淺談裝配式鋼結構建筑的應用與發展

【摘要】隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的顯著提高，人們對各類建筑的質量和條件的要求也在不斷提高。建筑工程行業作為我國社會經濟的重要支柱產業之一，其發展理念和模式都要隨著社會革新而不斷創新發展。傳統的鋼筋混凝土結構建筑與鋼結構建筑相比，其資源消耗、能源消耗和固體垃圾排放量都超過鋼結構建筑，促使著建筑結構模式的創新升級。裝配式鋼結構建筑則具有重量輕、強度高、便于工業化生產，更符合“五節能一環保”的綠色建筑理念，促進了建筑產業的革新和經濟的循環發展，是未來建筑行業的發展趨勢。

【關鍵詞】建筑行業;裝配式;鋼結構建筑

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.09.052

引言：

裝配式鋼結構有別于傳統建筑需要在施工場地進行大量澆筑的施工方式，它主要是通過在工廠批量化生產與操作，運輸到施工現場時，選擇合適的構配件進行組裝裝置即可，使得其施工具有綠色便捷，干式施工，節約場地和用水等特點，符合綠色施工要求。而且裝配式鋼結構建筑在整個建設過程中，涵蓋了零件選材、生產與安裝期間的所有動工環節，因此具有全面優勢。2016年，中共中央、國務院《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》指出，要大力推廣裝配式建筑，減少建筑垃圾和揚塵污染，縮短建設工期，提升工程質量。要求“制定裝配式建筑設計、施工和驗收規范。完善部品部件標準，實現建筑部品部件工廠化生產。鼓勵建筑企業裝配式施工，現場裝配。建設國家級裝配式建筑生產基地。加大政策支持力度，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”。而鋼結構這一新型建筑結構體系的出現和發展，無疑會促進整個建筑領域的革新發展，極大促進了建筑產品結構的完善與擴展。

1、裝配式鋼結構建筑的優勢

裝配式鋼結構是指結構體系由鋼（構）件構成的裝配式建筑。相比于其他產業結構體系，鋼結構建筑在環保、節能、高效、工廠化生產管理等方面的發展具有非常明顯的優勢。因此，推廣裝配式鋼結構的使用與發展，對發展綠色循環經濟具有重要推進意義，也是傳統建筑行業實現轉型與升級的重要舉措。以下是裝配式鋼結構的具體優勢特點：

1.1綠色節能環保

鋼材是一種可回收的綠色建筑材料，不僅易于拆卸和處理，而且回收再利用率高。鋼結構建筑具有干式施工的特點，可以大大減少用水量，并且安裝速度較快，縮短了工期和成本，以此在實現綠色施工與管理同時，又可以大幅度提高企業工程項目質的量和安全管理技術水平。在預制建筑中應用鋼結構不僅可以使施工噪聲小，而且可以大大減少施工過程中產生的施工垃圾，有效實現節能減排和污染控制，符合我國建筑業綠色發展和生態文明建設的長期目標。

1.2抗震能力強

我國地處地震多發地區，按照國家標準，所有城鎮永久性建筑都需要有一定的抗震能力，與脆性材料混凝土相比，鋼結構是延性材料，其具有更好的安全可靠性和抗震能力。裝配式鋼結構由于使用的建筑工程材料較輕，強度高，但由于鋼材料的塑性變形能力強，再通過科學合理的規劃設計和加工，使得鋼構件的質量和性能也相對比較穩定，組成的結構則具有較好的抗震能力。國內外的理論研究和地震損傷調查都表明，鋼結構比鋼筋混凝土結構具有更強的抗震能力。

1.3工業化程度高

裝配式鋼結構由大量輕質型材組成，使得建筑自重輕，相對于混凝土結構，不僅基礎造價相對低，還便于工業化生產。其鋼結構構件可在車間內制作，加工、檢驗，與鋼筋混凝土結構相比，現場工作量大大減少。鋼結構構件運到現場后，一般只需要簡單的連接和檢驗作業即可滿足人們使用，也縮短了施工項目工期，符合產業化發展要求。與混凝土結構建筑相比，裝配式鋼結構建筑更容易實現設計的標準化和系列化，以及相關結構構配件供應的產業化。

1.4空間布置靈活

由于鋼梁和鋼柱的截面尺寸較小，占用空間較小，房屋內各開間的尺寸增大，使得鋼結構裝配式房屋的使用面積較傳統房屋略有增加。而且鋼結構跨度大、住宅不需設承重內墻，使得戶內空間格局可以靈活布置。住房用戶可以根據個人需求進行細分和調整，不僅能更好地滿足人們多樣化的住房需求，又能保證了住宅結構的安全和可靠性。

2、裝配式鋼結構建筑發展的必要性

目前，建筑業作為我國支柱產業之一，正推動著國民經濟的快速和持續發展。由于城鎮化水平的不斷提高，人民生活質量水平的日益增高，大量農村人口涌入城市以及通過一系列相關政策的頒布激發了房地產公司企業的快速發展，進而推動了住宅產業化的不斷創新發展。然而，根據我國目前的發展狀況，雖然住房數量顯著增加，但其產品質量和工業化水平仍不高，不能滿足發展的需要。目前，雖然國家現有的傳統技術發展較為成熟，對城市建設和經濟發展的貢獻很大，但弊端問題也十分突出：一是粗放式施工，造成鋼材，水泥用量嚴重浪費;二是水資源使用和浪費較大;三是施工場地占用大，且環境臟、亂、差，施工時揚塵污染嚴重，造成城市空氣污染問題日益凸顯;四是質量通病嚴重，開裂滲漏問題突出;五是勞動力成本提高，不僅招工難、管理難，而且由于大量人工作業造成施工質量也難以控制。

根據傳統建筑結構模式和技術的問題日益突出，這表明傳統模式與技術需要革新升級，又由于國家發展戰略變革，向環境友好節約型社會發展，促使建筑行業必須加快轉型。而裝配式鋼結構所具有的優勢可以有效改善和解決目前建筑結構模式中所存在的以下問題。

2.1能源與資源消耗大

縱觀中國國內建筑業的發展，我國每年新建建筑中高能耗建筑的占比約80%。在建造施工過程中使用的天然砂石、木材、水資源等占用率也較大，用于設計建造與維護的水資源占20%以上，且建筑施工用水的回用率低下。因此，大型建筑能耗不僅造成建設成本高，而且也增加了國民經濟的負擔。

2.2環境污染嚴重

房地產業與建筑、冶金等行業密切相關。房屋建筑企業在生產建造過程中，我們需要投入使用大量的鋼鐵和水泥，在滿足中國國內對于建筑的高消耗外，我國還承擔著國外建筑用材的生產制造與運輸。傳統建筑材料的生產、施工和運輸都對空氣有一定的污染，且不容忽視。我國每年因建筑產生的建筑垃圾相當于全國生活垃圾總量的三分之一，不僅處理困難，而且處理時對環境造成一定影響，對建設環境友好型社會的理念相違背。

2.3勞動生產率低

我國建筑業的勞動生產率相比一些經濟發達國家，由于手工作業較多，且其技術管理水平、信息化水平以及工業化生產能力都較低，從而致使勞動生產率較低，與一些發達國家之間存在較大差異。

隨著經濟的不斷發展，人們對施工質量和要求也在不斷提高，傳統的鋼筋混凝土結構的研究雖然比較成熟，但由于資源和能源消耗大、工業化程度低、勞動生產率低、污染嚴重等原因，不符合我國綠色可持續發展戰略。因此，基于我國現階段的國情和建筑業發展狀況，裝配式鋼結構建筑在施工、工期和生產率等方面有一定優勢。

目前，由于我國鋼結構建筑的用鋼量僅占鋼產量的4%，而發達國家的這一占比已超過30%。我國鋼結構建筑只占全部建筑的5%，而發達國家則超過50%，因此國家開始實施了“積極用鋼”等鼓勵政策，再加上“一帶一路”的實施和建筑工業化的快速發展，促使裝配式鋼結構它作為一種新型建筑模式必將成為我國社會未來的發展方向之一。

3、裝配式鋼結構建筑存在的問題

與裝配式混凝土結構相比，我國裝配式鋼結構建筑的研究和技術相對滯后和不完善。因此，在裝配式鋼結構建筑的推廣過程中，還有很多問題需要解決。

3.1缺乏標準規范化

目前我國裝配式鋼結構相關設計缺乏一套完整的行業標準和依據，設計中往往缺乏標準化的數據，導致建筑在設計時不能體現以人為本。缺乏人性化設計的裝配式鋼結構建筑，導致企業開發設計的建筑存在不合理，缺乏安全，舒適性等現象，不能更好的滿足人們對現代化建筑的使用和居住要求。

同時，由于缺乏統一的標準和標準化的模數系統，預制的鋼結構構件和連接構件缺乏統一的尺寸標準，導致無法實現工業化的大規模生產。在結構體系中構件的組成和連接也不能充分發揮鋼結構建筑裝配方便、快捷的優點，影響了裝配式鋼結構建筑的工業生產優勢，阻礙了快速發展。

3.2技術相對滯后

我國早期發展的建筑企業多以鋼筋混凝土為主，且裝配式建筑的推廣主要以裝配式混凝土結構為主，對裝配式鋼結構建筑的研究方法相對不成熟，相應的建筑項目的施工管理技術與裝備也相對滯后，以及鋼結構智能制造系統不完善，信息融合技術也較滯后。這無疑會對建筑工程的施工管理和質量控制造成一定影響。

3.3專業人員的缺乏

我國對裝配式鋼結構建筑的研究還不夠，許多核心技術需要引進國外，而裝配式鋼結構建筑的向好發展離不開新技術的研發，但目前我國相關方面的科研人員較為短缺，并且我國還缺乏具備高水平的裝配式鋼結構施工人才。目前設計院的鋼結構專業部門相對較少，嚴重缺乏鋼結構相關的設計人才和熟悉鋼結構的相關技術人員，以及施工人員的整體技術水平不高。又由于該結構模式在國內發展較緩，相關建筑企業也缺乏經驗豐富的專業技術人員和管理人員。同時由于BIM應用人員的技術水平提升緩慢，使得信息化工程技術人員和產業工人緊缺，相應專業的鋼結構監理工作人員和檢測技術人員也不足。

3.4相關配套設施不夠完善

裝配式鋼結構建筑是一個綜合、復雜的技術系統，它涉及墻體、屋頂、樓材、廚房、浴室、管道系統，但與相關制造業聯系不緊密，致使配套設施的市場供應范圍也小，配套設施不完善。現有的外墻維護結構也由于材料性能和安裝方法等問題難以滿足鋼結構建筑的保溫、防腐、防火和耐久性要求。另外，現有的外墻材料種類缺乏豐富多彩性，材料品質也缺乏多樣化，致使企業不能提供很好的服務來滿足社會現代化的需求和人們對高品質，高標準的追求。

4、應對策略

4.1解決人員問題的策略

根據國內外的發展狀況，結合市場人才缺乏情況，可以通過合理調整人才培養戰略，建立多層次的鋼結構人才培養體系，聯合高校和企業共同培養相關專業技術人才，以此滿足社會需求，推進建筑行業和社會的共同發展。

高校可以結合社會人才需求，開設鋼結構相關的專業課程，為人才輸出提供基本的理論知識教育;并可通過合理的編制鋼結構專業的人才培養方案，鼓勵老師走出校園去學習先進的技術理論，聯動相關企業為學生提供相應的實踐平臺，為培養研究型技術人才奠定基礎。

企業的向好發展，更離不開企業自身發展理念的革新和模式的創新。相關建筑企業應積極著力于信息化和智能化技術的發展，加強BIM技術的應用，并積極開展宣傳和培訓教育，為相關技術人員提供合理的技能提升機會，還可多與優秀企業開展技術交流和學習，以此培訓和提高專業技術人員的能力。

4.2解決技術問題的策略

在高校和企業培養和培訓技術人員的基礎上，應實施相關技術創新戰略，來突破技術瓶頸。可以加大相關科研基金的設立和投入，為相關技術的研發提供資金支持，并鼓勵高校研究型人員和企業技術型人員多交流，相互揚長避短，建立產學研、社會公眾相輔相成的創新系統。以此基礎將技術革新突破，研發技術軟件等貫穿于裝配式鋼結構全生命周期的研究，來實現良好有序的創新發展。

4.3解決產業配套的策略

加大相關政策的支持，來推動產業結構的轉型與升級;開創技術革新，來提高構配件的生產效率和質量。加強創新企業的資金支持和政策鼓勵，建設試點示范基地或企業，扶持配套產業的創新和持續發展。同時應鼓勵裝配式鋼結構相關企業進行聯合，共同制定相應的標準化規范，以此來逐步實現企業標準化、產業化、信息化集成技術的發展。

4.4解決政策、管理層面的策略

在政策制定和管理方面，我們不應該是一刀切的。我們應該對不同的項目給予靈活的政策。同時，政府聯動企業要加大BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的應用與推廣，在政策層面給予大力支持。政府還可以提供相應培訓基金的支持或培訓平臺的搭建，加大相關培訓宣傳力度，促使整個建筑行業以及相關配套制造業在裝配式鋼結構建筑的發展上有統一意識，從而促進新型建筑模式的不斷革新和發展。

5、推進方向

就目前階段而言，裝配式鋼結構建筑的發展與應用存在許許多多的難題，但是基于它具有良好的優勢，在今后建筑行業的發展道路上，國家政府聯動相關企業可以共同往以下幾個方面進行推進，以此來促進建筑產業和國民經濟的共同發展。

5.1充分發揮政府的引領和示范作用

以政府投資的項目為突破口，加大裝配式鋼結構建筑的推廣力度。比如政府部門可以通過對其投資建設的保障性住房和棚改建設項目中采用裝配式鋼結構的比例做出相應的規定，以此來開展引領示范工作。

5.2加大政策的扶持與激勵

政府部門通過大力支持當地龍頭企業，進行產業聯盟，以此形成發展的良好氛圍，可以逐步讓裝配式鋼結構建筑成為城市經濟發展的新名片。政府部門還可通過設立專項資金，給予規劃獎勵、資金補貼、稅費優惠等政策激勵中小型企業的積極發展，從而促進裝配式鋼結構建筑的整體發展。

5.3完善市場產業化生產體系

各地政府還可因地制宜，整合現有資源，以試點、技術集成和管理創新為紐帶，推進鋼結構選材、設計、研發、生產、安裝、圍護、物流、檢測、回收一體化建設，完善鋼結構全產業鏈。并可連同企業自主探索和研究地方標準，對行業技術標準進行制定和改革，不斷完善裝配式鋼結構的建筑技術體系和評價標準，促進產業化生產的發展，并還能以此推動國家相關標準的形成。

結語：

除了裝配式鋼結構自身具有的優勢特點外， 我國鋼產量穩步增長，鋼材質量及鋼材規格也已滿足基本的建筑要求，使鋼結構建筑產業具有良好的物質經濟基礎。并且國家鼓勵鋼結構建筑的各項政策逐步完善與推出，在各項向好政策的引導下，都為裝配式鋼結構建筑的發展提供了良好的發展環境。綠色環保是我國現今社會經濟不斷發展過程中的新型發展理念，在保證中國經濟高速發展的同時，裝配式鋼結構建筑有著成本造價低、施工速度快、可循環使用、綠色環保等眾多優點，是實現建筑產品質量大幅提高，資源能源可持續利用，建筑產業化轉型升級的新型建筑發展模式。即使目前裝配式鋼結構建筑的發展與推廣存在諸多困難與問題，但裝配式鋼結構建筑的推廣和應用符合綠色、可持續發展的理念，有利于為國家新型發展戰略提供強有力的支持，因此裝配式鋼結構建筑的發展對整個社會發展具有深遠意義。

參考文獻：

[1]林櫻，王元清，丁大益，等.裝配式鋼結構建筑的工程應用與研究進展[C].中國鋼結構協會結構穩定與疲勞分會第17屆（ISSF-2021）學術交流會暨教學研討會.2021.

[2]葉之皓.我國裝配式鋼結構住宅現狀及對策研究[D].南昌大學，2012.

[3]張波.鋼結構在多層裝配式住宅建筑中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2016，000（010）：5482-5482.

[4]張樹輝，解淇鵬.淺談我國裝配式鋼結構住宅現狀與發展前景[J].江西建材，2017（10）：2.

[5]岳清瑞.我國鋼結構發展瓶頸及對策[J].建筑，2017.

作者簡介：

王湘（1992.10—），女，漢族，河南三門峽人，碩士研究生，助教，研究方向：土木工程。