浅谈建筑钢结构制造技术的演变

程淑萍，田瑞斌，姜殿忠，崔永强，刘乐前

(中建八局钢结构工程公司，上海 200000)

1 前言

中国建筑钢结构发展始于20 世纪50 年代初期，借助于苏联援助中国的156个项目逐步崛起，期间经历了低潮期（20 世纪60 年代中期～70 年代），发展期（20 世纪80 年代～90 年代），逐步迈向成熟期（20 世纪90 年代～21 世纪10 年代），智能化转变期（21 世纪10 年代～至今）。随着时代的发展进步，建筑钢结构工程设备及技术的不断更新，技术工人体力劳动逐渐减少，但仍未彻底摆脱体力劳动。随着机器人技术的不断发展，智能建造技术日渐成熟，体力劳动将逐步退出建筑钢结构施工的历史舞台。

2 技术支撑，规范先行

2.1 规范标准的演变

建筑钢结构起步阶段（20 世纪50 年代），当时引用的规范为《钢结构设计规范试行草案》（结规4-54）即苏联1946 年钢结构设计规范；1966年出台国家验收标准GBJ 18-66《钢结构施工及验收规范》，随着时代的变迁标准规范逐步更新，建筑钢结构施工逐步走向正规化，与时代发展相匹配。目前执行的最新标准为GB 50205-2020《钢结构施工质量验收规范》，与时代相匹配的智能化建造技术（焊接设备操作-机器人焊接教材以及增材制造技术）也引入大学教材，为智能建造提供先天条件。具体标准演变流程如图1 所示。

图1 建筑钢结构规范标准演变史

2.2 软件及设备的更新与演变

1） 制图软件的更新 建国初期，建筑钢结构进入中国时由于技术限制，建筑图纸多以手绘图纸为主，后期逐步引入CAD 绘图以及tekla 建模软件等，提高了技术出图速度和质量。

2) 划线及焊接区域打磨 目前多数小的钢结构加工厂划线仍然以人工为主，对于焊接区域焊前打磨以手持式打磨机为主，随着智能建造技术的日益更新，目前大型工厂已采用智能划线生产线+打磨+下料一体化设备。

3) 焊接方法的演变 建筑钢结构初入中国时，焊接方法多为较传统的手工电弧焊进行焊接，由于设备自身的条件，焊接时需要频繁更换焊条，焊接效率慢，质量难以保证。随着时代的演变，熔化极气体保护焊以及埋弧自动焊（单丝-双丝-多丝）逐步走入建筑钢结构施工企业，提高了焊接施工效率及施工质量，如图2。

图2 多丝埋弧焊

3 智能化技术在建筑钢结构工厂中的应用

3.1 划线机器人及打磨生产线

随着科学技术的不断发展，智能化机器人逐步步入建筑工程中，并得到有效的应用。建筑模型建好后，根据需要输入相应的编程程序，智能化设备可以实现自动划线及打磨，提高划线精度及打磨效率，降低生产成本，如图3、图4。

图3 机器人进行自动化划线

图4 机器对焊接区域进行自动化打磨

3.2 自动组装及焊接机器人生产线

目前，钢结构加工厂对于构件的装配与焊接仍较多采用人工方式，劳动强度大，施工成本高，且存在着招工难的现象，自动组装及焊接机器人生产线的应用能有效规避上述问题，如图5。

图5 装配及焊接机器人生产线

3.3 智能抛丸喷涂一体化生产线

目前，多数建筑钢结构加工厂采用的抛丸及喷涂均为常规的抛丸机及手持喷涂枪，对于存有小夹角及加劲板部位，经常出现抛丸不彻底，漏喷涂的现象，导致施工现场常有油漆脱落、起皮现象，引起返锈及重复作业。通过设置程序采用抛丸涂装一体化生产线进行抛丸及喷涂可以有效规避上述问题，如图6。

图6 智能抛丸涂装一体化设备

3.4 智能化工厂的管理

常规的加工厂均采用人工监督，人工管控模式，管理模式均在工厂/车间内部完成，外部参观、观摩及管控均需进入车间，隐蔽区域出现事故不易发现。智能化工厂采用360°全方位监控，车间加工任务工期通过显示屏公布，车间用电用水等进行实时监测，可以有效节约成本，降低事故的发生等，如图7。

图7 智能化车间信息化管控室

4 结语

随着“碳达峰”和“碳中和”目标的不断推进实施，节能降耗、提质增效将是未来发展的趋势。装配式建筑的推广以及人工智能技术的发展，将促使建筑钢结构的智能化生产越来越普及，机器人技术、智能化建造技术将更多地走入工程施工的舞台。