建筑钢结构工程管理中的设计图深化及制品表面处理

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1 问题的提出

实践表明，在建筑钢结构工程实施中，钢结构工程的设计图深化及钢结构制品涂装前的表面处理是不太容易引起重视但又对整个工程产生重要影响的2 个环节[1]。一旦处理不当，遗留下来的问题，由于是延后才能显露的，不仅处理起来十分不易，而且将严重影响使用质量和建筑寿命，所以必须引起足够的重视[2-4]。笔者以前曾参与巴西阿斯米纳斯1 350 m3高炉及50 孔焦炉钢结构、突尼斯输油管线结构的供货及服务项目，本文在总结经验的基础上，对钢结构工程管理中的设计图深化及制品表面处理这2 个环节进行详细分析，并提出问题的解决方法和管理措施。

2 钢结构施工图深化设计管理

2.1 钢结构设计图与施工详图的区别

1983年国家所颁布的《钢结构施工验收规范》（GBJ 205—1983）中明确规定：钢结构施工设计分2 个阶段出图，并分别定义为“设计图”及“施工图”；前者由设计单位实施完成，后者以前者为依据，由钢结构工程承揽单位组织进行深化设计完成，并直接作为钢结构工程加工与安装的依据。由此可见，依据设计图进行深化设计是钢结构工程实施过程中必须要实施的一项重要工作。

《钢结构施工验收规范》中所定义的施工图，即是钢结构深化设计的成果。钢结构设计图是设计单位从满足建筑物功能要求出发进行的结构设计，主要考虑的是满足设计方案、建筑外观、使用功能、结构强度等方面的要求，所给出的设计图纸一般来讲都不能直接交由作业工人用于工程施工。所谓深化设计，主要是从指导施工的角度出发，基于设计图所针对不同的构件作出具象化的图绘，并将每一个构件在详图上表达清楚，给出构件标号、构件清单及材料表等实物操作所需要的信息，解决施工过程中可能遇到的一些具体问题，以及可能存在于设计图中的错误。概括地来讲，钢结构设计图对工程施工来讲是指导性的，而钢结构施工图则是具有可操作性的。

2.2 钢结构深化设计重要性

从满足按图施工的要求来讲，设计图一般很难满足“工人看得懂、做得到”的需要，无论设计单位将设计做得多么的深入，都不可能细致到给出每一个构建详图的效果。从客观上讲，工程承揽单位组织进行钢结构设计图深化设计这一环节是难以省免的。另外，从顺畅组织施工、提高劳动效率、保证作业流水不致因设计问题中途停顿的角度来看，忠实于设计图而又充分地消除了设计图中错误的施工图是不可或缺的。再从节约成本、合理规划材料的投放使用角度来看，进行深化设计就更是必不可少的工作。因为在实际中，大多数钢结构设计图安全系数的确定都趋于保守，而且所选用的材料几乎都来源于手册的查找，而实际的材料采购却不像在手册上选择那么容易和得心应手。所以，基于成本原则和市场供应方便的施工图，既满足了设计对安全和建筑规则的追求，又可以合理地降低实际成本支出，同时还解决了材料采购的时间耗费，确实是一件一举多得的工作。

2.3 钢结构深化设计步骤[5-8]

（a） 深化设计准备。开展钢结构深化设计前，必须熟悉设计图纸，并联系工程技术人员和材料采购人员，了解工程实况和材料采购的可行性，归集整理图纸自审过程中存疑的问题，准备好问题清单和需要变更的材料明细表。

（b）在熟悉设计图的基础上联系设计人员进行设计图会审。在这一过程中，应重在与设计人员沟通设计理念、明了设计意图，同时对设计图中不明确的地方提出疑问和看法，在探讨的基础上达成共识并找出合理的解决办法。这一过程极为重要，所有关于设计修改和材料替代的提议是必须得到原设计人员的理解和支持，否则，深化设计人员是无权擅自修改的，基于实际需要的施工图也就无从谈起。

（c） 建立结构模型并会同技术人员一起解决设计与施工相结合的问题。诸如根据工厂条件和施工需要所提出的材料排版、结构分拆、构件分段、运输尺寸及质量确定、施工次序、吊装能力、安装操作空间等一系列的涉及到制作可行性和施工便利的问题都必须在这一阶段得到落实和有效的解决。

（d） 施工详图设计、审核、出图并进行有效的管理。深化设计后的施工详图是否需要经由设计人员再审核，取决于设计单位和业主方的要求，在施工详图发到施工人员手中之前，一定要将这一要求弄清楚并落实好，以避免不必要的麻烦。

目前，钢结构施工详图深化设计时，较为普遍的做法是采用XSTEEL（Tekla Structures）建模、PKPM辅助设计、CAD出详图。

2.4 钢结构深化设计需要注意的几个问题

钢结构设计图深化设计主要应达到两个目的：其一，满足工人按图施工的施工要求，这是钢结构施工图应实现的最基本的目的；其二，要达成顺畅施工、降低成本。前者是有标准可依的，这就是钢结构设计的相关规定和标准。而后者，尽管相关的工作已开展了多年，但并没有一个统一的标准来衡量，这主要是因为所要达成的目标难以量化，而且也因人因事而异。根据以往实践及经验总结，以下问题需要引起设计与管理人员注意：

（a） 深化设计人员对原设计的理解和把握是出一版高质量施工图的基础。在追求做大做强规模的当代，设计单位大量起用新人，有很多设计人员甚至连施工现场都很少光顾，就更别提了解和把握国内材料市场的动态行情了。因此，在不甚了解工程建设规律的情况下作出来的钢结构设计图难免会存在一些不切实际的地方。这就要求深化设计人员不仅要具有一定的设计理论知识，同时也要有结合工程施工的基础和能力。否则，费时费力弄出来的施工图漏洞百出；既难以起到指导施工的作用，又从另一个方面加重了工程成本的负担。如果不得不重新再做一次，更会导致工程建设工期拖延。这种情况一定要尽量避免。

（b）深化设计人员与项目技术人员的紧密结合是保证施工图能真正用于工程施工的前提。因为深化设计人员再怎么了解施工过程也不如工程项目技术人员对施工过程的熟悉和理解，一旦画在图上了，工人们就只能是照图施工，届时再要想修改就会很难，有些问题甚至木已成舟，根本就无法改过来。因此，在施工图出图前，所有涉及到影响工程施工的事情，哪怕看似细微，也必须在深化设计人员和项目技术人员的讨论和协商中得以提出和解决。譬如：构件长度和质量的限制、镀锌构件的锌流通道、扭力扳手的操作空间等等，诸如此类的问题一旦被疏忽，后续的麻烦就不是一点点了；当然，工程成本的支出也就会因此而增加。

（c） 钢结构模型的建立对解决问题有事半功倍的作用。通常说来，如果只是单纯地出一版钢结构施工图，只需在CAD软件支持下生成平面图就解决问题了，根本用不着建立项目钢结构的三维模型。但是CAD技术下形成的施工图难以解决设计图中存在的诸如空间碰撞、施工操作空间不够、构件分段不准确等问题。一个大型建筑物钢结构工程的设计，构件成千上万，要想让设计人员一点纰漏都不出是不可能的，深化设计人员有责任将这些纰漏一一找出来并在生成施工图时就处理掉，否则一旦构件被加工制作好了，到了施工现场，任何细微的不合适，都有可能导致工期延误甚至重大事情的发生，这都是工程成本难以承受的。而钢结构模型的建立不仅可以很自然地消除碰撞和结构尺寸中发生的错误，而且还可以很直观地在模型上规划和解决许多靠空间想象难以确定的问题。时下，BIM技术方兴未艾，设计单位可以提供结构模型的工程已逐年增多，这种趋势倒是给设计院和钢结构工程承揽单位提供了一次产生深度结合的机会，这样，既可以节省深化设计建模的时间，有效地减少深化设计过程中的工作量，同时也减少了错误发生的概率。

（d） 通过深化设计合理降低工程成本。合适的深化设计是完全可以达到降低工程成本的目的的，这反映在隐性和显性2 个方面。从隐性方面来看，合适的施工图可以使加工和安装工作量减少甚至消除因技术问题而引起的作业停滞，从而顺畅施工流水、实现施工工期的安排。而显性成本降低则主要表现在节约用材、合理排版减少浪费上，一个大型的钢结构工程，动辄成千上万吨钢材耗费，通过深化设计，哪怕是有1%的钢材节省都会是一笔不小的资金节约。当然，要实现这一点，需要相关人员找出足够的理由去说服设计人员接受修改意见。

3 钢结构制品的表面处理

3.1 国家对钢结构制品表面处理的规定

钢结构表面处理的方法有溶剂清洗、手工除锈、机械处理、喷砂处理、火焰喷射处理、化学处理、电化学处理等。对于钢结构来说，最常用的是喷丸或喷砂处理，只有极少数构件会使用化学或电化学处理方法。经表面处理后的材料或构件，其基材表面应干净、无污染、暴露出基材本色，达到良好的浸润、胶合、附着效果。对此，国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB/T 8923.2—2008） 中给出了未涂装过的钢材表面原始锈蚀程度的锈蚀等级和钢铁表面除锈标准质量等级，将除锈标准质量等级划分为Sa1、 Sa2 、Sa2.5 、Sa3四级。就建筑钢结构制品而言，需要涂装的表面除锈等级应在Sa2.5以上。

3.2 表面处理的现实方法

从实践的效果来看，比较实用的表面处理方法是进行2 次处理：第一次是在原材料进入加工工序前进行的原材料表面处理；第二次是在构件加工完了后涂装开始前进行的表面整体处理。第一次的处理看似简单，实则非常重要，尤其是其处理效果不能马虎，非得让母材表面显现出金属光泽不可，否则，不仅会给第二次处理造成时间上的浪费，而且，即使第二次处理花费再多的气力，效果也未见得能达到要求。第二次处理的功用主要在于去除加工过程中产生的油污、焊渣、浮锈、毛刺及加工应力。

如果构件或涂料对制品表面的除锈质量要求严格，第一次表面处理后，最好能及时进行基底防锈预处理。构件第二次表面处理后距表面涂装操作的时间应尽可能的短，这样才能避免因表面处理的效果弱化而留下隐患。实践证明，在严格的处理工艺下形成的涂层结合比较致密、牢固，涂层保持时间相对长久。

3.3 钢结构制品表面处理应注意的几个问题

（a） 钢结构表面处理工艺、设备和材料的选用决定了表面处理的效果。无论是采用喷丸处理还是喷砂处理，所采用的喷射设备和材料（钢丸或黄砂）对表面处理的效果影响极大，选用较好的设备及合适的材料虽然在一次性的成本投入上有所加大，但是相对于产生次品后再重新回炉处理的损失来说，注重选用较好设备及合格材料所得到的长久效益还是相对合算的。只是，投入是现时的事情，而出现事故是或然和以后的事情，人们常常比较看重时下而忽视了将来可能发生的损失，因此很容易犯下因小失大的错误。要避免这些错误的发生，就需要决策者有前瞻的眼光、勇气和大智慧。

（b）及时检查处理效果，及早发现问题。一般来讲，第一次表面处理通常都采用喷丸工艺，第二次表面处理则采用喷砂工艺。表面处理是否达到了所要求的效果，不能仅凭大致的感觉，必须通过实时检查来核实效果并发现问题、及时处理问题。在实际操作中，由于喷丸处理是半自动操作的流水作业，即时检查这一工作很不容易到位，常常将问题留到了第二次的处理中，导致处理起来费时又费力。所以，在第一次表面处理后，就应当将母材表面存在的重皮、叠层、裂缝、夹渣等缺陷充分暴露出来并使母材露出金属光泽。第二次表面处理在于去除加工过程中产生的浮锈、焊渣、毛刺等，尤其是应当检查焊缝及热影响区是否产生有气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

（c）环境保护和职工身体健康很重要。无论是喷砂还是喷丸，尤其是喷砂工艺，粉尘的产生和扩散难以避免，由于其中含有铁锈，其粉尘是有毒的。尽管喷丸设备和喷砂场地一般都会配套有粉尘处理设施，但是，在当下，几乎所有表面处理场地都没有很好地解决粉尘逸出和扩散问题。特别是喷砂场地，操作工人就工作在粉尘飞扬的空间里，如果没有很好的隔离设施不可能避免粉尘的侵蚀。因此，选用好的设备，做好环保工作，让每一个操作工人尽可能地少受甚至避免粉尘污染，确保操作工人的身体健康，是每一个负责任的管理者应当妥善处理好的问题。

4 结语

建筑钢结构工程的管理涉及到诸多的行业和环节，每一个行业和环节都有其固有的规律和存在的问题可以总结。设计深化和制品表面处理这2 个环节看似简单，实则不易，不仅事关钢结构工程成本，而且影响质量，需要引起足够的重视。本文是钢结构工程实施管理过程中有关深化设计和钢结构制品表面处理2 个环节务实操作中的一些心得和体会，可供同行参考。