩阵为Xn，对累加预测模型进行计算，结果如下式所示
(9)
(10)
式中，预测误差为e(k)，误差均值为e，预测数据个数为n，误差关联度为e(j)。根据上述的模型预测方差测试结果，设定施工过程中原始数据标准差为S1，预测误差为S2。对装配式建筑的施工成本均值进行计算，结算结果如下式所示
(11)
式中，原始数据标准差与预测误差的方差比标记成M，误差概率为ω。
3.2 增量成本控制
依据上述获取的预测成本值，利用粗糙集理论构建控制成本动态模型，获取各项成本之间的关系[9]。再依据辨识矩阵，对装配式建筑施工过程的成本指标关系进行排序，获取各项成本与总成本之间的关联规则；
最后通过关联策略，对模型进行修正，实现对装配式建筑全生命周期能耗的成本增量控制。
首先基于BIM技术，构建装配式建筑全生命周期的能耗成本控制动态模型，构建过程如下式所示
(12)
式中，工程成本的传达系统为U，采集数据的非空数据集合为A，集合属性为V，数据信息函数为f。设定在数据信息函数f中，U满足U=A∈C∈D，C和D分别为采集数据的条件属性与决策属性。过程中，总成本控制集随着各个成本控制子集的增加而增长，经过量化后可转换为M=n×n形式的辨识矩阵，通过计算后可获取装配式建筑各项成本指标的相对重要度，过程如下式所示：
(13)
W=(ω1，ω2，…，ωn)
(14)
式中，获取的重要性因素为W。基于获取的成本指标重要性因素，对成本属性进行简化处理，约简掉系统中的冗余信息，减少模型噪声[10]。设定相似空间，对获取指标的相似集进行排序，利用粗糙集理论，获取成本的关联规则，结果如下式所示
(15)
式中，粗糙集简化形式为R，能耗成本的总集负域为PPOSR(D)，获取的关联规则为PPOSR-C(D)，决策规则为NNegR(X)。
最后基于上述计算结果，实现对装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制。
为了验证上述能耗成本增量控制方法的整体有效性，需要对此方法进行测试。
4.1 实验结果及分析
分别采用装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制方法(方法1)、水利工程施工成本动态控制方法研究(方法2)、基于ABC-LS-SVM的工程项目成本估算与控制模型(方法3)进行测试；
1)在极端环境下，采用方法1、方法2以及方法3对装配式建筑全生命周期能耗成本进行增量控制，测试三种方法在不同极端环境下成本控制的可靠性，测试结果如图2所示。
分析图2可知，随着装配式建筑总成本的不断增加，三种控制方法的成本增量均呈现不同程度的上升趋势。综合图2两个测试结果来看，方法1在进行装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制时，控制方法的可靠性要高于方法2以及方法3。这主要是因为方法1在进行成本增量控制前，对施工现场的增量成本进行了全方位分析，所以在进行增量控制时的可靠性更高。
图2 不同方法的可靠性测试结果
2)在保障施工质量的前提下，将装配式建筑施工过程分为五个单位组，对方法1、方法2以及方法3在进行能耗增量控制时的控制结果进行对比，检测结果如图3所示。
分析图3可知，在施工质量得到保障的前提下，方法1进行成本增量控制后有效地降低了建筑成本。方法2和方法2虽然也控制了成本增长，但是控制程度较方法1来看，并不明显。依据上述分析结果可知，方法1在进行装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制时的控制效果更好。
图3 不同方法的能耗成本增量控制结果
3)测试方法1、方法2以及方法3在控制过程中以及成本增量控制后的能耗消耗情况，检测结果如图4所示。
分析图4可知，方法1无论是成本控制过程中还是成本控制后，该方法的能量消耗情况均低于其它两种方法。
图4 不同方法能量消耗控制情况检测结果
随着装配式建筑形式应用范围的不断增加，如何有效的完成对装配式建筑施工过程中的全生命周期能耗成本增量控制，成为人们急需解决的问题之一。针对传统能耗成本增量控制方法中存在的问题，提出装配式建筑全生命周期能耗成本增量控制方法。该方法首先对建筑施工过程中的增量成本进行具体分析；
再基于BIM模型构建建筑的成本预测模型；
最后通过关联策略，对模型进行修正，实现对装配式建筑全生命周期能耗的成本增量控制。该方法由于在计算平均误差时存在一定问题，今后会针对该项缺陷对该方法进行优化。
