3D打印建筑时间成本研究★

刘 洋， 曹静雯， 罗 飞， 朱考志， 杨红雄

（天津理工大学管理学院， 天津 300384）

引言

随着社会的进步和科学技术的发展，3D打印建筑逐渐登上建筑行业的舞台，并进入快速发展时期。国家住建部发布的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中提出“积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究”。这表明，国家已有未来多样化的建筑方式与建筑技术的发展规划。建筑3D打印作为一种全新的建筑方式，能在24 h内能打印出10幢200 m2建筑[1]。未来的建筑工地上很有可能不再会有工人，取而代之的是几名技术人员操控打印设备，可以想象，不久以后建筑工地上大量工人日晒雨淋地砌墙、扎钢筋、起模板的场景将会消失，建筑生产将更加省时省力。建筑3D打印大幅度缩短了工期，为了准确衡量工期缩短的收益，下文就3D打印建筑的时间成本这一内容进行分析。

1 时间成本

1.1 时间成本定义

从建筑行业的角度研究时间成本，时间成本应该是一种可以计量的资源，是如同其他物质性原材料一样的资源投入。因此，从这个意义上讲，时间成本是以货币量为计量对象、以时间为计量工具的成本。本文的时间成本将被定义为完成一项工程项目或者项目的部分工程所花费的时间内所体现的货币量。

1.2 时间成本分类

时间成本的分类方法有很多，而本文根据3D打印建筑与传统建筑行业的对比，从一个工程项目的全阶段角度出发，将时间成本分为预防（前期）时间成本、施工（中期）时间成本、损失（后期）时间成本三类。

预防（前期）时间成本。是指是为了保证中期施工的顺利进行和节约成本，在工程项目施工前的阶段花费的时间。例如3D打印建筑和传统建筑在施工前的可研阶段，为了保证项目的顺利施工，对施工人员的培训时间；运输企业联系时间；增进客户关系和交流的消耗时间；宣传安全教育花费的时间等。

施工（中期）时间成本。其是在建筑的施工过程中，施工方实施项目花费的时间。实施成本主要包括材料采购和运输时间、整个项目施工时间，材料机具保管和维修时间、机械租赁时间、人工时间、联系时间、会议和招待时间、研发时间等。

损失（后期）时间成本。由于在后期项目的验收中，建筑或建筑的某个施工部分不符合规定要求或开发商需求而引发时间耗费所产生的成本。比如废品、返工、重新检查检验、原材料评审以及产品降级等耗费的时间成本[2]。

2 时间成本对比步骤

2.1 流程确认

也叫做前期准备阶段，是分别对3D打印建筑行业和传统建筑行业施工过程的流程进行明确，对所有工序都应该进行分析梳理，使其明晰化。对于时间成本的分析，流程确认十分重要，时间计量必须准确，因而计量对象必须明确。对流程的确认，应该注意该流程分门别类的行业标准。

2.2 计量准备

在开展系统时间成本计量之前，必须进行相关的准备。一方面，要进行计量人员的准备。计量人员，应该是由施工单位信息化工作的相关人员或者财务、成本部门的相关人员组成。另一方面，要进行相关仪器的准备。也就是时间计量仪器。仪器的校准和调试是必要的步骤[3]。

2.3 计量过程

计量的过程，应该是在相关人员积极维护下、时间计量仪器正常运行的过程。计量时，分别对3D打印建筑和传统建筑进行计量。通过条形码等相关技术，记录标准施工流程起始和结束时间，并通过相关计算机程序进行汇总，得到时间耗费。这样就可以得到3D打印建筑与传统建筑行业的时间耗费数据了。值得注意的是，3D打印建筑和传统建筑的计量需要同时进行或者是在相同条件下进行，这样可以排除其他条件例如环境对施工的干扰。

2.4 计量转换

分别计算完3D打印建筑和传统建筑行业的时间成本后，由于这个成本是以时间作为度量单位，因此需要将时间成本货币化，即将时间的度量单位转化为货币的度量单位，见公式（1）。

通过上述公式将时间成本货币化，分别计算出3D打印建筑和传统建筑行业时间成本的货币表现。

3 3D打印建筑与传统建筑单位时间创造的净收益的比较

要讨论3D打印建筑的单位时间成本，可以先从平均单位时间创造的净收益值的角度出发，而单位时间净收益值的计算又可从两种不同的角度进行计算，一个是从一种项目期内的平均单位时间创造的净收益的角度出发，这种方法的优点在于：资金费用明确且足够详细，数据收集过程较为简单，只需收集单个工程项目的造价以及其他隐性消费成本即可；另一种是从给定的固定时间内平均单位时间创造的净收益的角度出发，这种方法的优点在于可以将3D打印设备的租赁期或者已购买设备的经济寿命期作为规定的时间，较为方便简单地考虑设备的成本[5]。因此，接下来研究也将从这两种不同的角度出发，进行时间成本的比对研究。

3.1 一个项目期内平均单位时间创造的净收益比较

假设一个相同项目有两种建设方式可供选择，选择3D打印建筑的方式的社会平均用时用T1表示，花费的社会平均成本为C1；选择传统建筑方式社会平均用时用T2表示，花费社会平均成本为C2；项目社会平均总价值为P。则传统建筑的社会平均单位时间净收益为公式（2），3D打印建筑的社会平均单位时间净收益为公式（3）。

当两种不同建筑方式单位时间净收益得出后，就能推导出哪种方式的建筑成本更吸引人，并且能得出3D打印建筑方式节约的社会平均单位时间成本，见公式（4）。

3.2 固定时间内平均单位时间创造的净收益比较

假设规定时间T内，3D打印建筑方式社会平均价值为P3及社会平均成本为C3，传统建筑方式社会平均价值为P4及社会平均成本为C4。那么传统建筑的社会平均单位时间净收益见公式（5），3D打印建筑的社会平均单位时间净收益见公式（6）。

两种不同建筑方式单位时间净收益导出后，哪种方式的建筑成本更优越就显而易见了，进而3D打印建筑方式节约的社会平均单位时间成本表示为公式7。

4 实例论证

盈创公司创始人马义和在《3D打印建筑技术与案例》一书中介绍：目前现场3D打印建筑已经实现。与传统装配式建筑相比，3D打印建筑打印装配式建筑无需模板，比如APEC峰会濂溪别馆围墙装饰工程项目节省大量模板费用。除此之外建筑3D工厂打印的装配式建筑由于材料、工艺等差异在生产时间周期上缩短约50%～70%的建造时间[6]。

时间成本的优化在于节约时间、减少成本这两个角度。盈创公司能在24 h内能打印出200 m2建筑的3D打印建筑方式在节约时间这一角度已经做的相当出色。3D打印建筑与传统建筑设计经济指标对比见下页表1。

由表1得知，3D打印建一个200 m2的建筑约为115万元，而传统建筑设计一个200 m2的建筑约为300万元，并且3D打印建筑时间为24 h，而传统建筑时间约为2个月。一套200 m2的建筑在天津价值约1000万元，所以一个项目期内，相比于传统建筑，3D打印建筑的平均单位时间创造的净收益为872万元。而当固定时间为2个月时，假设平均每三天3D打印建筑公司会去印一幢200 m2建筑，则3D打印建筑平均单位时间创造的净收益为315万元。

5 结论

通过以上从不同的角度出发研究3D打印建筑与传统建筑方式的时间成本的比较发现，相比于传统建筑，不论一个项目期还是固定时间内，3D打印建筑平均时间内都能创造出很大的净收益。因此3D打印建筑大大节约了施工过程的时间成本，有利于提高建筑企业对时间的控制能力，减少施工单位的损失，增加时间带来的额外收益。

表1 3D打印建筑设计与传统建筑设计经济指标对比

由于大大降低了时间成本，所以3D打印建筑在工程建筑领域的应用越来越广泛，有望最终解决世界住房危机，推动全球建筑工程行业技术的创新型变革。

[1]王津红，李慧莉，丁晓博.3D打印建筑技术应用研究[J].建筑与文化，2016（9）：224-225.

[2]刘灿.企业时间成本管理研究[D].长沙：湖南农业大学，2008.

[3]彭钧，谭丰华.企业时间成本管理的制度分析[J].企业技术开发，2006（9）：80-82.

[4]杨卫东，李龑.项目管理中的时间成本探讨[J].上海管理科学，2005（3）：58-59.

[5]马义和.3D打印建筑技术与案例[M].上海：上海科技出版社，2016.

[6]沈阳建筑大学课题组.装配整体式建筑工程成本分析研究报告[R].沈阳，2012.