装配式居住建筑在高海拔地区应用的经济性研究

李喜庆

目前，社会可持续发展的目标是绿色低碳循环、碳达峰和碳中和。为了推动建筑业的转型升级和高质量发展，包括西藏自治区和新疆维吾尔自治区在内的全国各地都陆续发布关于推进装配式建筑发展的实施意见，装配式建筑迎来发展机遇的同时也迎来更大的挑战[1，2]。

1 装配式建筑概述及其应用于高海拔地区的必要性

1.1 装配式建筑概述

装配式建筑是指将预制构件在工地现场组装而成的建筑，通过建筑构件和部件的标准化、模块化设计，实现工厂化流水线加工制作，最终机械化快速组装而成。其特点是取消了大量需要在现场完成的传统施工作业，建造快、现场湿作业少、节约人工劳力且质量可靠。根据结构材料的种类可以将装配式建筑分为4 类，分别为装配式混凝土结构建筑、装配式钢结构建筑、集装箱式结构建筑和装配式木结构建筑[3]。其中，装配式钢结构建筑的特点是抗震性能好、自重轻以及抗拉性能好，并且比传统混凝土结构梁柱尺寸更小，可以更好利用居住空间。但是由于装配式钢结构建筑的工程造价普遍高于传统混凝土结构建筑，再加上装配式建筑对标准化和模块化要求较高等多方面因素，导致钢结构住宅在全国推广和应用的速度较慢。

1.2 装配式建筑应用于高海拔地区的必要性

与平原地区相比，高海拔地区一般都具有幅员辽阔、生态敏感、气候恶劣等特殊的环境条件，同时具有人员稀少、城市规模小、距离分散、劳动条件差、有效施工周期短以及建设资源匮乏等特点。我国西藏90%以上属于严寒地区，新疆也有部分地区位于高海拔，气候复杂多样，昼夜温差较大，易遭受飓风、雪灾、地震和山洪等自然灾害的影响。全年除4 ～10 月以外，其余月份气温过低，难以满足混凝土浇筑、砖石砌筑的施工作业要求，施工窗口期较短。

装配式建筑以其模块化设计、工厂流水线生产、信息化管理、装配式施工、一体化装修和智能化应用的特点，将传统劳动密集、粗放低效的手工作业模式升级为工业化生产模式，可有效缩短现场施工周期。对比传统混凝土现浇结构，装配式建筑大约可缩短工期60%以上，从而减少了恶劣环境对施工的不利影响，能够有效加快建筑现场的施工过程，在高海拔地区体现出明显的应用优势[4]。

为了更深入研究装配式居住建筑在高海拔地区应用的经济性，本文以实际工程中的1 栋居住建筑为例，选取钢筋混凝土框架结构和装配式钢框架结构两种建筑结构体系，分别编制新疆喀什地区与和田地区两个工程建设地点的工程预算，并对造价结果进行经济性分析。以人材机消耗量的组成和工程造价的对比为切入点，探讨钢结构与钢筋混凝土结构住宅在高海拔地区的关键经济性差异，分析装配式钢结构建筑在高海拔地区应用的经济优势。

2 项目概况

该居住建筑为1 栋宿舍楼，建筑面积为2 500 m2，共3 层，每层的层高均为3.6 m，建筑总高度为12.4 m。项目建设地点在新疆和田地区范围内的高海拔地区，海拔高度约为3 800 m，距离喀什约613 km。设计时，根据建设单位要求采用两种方案进行比选。第一种方案采用传统现浇建筑，主体结构为钢筋混凝土结构，围护结构采用加气混凝土砌块（以下简称混凝土方案）；第二种方案采用装配式建筑，主体结构为钢框架结构，围护结构采用蒸压加气混凝土条板（以下简称钢结构方案）。

3 工程造价对比分析

3.1 预算编制原则

根据设计方案和图纸，采用《新疆维吾尔自治区房屋建筑与装饰工程消耗量定额》编制本项目的工程预算，并对混凝土方案和钢结构方案的土建工程造价进行对比。本文为了更好地分析装配式建筑在高海拔地区的造价差异，在设计方案和工程数量均保持不变的前提下，增加一处平原地区的工程预算，拟定工程建设地点为新疆喀什的平原地区，海拔约为1 300 m。

3.2 材料价格及取费

结合工程实际，本项目的主要材料均从喀什地区采购，因此预算中的钢筋、水泥和装饰装修等材料价格，均采用在喀什地区发布的最新期造价信息的基础上增加运费的方式确定。其中，和田高海拔地区距离喀什运距约613 km；钢柱、钢梁等钢结构主材基价采用经过调查的工厂预制成品价格。

根据《新疆维吾尔自治区建筑安装工程费用定额》，本项目属于居住建筑，建筑及安装工程类别为Ⅲ类，气温区域为二类地区。因海拔超过3 000 m，需要计取高原、高寒地区施工增加费，计取方式是以“直接工程费中（人工费+机械费）+可计量措施费中（人工费+机械费）”为基数的16.75%。规费、企业管理费和利润等费用均执行费用定额中的相应标准计取，税金取9%。

3.3 主要人材机统计

计算两种方案的工程量，分别统计混凝土方案和钢结构方案两种设计方案的主要人材机工程量表，汇总如表1 所示。从表1 可以看出，对比混凝土方案，钢结构方案减少了混凝土拌合、浇筑、振捣、砌体砌筑和抹灰等现场人工作业，主要进行装配式钢结构构件和装配式预制蒸压加气混凝土条板的安装，从而大幅减少人工工日，减幅为28.28%，缩短了建设工期。与之相对应的工程机械的使用率有所提高，增幅为8.71%。此外，还可以发现钢结构方案大幅减少了砂石料的用量，减幅为34.05%，减轻了高海拔地区材料运输不便的不利影响。

表1 主要人材机工程量表

3.4 工程造价数据

根据工程量编制预算，将两种方案分别建设在平原地区和高海拔地区的工程投资和指标汇总如表2。由表2 可知，不论是在平原地区还是在高海拔地区，钢结构方案的工程投资和指标都高于混凝土方案。单就指标来看，平原地区钢结构方案增加318 元/m2，增幅16.53%；高海拔地区钢结构方案增加182 元/m2，增幅7.01%。其中，结构工程钢结构在平原地区增加336 元/m2，在高海拔地区增加255 元/m2，主要原因是混凝土结构调整为钢结构，造成投资增加。装饰装修工程在平原地区减少18 元/m2，在高海拔地区减少73 元/m2，主要是因为加气混凝土砌块调整为蒸压加气混凝土条板，从而投资减少。进一步分析可发现，由于高海拔地区会带来材料运输费用增加、人工机械降效等不利因素，混凝土方案造价指标由原本1 918 元/m2增加为2 587元/m2，增幅34.89%；相比之下，钢结构方案造价指标由2 235 元/m2增加为2 769 元/m2，增幅仅为23.87%。说明装配式钢结构体系可以更好地克服高海拔地区带来的严寒环境和长距离运输等不利条件，相比平原地区缩小了与混凝土方案的投资增幅。

表2 工程投资和指标对比表

4 在高海拔地区推广装配式建筑的建议

通过以上传统混凝土方案与装配式钢结构方案的人材机数量和工程造价的对比和分析，本文对装配式居住建筑在高海拔地区的推广和应用提出以下几点建议。

（1）装配式钢结构建筑的应用拥有更好的环境效益和社会效益。相较于混凝土方案，装配式钢结构建筑自身总量更轻，需要的原材料更少，减少砂石料的使用量可以降低对周边环境的影响。钢结构建筑还可以减少现场的湿作业量，从而避免产生施工废水、废料等建筑垃圾，降低对施工现场的污染，有利于保护高海拔地区敏感和脆弱的生态环境，具有更好的环境效益。此外，钢结构建筑材料还可循环使用，本地建设拆除后可以在异地采用原材料复建工程，更符合低碳经济环保的发展理念[5]。

（2）与平原地区相比，在高海拔地区应用装配式钢结构建筑具有更好的经济效益。从工程造价指标对比可以看出，虽然在高海拔地区采用装配式钢结构方案仍然比传统混凝土方案投资高，但是指标增加幅度已经从16.53%大幅减少至7.01%，主要原因正是装配式钢结构方案可以通过减少人工作业的方式更好地克服高原降效的不利因素。钢结构建筑抗震性能好，施工较简便，受现场施工条件和人员操作水平影响小，能够减少施工工期，可更好地解决高海拔地区气候恶劣、地震活动频繁以及施工窗口期短等难题。

（3）装配式建筑可提高质量管理，提升居住品质。高海拔地区由于空气含氧量低，气温低，导致人工降效明显，质量管理成本高，并且高海拔地区普遍存在房屋设计缺位、质量监管薄弱等问题，短时间内很难形成完善的质量管理体系。如果采用装配式建筑建造模式，借助建筑企业开发、推广装配式钢结构居住产品，可降低人工参与程度，提高机械化程度，对于当前技术管理困境可以说是一种低风险、低成本的解决思路。

（4）通过标准化设计和建立标准化构件厂降低构件成本价格。一般来说，居住建筑工程规模都比较大，用途较为一致，可以从设计方面入手，提高建筑标准化水平。通过多种部品部件形成功能单元模块，再利用不同的功能单元，或者将平面布局在不同的建筑单体上进行复用，形成功能空间模块，同理依次形成基本模块、组合模块、楼栋模块以及社区，最终形成住宅模块化设计体系。在设计时，也可以针对构件的设计进行尺寸归并，提高预制构件的重复使用率及制作效率。当同规格材料的数量较多时，可以更方便地排布以达到减少车辆运输次数和材料运费的目的。模数的标准化有利于生产通用型钢结构构件，保证装配式钢结构建筑的工业化发展之路。

（5）通过集成化设计降低工程造价。传统混凝土建筑结构的围护、设备、管线和内装4 个系统领域联系较少，施工时也是彼此分离，安装人工费用较高，施工周期较长。装配式钢结构建筑可以从设计入手，将各个系统相互协同，利用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等先进手段进行协同设计，统筹考虑。如果能够实现主体土建工程与部分水暖电安装工程集的成化设计，可以进一步减少安装工程的人工和机械相关费用，减少装配式建筑的工程造价。

5 结语

根据目前的推广情况来看，虽然装配式建筑在高海拔地区实际工程中使用较少，但是通过本文对装配式钢结构居住建筑在高海拔地区应用进行的经济性分析和研究可以发现，相较于平原地区，装配式钢结构建筑应用于高海拔地区可以有效克服高原的恶劣气候及不良施工基础条件，具有更好的经济效益和环境效益。如果后期装配式居住建筑能够不断扩大规模，将可以进一步节约成本，实现规模经济化，提高经济效益。总之，不论从低碳经济发展的导向还是从经济环境效益上来看，在高原地区推进装配式居住建筑势在必行。