裝配式鋼結構建筑造價分析與成本控制

黃 娟

(福州市倉山區財政投資評審中心 福州 350007)

鋼結構裝配式建筑除有抗震性能優越、施工周期短、勞動力節約、建筑空間飛躍等混凝土結構不具備的優點外,在實現綠色建造、智能制造、工業集成等方面表現優越。在眾多優點面前,擺在鋼結構建筑大力發展前進道路上的一大障礙是建安成本,現階段,裝配式鋼結構建安成本相比傳統混凝土結構高出近40%,如何控制和降低鋼結構建安成本是推廣鋼結構建筑的重要舉措。通過對裝配式鋼結構不同層面的研究分析,可以更好的認識裝配式鋼結構的優勢,對于加快裝配式鋼結構領域的技術創新都有著顯著作用,從而加快裝配式鋼結構在不同領域中的推廣應用。

1 裝配式鋼結構建筑優缺點分析

黨的十九大以來,我國建筑工程事業實現了非常大的發展,整體層面的突破相當顯著,國家財政部門在建筑工程領域的財政性投入保持了4.7%以上的速度,極大促進了我國建筑工程事業從傳統型向現代化的轉變,同時城鎮化率的顯著提高,極大促進了建筑工程事業的發展,都為裝配式鋼結構的突破發展及深化應用創造了條件。鋼結構建筑做為國家大力發展的裝配式建筑類型,與混凝土結構對優缺點突出:

(1)優點:①綠色節能:鋼結構采用工業化生產,生產過程更加簡單,實際的生產效率大大提高,可大量減少建筑垃圾,非常好的降低了對傳統資源的消耗,對踐行全面協調可持續發展理念都起到了重要作用。傳統混凝土建筑每平方米建筑面積約產生建筑垃圾0.1～0.15 m3,鋼結構則為0.02～0.05 m3,僅為混凝土結構的1/5～1/3,綠色節能優點明顯,更加有助于對生態環境的保護,對應對全球范圍內的資源危機都大有幫助。②縮短工期:鋼結構建筑建設省去支模、養護,能夠讓建筑工程企業將更多的精力匯聚到施工建設關鍵環節上,可減少施工工期,混凝土結構單層施工時間約為7～14天,混凝土養護齡期28天,鋼結構建筑工期可壓縮至3～5天/層,且安裝就位后無需養護即可進行上層建筑施工,結構施工工期整體僅為混凝土結構的1/3～1/2。③質量控制:鋼結構采用工廠批量生產,易于控制質量,尤其是通過現代化生產機械設備的應用,可以在較短的時間中完成批量化生產作業要求,更好的滿足一線建筑工程施工的基本需要,沒有混凝土結構易產生的質量通病,對于保障現代建筑工程的質量安全水平都非常重要。④抗震性能:在抗震設防烈度8度及以上的地區,因鋼結構良好的延展性,試驗結果表明優于混凝土結構。⑤跨越能力強:對于建筑空間需求較大的建筑,鋼結構可提供更大的跨度空間,有利于大開間設計,對于豐富設計理念,加快設計層面的創新突破都有重要意義。⑥自重輕:鋼材強度高、韌性好、自重輕、剛性強、成型好,可大幅降低結構自重,更加有助于建筑工程自身的穩定,對于有效應對各種病害問題也大有幫助。

(2)缺點:①耐火性較差,需采取耐火措施,以往曾經出現過不少過火的情況,這也是影響裝配式鋼結構深化推廣應用的關鍵。②耐腐性性能較差:裸露鋼材易生銹,尤其是長期暴露在自然環境中,大量的有毒有害氣體會對裝配式鋼結構帶來腐蝕影響,長時間會增加鋼結構裂縫等情況的出現,增加了質量安全問題發生的可能,需采取防腐措施。

2 裝配式鋼結構建筑造價組成分析

鋼結構建筑安裝工程費主要可分為預制構件費、構件運輸費、構件安裝費、防腐油漆費、防火涂料費。其中,預制構件費是鋼結構建安費中占比最大的費用,預制構件費又可具體拆分為材料費及加工制造費。

2.1 預制構件費造價組成分析及控制要點

預制構件費在鋼結構建筑安裝工程費中占比超過60%(除大型場館等安裝難度、防腐要求嚴格的建筑外),預制構件費可分為材料費及加工制造費,材料費約占預制構件費的60%～65%。材料主要為中厚板、型鋼、無縫鋼管、開平板。

我國是世界最大鋼鐵生產國,鋼鐵產量占世界總產量超過60%,僅2021 年我國鋼鐵總產量為10.33億t,其中,僅河北省唐山市2021年鋼鐵總產量為1.31億t,超過同時期世界產量排名第二的印度(2021年度印度鋼鐵總產量1.18億t),我國在世界鋼材市場擁有絕對定價權,但與此同時,我國鐵礦石很大程度上依賴于進口,鐵礦石的進口價格直接影響鋼材出廠單價。鋼材材料價格很大程度上受國際形勢、國家產能政策調控影響,地方政府及地方建設主管單位很難對鋼材價格進行干預,穩定的鋼材市場價格有助于推動國家及民間建設資金向鋼結構建筑方向傾注。加工制造費因構件類型、建造高度、跨度不同,加工成本價格不等。以鋼柱為例:鋼管鋼柱制造成本約為箱型鋼柱制造成本的130%,主要原因為鋼管柱需增加卷管工藝,卷管加工受鋼柱直徑與柱壁厚度比制約,目前大部分加工廠所具備的工藝只能滿足鋼柱直徑與柱壁厚度比大于30∶1,小于30∶1的在卷管過程易產生鋼板開裂等質量問題。此外,采用型鋼加工可降低工廠焊接量,能進一步壓低加工制造成本,因此在建筑設計階段,建議條件允許的情況下,優先選用型鋼材料作為主材,減少加工時間、降低加工成本。

2.2 構件運輸費造價組成分析及控制要點

構件運輸費指預制構件從制作廠運輸到施工現場所需投入的建安費用,包括構件裝車、轉運、卸貨堆場。影響運輸費最重要的因素為運距,預制構件運距每增加一公里,運輸費投入需增加約0.40元/t,因此在滿足制作質量、工藝、供應的要求下,宜就近選用預制構件廠,降低運距。此外構件分段方式對裝載率影響較大,尤其是鋼柱牛腿長度過大易導致單車裝載構件噸位不足,造成成本浪費,鋼柱牛腿長度宜控制在0.50 m 以內,搭配鋼梁一同運輸,保證單車裝載噸位,進而降低構件運輸費。

2.3 構件安裝費造價組成分析及控制要點

構件安裝費指預制構件運輸到施工現場后安裝就位所需的費用,包括預拼裝費、垂直運輸費、場地二次轉運費、構件安裝勞務費、安全文明施工費及其它措施費。預拼裝是指構件到場后為滿足吊裝就位精度要求在正式吊裝前進行預拼裝,在設計階段減少異形構件的設計、在預制構件制造階段控制構件加工精度,可取消預拼裝工藝,降低建造成本。

在施工組織設計階段,對構件吊重及吊次進行分析、匹配塔吊、規劃構件堆場可降低垂直運輸費及二次轉運費,在單價措施費上控制建安費投入。構件安裝勞務費約占鋼結構建安費的6%～10%,相比傳統混凝土結構勞務費占比達20%～30%,鋼結構施工實現建筑業從勞動密集型到工業密集型過渡,勞務費投入的減少意味著工業程度的提升,鋼結構現場安裝人工投入宜控制在1.3人工/t,超出此系數意味著現場管理不得當、易發生窩工、索賠風險,從而導致建安成本增加。

2.4 防腐油漆費造價組成分析及控制要點

鋼結構建筑針對酸、堿、潮濕等特殊環境,外露部分構件易腐蝕,且維護成本較高。防腐油漆是為解決以上問題進行設計的功能體系。防腐油漆體系由底漆、中間漆、面漆組成,底漆主要起防銹效果,一般底漆防銹顏料較多,防銹性能較好、附著力較強;中間涂料一般為鱗片或云鐵中間涂料,由于是片狀填充劑,所以防透過性能比較好涂裝滿足封閉性和美觀要求,兼顧各種化學抗性,耐酸、耐堿、耐鹽霧之類的化學性能較好。

現階段,市面常規使用的兼顧防腐性能要求和經濟性的油漆主要為環氧富鋅底漆和環氧云鐵中間漆,面漆的選用根據建設項目的定位不同有不同的選取煩方案,兼顧美觀的項目可選用氟碳面漆,若只需滿足封閉性要求可選用造價較低的聚氨酯面漆。設計階段應控制防腐體系的設置厚度,除沿海、近海、臨江或工業廠房等環境較為特殊的項目外,防腐體系總設計厚度以240um 為宜。

2.5 防火涂料費造價組成分析及控制要點

鋼結構建筑耐火性差,溫度超過250℃,鋼材材質變形,強度降低,溫度超過600℃,鋼材塑化,徹底失去強度。在建筑火災中,鋼結構建筑應具備一定時間的耐火性能,為逃生、救援提供足夠的時間。現階段鋼結構耐火主要采取噴涂防火涂料的措施,其中鋼柱耐火期不得低于3 h,鋼梁、鋼支撐耐火期不得低于2 h,鋼梯、樓承板耐火期不得低于1.5 h。現有防火涂料類型可分為非膨脹型防火涂料及膨脹型防火涂料,膨脹型防火涂料的耐火能力最高為2 h,因此不能用于鋼柱防火。膨脹型防火涂料的1 m2造價低于非膨脹型防火涂料,在設計階段,在滿足構件耐火期限的要求下,優選優先選擇膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料在類別上也可具體分為薄型防火涂料和薄型防火涂料,薄型防火涂料比薄型防火涂料好看,適合工業廠房等不做外包裝飾的結構。

3 鋼結構智能制造發展前景

鋼結構建筑自20世紀80年代以來在我國建筑業成規模性發展至今,誕生出一大批優越的鋼結構預制構件廠,隨著時代的發展,人口老齡化所帶來的勞動力短缺將是未來建筑業成本增加的一大因素,在此環境下,鋼結構加工進行產業提升是解決勞動力資源短缺、提高工業集成水平的破局之法,5G 時代的到來助力建筑鋼結構實現智能制造生產線,未來鋼結構加工可與工業互聯網數據分析應用聯動,解決智能設備之間、智能裝備與鋼構產品之間、智能裝備與制造系統之間的互聯互通及互操作難題,實現建筑鋼結構制造全產業鏈的數字化、信息化管控,帶動產業鏈上下游轉型升級。

鋼結構智能制造發展可從以下幾個方面探索:

(1)打造鋼結構制造全工序的系列智能化新設備,多層面推廣應用不同類型的智能化技術手段,向最新的智能化技術成果應用看齊,提升智能制造生產效率及質量水平,以過硬的智能化加快鋼結構的深化應用。

(2)建立鋼結構制造工業互聯網標識解析體系,基于邊緣計算引擎技術進行新型數據采集、傳輸及數據處理,實現制造環節的“全過程可追溯”,促進生產形勢升級,以此來更好的保障生產制造工藝水平,對提高鋼結構市場層面的認可度,對加快國內鋼結構制造產品的國際化等都有著非常大的幫助。

(3)打造“無人”切割下料、臥式組焊矯一體化加工、智能化倉儲物流體系、機器人高效焊接等鋼結構制造新工藝,實現工件的快速自動編程焊接,推進了建筑鋼結構制造自動化進程,從而提高建筑鋼結構制造成效,創造更多的經濟效益,對加快建筑工程領域的市場化突破都有很大幫助。

鋼結構智能制造是提高產品生產工業化、降低鋼結構生產成本的有力手段。現階段,我國各省份鋼結構制造水平發展良莠不齊、規模發展不一,福建省內缺乏大型鋼結構制作加工廠,省內加工成本高于周邊省份。引進鋼構智能化生產線,在提高鋼構件生產的整體水平的同時,可降低構件加工人工費投入,實現無人化車間,完成工業升級,實現作業流水化、生產集約化,提高生產效率。

4 結語

隨著我國人口老齡化,建筑業可用勞動力逐年減少,勞動力單價逐年上升,對鋼結構裝配式建筑工業化水平提高的需求也逐漸上升。智能制造是實現裝配式建筑工業化水平的有效手段。隨著勞動力成本逐年上升,工業化生產實現智能應用和產業集聚,裝配式鋼結構建筑的建設成本和傳統混凝土結構建筑的建設成本逐步縮小,鋼結構產品工業化、實現集成化后鋼結構裝配式建筑的應用和推廣前景將更加廣闊。