建筑鋼結(jié)構(gòu)工程管理中的設(shè)計(jì)圖深化及制品表面處理

上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢有限公司 上海 200041

1 問題的提出

實(shí)踐表明，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施中，鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)圖深化及鋼結(jié)構(gòu)制品涂裝前的表面處理是不太容易引起重視但又對整個(gè)工程產(chǎn)生重要影響的2 個(gè)環(huán)節(jié)[1]。一旦處理不當(dāng)，遺留下來的問題，由于是延后才能顯露的，不僅處理起來十分不易，而且將嚴(yán)重影響使用質(zhì)量和建筑壽命，所以必須引起足夠的重視[2-4]。筆者以前曾參與巴西阿斯米納斯1 350 m3高爐及50 孔焦?fàn)t鋼結(jié)構(gòu)、突尼斯輸油管線結(jié)構(gòu)的供貨及服務(wù)項(xiàng)目，本文在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對鋼結(jié)構(gòu)工程管理中的設(shè)計(jì)圖深化及制品表面處理這2 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出問題的解決方法和管理措施。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工圖深化設(shè)計(jì)管理

2.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖與施工詳圖的區(qū)別

1983年國家所頒布的《鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》（GBJ 205—1983）中明確規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)分2 個(gè)階段出圖，并分別定義為“設(shè)計(jì)圖”及“施工圖”；前者由設(shè)計(jì)單位實(shí)施完成，后者以前者為依據(jù)，由鋼結(jié)構(gòu)工程承攬單位組織進(jìn)行深化設(shè)計(jì)完成，并直接作為鋼結(jié)構(gòu)工程加工與安裝的依據(jù)。由此可見，依據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行深化設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施過程中必須要實(shí)施的一項(xiàng)重要工作。

《鋼結(jié)構(gòu)施工驗(yàn)收規(guī)范》中所定義的施工圖，即是鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)的成果。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖是設(shè)計(jì)單位從滿足建筑物功能要求出發(fā)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要考慮的是滿足設(shè)計(jì)方案、建筑外觀、使用功能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的要求，所給出的設(shè)計(jì)圖紙一般來講都不能直接交由作業(yè)工人用于工程施工。所謂深化設(shè)計(jì)，主要是從指導(dǎo)施工的角度出發(fā)，基于設(shè)計(jì)圖所針對不同的構(gòu)件作出具象化的圖繪，并將每一個(gè)構(gòu)件在詳圖上表達(dá)清楚，給出構(gòu)件標(biāo)號、構(gòu)件清單及材料表等實(shí)物操作所需要的信息，解決施工過程中可能遇到的一些具體問題，以及可能存在于設(shè)計(jì)圖中的錯(cuò)誤。概括地來講，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖對工程施工來講是指導(dǎo)性的，而鋼結(jié)構(gòu)施工圖則是具有可操作性的。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)重要性

從滿足按圖施工的要求來講，設(shè)計(jì)圖一般很難滿足“工人看得懂、做得到”的需要，無論設(shè)計(jì)單位將設(shè)計(jì)做得多么的深入，都不可能細(xì)致到給出每一個(gè)構(gòu)建詳圖的效果。從客觀上講，工程承攬單位組織進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖深化設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)是難以省免的。另外，從順暢組織施工、提高勞動(dòng)效率、保證作業(yè)流水不致因設(shè)計(jì)問題中途停頓的角度來看，忠實(shí)于設(shè)計(jì)圖而又充分地消除了設(shè)計(jì)圖中錯(cuò)誤的施工圖是不可或缺的。再從節(jié)約成本、合理規(guī)劃材料的投放使用角度來看，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)就更是必不可少的工作。因?yàn)樵趯?shí)際中，大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖安全系數(shù)的確定都趨于保守，而且所選用的材料幾乎都來源于手冊的查找，而實(shí)際的材料采購卻不像在手冊上選擇那么容易和得心應(yīng)手。所以，基于成本原則和市場供應(yīng)方便的施工圖，既滿足了設(shè)計(jì)對安全和建筑規(guī)則的追求，又可以合理地降低實(shí)際成本支出，同時(shí)還解決了材料采購的時(shí)間耗費(fèi)，確實(shí)是一件一舉多得的工作。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)步驟[5-8]

（a） 深化設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。開展鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)前，必須熟悉設(shè)計(jì)圖紙，并聯(lián)系工程技術(shù)人員和材料采購人員，了解工程實(shí)況和材料采購的可行性，歸集整理圖紙自審過程中存疑的問題，準(zhǔn)備好問題清單和需要變更的材料明細(xì)表。

（b）在熟悉設(shè)計(jì)圖的基礎(chǔ)上聯(lián)系設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)圖會審。在這一過程中，應(yīng)重在與設(shè)計(jì)人員溝通設(shè)計(jì)理念、明了設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)對設(shè)計(jì)圖中不明確的地方提出疑問和看法，在探討的基礎(chǔ)上達(dá)成共識并找出合理的解決辦法。這一過程極為重要，所有關(guān)于設(shè)計(jì)修改和材料替代的提議是必須得到原設(shè)計(jì)人員的理解和支持，否則，深化設(shè)計(jì)人員是無權(quán)擅自修改的，基于實(shí)際需要的施工圖也就無從談起。

（c） 建立結(jié)構(gòu)模型并會同技術(shù)人員一起解決設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合的問題。諸如根據(jù)工廠條件和施工需要所提出的材料排版、結(jié)構(gòu)分拆、構(gòu)件分段、運(yùn)輸尺寸及質(zhì)量確定、施工次序、吊裝能力、安裝操作空間等一系列的涉及到制作可行性和施工便利的問題都必須在這一階段得到落實(shí)和有效的解決。

（d） 施工詳圖設(shè)計(jì)、審核、出圖并進(jìn)行有效的管理。深化設(shè)計(jì)后的施工詳圖是否需要經(jīng)由設(shè)計(jì)人員再審核，取決于設(shè)計(jì)單位和業(yè)主方的要求，在施工詳圖發(fā)到施工人員手中之前，一定要將這一要求弄清楚并落實(shí)好，以避免不必要的麻煩。

目前，鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖深化設(shè)計(jì)時(shí)，較為普遍的做法是采用XSTEEL（Tekla Structures）建模、PKPM輔助設(shè)計(jì)、CAD出詳圖。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問題

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖深化設(shè)計(jì)主要應(yīng)達(dá)到兩個(gè)目的：其一，滿足工人按圖施工的施工要求，這是鋼結(jié)構(gòu)施工圖應(yīng)實(shí)現(xiàn)的最基本的目的；其二，要達(dá)成順暢施工、降低成本。前者是有標(biāo)準(zhǔn)可依的，這就是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。而后者，盡管相關(guān)的工作已開展了多年，但并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，這主要是因?yàn)樗_(dá)成的目標(biāo)難以量化，而且也因人因事而異。根據(jù)以往實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以下問題需要引起設(shè)計(jì)與管理人員注意：

（a） 深化設(shè)計(jì)人員對原設(shè)計(jì)的理解和把握是出一版高質(zhì)量施工圖的基礎(chǔ)。在追求做大做強(qiáng)規(guī)模的當(dāng)代，設(shè)計(jì)單位大量起用新人，有很多設(shè)計(jì)人員甚至連施工現(xiàn)場都很少光顧，就更別提了解和把握國內(nèi)材料市場的動(dòng)態(tài)行情了。因此，在不甚了解工程建設(shè)規(guī)律的情況下作出來的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖難免會存在一些不切實(shí)際的地方。這就要求深化設(shè)計(jì)人員不僅要具有一定的設(shè)計(jì)理論知識，同時(shí)也要有結(jié)合工程施工的基礎(chǔ)和能力。否則，費(fèi)時(shí)費(fèi)力弄出來的施工圖漏洞百出；既難以起到指導(dǎo)施工的作用，又從另一個(gè)方面加重了工程成本的負(fù)擔(dān)。如果不得不重新再做一次，更會導(dǎo)致工程建設(shè)工期拖延。這種情況一定要盡量避免。

（b）深化設(shè)計(jì)人員與項(xiàng)目技術(shù)人員的緊密結(jié)合是保證施工圖能真正用于工程施工的前提。因?yàn)樯罨O(shè)計(jì)人員再怎么了解施工過程也不如工程項(xiàng)目技術(shù)人員對施工過程的熟悉和理解，一旦畫在圖上了，工人們就只能是照圖施工，屆時(shí)再要想修改就會很難，有些問題甚至木已成舟，根本就無法改過來。因此，在施工圖出圖前，所有涉及到影響工程施工的事情，哪怕看似細(xì)微，也必須在深化設(shè)計(jì)人員和項(xiàng)目技術(shù)人員的討論和協(xié)商中得以提出和解決。譬如：構(gòu)件長度和質(zhì)量的限制、鍍鋅構(gòu)件的鋅流通道、扭力扳手的操作空間等等，諸如此類的問題一旦被疏忽，后續(xù)的麻煩就不是一點(diǎn)點(diǎn)了；當(dāng)然，工程成本的支出也就會因此而增加。

（c） 鋼結(jié)構(gòu)模型的建立對解決問題有事半功倍的作用。通常說來，如果只是單純地出一版鋼結(jié)構(gòu)施工圖，只需在CAD軟件支持下生成平面圖就解決問題了，根本用不著建立項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)的三維模型。但是CAD技術(shù)下形成的施工圖難以解決設(shè)計(jì)圖中存在的諸如空間碰撞、施工操作空間不夠、構(gòu)件分段不準(zhǔn)確等問題。一個(gè)大型建筑物鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)，構(gòu)件成千上萬，要想讓設(shè)計(jì)人員一點(diǎn)紕漏都不出是不可能的，深化設(shè)計(jì)人員有責(zé)任將這些紕漏一一找出來并在生成施工圖時(shí)就處理掉，否則一旦構(gòu)件被加工制作好了，到了施工現(xiàn)場，任何細(xì)微的不合適，都有可能導(dǎo)致工期延誤甚至重大事情的發(fā)生，這都是工程成本難以承受的。而鋼結(jié)構(gòu)模型的建立不僅可以很自然地消除碰撞和結(jié)構(gòu)尺寸中發(fā)生的錯(cuò)誤，而且還可以很直觀地在模型上規(guī)劃和解決許多靠空間想象難以確定的問題。時(shí)下，BIM技術(shù)方興未艾，設(shè)計(jì)單位可以提供結(jié)構(gòu)模型的工程已逐年增多，這種趨勢倒是給設(shè)計(jì)院和鋼結(jié)構(gòu)工程承攬單位提供了一次產(chǎn)生深度結(jié)合的機(jī)會，這樣，既可以節(jié)省深化設(shè)計(jì)建模的時(shí)間，有效地減少深化設(shè)計(jì)過程中的工作量，同時(shí)也減少了錯(cuò)誤發(fā)生的概率。

（d） 通過深化設(shè)計(jì)合理降低工程成本。合適的深化設(shè)計(jì)是完全可以達(dá)到降低工程成本的目的的，這反映在隱性和顯性2 個(gè)方面。從隱性方面來看，合適的施工圖可以使加工和安裝工作量減少甚至消除因技術(shù)問題而引起的作業(yè)停滯，從而順暢施工流水、實(shí)現(xiàn)施工工期的安排。而顯性成本降低則主要表現(xiàn)在節(jié)約用材、合理排版減少浪費(fèi)上，一個(gè)大型的鋼結(jié)構(gòu)工程，動(dòng)輒成千上萬噸鋼材耗費(fèi)，通過深化設(shè)計(jì)，哪怕是有1%的鋼材節(jié)省都會是一筆不小的資金節(jié)約。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要相關(guān)人員找出足夠的理由去說服設(shè)計(jì)人員接受修改意見。

3 鋼結(jié)構(gòu)制品的表面處理

3.1 國家對鋼結(jié)構(gòu)制品表面處理的規(guī)定

鋼結(jié)構(gòu)表面處理的方法有溶劑清洗、手工除銹、機(jī)械處理、噴砂處理、火焰噴射處理、化學(xué)處理、電化學(xué)處理等。對于鋼結(jié)構(gòu)來說，最常用的是噴丸或噴砂處理，只有極少數(shù)構(gòu)件會使用化學(xué)或電化學(xué)處理方法。經(jīng)表面處理后的材料或構(gòu)件，其基材表面應(yīng)干凈、無污染、暴露出基材本色，達(dá)到良好的浸潤、膠合、附著效果。對此，國家標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T 8923.2—2008） 中給出了未涂裝過的鋼材表面原始銹蝕程度的銹蝕等級和鋼鐵表面除銹標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量等級，將除銹標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量等級劃分為Sa1、 Sa2 、Sa2.5 、Sa3四級。就建筑鋼結(jié)構(gòu)制品而言，需要涂裝的表面除銹等級應(yīng)在Sa2.5以上。

3.2 表面處理的現(xiàn)實(shí)方法

從實(shí)踐的效果來看，比較實(shí)用的表面處理方法是進(jìn)行2 次處理：第一次是在原材料進(jìn)入加工工序前進(jìn)行的原材料表面處理；第二次是在構(gòu)件加工完了后涂裝開始前進(jìn)行的表面整體處理。第一次的處理看似簡單，實(shí)則非常重要，尤其是其處理效果不能馬虎，非得讓母材表面顯現(xiàn)出金屬光澤不可，否則，不僅會給第二次處理造成時(shí)間上的浪費(fèi)，而且，即使第二次處理花費(fèi)再多的氣力，效果也未見得能達(dá)到要求。第二次處理的功用主要在于去除加工過程中產(chǎn)生的油污、焊渣、浮銹、毛刺及加工應(yīng)力。

如果構(gòu)件或涂料對制品表面的除銹質(zhì)量要求嚴(yán)格，第一次表面處理后，最好能及時(shí)進(jìn)行基底防銹預(yù)處理。構(gòu)件第二次表面處理后距表面涂裝操作的時(shí)間應(yīng)盡可能的短，這樣才能避免因表面處理的效果弱化而留下隱患。實(shí)踐證明，在嚴(yán)格的處理工藝下形成的涂層結(jié)合比較致密、牢固，涂層保持時(shí)間相對長久。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)制品表面處理應(yīng)注意的幾個(gè)問題

（a） 鋼結(jié)構(gòu)表面處理工藝、設(shè)備和材料的選用決定了表面處理的效果。無論是采用噴丸處理還是噴砂處理，所采用的噴射設(shè)備和材料（鋼丸或黃砂）對表面處理的效果影響極大，選用較好的設(shè)備及合適的材料雖然在一次性的成本投入上有所加大，但是相對于產(chǎn)生次品后再重新回爐處理的損失來說，注重選用較好設(shè)備及合格材料所得到的長久效益還是相對合算的。只是，投入是現(xiàn)時(shí)的事情，而出現(xiàn)事故是或然和以后的事情，人們常常比較看重時(shí)下而忽視了將來可能發(fā)生的損失，因此很容易犯下因小失大的錯(cuò)誤。要避免這些錯(cuò)誤的發(fā)生，就需要決策者有前瞻的眼光、勇氣和大智慧。

（b）及時(shí)檢查處理效果，及早發(fā)現(xiàn)問題。一般來講，第一次表面處理通常都采用噴丸工藝，第二次表面處理則采用噴砂工藝。表面處理是否達(dá)到了所要求的效果，不能僅憑大致的感覺，必須通過實(shí)時(shí)檢查來核實(shí)效果并發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)處理問題。在實(shí)際操作中，由于噴丸處理是半自動(dòng)操作的流水作業(yè)，即時(shí)檢查這一工作很不容易到位，常常將問題留到了第二次的處理中，導(dǎo)致處理起來費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。所以，在第一次表面處理后，就應(yīng)當(dāng)將母材表面存在的重皮、疊層、裂縫、夾渣等缺陷充分暴露出來并使母材露出金屬光澤。第二次表面處理在于去除加工過程中產(chǎn)生的浮銹、焊渣、毛刺等，尤其是應(yīng)當(dāng)檢查焊縫及熱影響區(qū)是否產(chǎn)生有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

（c）環(huán)境保護(hù)和職工身體健康很重要。無論是噴砂還是噴丸，尤其是噴砂工藝，粉塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散難以避免，由于其中含有鐵銹，其粉塵是有毒的。盡管噴丸設(shè)備和噴砂場地一般都會配套有粉塵處理設(shè)施，但是，在當(dāng)下，幾乎所有表面處理場地都沒有很好地解決粉塵逸出和擴(kuò)散問題。特別是噴砂場地，操作工人就工作在粉塵飛揚(yáng)的空間里，如果沒有很好的隔離設(shè)施不可能避免粉塵的侵蝕。因此，選用好的設(shè)備，做好環(huán)保工作，讓每一個(gè)操作工人盡可能地少受甚至避免粉塵污染，確保操作工人的身體健康，是每一個(gè)負(fù)責(zé)任的管理者應(yīng)當(dāng)妥善處理好的問題。

4 結(jié)語

建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的管理涉及到諸多的行業(yè)和環(huán)節(jié)，每一個(gè)行業(yè)和環(huán)節(jié)都有其固有的規(guī)律和存在的問題可以總結(jié)。設(shè)計(jì)深化和制品表面處理這2 個(gè)環(huán)節(jié)看似簡單，實(shí)則不易，不僅事關(guān)鋼結(jié)構(gòu)工程成本，而且影響質(zhì)量，需要引起足夠的重視。本文是鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)施管理過程中有關(guān)深化設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)制品表面處理2 個(gè)環(huán)節(jié)務(wù)實(shí)操作中的一些心得和體會，可供同行參考。