装配式钢结构技术在建筑中的应用与研究

刘涛涛

[鸿厦建设工程（上海）有限公司，上海 201100]

0 引言

近年来，装配式建筑的发展取得了很大的进步，并正处于创新发展的关键时期。周杨等[1]认为装配式建筑具有良好的时效性、生产施工成本低、建筑垃圾废料较少、施工灵活、人员作业更安全、质量与精确度高等特点。贺瑞芳等[2]认为装配式建筑形式在施工过程中不易受到来自室外环境的影响，所以可以有效提高建筑的安全可靠性，从而缩短建设工期。孙玉芳等[3]指出装配式建筑全过程的质量管控的重点在于严格控制构件出厂质量，应避免由于设计原因及预制构件生产质量缺陷导致的后续施工质量问题；施工过程中加强施工组织与过程管理，对关键节点部位进行重点检验，强化全过程质量管理。胡林[4]在装配式建筑的成本控制的基础上认为传统建筑成本控制方法在装配式建筑中并不适用，发现导致装配式建筑施工成本控制结果精确性不足控制成为难题。本文根据装配式建筑的特点以及装配式建筑全过程的质量管控、成本控制等内容，提出了基于工艺成本控制的研究在装配式钢结构技术中的应用。

1 装配式工艺设计概要

鉴于本项目为厂房改造项目，在原有的框架结构、屋顶已经完成基础上，屋面的主管道也已经完成，而屋面的AHU 系统以及防雨小室的施工为本次需要改造的内容，需要对防雨小室进行施工，对穿防雨小室的管道进行安装以及封堵。

1.1 采用传统新型装配式钢结构技术工序及特点

如果使用传统的防雨小室施工技术为：框架梁板柱→填充墙砌筑→管道安装→粉刷→屋顶做防水处理→屋顶防水保护层→管道处封堵→四周腻子批涂→外墙涂料。传统湿作业工艺会导致整个施工周期长、工序多，各工序间需要必要的技术间歇时间，且随着主体结构的沉降，框架结构的防雨小室也很容易产生裂缝、粉刷砂浆产生空鼓的质量通病，给业主使用带来很大影响。

1.2 采用新型装配式钢结构技术工序及特点

框架钢柱钢梁安装→屋顶夹心岩棉板安装→墙面夹心岩棉板安装→收边收口→屋顶防水施工→防雨水管道封口打胶。整个工序不需要特别的技术间歇时间，施工工期短，不容易产生质量通病，且防雨材料采用柔性防雨材料，后期不会因为主体沉降而产生影像，整个外观整齐美观。

钢柱钢梁在不涉及承重结构的前提下，预制下单、快速搭建、交付、使用，为自饰面墙板建立支撑载体。围护墙体属于非结构受力构件，因而在材质上具有轻质、高强、防火、防锈、耐久的特点；在施工上为干式工法、模块化程度高、快速装配、易于搬运、灵活布置的特点，同时相较于传统施工更能减少人工投入，减少现场建筑垃圾，降低施工周期，节约成本[5]。

本项目的防雨小室均不标准，外形尺寸均不一致，所以在深化设计前期就提前采用BIM 技术进行精细化建模，找出每个防雨小室的相似点，多次与机电工程师进行沟通，在满足管道安装的前提下，建议防雨小室的梁柱截面尺寸一致或最小，尽量使构件的种类越少越好；同时，在深化设计阶段，通过BIM建模，构件连接节点模拟等多次和设计沟通，最终完成模型结构安全验算，与设计院一起成功拆分独立单元，且构件的种类很少，控制了成本，并且统一出了构件详图、清单明细，最大地利用了构件的使用。

2 装配式工艺设计的成本考量

装配式钢结构技术的成本设计考虑是一个复杂的问题，它涉及多个因素。

（1）材料成本，装配式钢结构主要使用钢材，因此，钢材的价格是影响成本的主要因素。由于钢材的价格受到多种因素的影响，包括市场需求、生产成本和全球市场动态等。

（2）设计成本与传统建筑相比，装配式钢结构设计需要考虑结构的复杂性、安全规定、连接细节、运输限制等。

（3）预制和组装成本，预制和组装是装配式钢结构施工的关键环节。这些过程需要在工厂进行，并且需要极强的专业技术和设备能力。

（4）运输成本：由于预制构件需要在工厂和施工现场之间运输，运输成本受到距离、构件的重量和尺寸、道路状况等因素的影响。

（5）安装成本，安装是装配式钢结构施工的最后一个阶段。虽然装配式结构的组装一般比传统的现场施工方法更快，但安装过程中仍然可能会出现各种问题[6]。总的来说，要降低装配式钢结构技术的成本，可以考虑优化设计、提高预制构件的精度和效率、优化运输和安装过程，以及实施有效的维护计划等途径。本项目在实际实施过程中，对防雨小室的传统做法与新型装配式做法做成本分析对比分析，如表1 所示。

表1 传统工艺成本估算表

通过综合考虑决定采用装配式钢结构来代替传统的湿作业法施工，通过深化设计、商务询价、节点沟通、成本核算，同样按照外形尺寸计算，本项目由直接损失变成高价值的项目。同时为进一步节约成本，采用BIM 进行模拟深化，构件在BIM模型深化时，根据钢材的特性，合理利用屋面坡度的设置，最大化地利用材料，如表2 所示，比如钢材为6m 一根的方管，在模型深化时，尽量把材料按照整根去考虑尺寸下料，材料使用率更高、更经济。

表2 新工艺成本估算表

3 装配式钢结构技术的施工进度把控

装配式钢结构技术的施工进度把控是项目成功实施的关键环节。为确保施工进度，本项目采取以下措施：

（1）精细化项目管理：通过制定详细的施工计划，明确各阶段的目标和任务，确保施工进度与计划相符。同时，加强对施工过程中各环节的监控，及时发现并解决问题，确保项目按期完成。

（2）优化施工工艺：针对装配式钢结构施工特点，优化施工工艺，提高施工效率。例如采用预制构件现场快速装配技术，降低施工周期，减少现场湿作业确保工程质量。

（3）强化人员培训：对施工人员进行专业技能培训，提高施工人员对装配式钢结构技术的掌握程度，确保施工顺利进行。

（4）沟通协调：加强各参建单位之间的沟通协调，确保设计、采购、施工等各环节的顺利衔接，降低施工过程中的矛盾和问题。

（5）安全管理：加强施工现场的安全管理，确保施工过程中的安全问题得到及时处理，避免安全事故的发生。

通过以上措施，本项目成功实现了装配式钢结构技术的施工进度把控，确保了工程质量和安全。同时，项目在成本控制方面取得了显著成效，为本项目的装配式钢结构技术在建筑工程领域的推广应用提供了有力支持。而传统的湿作业法施工由于各道工序之间必须有技术间歇时间，导致施工周期会很长[7]。

4 装配式钢结构技术的施工把控

装配式钢结构技术的施工把控是确保项目成功实施的重要环节。本项目在施工过程中采取了以下几个方面的把控措施：

（1）深化设计：在项目前期，通过BIM 技术进行精细化建模，提前预测和解决施工中可能出现的问题，确保设计合理、施工顺利。同时，与机电工程师充分沟通，优化设计方案，降低施工难度和成本。

（2）预制构件生产：严格按照设计要求和施工标准进行预制构件的生产，确保构件质量、尺寸精度及连接节点的安全可靠。在生产过程中，加强对原材料、生产工艺和质量检测的监控，确保预制构件的合格率。

（3）运输与吊装：根据项目特点，制定合理的运输方案，确保预制构件安全、高效地从工厂运抵施工现场。同时，采用先进的吊装设备，提高构件的吊装速度和安全性。

（4）现场施工：在施工现场，加强对施工人员的安全教育和技能培训，确保施工过程中的安全。同时，优化施工工艺，提高施工效率，降低施工成本。

（5）质量检测与验收：在施工过程中，严格执行质量检测标准，对关键节点和重点部位进行重点监控。在项目完成后，进行严格的验收流程，确保工程质量符合设计要求和规范。

（6）施工协调与管理：加强各参建单位之间的沟通协调，确保设计、采购、施工等各环节的顺利衔接。同时，对施工过程中的矛盾和问题进行及时处理，确保项目进度不受影响。

通过以上措施，本项目成功实现了装配式钢结构技术的施工把控，确保了工程质量和安全。此外，装配式钢结构技术在提高施工效率、降低成本、减少建筑垃圾等方面也取得了显著成效。这与传统的湿作业法施工相比，具有明显的优势，为装配式钢结构技术在建筑工程领域的推广应用提供了有力支持[8]。

本项目预先根据设计图纸及现场实际情况，采样BIM 建模，精准测算出需要使用的钢柱钢梁尺寸、围护结构的下料长度、收边收口的形状及规格尺寸，直接出量，减少现场切割打磨的作业时间，降低材料使用的风险，工厂下料误差在2mm 内；然后根据防雨小室大小，提前工厂化预制完成结构，施工周期短，无技术间歇时间；围护结构因为已根据出墙管道的大小、位置完成预制编号下料，现场燕尾钉直接打入，施工快捷，无风险；收边收口可以完美地把防雨小室的阴阳角收边完成，保证围护墙板的阴阳角方正且避免被水浸湿；屋顶防水施工采样1.5mmPVC 柔性卷材，可以有效抑制因主体沉降产生的收缩，防水效果好，最后在管道出墙处采用异形收边件进行有效封堵，保证洞口不漏水。

5 装配式钢结构的技术关键点

5.1 前期的深化设计

在整个设计过程中，由于机电管线众多，包括风管、桥架、消防管、工艺冷却水、工艺循环水等管道，就对各个专业进行BIM 模拟，可以对管道进行优化，在空间足够的情况下，采用了共支架、共预留洞口等措施，合理分布。这样既实现了防雨小室的精准化设计，又对各个专业进行了碰撞检查，提前规避的问题；又优化了设计，节约了建筑成本。

5.2 构件精准化出图及编号

在构件深化过程中按照已经确认的相关尺寸及数据进行BIM 建模，采用数据化信息用BIM 直接出构件加工信息，同时在图纸上根据防雨小数进行构件编号，这样构件厂会精准配料，且现场施工时是按照编号进行执行，速度快，不容易出差错。

5.3 收边及封堵

本次防雨小室设计做了收边的精度设计，包括墙体四个阳角的收边、屋顶四周墙板的收边、导墙上的收边、出墙面管道上的收边，收边的设计及施工是关系整个防雨小室是否漏水的关键。

6 传统技术与新技术主要指标对比

结合本项目的传统施工做法与装配式施工做法做了施工对比，整体评估下来，如表3 所示，轻钢结构防雨小室施工各项指标均比传统框架防雨小室施工优越。装配式钢结构建筑是目前流行的一种新型建筑方式，不管是整体的钢结构主结构还是装配式钢结构构筑物，都是一种快速、灵活、经济、环保、安全的结构模式，并且从业主使用效果来看，采用装配式钢结构的构筑物很容易控制屋面漏水、影响设备及机电系统使用的质量问题，是一种很好的技术创新，也是未来的主流趋势。

表3 传统工艺与新工艺比较

7 结论

本研究围绕装配式钢结构在建筑施工中工艺成本控制的应用展开，以百隆三期联合厂房改造项目为实证案例，进行了全面深入的分析。研究结果显示：

（1）装配式建筑的成本控制与传统建筑成本控制方法在精度和维度上存在差异，表现出明显的不同特点。

（2）通过对比分析工艺施工的成本，装配式钢结构技术在建筑施工中展现出了有效降低总体成本的优势。

因此，在成本与工艺的双重考量下，装配式钢结构成为实现质量卓越化、成本最优化、工期最短化以及节能环保最佳化的重要方式之一，对于具体项目的实施具有重要的指导意义。