研究主要基于系统动力学的预制建筑的成本动因

文摘

预制建筑作为主要倡议提出了中国近年来促进建筑行业的转型升级,但其快速发展还面临着高成本约束。因此,它是必要的和紧迫的学习成本动因和成本控制的关键路径的预制建筑。目前大多数的研究主要集中在预制建筑的建造成本作为一个静态对象。本文中,另一方面,作为预制建筑的工程造价动态形成过程,从产品系统进行系统化的研究,技术系统、施工流程和管理模式。预制建筑成本的影响因素定义和筛选在HSM的帮助和先前的研究结果。因果模型和成本控制模型,建立了预制建筑成本动因。基于模型试验的实际项目中,成本一代的预制建筑模拟。通过敏感性分析,确认关键预制建筑的成本动因,并列为度设计标准化、单价、预制率、信息技术水平、交通模式、劳动力水平、机械水平、运输距离等。因此,相应的成本控制策略提出了预制建筑。

1。介绍

近年来,预制建筑已经成为中国的转型升级的主要方向^”建筑业和施工方法的创新。指导大力发展预制建筑由国务院办公厅2016年和13五年计划的住房和城乡建设部预制建筑的发展视为一个重要的建筑行业的未来发展方向。中国国务院甚至提议让预制建筑占大约10年内新建筑的30% (1]。因此,预制建筑在中国面临前所未有的机遇和挑战。

然而,与此同时,建筑成本高一直是一个主要因素限制的发展预制建筑(2]。一般而言,预制率超过60%时,单位成本可以增加25%∼30% (3]。人们常常把预制建筑成本高的组件价格高,大型组件运输损失,起重机械要求高(4]。然而,影响预制建筑成本的因素更加多样化和成本的关系比较复杂。因此,有必要研究复杂关系的形成预制建筑成本。糟糕的计划和建造项目更有可能产生更高的运营成本,导致负面影响(5]。此外,成本高主要是由于涉众目标,利益冲突(6,7],路径规划的问题引起的冲突的目标(8,9]。此外,有必要系统地分析各种因素对工程造价的影响预制建筑,探索成本控制的主要路径。

目前,预制建筑成本的研究主要侧重于成本比较研究与传统建筑现浇混凝土(10,11),预制率和预制工程造价之间的关系(12,13),预制建筑的成本控制方法,等等。14- - - - - -16]。上述研究为后来的研究奠定了一定的基础的预制建筑的成本组成和控制方向。然而,目前的研究主要是作为预制建筑成本的静态研究对象的原因,很少考虑成本动因之间的复杂关系,多个反馈机制和外部环境变化的影响。高成本是一个常见的问题在世界范围内,与项目成本超支发生在约90%的和50%的亚洲的建设项目(17),和成本超支预制建筑仍未解决的(18]。其中,可怜的计划往往会导致过度的成本(8]。预制结构施工方法结合工业生产和现场施工。这更多的取决于组件加工行业的成熟度,标准化的设计,和组件之间的有效连接加工、运输、存储、安装。因此,有必要进行系统的研究产品系统、技术系统、施工流程、管理模式等,全面控制成本的装配式建筑(19]。

的理性人假设,前景理论认为,主观因素做出判断和推理与人不同。更为复杂的问题是,可以采取减少主观决策,更标准化的决定是必要的。因此,本文运用系统动力学进行成本控制和决策在一个标准化的方法。系统动力学是一个复杂的动态反馈系统的分析的工具。该方法结合了定性和定量研究方法和非常有效的非线性和高阶复杂时变系统。本研究采用系统动力学研究预制建筑的成本因素和成本控制。尽管维护成本是至关重要的,预制建筑在促销期间,在中国,很难测量动态反馈之间的关系在操作和维护期间各种成本因素。此外,工程造价是建筑最关注的成本(20.,21]。绩效反馈在施工过程可以产生积极影响的优化施工过程(22]。因此,本文以工程造价为研究对象进行分析和筛选预制建筑成本的影响因素。它建立了成本控制的系统动力学模型,模拟预制建筑成本的形成过程,然后分析了工程造价的敏感性因素,从而提出相应的成本控制策略的预制建筑。

2。文献综述

目前,研究预制建筑成本主要是基于成本构成。李等人。11),通过比较分析成本构成的预制建筑和传统场铸建筑,得出的结论是,民用建筑预制建筑的高成本,尤其是材料的高成本,成本高的主要原因是预制建筑。香港et al。23]进一步讨论了预制的驱动因素导致增加成本,发现预制率几乎是线性与预制施工成本。成本影响因素而言,刘和陈12建立了成本结构的预制建筑,和金等。4)获得六个关键cost-influencing等因素建设水平,建设成熟,标准,生产水平、能力和管理水平的预制组件通过问卷调查和因子分析。在上面的研究中,预制建筑的成本组成和主要影响因素是解决,但成本动因及其影响成本形成过程并没有考虑。换句话说,成本动因和成本之间的关系量化的影响还没有建立起来。

在成本控制方面,Anvari et al。14)应用遗传算法来优化生产的过程中,运输和组装的组件来控制成本。陈等人。24)优化的生产工艺预制组件通过流程再造的预制组件。王先生和王25)提出了以女子为中心的策略,促进利益相关者沟通,缓解关键进度风险,以及风险背后的交互网络来降低成本。Hammad et al。16]BIM应用于建立一个框架来分析社会、环境和经济因素的预制建筑。火腿等。26)研究的性能潜力BIM-assisted识别单设计错误,并提出了一个建议来降低成本通过控制基于BIM[设计错误27]。李等人。28)结合BIM和射频识别技术实现精制预制建筑施工管理的目标。上述研究成本控制主要从不同的方面提出了相应的改进策略等设计、生产、运输、安装、和应用信息技术,但未能系统地分析或识别最关键的控制路径。反馈路径是成本分析的一个重要方面22]。

综上所述,现有的研究仅限于静态链接的成本分析和成本控制有一定的研究。然而,预制建筑成本的不同传统制造业和建筑业。成本影响因素更加多样化、成本的关系比较复杂。成本增加可能是由于不同的原因,或一个原因可能引起多个成本增加。简而言之,增量成本是成本动因的动态相互作用的结果,并有必要分析的影响因素在整个从系统性的角度来看。系统动力学是一个方法来研究整个系统的整体行为通过分析反馈结构变量之间的关系在社会和经济系统(29日]。在工程建设领域,工程成本分析已应用。例如,问题等。30.),宁和王31日),他和程32所有使用系统动力学工具来分析工程项目成本因素。系统动力学的基础上,本文着重于预制建筑设计之间的关系阶段,生产、运输和装配和模拟预制建筑成本系统时间变化的动力学相结合的策略和标准的影响和其他外部链接,找到一个更现实的成本控制路径。

3所示。建立因果模型的预制建筑成本

3.1。成本影响因素的分析

3.1.1。成本影响因素的定义

不同于传统建筑,不仅预制建筑维护传统的现场施工的特点,但也有工业生产的特点。此外,成本因素更加多样化。本文只考虑预制建筑的增量成本,这是不同于传统场铸建筑。大厅^”年代的三维结构模型是一种协作工具组成的逻辑、时间和知识维度和经理和项目之间的关系的分析工具(33]。为了避免成本因素选择的偏差由于个人主观决策,采用的标准化方法。基于三维模型,预制建筑成本分析模型可以建立如图1。通过时间维度的cross-exploration,逻辑维度和知识维度,定义了相应的成本影响因素。

从时间维度的角度,预制建筑主要分为设计和施工阶段。其中,施工阶段包括组件生产、运输和组装阶段。逻辑维度而言,预制建筑施工的过程包括确定目标、分析、反馈优化,决策和实现。从知识的角度尺寸,需要包括专业知识,如管理和操作的控制和信息技术和强调质量、进度和成本。根据三维模型,预制建筑的成本影响因素分析与时间维度为主要方向的阶段:(1)研究、开发和设计阶段。在预制建筑的研发和设计阶段,技术规划、设计、优化和决策的基础上应设计标准和规范。与传统场铸建筑相比,预制建筑添加技术规划,研究和开发的新组件,标准化设计、组件分离设计,模具设计,组装和建筑设计,等。此外,设计应充分沟通与专业设计团队和组件制造商,以确保专业协作和组件生产质量。为了实现design-processing-assembly一体化的影响,生产的特殊要求,运输和现场安装应考虑。与此同时,它也必须利用信息技术进一步提高标准化、设计的准确性和管理效率。所有上述阶段的成本会影响预制建筑在某种程度上。(2)施工阶段。组件生产过程中,组件生产技术水平,组件的标准化程度,组件工厂规模、组件订单数量,生产成本和其他因素会影响到组件。在运输环节,不同的运输方案带来不同的运输成本,运输过程中不可避免的损失。在建造和装配过程中,它还将涉及网站的管理,人工机械,施工计划的制定和实施,以及其他因素。此外,在整个施工阶段,有必要使用信息技术手段加强组件采购、分配、存储、和安装好,标准化管理,提高施工质量。

3.1.2。成本影响因素筛选

有很多研究的成本组成预制建筑相关的文献。通过前面的分析研究结果,预制建筑的成本影响因素可以进一步研究/调查。例如,决策成本和设计成本的设计阶段将生成预制建筑,和预制组件成本、运输成本、预制组件成本,和网站建设成本将生成在施工阶段12]。成本组成,研究表明,预制组件的成本占总成本的26%到60%,紧随其后的是劳动力成本(17% - -30%)和运输成本(10%)(23]。在设计阶段,设计者的经验水平,设计标准化、和相关设计规范的完整性会影响设计水平和设计错误的发生将导致项目的返工和延迟(26]。组件工厂的规模和位置密切相关组件生产和运输的成本。其次,手工技术的影响和规范27必须研究)。在最后阶段,建造和装配组件的标准化和统一设计的早期阶段将促进现场管理。现场工作还需要考虑卸货,保护,和存储,加上施工技术和机械的帮助(23]。此外,预制率、类型的预制组件,和市场成熟度的关键影响因素是中国预制建筑市场的成本效益23]。建筑信息模型(BIM)是一种技术,可以有效地应用于建设项目的不同部分(26]。基于上述分析,结合上面定义的范围和金等。4]cost-influencing因素,研究预制建筑的工程造价影响因素筛选表1。

3.2。建立因果关系的基本模型

每个选择的因素之间的因果关系是进一步的分析和建立,如图2。首先,从设计层面,预制组件生产和制造,运输,存储,和组装,每一个环节都会影响建设成本、和政策取向也会间接影响到工程造价的影响预制建筑的建筑环境。其次,项目的设计和施工质量,是一个间接变量,影响成本,管理水平,信息技术应用水平,等等也会影响设计和施工质量。基于成本分析的影响因素和影响路径,因果图可以建立预制建筑成本因素,如图2。

围绕中心的建设成本,Vensim应用进行建模,并得出结论,在因果关系有多种反馈路径,和多重反馈路径揭示系统的复杂性。主要反馈循环因果关系如下:项目施工成本⟶质量⟶工程变更⟶组件订单数量⟶组件制造⟶建筑成本项目施工成本⟶质量⟶工程变更⟶组件订单数量⟶运输损失⟶组件运输⟶建设成本项目施工成本⟶质量⟶工程变更⟶组件订单数量⟶组件制造⟶组件质量⟶组件装配⟶建设成本组件订单数量⟶组件制造⟶组件质量⟶工程质量⟶工程变更⟶组件订单数量

中循环,建设成本将影响工程质量,和工程质量的减少将导致更多的工程更改,这将带来工程组件的订单数量的变化,从而影响组件的生产成本,最终建设成本。组件的数量对应于组件的制造成本和其他因素,然后到工程质量。工程质量差导致工程变更,最终影响组件的数量。

4所示。成本控制的模型和仿真分析预制建筑

4.1。建立基本的控制模型

以下4.4.1。股票流程图

为了进一步澄清的反馈形式和系统的控制律,该变量属性的基础上进一步区分因果循环图,之后绘制系统流程图。为了简化分析,在图的设计水平2与设计成本,可以更换设备机械化水平与单价的机械、人工技术水平与人工单价,与补贴,补贴政策和组件市场成熟度与组件市场单价。把运输、生产、装配过程的流程,库存组件,组件生产、运输和安装成本,库存和计划成本,以工程造价为库存的总和。在因果关系的基础上,建立了股票流程图如图3。

4.1.2。成本控制模型的建立

用Vensim,成本控制模型,建立了因素之间的关系定义在模型中,模拟结果和系统操作。为了量化的影响因素,分数,并分配一些变量,如设计水平、标准化水平,信息水平,运输模式,和其他因素。对待在这里,预制率和工程造价在一个线性关系(见[23]),线性比例系数是0.5623]。根据目前预制建筑激励政策,预制率超过50%时,补贴将被添加。组装工程造价模型最终建立如下: 在哪里C建设成本,是设计阶段成本、生产成本、运输和安装的组件(如聚合,相应的线性函数相关的预制,预制率,和是常数,是相应的补贴。

(1)主要模型设计阶段。模筑建筑设计成本通常是30元/ m²,预制建筑的成本大约是30%多模筑建筑(15]。根据经验数据,设计缺陷率在5%。标准化程度、预制率、和信息技术水平的组件将在设计水平有积极的影响。根据贾的价值方法34),标准化程度的值范围是[0,1],和信息技术水平的值范围是[0,1]。然后,设计阶段的主要模型如下: 在哪里深化设计的水平,是系数矩阵,是 ,包括变量如标准化程度和信息水平,和是一个常数。的最大价值是设计缺陷,线性关系函数相关的设计水平,是设计缺陷率,是相关系数可以1/3和深化设计转化为收音机。

(2)主要模型的组件生产阶段。组件生产阶段的主要模型如下:

在哪里组件生产成本的积累,是组件的数量,组件的单价,相应数量的组件,包括组件订单数量,运输损失,工程变更,预制组件工厂的产能系数,工程变更,是设计缺陷,是运输损失,是交通损失率。

(3)在安装阶段主要模型。安装成本包括劳动力成本和机械成本,机械的数量变化和劳作与安装组件的数量,和系数的关系从预制建筑配额。安装阶段的主要模型如下: 在哪里安装成本累积量,组件成本的总和,包括劳动力、机械使用费,是单位的每一项的数量,是每个项目的单价,组件的数量,的关系系数相应的配额。

(4)运输和仓储成本的主要模型。运输和存储成本包括存储成本和运输成本。根据研究结果,存储成本的比例是0.415),运输成本计算根据国家标准的车辆运输成本。主要模型建立如下: 在哪里是累积量的运输存储成本,是每一项费用的总和,包括运输成本和存储成本,是价格,存储数量, , ,和相应的运输和储存成本系数,分别组件的数量,是运输距离。

(5)其他模型。根据田口质量理论和相关研究(35),质量和成本之间的关系是抛物线,质量与管理水平和信息化水平。获得的关系模型如下: 在哪里质量和成本之间的比例关系,是工程质量水平, , ,和质量方程的系数, 质量和管理水平的功能吗和信息技术水平 。

模型中的一些参数设置如表所示2。

4.2。成本控制模型试验

五个实际组装项目病例选择模拟模型。5例中,案例1位于济南,山东;例2、3和4位于海淀,通州、昌平、北京和案例5位于南京、江苏。5箱的基本数据如表所示3。

五个病例的数据代入模型。然后模型拟合结果已经通过Vensim模型模拟操作,和拟合结果与实际工程建设成本,如表所示4。数据显示,拟合偏差小于10%,因此上述控制模型是可用的。

4.3。模拟和分析的重要影响因素

4.3.1。成本控制仿真

使用这个模型和数据的预制建筑项目在北京,我们设置了第一个月的时间建设决策、设计和施工期间28个月。相关数据输入模型后,整个项目建设周期的曲线如图4。

从图可以看出,该项目已经一段时间的成本上升的早期阶段,施工阶段,成本也持续上涨迅速建设时期后很长一段时间。然而,由于质量的综合效应,交通工具,和其他因素,增加在一个波动的状态。

4.3.2。分析仿真结果

使用Vensim综合仿真,我们可以找到不确定性输入到系统和测量的不确定性对施工成本的影响通过改变的值不确定性和观察施工成本曲线的变化。改变利率作为±5%±10%,分别和最终的工程造价指数来计算相应的灵敏度系数。计算公式如下: 在哪里灵敏度系数,是相应的工程建设成本,原工程建设成本,是变化率。

在综合对比灵敏度系数,结果在表5。

最后仿真结果证实8个相关因素,对应的影响因素。单价劳动和机器的单价对应水平的劳动力和机械和相应的补贴政策和法规。影响因素的最终结果如表所示6。

结果显示,标准化程度最显著影响施工成本,具有广泛的影响,包括市场成熟、设计、管理和其他方面。香港的研究结果等。23和金等。4显示市场成熟度的影响,证明了大规模、标准化建设的重要作用在预制建筑市场从侧面。因此,有必要完善整个产业链,增加组件工厂的数量,提高生产能力,从宏观的角度,形成规模效应。

其次,组件单价和预制率对建筑成本有很大的影响。本文计算预制建筑的增量成本与普通场铸建筑。自从组件本身最直接的对工程造价的影响,组件的单价和预制率反映了组件本身带来的增量成本。在预制率的计算,当预制率太高,超过80%,其成本会突然上升。这可能导致我们怀疑,“我们需要去预制率过高?。“为了控制成本在这方面,有必要减少损失从组件的角度,通过规模效应降低组件的单价。

第三,信息技术水平的提高将带来重大影响的减少成本。BIM和物联网新兴信息技术的代表,广泛应用于建筑领域,他们可以极大地提高设计和施工的精度和效率。预制建筑的半成品生产和施工方法更有利于工业化和信息化的深度集成,以便在项目各方共同努力,提高施工的效率和质量,降低成本。

此外,运输方式和运输距离的主要因素是影响装配的成本建设。由于大量的组件和其他原因,物流运输将面临巨大的挑战,有必要制定一个适当的计划及时交付和执行额外的保护的加载和运输期间固定组件(23),这将增加施工成本。运输管理模式需要进一步改善。

最后,改善人工机械将有助于节省成本在预制建筑。因此,有必要保持施工过程的管理控制,确保有效的操作手册和机械的工作。

5。结论和建议

预制建筑成本是一个动态的复杂系统在多种因素的综合影响。系统分析的基础上预制建筑成本的影响,本文建立了一个模型来模拟各种因素对工程造价的影响和吸引了以下结论:(1)预制建筑的成本影响因素大致可以分为设计、生产、运输、储存、施工和安装,以及其他因素包括信息技术和管理水平。有很多相关性在上述因素组成的复杂系统,形成以下重要的影响路径成本:设计水平将影响设计成本,信息技术的应用将会影响设计和管理水平,劳动力和机械的水平将会影响安装成本,运输距离和模式会影响运输成本,和组件的质量将影响生产成本。这些最终影响建设成本。(2)成本控制模型可以建立用Vensim软件系统动力学,和系统的运行结果可以模拟通过定义在模型中因素之间的关系。模型的拟合结果之间的偏差和实际工程建设成本在一个合理的范围内,证明了系统动力学模型可以作为成本控制模型进行预测和分析。(3)通过成本控制的仿真模型,预制建筑的建设成本一直在涨,动态成本上涨迅速在早期阶段(特别是设计阶段),增加慢慢在施工期间,影响质量,运输,和其他因素;成本增长是不稳定和不稳定。(4)根据系统仿真的结果,预制建筑的成本主要影响因素包括八个因素:单价的组件、预制率、信息技术水平、程度的设计标准化、交通模式、劳动力水平、机械水平,运输距离。其中,设计标准化的程度是最具影响力的因素,其次是组件的单价,预制率,信息技术水平、交通模式、劳动力水平、机械水平,运输距离。(5)主要影响因素的基础上,预制施工成本控制应该从宏观的角度来看,完善产业链,提高市场标准化的程度。进一步加强BIM和其他信息技术的应用,提高施工管理水平,改善运输过程,加快人工和机械的应用程序的效率。

因此,预制建筑在中国的成本控制可以进一步从以下方面:(1)完善产业链,促进基于竞争的市场机制和强有力的政策支持。宏观政策一直是强有利的因素。政策的指导下,更多的组件工厂已经建立了规模形成有利的形势,进一步促进上游和下游产业链的完善,充分发挥整个产业链的协同效应,并彻底实施产业化。预制建筑是建筑工业化的一个重要成就。提高预制建筑和分裂的产业链建设市场更直接简单地发挥主导作用鼓励建筑的市场化发展。进一步刺激基于竞争的市场机制,促进建设市场化的过程。因此,工业化的背景下,预制建筑路径清晰,施工效率进一步提高,预制建筑市场更加繁荣。(2)结合BIM技术来提高信息技术水平。BIM技术一直是关注的焦点,在建筑行业的发展。BIM技术的应用将使设计水平的提高,管理水平等方面。集成交付模式和智能技术应用的两个主要趋势的未来信息发展预制建筑。预制构建由信息的发展将推动未来建筑业的产业转型。在预制建筑信息技术的巨大价值,狠抓了预制建筑通过深度集成建筑工业化的发展和信息,肯定会注入新的活力建筑业的变换。它使各方参与项目的建设更好地一起工作,实现一体化的绿色,工业化和信息化在建筑业,和做一个大的方向推动智能、现代化和标准化。通过利用信息手段加强组件采购、分配、存储、和安装好,标准化管理,施工质量,成本,和进步的动态管理可以提高装配效率,和施工质量。(3)采用精细管理策略来完全控制生产、运输和施工过程。基于信息技术的技术手段,有效地细化和分解过程通过优良的管理概念。的重要影响因素,如单元组件的价格,运输距离和运输方式,和水平的人工机械,采用严格的控制和持续改进措施,使成本控制更详细和标准。预制的工业化背景下的建筑,精致管理将进一步将创新的技术手段,并显著提高管理效率。

在这项研究中仍存在一些不足。例如,不考虑成本控制的难度,成本控制并不是扩展到完整的生命周期。操作和维护中国的时期^”s预制建筑持续下去,这将成为深入研究的方向。由于预制建筑一直是国家的重点推广,对预制建筑的发展相应的建议已经提出全国两会。因此,我们应该继续关注预制建筑的问题。

数据可用性

部分或全部数据、模型或代码支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。数据、模型或代码数据用于生成图4和表4- - - - - -6。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者想表达诚挚的感谢的人文和社会科学研究项目教育部(没有。19 yjazh026)资助这项研究。升值也由于研究小组的所有成员为他们的宝贵贡献。

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