裝配式鋼結構在智能建造項目中的應用

趙介芝

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030000)

隨著我國的快速發展，現在更多企業追求的是綠色建筑，那么綠色建筑自然就離不開“低碳化”的裝配式建筑，裝配式建筑也有著一體化裝修、信息化管理、標準化設計等等的優點，但是這些都滿足了環保綠色的要求，裝配式建筑工程中所使用的都是提前制好的預制件，使用預制件可以大幅的減少建筑垃圾，可以有效的達到環保作用，解析當下所存在的問題，裝配式建筑也是我國建筑業可以持續發展的根本。

1 裝配式鋼結構的特點和應用場景

1.1 裝配式鋼結構的特點

裝配式鋼結構具有以下特點：1)高度標準化。裝配式鋼結構是一種預制構件，可以在工廠中進行標準化的生產。生產過程中可以采用現代化的機器設備和自動化生產線，大大提高了生產效率，同時也可以保證產品的質量和精度；2)安裝速度快。裝配式鋼結構在工廠中進行預制，現場施工時只需進行簡單的組裝，與傳統的建筑施工相比，不需要進行復雜的加工和制作，因此安裝速度非?？?。可以大大縮短工期，降低建設成本；3)結構輕便。裝配式鋼結構的重量輕，具有較好的抗震性和抗風性能。在地震和風災等自然災害中，可以起到很好的保護作用；4)可持續發展。裝配式鋼結構可以進行循環利用，具有很好的可持續性?？梢詼p少建筑垃圾的產生，降低對環境的污染，符合現代社會的可持續發展理念。

1.2 裝配式鋼結構的應用場景

裝配式鋼結構在實際應用中也可以在多個場景中應用，主要可以應用于以下場景：1)在住宅建筑中應用。隨著技術的完善和發展，裝配式鋼結構在住宅建筑中的應用越來越廣泛。在城市化進程中，住宅建筑的需求量不斷增加，同時對于建筑品質和施工速度也提出了更高的要求。裝配式鋼結構的快速制作和安裝速度可以有效縮短住宅建筑的工期，提高施工效率，能夠更好的滿足現代住宅建筑建設的需求；2)在商業建筑中應用。商業建筑通常具有大跨度和高度的特點，而裝配式鋼結構具有輕質、高強、大跨度的特點，因此在商業建筑中的應用越來越廣泛。例如，大型超市、購物中心、體育場館等都可以采用裝配式鋼結構進行建造，可以提高建筑的品質和施工速度；3)在工業建筑中應用。工業建筑對于建筑結構的穩定性和可靠性要求非常高，同時需要考慮生產流程的布局和工人的安全。裝配式鋼結構具有輕便、高強、耐用的特點，可以滿足工業建筑的要求。例如，廠房、倉庫、車間等都可以采用裝配式鋼結構進行建造，可以提高工業建筑的品質和效率；4)在橋梁建筑中應用。裝配式鋼結構在橋梁建筑中的應用越來越廣泛。橋梁建筑需要考慮結構的穩定性、承載能力和抗風性能等因素，裝配式鋼結構具有輕便、高強、大跨度的特點，可以有效滿足橋梁建筑的要求[1]。同時，裝配式鋼結構的制作和安裝速度非?？欤梢源蠓s短橋梁建筑的工期。

2 發展裝配式鋼結構建筑的意義及優勢

2.1 節約資源、降低能耗

裝配式建筑比傳統的建筑工程來說有著很多的優點，比如環保節約方面，可以大幅的減少建筑垃圾對環境的污染，那么自然也就更加環保，傳統的施工模式比裝配式建筑施工要多出80%的建筑垃圾，對環境的損害也比較大，所以現在使用裝配式鋼結構建筑貫穿整個過程，也可以稱為綠色建筑。

2.2 促進建筑工業化、提高品質

在20世紀50年代的時候就曾經提出過中國建筑行業的發展前景，給中國建筑業的發展指出了明確的道路。裝配式鋼結構使用在施工過程中，可以高效的消化剩余鋼鐵，尤其是建筑行業在省常中所用的設備和運輸方面等等，都有著擴大發展的用處。裝配式鋼結構建筑有很多的種類，涉及的部分也比較多。裝配式建筑影響著我國的發展，而裝配式建筑的結構件質量也跟工程質量有著密不可分的關系。裝配式鋼結構在制作過程中可以進行精確的加工和檢測，可以保證產品的質量和精度。與傳統的混凝土結構相比，裝配式鋼結構更加穩定和耐久，可以提高建筑品質。

2.3 節約成本、縮短工期

在中國最常使用的傳統施工中，人工費就占了總成本的20%左右，而材料占到50%左右。然而近幾年，我國人工費步步高升，但是傳統施工不僅施工進度慢，并且成本也高，但是現在裝配式鋼結構建筑就可以有效降低成本，并且施工進度也要比傳統施工進度快得多，并且施工也不會受到天氣影響，可以科學的控制生產周期，從而達到縮短施工時間的目的。裝配式鋼結構可以在工廠中進行預制，生產過程中采用現代化的機器設備和自動化生產線，可以大大降低生產成本。同時，裝配式鋼結構的重量輕、安裝簡單，可以減少建筑材料和人工成本，降低建筑成本。

2.4 抗震性強

裝配式鋼結構建筑自身的抗震性就比較好，并且配件大部分都會選擇熱軋型鋼或者是冷彎鋼板，并且受力也很強，這樣自然就可以很好的將建筑抗震性提升上去。同時，裝配式鋼結構具有高度的可定制性和適應性，可以根據不同的建筑要求進行設計和生產，可以滿足不同建筑類型和用途的需求，具有很好的應用前景。

2.5 集成化

相比較傳統的施工中，鋼結構裝配式擁有很大的靈活性。用戶可以提出自己的要求，針對要求做出對空間或者裝飾的二次布置，并且不會影響到自身的建筑安全性能。最重要的是可以依據不同建筑的特點，將水電線路或者空調全部融入進空間，在保證建筑結構不受損的情況下更提高了建筑的舒適性。

3 我國裝配式鋼結構建筑發展中存在的問題

3.1 加強與裝配式鋼結構建筑的適應性

首先我們要嚴格按照規律進行結構設計，鋼結構的設計一定要和相關標準無出入。并且現場的材料的數量和環保等都要仔細審查。對鋼結構要嚴格管理，這不僅可以讓結構設計更完整，還可以在使用過程中提高使用體驗。目前我國的裝配式建筑相關技術還是有待提高，要將裝配式鋼結構建筑研究透徹，制定好原則，這樣在設計建筑的時候可以更貼合相關規定。比如所使用的材料尺寸不能大小不一，以此來保障生產的標準，避免使用不合格的板材，比如開裂或者異形等，材料也要嚴格控制好，這樣才能保證施工可以一直平穩的順利進行，這也是縮短工期的方法之一。最后，平面設計也是需要我們深入研究的，一定要根據原則進行設計[2]。

3.2 明確功能分區，優化結構設計

目前我國正在推廣裝配式建筑的使用。不管是住宅建筑還是辦公建筑，對于建筑的功能需求都比較高。裝配式建筑可以根據不同的單元做出調整，這樣就可以確保每個單元都不會被干擾。加強分區，讓建筑可以空間最大化的利用，同時，鋼結構裝配式建筑應該增強對結構的設計，并且也為了可以節約資源，可以適當減少建筑的梁柱。

3.3 注重弧形美觀，強化環保節能

隨著現在人們對于生活質量的提高，對于建筑的戶型也隨之升高。所以鋼結構裝配式建筑的相關設計還是有待提高，要讓設計可以主次分明。公共區域該有的開放性和私人區域該有的私密性都要考慮到位，并設計好，包括屋頂也是一樣，還要將建筑的美觀性設計出來，讓消費者在對建筑滿足的同時身心可以得到更好的滿足。并且現在的建筑也要保持著節能環保的理念，鋼結構恰恰就可以讓建筑材料的使用變的更少，將資源最大利益化，讓建筑可以一直秉承著環保的理念持續發展，讓建筑不再產生過多的垃圾，減少對環境的污染[3]。同時，鋼結構對于“綠色建筑”這個水平也是有過之而無不及，和傳統施工相比，減少了80%的建筑垃圾，對于環保這方面的效果十分明顯。

3.4 完善安全設計，落實防護措施

建筑設計尤為重要的一點那么就是安全。而鋼結構建筑所采用的材料都是符合標準且進行統一生產和設計的，會對墻壁，樓蓋等地方進行加固。從耐用的建筑來說，鍍鋅可以讓建筑部分更加結實。從建筑防火性來看，每個零件的防火性都是為了讓整個建筑可以更好的防火，提高防火性能。而裝飾的材料，一定要合理選擇，對填充材料及耐火性調差好，就目前建筑的舒適性來說，保溫棉可以讓建筑更好的隔熱、隔聲。

4 鋼結構裝配式建筑的應用現狀

4.1 國外應用現狀

相比較而言美國在使用鋼結構裝配式建筑上較為成熟，不僅生產效益很高，并且施工也很統一?，F在有很多鋼結構的建筑都是使用裝配式建筑建造的。

4.2 國內應用現狀

我國提出裝配式鋼結構施工最早的一次是在1999年。在2015年的時候，國家又推出了幾個政策，這也帶領著我國在鋼結構裝配式建筑中迅速發展著。同時，國家和住建部頒發了與裝配式建筑有關的法規?？梢赃@樣說，由于我國目前對于裝配式鋼結構建筑的鼎力支持，裝配式鋼結構建筑的規模和使用領域在慢慢的擴大，技術水平也與日俱進。河北、合肥、濟南等省市也正在努力的推廣者裝配式鋼結構建筑。

4.3 裝配式鋼結構系統中應用PC部件

Precast concrete(PC)這也可以叫做預制混凝土，預制混凝土大部分會在樓板或者樓梯的使用，而預制混凝土是鋼結構較好的填充劑之一，預制混凝土有很多優點，比如質量高、可以有效環保和制作速度較快等等，這都受到了國內外建筑行業的好評。現在PC部件和預應力技術結合，通過這些材料，可以充分產業化的制作。鋼構件和預制混凝土的結合作品中最具有代表性的部件就是鋼筋桁架疊合樓板[4]。

4.4 對于鋼管樹結構應用

鋼結構主要部分就是鋼管，都是標準的鋼管，在鋼管內進行澆灌混凝土。鋼底構件的生產主要是用在承重構件和抗側力構件上，這也對于建筑的安全穩定性有效提高了上去。為了確保建筑的安全性能達到相關標準，以下幾點需要格外注意：1)標準層面一定要按照相關操作進行施工；2)我國對于裝配式鋼結構的質量要求是以Q235鋼為主，并且鋼的質量等級一定要高于B級；3)混凝土的強度堅決不能低于C30，在進行混凝土澆灌時，必須要結合剪力墻的需求，這樣才能讓水泥更有質量保障，只有混凝土的質量高，鋼管樹結構的整體安全和穩定性才會得到保障。

5 制約裝配式鋼結構建筑發展的因素

5.1 環境因素

考慮到施工的成本問題，現在有很多的高層建筑還是在使用混凝土的結構形式。并且很多建筑企業沒有考慮建筑的后期環保效益，還是在單方面的追求經濟。這也是為什么要推廣裝配式鋼結構建筑的原因之一。正因如此，我國一直在推出更好的政策，給建筑企業一些補貼，以此來推動大面積使用裝配式鋼結構建筑。

5.2 裝配式鋼結構建筑自身的問題

就目前的情況而言，鋼結構建筑自身的問題有以下幾點，除了會受到環境的影響，還有就是腐蝕問題，根據我國相關規定，建筑如果對于環境腐蝕大于等于2級，那么設計時就要設計在十五年以下，但是住宅樓的使用期限是在七十年左右，所以防腐要求是不符合要求的，還有就是梁柱構件如果出現問題，后期維修的成本很高。鋼材雖然是不易燃的材料，但是耐火性較差，鋼材的溫度一旦超過600℃，那么變形的幾率就大大增加了，從而導致建筑坍塌。還有就是舒適性也存在著一些不足，造成舒適性不足的原因有構造技術不成熟等等。

5.3 建筑配套不完善

我國使用裝配式鋼結構建筑相比較其它國家而言較晚，所以重視度較低，跟裝配式鋼結構建筑相匹配的產業鏈并不完美，這也就造成了裝配式建筑行業發展慢的問題。比如外墻板等等選擇性低，價格還很高。所以完整的產業鏈所需實際較長，導致現在的產業鏈并不完善。

5.4 建筑模式不合理

從現在實際情況中來看，鋼結構的工程師目前所推薦的模式不利于裝配式建筑持續發展，裝配式鋼結構建筑要考慮到以下方面，比如功能、機電、結構等各種因素，這樣才能讓管線系統和防火系統更加協調。但是這樣也就可以說傳統工程師的模式不符合裝配式鋼結構建筑的要求。

6 促進裝配式鋼結構建筑發展的措施

6.1 提高鋼結構、裝配式建筑的適應性

鋼結構和裝配式建筑有很多不一樣的特點。如果想要裝配式鋼結構建筑的性能提高，那么就要合理搭配，對此可以采取下面這個方法：1)將鋼結構的設計進行合理優化，讓鋼結構可以更符合建筑要求。比如增強鋼結構的設計，讓鋼結構更有可靠性，這樣才能讓鋼結構建筑的舒適性得到保障；2)將裝配式建筑的戶型仔細的研究好，在不影響標準化的同時，改善建筑空間，讓人們可以增加居住體驗。避免使用異形板，確保建筑穩定性高；統一材料的尺寸，方便生產。最后，要將平面設計重視起來。保證裝配式鋼結構建筑的質量。

6.2 劃分功能分區

我國目前的裝配式建筑前景一片光明，不管是商業大樓還是住宅樓對這方面的需求都很重，但是各種功能的建筑有各種的不同。但是裝配式建筑鋼結構的生產和加工都是以此為本的。所以在進行大面積使用裝配式鋼結構建筑時，要將功能做好劃分。首先要根據業主的要求劃分，比較裝配式建筑都是以業務要求為主的。所以在進行劃分時也要考慮到業務的要求。其次，要進行分區，將面積最大利益化，保證分區不會被干擾。最后做好建筑的設計，那么就可以合理的節約鋼材，經濟效益自然也就提升上去了[5]。

6.3 加強安全設計

安全設計是裝配式鋼結構建筑中最需要重視的一點，只有建筑的安全等級符合標準，才會使建筑企業最大利益化，尤其是對于防火和防腐方面的設計，找出鋼結構建筑的不足之處并改正。第一點就要將使用壽命考慮進去，其次就是構件的安全性能是否達到標準。

6.4 實現裝配化

保持裝配式鋼結構建筑行業飛速發展的方法就是讓鋼結構建筑實現裝配化，其中最重要的就是構件符合相關標準，其中最主要的部件就是梁柱構件，在傳統施工過程中，要先對鋼柱進行單個加工，但是很容易會受到人工或者環境等其他因素的影響，所以無法保障鋼柱質量。想要梁柱構件可以符合相關標準，那么可以進行分離節點的方法。其次就是圍護墻體，要讓圍護墻體實現產品化，目前使用材料大多數都是發泡混凝土，這樣的組合有著較大的缺點，目前處在研究階段。最后就是將樓板也進行產品化，目前的鋼結構建筑樓板還是以疊合板為主要材料，缺點就是所需成本過高。

7 通過BIM技術設計好裝配式鋼結構建筑

現在面臨著較大的問題就是怎么才能整理出完整的裝配式建筑產業鏈，目前我國大部分的建筑企業都在使用BIM技術來對施工進行合理管理，在進行生產預制配件前，使用BIM技術，將設計、制作和安全的要求整合起來，通過BIM技術對安裝和制作過程做出模擬施工，這樣就可以提前預知到可能會發生的問題，并根據實際情況做出解決方案，基本流程見下圖1。

圖1 BIM在項目中的應用流程

8 鋼結構應用于裝配式建筑的發展趨勢

裝配式建筑指的就是將預制構件拼合而成的建筑，比如管線系統、內裝系統、設備等等，這種建筑是現在建筑行業中比較重要的發展類型，通過這么多年的發展，裝配式建筑已經被大面積使用到建筑施工過程中了，這在提升整體的建筑工程質量和效率有著很大的關系。所謂裝配式鋼結構建筑，就是要以鋼結構為主的預構件合成的建筑。就目前的建筑來說，裝配式建筑的主要材料還是會使用鋼筋混凝土等等，在鋼結構裝配式建筑中，鋼結構在目前的建筑行業中被受用的很少。在未來，裝配式鋼結構的發展主要呈現以下趨勢：1)數字化制造，隨著信息技術和自動化技術的不斷發展，裝配式鋼結構的制作和安裝將越來越數字化。可以采用虛擬建模和數字化制造技術，提高生產效率和產品質量，并且可以實現全過程的可視化管理和控制；2)更加綠色環保，在未來的建筑領域，綠色環保將成為主流趨勢，裝配式鋼結構具有輕便、高強、可回收利用等特點，可以實現資源節約和環境保護。未來的裝配式鋼結構將更加注重綠色環保，開發出更加環保的產品；3)智能化應用，裝配式鋼結構將與智能化技術結合，實現更加智能化的應用。例如，可以采用傳感器和監控系統實現建筑的智能化監測和管理，實時掌握建筑的狀態和運行情況，提高建筑的安全性和可靠性；4)創新設計，未來的裝配式鋼結構將更加注重創新設計和個性化定制，實現建筑的差異化和特色化，可以結合建筑美學和藝術設計，打造出更加美觀、實用和舒適的建筑。

9 結語

綜上所述，鋼結構在裝配式建筑中的作用非常重要，在裝配式建筑中使用鋼結構可以使建筑企業的發展更加迅速，鋼結構裝配式建筑更是擁有環保節能等很多優點，這不僅有利用市場的發展，也加速我國建筑企業的發展，要結合好現有的實際情況，考慮到相關的技術和安全方面的問題，對鋼結構擴大推廣，這樣我國建筑企業才可以長期高效的發展下去。未來，隨著建筑行業的發展和技術的進步，裝配式鋼結構將更加智能化、環?；?、創新化。裝配式鋼結構的應用，將會有效提高建筑施工效率、降低建筑成本、提高建筑品質，并為建筑領域的可持續發展做出貢獻。