大力推广装配式钢结构建筑 为新质生产力发展添力赋能
2024-05-27 18:54:02
向工业化、数字化、绿色化转型升级，是建筑业高质量发展的现实需要，也是未来行业发展的大趋势。钢结构建筑天然具有装配化、工业化、绿色化特征，充分发挥其“轻、快、好、省”的优势，通过技术和管理的双轮创新驱动，助推装配式钢结构建筑高质量发展，是发展新质生产力的重要着力点。
把握建筑业转型趋势 认清装配式钢结构建筑优势
我国建筑业仍是一个劳动密集型、建造方式相对粗放的传统产业，与高质量发展要求相比还有一定差距。去年年底召开的全国住房城乡建设工作会议强调，深化建筑业供给侧结构性改革，持续在工业化、数字化、绿色化转型上下功夫，努力为全社会提供高品质建筑产品，打造“中国建造”升级版。这为建筑业高质量发展明确了方向和路径。
工业化建造的内涵是工厂制作、现场安装，将制造业的标准化、部品化、装配化概念引入建筑业，把建筑变成工业化产品。但是，建筑业要实现“像造汽车一样造房子”并不容易，从实践看，建筑工业化比造汽车还要难。原因在于：一是建筑材料不能像汽车零件一样进行车钳刨铣。二是建筑构件不仅大、笨、重，而且安装设备、方法完全不同，建筑物最终是现场安装，而不是工厂安装。三是建筑产品个性化特征明显，没有两个房子一模一样。工业化建造的特征是标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，其核心是装配化施工，因此建筑要实现“像造汽车一样造房子”，必须大力发展装配式建筑，这是实现工业化的重要抓手。
数字化的核心技术包括BIM（建筑信息模型）和数字孪生，建筑业数字化转型，要将行业标准、规则、经验和要求等全部数字化，形成海量数据，通过信息化平台贯穿建筑全生命周期、全产业链。新型工业化，是在工业化的基础上融入数字化，推动管理模式变革，催生新型建造方式。智能建造同样以数字化为基础，智能建造与新型建筑工业化协同发展，目的是基于行业发展实际，在夯实工业化发展的同时，向更高一级的智能化努力。智能建造的重点，是将人工智能技术与工程建造技术融合，核心技术是智能算法和智能建造机器人应用。目前行业多数自动化设备尚不能称为“智能”，智能化强调“机器代人”，可以人机交互，并能通过自主学习，实现认知升级。智能建造与新型建筑工业化协同发展，符合我国建筑业发展现状，具有创新性、先进性，能够为行业带来根本性变革，是新质生产力发展的关键。
建筑业向工业化、数字化、绿色化转型，工业化、数字化是手段、方法，绿色化是目标。转型的最终目标，是改变传统粗放的建造方式、发展模式，实现提质、降本、增效，打造绿色产品，建设“好房子”。好房子要安全、实用、美观、绿色，做到“四节一环保”，要将绿色发展理念贯穿工程建设全生命周期，包括选用绿色建材和材料循环利用，推行绿色设计、施工、运维管理，以及新能源利用、雨雪收集、建筑垃圾资源化处理、减少碳排放等现代先进技术的应用。
钢结构建筑具有典型的装配化、工业化、绿色化特征，其优势是轻、快、好、省。轻，是指钢结构材料轻质高强，构件截面小、自重轻、承载力高，适用于更大的跨度、便于运输和安装。快，是指钢结构在工厂制作，能够成批大件生产，工业化程度高；采用工厂制造、工地高强螺栓安装的施工方法，可有效地缩短工期，为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。好，是指原材料力学性能好、可靠性高，可焊性、密封性、耐久性好，结构抗震性能好，易于拆卸，与新技术适应性好。省，是指与混凝土结构相比，全生命周期综合成本更低，钢材可回收利用。发展装配式钢结构建筑，既是建筑业向工业化、数字化、绿色化转型的要求，也是建筑发展过程中的必然趋势，是好房子建设的重要支撑。
扫清高质量发展障碍 推动装配式钢结构建筑厚积成势
要充分发挥钢结构优势，必须正视发展中面临的问题，有针对性地采取措施，为高质量发展扫清障碍，实现从装配式建筑钢结构到装配式钢结构建筑的飞跃。
树立“全装配化”理念。不仅要做到结构的装配化，外围护结构、内装系统、设备与管线、装修等都要实现装配化。为了实现全装配化，基于BIM技术的信息化贯通是必须首先解决的难题。
树立“一体化”理念。一是设计、制作、施工、运营、维护一体化，纵深推进降本增效。钢结构发展的软肋是建造环节成本较高，但如果从设计到运维的一体化角度考虑，可以明显降低成本。二是建筑、结构、部品部件、机电设备、装饰装修要做到一体化。如高层钢结构建筑的柔性较大，对围护系统与结构协调变形能力要求高，否则围护系统易变形开裂，影响建筑使用效果和寿命。而将保温、隔热、防腐、防火、采光、遮阳等结构部品部件纳入一体化考虑，不仅能很好地解决一系列问题，还能提高建筑品质。三是绿色低碳等新技术的应用与建筑功能性要做到一体化。四是一体化技术集成标准的制定须提上日程。
优化结构体系。围绕装配化、工业化发展目标，优化钢结构建筑结构体系，切实在减少构件、改进连接方式、推动标准化发展上下功夫、见实效。
优化设计。通过优化设计，解决钢结构建筑露梁露柱问题。实践中，用钢构件简单代替钢筋混凝土构件，钢结构优势难以发挥，使用功能降低，用钢量增加，要通过设计创新，更好发挥钢结构大空间、平面布局灵活的优势。
研发适应工业化的建造方式。设计标准化，构配件工厂化，结构、机电、装饰、装修装配化等，是钢结构建筑的特色优势。要充分发挥优势，加快模块化建筑发展，实现快速建造，减少现场焊接作业，节省人工，减少环境污染。
研究和应用配套部品部件。一是由于建筑具有个性化特征，部品部件难以批量生产，标准化、通用化程度较低；二是产业链不够完善；三是三板（楼板、内墙板和外墙板）体系与建筑结构匹配性差。通用体系以部品构件及连接技术的标准化、通用性为基础，适合专业化和社会化生产，是一种比较完美的工业化形式。只有大力发展通用部品部件为基础的通用体系，才能为“像造汽车一样造房子”奠定基础。
改变对空心楼板的认知。装配式建筑应用叠合楼板，连接部位实施二次浇筑，并不是一种完美的工业化建造方式。行业企业应当围绕工业化建造这一核心，平衡个性化和标准化需求，重新认识空心楼板的价值，研发新工艺，克服其弊端，发挥其优势，补强装配式建筑在楼板方面的短板。
解决百姓关注的问题。一是成本问题。钢结构建筑造价略高于混凝土结构建筑，要从全生命周期综合成本角度为百姓算好账，赢得市场认可。更重要的是，必须通过科技创新、管理创新，不断降低装配式钢结构建筑的成本，提高性价比。二是钢结构耐腐蚀性差问题。钢结构在潮湿和腐蚀性介质的环境中容易锈蚀，但在正常使用环境和正常维护情况下，其耐久性超过混凝土结构。耐候钢和新型防腐技术的应用，使钢结构的耐久性还可以进一步提高。但围护结构和连接处防腐要高度重视，做到定期维护。三是防火问题。钢结构耐热不耐火，必须做好防火措施，做到主动防火与被动防火相结合。四是舒适性问题。通过合理设计、精心施工和精心维护，保证结构刚度，防止墙体开裂和渗漏，确保保温、隔热、隔声、防潮、气密性和防护要求，完全可以实现理想的舒适性。随着新技术的应用，钢结构的舒适性还可以进一步提高。
加快关键性技术研发。关键软件和激光三维扫描仪、建筑机器人、3D打印设备等“卡脖子”问题还没有很好地解决，BIM技术亟待实现根本性突破，智能建造技术发展还处于探索阶段，智能建造与工业化协同发展还有很长的路要走。
提高从业人员素质。钢结构建筑技术含量高，对从业人员的能力要求高。一方面，企业要通过培训学习改变从业人员传统混凝土建筑的建设思维，提高对钢结构创新发展的认知，不断提升技术能力和管理水平；另一方面，高校要针对市场需求、改革人才培养模式、优化专业设置、推动学科交叉，大力培养复合型人才。
当前，我国钢结构建筑发展迅速，大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑拔地而起。随着建筑业工业化、数字化、绿色化转型的持续深入，装配式钢结构建筑将厚积成势，激发形成以创新为特点、以质优为关键的发展新动能、新优势，为发展新质生产力蓄势赋能。
（作者系中国工程院院士、重庆大学钢结构工程研究中心主任）