钢结构装配式住宅建筑中关键技术及工程造价优化途径的探索

赵 炫（上海市工程建设咨询监理有限公司， 上海 200433）

在国家对建筑业的高效安全、绿色节能、创新发展的思想指导下，上海市首创钢结构装配式住宅建筑— 浦东新区宣桥05-02地块4号楼项目于2021年9月竣工，目前已进入后期安装阶段。在该项目中，上海建工集团发挥建筑全产业链优势，以一体化设计、工厂化加工、精细化施工及创新协调的工程管理理念，指导项目全过程建设，充分彰显了钢结构装配式住宅建筑的技术创新效益和可发展前景。

本文依托该项目的上部建筑建设过程中技术经济管理的实践，对其关键技术优势及技术经济优化管理进行探索。

1 工程概况

宣桥4号楼项目（以下简称“本项目”）建筑面积5 950 m2，为地上14层、地下1层钢结构装配式住宅工程，标准层层高3 m，建筑高度43.6 m。主体结构为钢框架支撑结构，水平结构为预制混凝土叠合板，外墙设计为预制混凝土夹心保温外墙挂板，内墙为轻质蒸养混凝土预制墙板。此外，整幢建筑中除电梯井为现浇混凝土结构外，其余阳台、楼梯以及装饰性柱线等建筑结构件均为预制。

建筑钢结构用钢量800 t，预制叠合楼板572块，外墙预制夹心挂板672块，单体建筑预制率达76%，安装构件总数达2 025件。

2 钢结构装配式住宅建筑的关键技术

2.1 一体化设计，确保钢结构装配式建筑结构质量和建筑功能

本项目中，为克服传统装配式建筑结构质量和建筑功能等方面的薄弱环节，充分发扬装配式建筑绿色环保施工的优越性，经反复计算及模拟论证，以确保结构质量、建筑装饰形象及抗震防火防水等功能达到并优于现行建筑设计标准为前提，以提高和优化预制装配式施工为目标，采取了一系列建筑结构一体化、土建安装一体化方案。

钢框架支撑结构设计中，综合考虑了结构抗震及建筑轴线和梁柱截面的要求，采用H型钢水平贯通梁和宽扁柱设计形式，并在梁柱节点部位加筋贴板，形成结构支座端的箱形结构，提高钢框架结构的各向刚度及抗震性能。同时对钢构件按防火防腐等设计标准进行构件防火防腐同步设计，充分体现了梁柱钢结构一体化设计的技术优势。

在钢结构框架梁与预制叠合板、外墙挂板等钢筋混凝土结构件的锚固连接形式的设计中，采用了创新式高强螺栓干式连接和焊接干式连接方案，局部建筑部位辅以传统锚筋灌浆连接形式，实现了优化钢结构与混凝土结构的一体化设计。

外墙预制夹心保温挂板（PITF）的设计，不但组合设计了预埋与钢框架的连接件，而且结合混凝土外立面装饰线条、优选保温节能材料组合制作的协同设计，从优化建筑平面布置扩大有效空间利用率出发，将内外混凝土墙板厚度控制为6 cm，实现外挂墙总厚度仅16 cm的薄型复合外墙挂板，充分体现了建筑结构、材料节能等多元素一体化设计的技术优势。

土建工程与机电安装工程的一体化设计是本项目的重要特色。在各专业工程施工管理团队的协同和BIM等先进管理技术的支持下，设计团队与施工单位、设备供应商超前协调，结合机电设计要求，在BIM建模检查的基础上，尽可能地将预埋件、预留孔及管线布置空腔在相关预制构件中预埋预留，为后期安装提供便捷条件。

2.2 工厂化加工，是钢结构装配式建筑精准安装和节材节能绿色文明施工的基本保证

本项目共有各类钢构件、混凝土构件2 000多件，在一体化设计、精准化施工要求的前提下，构件材料功能多样，类别、型号及预埋预留繁多，对构件的工厂化生产、计划性供应提出严格要求。同时就目前状况而言，对工程造价造成了不利影响。

本项目中，钢框架构件和混凝土预制构件分别由上海建工机施集团和材料构件公司生产。在钢构件生产中分别采用数控放样下料、自动化组装焊接及探伤检测等标准化生产和质量控制手段，为结构质量提供有力保证。在混凝土构件生产中，采用钢模成型、精准预埋，复合外墙挂板不锈钢连接件定位及蒸汽养护等工业化生产流程，为现场精准安装提供保证。

本项目中建筑预制率达76%。各类构件的工厂化加工大大减少了现场施工作业量，为施工现场加快工程进度、降耗减排、安全文明、绿色环保提供有利条件，同样对施工现场诸多管理提出了严格要求：预制构件按供应计划与现场安装进度的相符性要求；预制构件现场分别贮存的技术质量管理；构件安装前的定位测量管理；等等。

鉴于本项目为沪上首创试点项目及存在诸多“个性定制”的特殊性，在整体工程造价控制，特别是各类预制件的生产成本供货成本方面，与传统钢混凝土结构、混凝土装配式结构相比较，存在一定幅度的增加，这也是该类项目推广的一项不利因素。

2.3 精细化施工，集技术、质量、安全、协调等管理于一体，是取得施工成效的技术关键

在前期的协调和一体化设计过程中，在BIM模型碰撞检测和定位的基础上，对基础轴线、标高定位，各单元各楼层标高轴线、安装管线走向及构件预留孔洞定位进行全面测量复核，并一一在相应型号的预制构件上标识，采用“前期定位放线、过程点位监控、后期点位复核、全程BIM跟踪”的精细化测量控制程序，确保预制件安装精准到位。

钢结构框架体系采用塔吊跨外吊装、层层塔接、二层一吊的吊装形式。小型构件地面拼装组合，以桁架形式一次吊装，利于保证安装精度及提高吊装工效。

根据一体化设计技术要求，精细化施工还体现在预制楼板、楼梯等构件安装与钢框架同步施工，及时形成结构体系的设计受力工况等方面。预制外墙挂板独立施工，并经力学分析，选用专用定型化吊具、吊索，全程测量监控，确保大型构件安装水平度垂直度等指标符合要求。

精细化施工还体现在大量构件安装施工中临时固定措施及建筑结构多种连接技术的实施，包括干式螺栓连接、干式焊接连接、预留插筋螺栓、预留孔高强灌浆及叠合板锚筋定位连接等专项技术的施工，且均在无脚手架的工具化围挡防护环境中施工，在技术、质量及安全管理方面有严格要求。

3 钢结构装配式住宅项目中的工程技术经济管理及其优化途径

3.1 发挥施工总承包优势，提升项目管理成效

作为技术复杂类的工程项目，本项目采用施工总承包管理模式建造。总承包企业充分运用承发包合同、施工许可及施工组织等一系列法定管理权限，落实项目全过程管理，对工程质量、安全、进度及造价全面负责。在本项目中，总承包企业在上海建工集团的全产业链技术优势支持下，实现了对工程设计、钢结构、混凝土预制构件生产、各类工程采购、机械安装及技术咨询等工作的统一管理和深度融合协调，创新了项目管理方式，取得了明显的成效。

总承包企业通过深度调研，组织各参建单位编制覆盖建设全过程工作的施工组织设计。其内容包括建设目标的控制性设计和全过程实施的指导性设计，并以网络化、信息化管理形式，明确各方工作职责、标准和协同配合要求，通过全过程执行和不断纠偏，使工程各项工作处于受控状态。

3.2 加强计划协调、创新施工组织、提升建造速度

提升建造速度是钢结构装配式住宅项目的重要优势。本项目实施过程中，各参建单位摆脱传统施工流程的束缚，以信息化管理手段加强计划协调，创新施工组织方式；创新应用了结构工程与相关分部分项工程协同施工的新模式；制定了钢框架结构安装、楼面叠合板吊装、复合外墙挂板安装及相应节点配合施工的协同进度计划，该计划突出了工程批量小、配合要求高的特点和难度，但经各单位协同执行，取得了建造速度方面的提升。据统计，完成一层钢框架及各类预制构件安装的实际工期仅7 d，比装配式混凝土结构住宅工期提高25%左右。

3.3 应用BIM技术，取得设计施工等各阶段管理效益

本项目中的BIM技术开发应用由建设单位委托专业咨询单位负责组织设计和实施管理。根据工程技术特点和各项组织管理目标的综合需求，在进行BIM技术应用总策划的前提下建立了管理平台，组织各参建单位完成相应条线各科目的信息输入及信息维运工作，形成数据化、网络化管理模式，及时显示各阶段各条线工作状态、技术质量进度等目标的实现效果或差距等信息，为采取相关优化纠偏措施提供依据。

在本项目前期设计阶段中，针对建筑结构及安装预埋一体化设计的需要，依靠BIM模型的碰撞检查，为预制构件各类埋件、埋管的定位提供精准技术数据；在施工组织设计编制阶段，经多方案模拟流程比对，优选合理的总平面并优化施工流程；在钢结构下料制作、安装节点的精准控制及后期设备管线优化施工等阶段，BIM技术的应用均取得相应效果。通过以上举措，在优化施工组织、减少返工，节约材料及投资成本等方面取得了成效。

3.4 扬长补短，合理控制投资，探索优化途径

3.4.1 钢结构装配式住宅工程土建工程投资较一般住宅有所提高

本项目中，建设单位委托专业咨询单位负责全过程投资控制，专业单位根据设计图纸等技术经济文件及相关法规，运用BIM模型及相关软件进行全程控制及核算，对施工现场工程变更等影响因素进行审核。本项目与一般工程相比较，除了功能性及环境因素变更导致一定的费用工期增加外，总体工程量及进展情况基本受控，但经预算审核，与一般装配式住宅及非装配式住宅相比较，单位建筑面积的土建造价有一定幅度的提高。

3.4.2 社会效益及造价指标提高的主要成因分析

（1）施工现场部分初级建材（混凝土、钢筋、模板及砌块等）耗量大幅降低；施工中创建了无脚手架施工环境，减少现场密集型施工的人工消耗。在节能、减排，实现绿色环保施工方面具有明显的社会效益。

（2）建设速度加快，有利于环境保护。

（3）钢结构及相应内外墙板平面尺寸减小，有利于建筑得房指标提高。

（4）在设计、施工和工程管理全过程中应用BIM技术，有利于优化工程质量、控制成本及促进建筑产业转型发展。

（5）钢结构与各类大型非标复合功能的预制构件的增量及高价格是造成工程投资提高的主要因素之一。

3.4.3 钢结构装配式住宅工程造价优化途径的分析

（1）优化设计施工等全过程管理，缩短工期，节约融资成本。

（2）采用新材料、新技术，优化内隔墙等相关非承重材料，降低造价。

（3）建立模数化、标准化建筑设计体系，为推广采用钢结构的装配式住宅、降低钢构件及各类预制构件的生产成本创造必要条件。

（4）本项目作为高新技术的推广应用项目，应制定相应鼓励推行政策，提高技术经济效益。

通过对钢结构装配式住宅建筑关键技术及工程管理措施的探讨，显示了试点项目在一体化设计、工厂化生产、精细化施工及工程管理方面的创新发展成效，彰显了其高效优质、绿色环保等社会效益。通过技术经济及现代管理手段优化管理，在国家建筑产业转型升级等相关政策的扶持下，不断提升其技术经济效益，必能取得促进建筑业转型升级发展的前景。