裝配式鋼結構技術在建筑中的應用與研究

劉濤濤

[鴻廈建設工程（上海）有限公司，上海 201100]

0 引言

近年來，裝配式建筑的發展取得了很大的進步，并正處于創新發展的關鍵時期。周楊等[1]認為裝配式建筑具有良好的時效性、生產施工成本低、建筑垃圾廢料較少、施工靈活、人員作業更安全、質量與精確度高等特點。賀瑞芳等[2]認為裝配式建筑形式在施工過程中不易受到來自室外環境的影響，所以可以有效提高建筑的安全可靠性，從而縮短建設工期。孫玉芳等[3]指出裝配式建筑全過程的質量管控的重點在于嚴格控制構件出廠質量，應避免由于設計原因及預制構件生產質量缺陷導致的后續施工質量問題；施工過程中加強施工組織與過程管理，對關鍵節點部位進行重點檢驗，強化全過程質量管理。胡林[4]在裝配式建筑的成本控制的基礎上認為傳統建筑成本控制方法在裝配式建筑中并不適用，發現導致裝配式建筑施工成本控制結果精確性不足控制成為難題。本文根據裝配式建筑的特點以及裝配式建筑全過程的質量管控、成本控制等內容，提出了基于工藝成本控制的研究在裝配式鋼結構技術中的應用。

1 裝配式工藝設計概要

鑒于本項目為廠房改造項目，在原有的框架結構、屋頂已經完成基礎上，屋面的主管道也已經完成，而屋面的AHU 系統以及防雨小室的施工為本次需要改造的內容，需要對防雨小室進行施工，對穿防雨小室的管道進行安裝以及封堵。

1.1 采用傳統新型裝配式鋼結構技術工序及特點

如果使用傳統的防雨小室施工技術為：框架梁板柱→填充墻砌筑→管道安裝→粉刷→屋頂做防水處理→屋頂防水保護層→管道處封堵→四周膩子批涂→外墻涂料。傳統濕作業工藝會導致整個施工周期長、工序多，各工序間需要必要的技術間歇時間，且隨著主體結構的沉降，框架結構的防雨小室也很容易產生裂縫、粉刷砂漿產生空鼓的質量通病，給業主使用帶來很大影響。

1.2 采用新型裝配式鋼結構技術工序及特點

框架鋼柱鋼梁安裝→屋頂夾心巖棉板安裝→墻面夾心巖棉板安裝→收邊收口→屋頂防水施工→防雨水管道封口打膠。整個工序不需要特別的技術間歇時間，施工工期短，不容易產生質量通病，且防雨材料采用柔性防雨材料，后期不會因為主體沉降而產生影像，整個外觀整齊美觀。

鋼柱鋼梁在不涉及承重結構的前提下，預制下單、快速搭建、交付、使用，為自飾面墻板建立支撐載體。圍護墻體屬于非結構受力構件，因而在材質上具有輕質、高強、防火、防銹、耐久的特點；在施工上為干式工法、模塊化程度高、快速裝配、易于搬運、靈活布置的特點，同時相較于傳統施工更能減少人工投入，減少現場建筑垃圾，降低施工周期，節約成本[5]。

本項目的防雨小室均不標準，外形尺寸均不一致，所以在深化設計前期就提前采用BIM 技術進行精細化建模，找出每個防雨小室的相似點，多次與機電工程師進行溝通，在滿足管道安裝的前提下，建議防雨小室的梁柱截面尺寸一致或最小，盡量使構件的種類越少越好；同時，在深化設計階段，通過BIM建模，構件連接節點模擬等多次和設計溝通，最終完成模型結構安全驗算，與設計院一起成功拆分獨立單元，且構件的種類很少，控制了成本，并且統一出了構件詳圖、清單明細，最大地利用了構件的使用。

2 裝配式工藝設計的成本考量

裝配式鋼結構技術的成本設計考慮是一個復雜的問題，它涉及多個因素。

（1）材料成本，裝配式鋼結構主要使用鋼材，因此，鋼材的價格是影響成本的主要因素。由于鋼材的價格受到多種因素的影響，包括市場需求、生產成本和全球市場動態等。

（2）設計成本與傳統建筑相比，裝配式鋼結構設計需要考慮結構的復雜性、安全規定、連接細節、運輸限制等。

（3）預制和組裝成本，預制和組裝是裝配式鋼結構施工的關鍵環節。這些過程需要在工廠進行，并且需要極強的專業技術和設備能力。

（4）運輸成本：由于預制構件需要在工廠和施工現場之間運輸，運輸成本受到距離、構件的重量和尺寸、道路狀況等因素的影響。

（5）安裝成本，安裝是裝配式鋼結構施工的最后一個階段。雖然裝配式結構的組裝一般比傳統的現場施工方法更快，但安裝過程中仍然可能會出現各種問題[6]。總的來說，要降低裝配式鋼結構技術的成本，可以考慮優化設計、提高預制構件的精度和效率、優化運輸和安裝過程，以及實施有效的維護計劃等途徑。本項目在實際實施過程中，對防雨小室的傳統做法與新型裝配式做法做成本分析對比分析，如表1 所示。

表1 傳統工藝成本估算表

通過綜合考慮決定采用裝配式鋼結構來代替傳統的濕作業法施工，通過深化設計、商務詢價、節點溝通、成本核算，同樣按照外形尺寸計算，本項目由直接損失變成高價值的項目。同時為進一步節約成本，采用BIM 進行模擬深化，構件在BIM模型深化時，根據鋼材的特性，合理利用屋面坡度的設置，最大化地利用材料，如表2 所示，比如鋼材為6m 一根的方管，在模型深化時，盡量把材料按照整根去考慮尺寸下料，材料使用率更高、更經濟。

表2 新工藝成本估算表

3 裝配式鋼結構技術的施工進度把控

裝配式鋼結構技術的施工進度把控是項目成功實施的關鍵環節。為確保施工進度，本項目采取以下措施：

（1）精細化項目管理：通過制定詳細的施工計劃，明確各階段的目標和任務，確保施工進度與計劃相符。同時，加強對施工過程中各環節的監控，及時發現并解決問題，確保項目按期完成。

（2）優化施工工藝：針對裝配式鋼結構施工特點，優化施工工藝，提高施工效率。例如采用預制構件現場快速裝配技術，降低施工周期，減少現場濕作業確保工程質量。

（3）強化人員培訓：對施工人員進行專業技能培訓，提高施工人員對裝配式鋼結構技術的掌握程度，確保施工順利進行。

（4）溝通協調：加強各參建單位之間的溝通協調，確保設計、采購、施工等各環節的順利銜接，降低施工過程中的矛盾和問題。

（5）安全管理：加強施工現場的安全管理，確保施工過程中的安全問題得到及時處理，避免安全事故的發生。

通過以上措施，本項目成功實現了裝配式鋼結構技術的施工進度把控，確保了工程質量和安全。同時，項目在成本控制方面取得了顯著成效，為本項目的裝配式鋼結構技術在建筑工程領域的推廣應用提供了有力支持。而傳統的濕作業法施工由于各道工序之間必須有技術間歇時間，導致施工周期會很長[7]。

4 裝配式鋼結構技術的施工把控

裝配式鋼結構技術的施工把控是確保項目成功實施的重要環節。本項目在施工過程中采取了以下幾個方面的把控措施：

（1）深化設計：在項目前期，通過BIM 技術進行精細化建模，提前預測和解決施工中可能出現的問題，確保設計合理、施工順利。同時，與機電工程師充分溝通，優化設計方案，降低施工難度和成本。

（2）預制構件生產：嚴格按照設計要求和施工標準進行預制構件的生產，確保構件質量、尺寸精度及連接節點的安全可靠。在生產過程中，加強對原材料、生產工藝和質量檢測的監控，確保預制構件的合格率。

（3）運輸與吊裝：根據項目特點，制定合理的運輸方案，確保預制構件安全、高效地從工廠運抵施工現場。同時，采用先進的吊裝設備，提高構件的吊裝速度和安全性。

（4）現場施工：在施工現場，加強對施工人員的安全教育和技能培訓，確保施工過程中的安全。同時，優化施工工藝，提高施工效率，降低施工成本。

（5）質量檢測與驗收：在施工過程中，嚴格執行質量檢測標準，對關鍵節點和重點部位進行重點監控。在項目完成后，進行嚴格的驗收流程，確保工程質量符合設計要求和規范。

（6）施工協調與管理：加強各參建單位之間的溝通協調，確保設計、采購、施工等各環節的順利銜接。同時，對施工過程中的矛盾和問題進行及時處理，確保項目進度不受影響。

通過以上措施，本項目成功實現了裝配式鋼結構技術的施工把控，確保了工程質量和安全。此外，裝配式鋼結構技術在提高施工效率、降低成本、減少建筑垃圾等方面也取得了顯著成效。這與傳統的濕作業法施工相比，具有明顯的優勢，為裝配式鋼結構技術在建筑工程領域的推廣應用提供了有力支持[8]。

本項目預先根據設計圖紙及現場實際情況，采樣BIM 建模，精準測算出需要使用的鋼柱鋼梁尺寸、圍護結構的下料長度、收邊收口的形狀及規格尺寸，直接出量，減少現場切割打磨的作業時間，降低材料使用的風險，工廠下料誤差在2mm 內；然后根據防雨小室大小，提前工廠化預制完成結構，施工周期短，無技術間歇時間；圍護結構因為已根據出墻管道的大小、位置完成預制編號下料，現場燕尾釘直接打入，施工快捷，無風險；收邊收口可以完美地把防雨小室的陰陽角收邊完成，保證圍護墻板的陰陽角方正且避免被水浸濕；屋頂防水施工采樣1.5mmPVC 柔性卷材，可以有效抑制因主體沉降產生的收縮，防水效果好，最后在管道出墻處采用異形收邊件進行有效封堵，保證洞口不漏水。

5 裝配式鋼結構的技術關鍵點

5.1 前期的深化設計

在整個設計過程中，由于機電管線眾多，包括風管、橋架、消防管、工藝冷卻水、工藝循環水等管道，就對各個專業進行BIM 模擬，可以對管道進行優化，在空間足夠的情況下，采用了共支架、共預留洞口等措施，合理分布。這樣既實現了防雨小室的精準化設計，又對各個專業進行了碰撞檢查，提前規避的問題；又優化了設計，節約了建筑成本。

5.2 構件精準化出圖及編號

在構件深化過程中按照已經確認的相關尺寸及數據進行BIM 建模，采用數據化信息用BIM 直接出構件加工信息，同時在圖紙上根據防雨小數進行構件編號，這樣構件廠會精準配料，且現場施工時是按照編號進行執行，速度快，不容易出差錯。

5.3 收邊及封堵

本次防雨小室設計做了收邊的精度設計，包括墻體四個陽角的收邊、屋頂四周墻板的收邊、導墻上的收邊、出墻面管道上的收邊，收邊的設計及施工是關系整個防雨小室是否漏水的關鍵。

6 傳統技術與新技術主要指標對比

結合本項目的傳統施工做法與裝配式施工做法做了施工對比，整體評估下來，如表3 所示，輕鋼結構防雨小室施工各項指標均比傳統框架防雨小室施工優越。裝配式鋼結構建筑是目前流行的一種新型建筑方式，不管是整體的鋼結構主結構還是裝配式鋼結構構筑物，都是一種快速、靈活、經濟、環保、安全的結構模式，并且從業主使用效果來看，采用裝配式鋼結構的構筑物很容易控制屋面漏水、影響設備及機電系統使用的質量問題，是一種很好的技術創新，也是未來的主流趨勢。

表3 傳統工藝與新工藝比較

7 結論

本研究圍繞裝配式鋼結構在建筑施工中工藝成本控制的應用展開，以百隆三期聯合廠房改造項目為實證案例，進行了全面深入的分析。研究結果顯示：

（1）裝配式建筑的成本控制與傳統建筑成本控制方法在精度和維度上存在差異，表現出明顯的不同特點。

（2）通過對比分析工藝施工的成本，裝配式鋼結構技術在建筑施工中展現出了有效降低總體成本的優勢。

因此，在成本與工藝的雙重考量下，裝配式鋼結構成為實現質量卓越化、成本最優化、工期最短化以及節能環保最佳化的重要方式之一，對于具體項目的實施具有重要的指導意義。