浅谈装配式钢结构建筑的应用与发展

文／王湘 三门峡职业技术学院 河南三门峡 472000

引言:

装配式钢结构有别于传统建筑需要在施工场地进行大量浇筑的施工方式，它主要是通过在工厂批量化生产与操作，运输到施工现场时，选择合适的构配件进行组装装置即可，使得其施工具有绿色便捷，干式施工，节约场地和用水等特点，符合绿色施工要求。而且装配式钢结构建筑在整个建设过程中，涵盖了零件选材、生产与安装期间的所有动工环节，因此具有全面优势。2016年，中共中央、国务院《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，要大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建设工期，提升工程质量。要求“制定装配式建筑设计、施工和验收规范。完善部品部件标准，实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工，现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”。而钢结构这一新型建筑结构体系的出现和发展，无疑会促进整个建筑领域的革新发展，极大促进了建筑产品结构的完善与扩展。

1、装配式钢结构建筑的优势

装配式钢结构是指结构体系由钢（构）件构成的装配式建筑。相比于其他产业结构体系，钢结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产管理等方面的发展具有非常明显的优势[1]。因此，推广装配式钢结构的使用与发展，对发展绿色循环经济具有重要推进意义，也是传统建筑行业实现转型与升级的重要举措。以下是装配式钢结构的具体优势特点:

1.1 绿色节能环保

钢材是一种可回收的绿色建筑材料，不仅易于拆卸和处理，而且回收再利用率高。钢结构建筑具有干式施工的特点，可以大大减少用水量，并且安装速度较快，缩短了工期和成本，以此在实现绿色施工与管理同时，又可以大幅度提高企业工程项目质的量和安全管理技术水平。在预制建筑中应用钢结构不仅可以使施工噪声小，而且可以大大减少施工过程中产生的施工垃圾，有效实现节能减排和污染控制，符合我国建筑业绿色发展和生态文明建设的长期目标[1]。

1.2 抗震能力强

我国地处地震多发地区，按照国家标准，所有城镇永久性建筑都需要有一定的抗震能力，与脆性材料混凝土相比，钢结构是延性材料，其具有更好的安全可靠性和抗震能力。装配式钢结构由于使用的建筑工程材料较轻，强度高，但由于钢材料的塑性变形能力强，再通过科学合理的规划设计和加工，使得钢构件的质量和性能也相对比较稳定，组成的结构则具有较好的抗震能力。国内外的理论研究和地震损伤调查都表明，钢结构比钢筋混凝土结构具有更强的抗震能力。

1.3 工业化程度高

装配式钢结构由大量轻质型材组成，使得建筑自重轻，相对于混凝土结构，不仅基础造价相对低，还便于工业化生产。其钢结构构件可在车间内制作，加工、检验，与钢筋混凝土结构相比，现场工作量大大减少。钢结构构件运到现场后，一般只需要简单的连接和检验作业即可满足人们使用，也缩短了施工项目工期，符合产业化发展要求。与混凝土结构建筑相比，装配式钢结构建筑更容易实现设计的标准化和系列化，以及相关结构构配件供应的产业化[2]。

1.4 空间布置灵活

由于钢梁和钢柱的截面尺寸较小，占用空间较小，房屋内各开间的尺寸增大，使得钢结构装配式房屋的使用面积较传统房屋略有增加。而且钢结构跨度大、住宅不需设承重内墙，使得户内空间格局可以灵活布置。住房用户可以根据个人需求进行细分和调整，不仅能更好地满足人们多样化的住房需求，又能保证了住宅结构的安全和可靠性。

2、装配式钢结构建筑发展的必要性

目前，建筑业作为我国支柱产业之一，正推动着国民经济的快速和持续发展。由于城镇化水平的不断提高，人民生活质量水平的日益增高，大量农村人口涌入城市以及通过一系列相关政策的颁布激发了房地产公司企业的快速发展，进而推动了住宅产业化的不断创新发展[3]。然而，根据我国目前的发展状况，虽然住房数量显著增加，但其产品质量和工业化水平仍不高，不能满足发展的需要。目前，虽然国家现有的传统技术发展较为成熟，对城市建设和经济发展的贡献很大，但弊端问题也十分突出:一是粗放式施工，造成钢材，水泥用量严重浪费；二是水资源使用和浪费较大；三是施工场地占用大，且环境脏、乱、差，施工时扬尘污染严重，造成城市空气污染问题日益凸显；四是质量通病严重，开裂渗漏问题突出；五是劳动力成本提高，不仅招工难、管理难，而且由于大量人工作业造成施工质量也难以控制。

根据传统建筑结构模式和技术的问题日益突出，这表明传统模式与技术需要革新升级，又由于国家发展战略变革，向环境友好节约型社会发展，促使建筑行业必须加快转型。而装配式钢结构所具有的优势可以有效改善和解决目前建筑结构模式中所存在的以下问题。

2.1 能源与资源消耗大

纵观中国国内建筑业的发展，我国每年新建建筑中高能耗建筑的占比约80%。在建造施工过程中使用的天然砂石、木材、水资源等占用率也较大，用于设计建造与维护的水资源占20%以上，且建筑施工用水的回用率低下。因此，大型建筑能耗不仅造成建设成本高，而且也增加了国民经济的负担。

2.2 环境污染严重

房地产业与建筑、冶金等行业密切相关。房屋建筑企业在生产建造过程中，我们需要投入使用大量的钢铁和水泥，在满足中国国内对于建筑的高消耗外，我国还承担着国外建筑用材的生产制造与运输。传统建筑材料的生产、施工和运输都对空气有一定的污染，且不容忽视。我国每年因建筑产生的建筑垃圾相当于全国生活垃圾总量的三分之一，不仅处理困难，而且处理时对环境造成一定影响，对建设环境友好型社会的理念相违背。

2.3 劳动生产率低

我国建筑业的劳动生产率相比一些经济发达国家，由于手工作业较多，且其技术管理水平、信息化水平以及工业化生产能力都较低，从而致使劳动生产率较低，与一些发达国家之间存在较大差异。

随着经济的不断发展，人们对施工质量和要求也在不断提高，传统的钢筋混凝土结构的研究虽然比较成熟，但由于资源和能源消耗大、工业化程度低、劳动生产率低、污染严重等原因，不符合我国绿色可持续发展战略。因此，基于我国现阶段的国情和建筑业发展状况，装配式钢结构建筑在施工、工期和生产率等方面有一定优势。

目前，由于我国钢结构建筑的用钢量仅占钢产量的4%，而发达国家的这一占比已超过30%。我国钢结构建筑只占全部建筑的5%，而发达国家则超过50%，因此国家开始实施了“积极用钢”等鼓励政策，再加上“一带一路”的实施和建筑工业化的快速发展，促使装配式钢结构它作为一种新型建筑模式必将成为我国社会未来的发展方向之一。

3、装配式钢结构建筑存在的问题

与装配式混凝土结构相比，我国装配式钢结构建筑的研究和技术相对滞后和不完善。因此，在装配式钢结构建筑的推广过程中，还有很多问题需要解决。

3.1 缺乏标准规范化

目前我国装配式钢结构相关设计缺乏一套完整的行业标准和依据，设计中往往缺乏标准化的数据，导致建筑在设计时不能体现以人为本。缺乏人性化设计的装配式钢结构建筑，导致企业开发设计的建筑存在不合理，缺乏安全，舒适性等现象，不能更好的满足人们对现代化建筑的使用和居住要求。

同时，由于缺乏统一的标准和标准化的模数系统，预制的钢结构构件和连接构件缺乏统一的尺寸标准，导致无法实现工业化的大规模生产。在结构体系中构件的组成和连接也不能充分发挥钢结构建筑装配方便、快捷的优点，影响了装配式钢结构建筑的工业生产优势，阻碍了快速发展。

3.2 技术相对滞后

我国早期发展的建筑企业多以钢筋混凝土为主，且装配式建筑的推广主要以装配式混凝土结构为主，对装配式钢结构建筑的研究方法相对不成熟，相应的建筑项目的施工管理技术与装备也相对滞后，以及钢结构智能制造系统不完善，信息融合技术也较滞后。这无疑会对建筑工程的施工管理和质量控制造成一定影响。

3.3 专业人员的缺乏

我国对装配式钢结构建筑的研究还不够，许多核心技术需要引进国外，而装配式钢结构建筑的向好发展离不开新技术的研发，但目前我国相关方面的科研人员较为短缺，并且我国还缺乏具备高水平的装配式钢结构施工人才[4]。目前设计院的钢结构专业部门相对较少，严重缺乏钢结构相关的设计人才和熟悉钢结构的相关技术人员，以及施工人员的整体技术水平不高。又由于该结构模式在国内发展较缓，相关建筑企业也缺乏经验丰富的专业技术人员和管理人员。同时由于BIM 应用人员的技术水平提升缓慢，使得信息化工程技术人员和产业工人紧缺，相应专业的钢结构监理工作人员和检测技术人员也不足。

3.4 相关配套设施不够完善

装配式钢结构建筑是一个综合、复杂的技术系统，它涉及墙体、屋顶、楼材、厨房、浴室、管道系统，但与相关制造业联系不紧密，致使配套设施的市场供应范围也小，配套设施不完善。现有的外墙维护结构也由于材料性能和安装方法等问题难以满足钢结构建筑的保温、防腐、防火和耐久性要求。另外，现有的外墙材料种类缺乏丰富多彩性，材料品质也缺乏多样化，致使企业不能提供很好的服务来满足社会现代化的需求和人们对高品质，高标准的追求。

4、应对策略

4.1 解决人员问题的策略

根据国内外的发展状况，结合市场人才缺乏情况，可以通过合理调整人才培养战略，建立多层次的钢结构人才培养体系，联合高校和企业共同培养相关专业技术人才，以此满足社会需求，推进建筑行业和社会的共同发展[5]。

高校可以结合社会人才需求，开设钢结构相关的专业课程，为人才输出提供基本的理论知识教育；并可通过合理的编制钢结构专业的人才培养方案，鼓励老师走出校园去学习先进的技术理论，联动相关企业为学生提供相应的实践平台，为培养研究型技术人才奠定基础。

企业的向好发展，更离不开企业自身发展理念的革新和模式的创新。相关建筑企业应积极着力于信息化和智能化技术的发展，加强BIM 技术的应用，并积极开展宣传和培训教育，为相关技术人员提供合理的技能提升机会，还可多与优秀企业开展技术交流和学习，以此培训和提高专业技术人员的能力。

4.2 解决技术问题的策略

在高校和企业培养和培训技术人员的基础上，应实施相关技术创新战略，来突破技术瓶颈。可以加大相关科研基金的设立和投入，为相关技术的研发提供资金支持，并鼓励高校研究型人员和企业技术型人员多交流，相互扬长避短，建立产学研、社会公众相辅相成的创新系统。以此基础将技术革新突破，研发技术软件等贯穿于装配式钢结构全生命周期的研究，来实现良好有序的创新发展。

4.3 解决产业配套的策略

加大相关政策的支持，来推动产业结构的转型与升级；开创技术革新，来提高构配件的生产效率和质量。加强创新企业的资金支持和政策鼓励，建设试点示范基地或企业，扶持配套产业的创新和持续发展。同时应鼓励装配式钢结构相关企业进行联合，共同制定相应的标准化规范，以此来逐步实现企业标准化、产业化、信息化集成技术的发展。

4.4 解决政策、管理层面的策略

在政策制定和管理方面，我们不应该是一刀切的。我们应该对不同的项目给予灵活的政策。同时，政府联动企业要加大BIM 技术在装配式钢结构建筑中的应用与推广，在政策层面给予大力支持。政府还可以提供相应培训基金的支持或培训平台的搭建，加大相关培训宣传力度，促使整个建筑行业以及相关配套制造业在装配式钢结构建筑的发展上有统一意识，从而促进新型建筑模式的不断革新和发展。

5、推进方向

就目前阶段而言，装配式钢结构建筑的发展与应用存在许许多多的难题，但是基于它具有良好的优势，在今后建筑行业的发展道路上，国家政府联动相关企业可以共同往以下几个方面进行推进，以此来促进建筑产业和国民经济的共同发展。

5.1 充分发挥政府的引领和示范作用

以政府投资的项目为突破口，加大装配式钢结构建筑的推广力度。比如政府部门可以通过对其投资建设的保障性住房和棚改建设项目中采用装配式钢结构的比例做出相应的规定，以此来开展引领示范工作。

5.2 加大政策的扶持与激励

政府部门通过大力支持当地龙头企业，进行产业联盟，以此形成发展的良好氛围，可以逐步让装配式钢结构建筑成为城市经济发展的新名片。政府部门还可通过设立专项资金，给予规划奖励、资金补贴、税费优惠等政策激励中小型企业的积极发展，从而促进装配式钢结构建筑的整体发展。

5.3 完善市场产业化生产体系

各地政府还可因地制宜，整合现有资源，以试点、技术集成和管理创新为纽带，推进钢结构选材、设计、研发、生产、安装、围护、物流、检测、回收一体化建设，完善钢结构全产业链。并可连同企业自主探索和研究地方标准，对行业技术标准进行制定和改革，不断完善装配式钢结构的建筑技术体系和评价标准，促进产业化生产的发展，并还能以此推动国家相关标准的形成。

结语：

除了装配式钢结构自身具有的优势特点外， 我国钢产量稳步增长，钢材质量及钢材规格也已满足基本的建筑要求，使钢结构建筑产业具有良好的物质经济基础。并且国家鼓励钢结构建筑的各项政策逐步完善与推出，在各项向好政策的引导下，都为装配式钢结构建筑的发展提供了良好的发展环境。绿色环保是我国现今社会经济不断发展过程中的新型发展理念，在保证中国经济高速发展的同时，装配式钢结构建筑有着成本造价低、施工速度快、可循环使用、绿色环保等众多优点，是实现建筑产品质量大幅提高，资源能源可持续利用，建筑产业化转型升级的新型建筑发展模式。即使目前装配式钢结构建筑的发展与推广存在诸多困难与问题，但装配式钢结构建筑的推广和应用符合绿色、可持续发展的理念，有利于为国家新型发展战略提供强有力的支持，因此装配式钢结构建筑的发展对整个社会发展具有深远意义。