淺談裝配式鋼結構建筑的應用與發(fā)展

【摘要】隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)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(yè)作為我國社會經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)展理念和模式都要隨著社會革新而不斷創(chuàng)新發(fā)展。傳統(tǒng)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(chuàng)新升級。裝配式鋼結構建筑則具有重量輕、強度高、便于工業(yè)化生產(chǎn)，更符合“五節(jié)能一環(huán)保”的綠色建筑理念，促進了建筑產(chǎn)業(yè)的革新和經(jīng)濟的循環(huán)發(fā)展，是未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】建筑行業(yè);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(tǒng)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(chǎn)與操作，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)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(jié)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(chǎn)與安裝期間的所有動工環(huán)節(jié)，因此具有全面優(yōu)勢。2016年，中共中央、國務院《關于進一步加強城市規(guī)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(guī)范。完善部品部件標準，實現(xiàn)建筑部品部件工廠化生產(chǎn)。鼓勵建筑企業(yè)裝配式施工，現(xiàn)場裝配。建設國家級裝配式建筑生產(chǎn)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(xiàn)和發(fā)展，無疑會促進整個建筑領域的革新發(fā)展，極大促進了建筑產(chǎn)品結構的完善與擴展。

1、裝配式鋼結構建筑的優(yōu)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(chǎn)業(yè)結構體系，鋼結構建筑在環(huán)保、節(jié)能、高效、工廠化生產(chǎn)管理等方面的發(fā)展具有非常明顯的優(yōu)勢。因此，推廣裝配式鋼結構的使用與發(fā)展，對發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟具有重要推進意義，也是傳統(tǒng)建筑行業(yè)實現(xiàn)轉型與升級的重要舉措。以下是裝配式鋼結構的具體優(yōu)勢特點：

1.1綠色節(jié)能環(huán)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(xiàn)綠色施工與管理同時，又可以大幅度提高企業(yè)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(chǎn)生的施工垃圾，有效實現(xiàn)節(jié)能減排和污染控制，符合我國建筑業(yè)綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設的長期目標。

1.2抗震能力強

我國地處地震多發(fā)地區(qū)，按照國家標準，所有城鎮(zhèn)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(guī)劃設計和加工，使得鋼構件的質量和性能也相對比較穩(wěn)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(yè)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(yè)化生產(chǎn)。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(xiàn)場工作量大大減少。鋼結構構件運到現(xiàn)場后，一般只需要簡單的連接和檢驗作業(yè)即可滿足人們使用，也縮短了施工項目工期，符合產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(xiàn)設計的標準化和系列化，以及相關結構構配件供應的產(chǎn)業(yè)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(tǒng)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(jù)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(fā)展的必要性

目前，建筑業(yè)作為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一，正推動著國民經(jīng)濟的快速和持續(xù)發(fā)展。由于城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，人民生活質量水平的日益增高，大量農(nóng)村人口涌入城市以及通過一系列相關政策的頒布激發(fā)了房地產(chǎn)公司企業(yè)的快速發(fā)展，進而推動了住宅產(chǎn)業(yè)化的不斷創(chuàng)新發(fā)展。然而，根據(jù)我國目前的發(fā)展狀況，雖然住房數(shù)量顯著增加，但其產(chǎn)品質量和工業(yè)化水平仍不高，不能滿足發(fā)展的需要。目前，雖然國家現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術發(fā)展較為成熟，對城市建設和經(jīng)濟發(fā)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(huán)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(yè)造成施工質量也難以控制。

根據(jù)傳統(tǒng)建筑結構模式和技術的問題日益突出，這表明傳統(tǒng)模式與技術需要革新升級，又由于國家發(fā)展戰(zhàn)略變革，向環(huán)境友好節(jié)約型社會發(fā)展，促使建筑行業(yè)必須加快轉型。而裝配式鋼結構所具有的優(yōu)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(yè)的發(fā)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(jīng)濟的負擔。

2.2環(huán)境污染嚴重

房地產(chǎn)業(yè)與建筑、冶金等行業(yè)密切相關。房屋建筑企業(yè)在生產(chǎn)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(chǎn)制造與運輸。傳統(tǒng)建筑材料的生產(chǎn)、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(chǎn)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(huán)境造成一定影響，對建設環(huán)境友好型社會的理念相違背。

2.3勞動生產(chǎn)率低

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

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對施工質量和要求也在不斷提高，傳統(tǒng)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(yè)化程度低、勞動生產(chǎn)率低、污染嚴重等原因，不符合我國綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，基于我國現(xiàn)階段的國情和建筑業(yè)發(fā)展狀況，裝配式鋼結構建筑在施工、工期和生產(chǎn)率等方面有一定優(yōu)勢。

目前，由于我國鋼結構建筑的用鋼量僅占鋼產(chǎn)量的4%，而發(fā)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(fā)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(yè)化的快速發(fā)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(fā)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(guī)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(yè)標準和依據(jù)，設計中往往缺乏標準化的數(shù)據(jù)，導致建筑在設計時不能體現(xiàn)以人為本。缺乏人性化設計的裝配式鋼結構建筑，導致企業(yè)開發(fā)設計的建筑存在不合理，缺乏安全，舒適性等現(xiàn)象，不能更好的滿足人們對現(xiàn)代化建筑的使用和居住要求。

同時，由于缺乏統(tǒng)一的標準和標準化的模數(shù)系統(tǒng)，預制的鋼結構構件和連接構件缺乏統(tǒng)一的尺寸標準，導致無法實現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。在結構體系中構件的組成和連接也不能充分發(fā)揮鋼結構建筑裝配方便、快捷的優(yōu)點，影響了裝配式鋼結構建筑的工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)勢，阻礙了快速發(fā)展。

3.2技術相對滯后

我國早期發(fā)展的建筑企業(yè)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(tǒng)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(yè)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(fā)展離不開新技術的研發(fā)，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(yè)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(fā)展較緩，相關建筑企業(yè)也缺乏經(jīng)驗豐富的專業(yè)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(chǎn)業(yè)工人緊缺，相應專業(yè)的鋼結構監(jiān)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(tǒng)，它涉及墻體、屋頂、樓材、廚房、浴室、管道系統(tǒng)，但與相關制造業(yè)聯(lián)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)不能提供很好的服務來滿足社會現(xiàn)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(jù)國內外的發(fā)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(yǎng)戰(zhàn)略，建立多層次的鋼結構人才培養(yǎng)體系，聯(lián)合高校和企業(yè)共同培養(yǎng)相關專業(yè)技術人才，以此滿足社會需求，推進建筑行業(yè)和社會的共同發(fā)展。

高校可以結合社會人才需求，開設鋼結構相關的專業(yè)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(yè)的人才培養(yǎng)方案，鼓勵老師走出校園去學習先進的技術理論，聯(lián)動相關企業(yè)為學生提供相應的實踐平臺，為培養(yǎng)研究型技術人才奠定基礎。

企業(yè)的向好發(fā)展，更離不開企業(yè)自身發(fā)展理念的革新和模式的創(chuàng)新。相關建筑企業(yè)應積極著力于信息化和智能化技術的發(fā)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(yōu)秀企業(yè)開展技術交流和學習，以此培訓和提高專業(yè)技術人員的能力。

4.2解決技術問題的策略

在高校和企業(yè)培養(yǎng)和培訓技術人員的基礎上，應實施相關技術創(chuàng)新戰(zhàn)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(fā)提供資金支持，并鼓勵高校研究型人員和企業(yè)技術型人員多交流，相互揚長避短，建立產(chǎn)學研、社會公眾相輔相成的創(chuàng)新系統(tǒng)。以此基礎將技術革新突破，研發(fā)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(xiàn)良好有序的創(chuàng)新發(fā)展。

4.3解決產(chǎn)業(yè)配套的策略

加大相關政策的支持，來推動產(chǎn)業(yè)結構的轉型與升級;開創(chuàng)技術革新，來提高構配件的生產(chǎn)效率和質量。加強創(chuàng)新企業(yè)的資金支持和政策鼓勵，建設試點示范基地或企業(yè)，扶持配套產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展。同時應鼓勵裝配式鋼結構相關企業(yè)進行聯(lián)合，共同制定相應的標準化規(guī)范，以此來逐步實現(xiàn)企業(yè)標準化、產(chǎn)業(yè)化、信息化集成技術的發(fā)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(lián)動企業(yè)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(yè)以及相關配套制造業(yè)在裝配式鋼結構建筑的發(fā)展上有統(tǒng)一意識，從而促進新型建筑模式的不斷革新和發(fā)展。

5、推進方向

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

5.1充分發(fā)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(guī)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?shù)佚堫^企業(yè)，進行產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，以此形成發(fā)展的良好氛圍，可以逐步讓裝配式鋼結構建筑成為城市經(jīng)濟發(fā)展的新名片。政府部門還可通過設立專項資金，給予規(guī)劃獎勵、資金補貼、稅費優(yōu)惠等政策激勵中小型企業(yè)的積極發(fā)展，從而促進裝配式鋼結構建筑的整體發(fā)展。

5.3完善市場產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系

各地政府還可因地制宜，整合現(xiàn)有資源，以試點、技術集成和管理創(chuàng)新為紐帶，推進鋼結構選材、設計、研發(fā)、生產(chǎn)、安裝、圍護、物流、檢測、回收一體化建設，完善鋼結構全產(chǎn)業(yè)鏈。并可連同企業(yè)自主探索和研究地方標準，對行業(yè)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(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)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(yōu)勢特點外， 我國鋼產(chǎn)量穩(wěn)步增長，鋼材質量及鋼材規(guī)格也已滿足基本的建筑要求，使鋼結構建筑產(chǎn)業(yè)具有良好的物質經(jīng)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(fā)展提供了良好的發(fā)展環(huán)境。綠色環(huán)保是我國現(xiàn)今社會經(jīng)濟不斷發(fā)展過程中的新型發(fā)展理念，在保證中國經(jīng)濟高速發(fā)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(huán)使用、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)點，是實現(xiàn)建筑產(chǎn)品質量大幅提高，資源能源可持續(xù)利用，建筑產(chǎn)業(yè)化轉型升級的新型建筑發(fā)展模式。即使目前裝配式鋼結構建筑的發(fā)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(xù)發(fā)展的理念，有利于為國家新型發(fā)展戰(zhàn)略提供強有力的支持，因此裝配式鋼結構建筑的發(fā)展對整個社會發(fā)展具有深遠意義。

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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。