建設(shè)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管控要點(diǎn)研究

高占陽 石曉斌

摘要：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在保證建筑工程安全前提下有效節(jié)約建造成本。在某中學(xué)、某小學(xué)及某安置房項(xiàng)目結(jié)構(gòu)施工圖優(yōu)化咨詢工作以及項(xiàng)目建造過程中解決所遇問題經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，建立并完善一整套結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管理體系。該管理體系涵蓋設(shè)計(jì)管理部對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的直接管控以及通過對(duì)優(yōu)化咨詢工作的管控對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行間接管控。整個(gè)管理體系通過《設(shè)計(jì)任務(wù)書》《設(shè)計(jì)成果審查意見記錄單》《結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙會(huì)審細(xì)則》以及《優(yōu)化咨詢工作取費(fèi)及支付清單》《初設(shè)及施工圖階段各專業(yè)圖紙優(yōu)化要求清單》《優(yōu)化項(xiàng)目三級(jí)審核清單》《優(yōu)化工程量三方核算清單》。該管理體系能充分調(diào)動(dòng)各方積極性，使設(shè)計(jì)成果得到最大限度優(yōu)化，同時(shí)確保優(yōu)化成果得到落實(shí)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)優(yōu)化;管理體系;技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：F293

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9138-（2020） 07-0066-70

收稿日期：2020-05-26

作者簡介：高占陽，北京未來科學(xué)城置地有限公司。

石曉斌，航天建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司。

建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在保證建筑工程結(jié)構(gòu)安全的前提下通過充分發(fā)揮各種材料的力學(xué)性能，使主體結(jié)構(gòu)受力合理、便于施工，從而有效降低項(xiàng)目工程量，提升施工效率和質(zhì)量，最終達(dá)到節(jié)約成本的目的。本文結(jié)合北京市某小學(xué)、北京市某中學(xué)、北京市某安置房項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，就如何以直接方式和間接方式進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管控展開論述，為今后建筑工程設(shè)計(jì)提供一定的幫助和借鑒。

1工程概況

某小學(xué)規(guī)劃總用地面積25900平方米，總建筑面積28447平方米，其中地上建筑面積20702平方米，地下建筑面積7745平方米，建筑結(jié)構(gòu)形式為地下鋼骨混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上為鋼框架結(jié)構(gòu);某中學(xué)規(guī)劃總用地面積17371平方米，總建筑面積22889平方米，其中地上建筑面積13866平方米，地下建筑面積9023平方米，建筑結(jié)構(gòu)形式為地下混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上為鋼框架結(jié)構(gòu);某定向安置房規(guī)劃總用地面積12750平方米，總建筑面積41371平方米，其中地上建筑面積25150平方米，地下建筑面積16221平方米，建筑結(jié)構(gòu)形式為地下混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上為混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

2直接管控方式

設(shè)計(jì)單位是設(shè)計(jì)成果質(zhì)量保證的第一責(zé)任人，設(shè)計(jì)管理部對(duì)設(shè)計(jì)單位的直接管控，是達(dá)到設(shè)計(jì)成果優(yōu)化目的最有效的管控方式。直接管控方式的主要管控內(nèi)容涵蓋圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度、圖紙各專業(yè)匹配度、設(shè)計(jì)做法及指標(biāo)等。

2.1圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度管理

圖紙的設(shè)計(jì)深度管理是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管控的基礎(chǔ)?！督ㄖこ淘O(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定（2016）》規(guī)定，施工圖設(shè)計(jì)文件，應(yīng)滿足設(shè)備材料采購、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制作和施工的需要。某中學(xué)、某小學(xué)以及某安置房項(xiàng)目均以此為依據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)院提交的圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)深度管理。同時(shí)，針對(duì)某中學(xué)某小學(xué)項(xiàng)目為鋼結(jié)構(gòu)被動(dòng)房這一特殊性，結(jié)合近年來日漸成熟的BIM技術(shù)條件，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)院及總包單位，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了BIM設(shè)計(jì)綜合。BIM技術(shù)可提高建筑工程設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)深度，提高施工效率同時(shí)降低設(shè)計(jì)深度不足帶來的項(xiàng)目返工成本。

2.2各專業(yè)匹配度管理

通常情況下，在項(xiàng)目正式施工之前，為了取得最佳的設(shè)計(jì)效果，由領(lǐng)導(dǎo)層、設(shè)計(jì)管理部門、工程部、設(shè)計(jì)單位、施工單位和監(jiān)理單位的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行聯(lián)合會(huì)審。經(jīng)會(huì)審后形成相關(guān)的會(huì)議紀(jì)要，作為施工的技術(shù)依據(jù)之一。通過聯(lián)合審圖，不僅減少了施工過程中的技術(shù)變更簽單，同時(shí)也有效地降低了建設(shè)費(fèi)用，減少了因返工造成的人、財(cái)、物浪費(fèi)。

在某中學(xué)、某小學(xué)及某安置房項(xiàng)目建造過程中，出現(xiàn)的一部分結(jié)構(gòu)變更，其原因是各專業(yè)圖紙匹配度不高?！督ㄖこ淘O(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定（2016）》中僅對(duì)各專業(yè)圖紙中涉及其自身專業(yè)的內(nèi)容做了相關(guān)要求，缺少各專業(yè)之間匹配度方面的詳細(xì)規(guī)定，根據(jù)這一情況，為提高各專業(yè)圖紙的匹配度，經(jīng)過深入分析，因結(jié)構(gòu)專業(yè)同各專業(yè)均有交互，且先行施工，故可將結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙作為提高各專業(yè)圖紙匹配度的核心和關(guān)鍵。對(duì)各專業(yè)圖紙匹配度的管理模式，需要從傳統(tǒng)的結(jié)果管理（即多方圖紙會(huì)審）向過程管控轉(zhuǎn)變，建設(shè)公司設(shè)計(jì)管理部門要參與全過程管理。原則上分為四個(gè)階段：1.設(shè)計(jì)人員自審;2.設(shè)計(jì)院各專業(yè)內(nèi)部會(huì)審;3.優(yōu)化單位各專業(yè)會(huì)審;4.設(shè)計(jì)院同總包及監(jiān)理等單位會(huì)審。置地設(shè)計(jì)管理部編制了《結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙會(huì)審細(xì)則》，對(duì)各個(gè)階段的圖紙會(huì)審要點(diǎn)進(jìn)行明確，增強(qiáng)此項(xiàng)工作的針對(duì)性，提高各專業(yè)匹配度管控力度，最終提升各專業(yè)圖紙匹配度。

2.3設(shè)計(jì)做法及指標(biāo)管理

通常，因?yàn)樽≌?xiàng)目比較常規(guī)，且項(xiàng)目結(jié)構(gòu)工程量各項(xiàng)指標(biāo)具有一定的規(guī)律性，故一流的地產(chǎn)開發(fā)公司均有一套系統(tǒng)的甲方設(shè)計(jì)指引文件，對(duì)單位面積用鋼量等指標(biāo)進(jìn)行限定。置地公司作為一級(jí)開發(fā)企業(yè)，積極學(xué)習(xí)引用一流地產(chǎn)開發(fā)公司的設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)項(xiàng)目工程量進(jìn)行管控。因某中學(xué)某小學(xué)項(xiàng)目的特殊性（屬于較少見的鋼結(jié)構(gòu)被動(dòng)式學(xué)校工程），工程界相關(guān)經(jīng)驗(yàn)很少，故不做用鋼量的嚴(yán)格限制，但對(duì)鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的一些普遍性指標(biāo)及做法進(jìn)行限定，如鋼結(jié)構(gòu)防銹漆涂料選取方面，優(yōu)先選擇環(huán)氧富鋅涂料而不是聚氨酯及其他單價(jià)更高的涂料。某安置房項(xiàng)目屬于常規(guī)的住宅項(xiàng)目，對(duì)其工程量在確保安全指標(biāo)能夠滿足的前提下進(jìn)行嚴(yán)格限定，控制項(xiàng)目成本。經(jīng)測算，某安置房項(xiàng)目地下建筑用鋼量為128Kg/平方米，地上建筑用鋼量為45Kg/平方米，滿足一線地產(chǎn)企業(yè)的控制指標(biāo)。3間接管控方式

目前，很多地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)均通過聘請(qǐng)第三方咨詢機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化以降低建設(shè)成本。聘請(qǐng)第三方咨詢機(jī)構(gòu)的方式作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的間接管控方式，能有效降低工程造價(jià)，降低幅度通常在6%以上，部分項(xiàng)目能降低20%。通過聘請(qǐng)第三方咨詢機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，某中學(xué)、某小學(xué)及溝自頭三個(gè)項(xiàng)目共節(jié)約鋼材量1170噸、混凝土1780立方米、鋼筋380噸，工程造價(jià)降低達(dá)1400萬。

置地設(shè)計(jì)管理部在某中學(xué)、某小學(xué)及某安置房項(xiàng)目結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙優(yōu)化工作的基礎(chǔ)上，建立并不斷完善設(shè)計(jì)成果優(yōu)化咨詢管理體系。該管理體系涵蓋《優(yōu)化咨詢工作取費(fèi)及支付清單》《初設(shè)及施工圖階段各專業(yè)圖紙優(yōu)化要求清單》《優(yōu)化項(xiàng)目三級(jí)審核清單》《優(yōu)化工程量三方核算清單》。該管理體系能充分調(diào)動(dòng)各方積極性，使設(shè)計(jì)成果得到最大限度優(yōu)化，同時(shí)確保優(yōu)化成果得到落實(shí)。

3.1優(yōu)化咨詢合同管理

結(jié)合市場業(yè)績，經(jīng)內(nèi)部比選，分別委托清華大學(xué)負(fù)責(zé)某小學(xué)、建研院負(fù)責(zé)某中學(xué)和某安置房項(xiàng)目的優(yōu)化咨詢工作?！秲?yōu)化咨詢工作取費(fèi)及支付清單》在優(yōu)化咨詢合同中進(jìn)行規(guī)定。為提高咨詢單位的積極性和主動(dòng)性，工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化咨詢費(fèi)用為施工圖實(shí)際優(yōu)化后節(jié)省的工程預(yù)算費(fèi)乘以一定的比例。同時(shí)，針對(duì)合同為開口合同的特殊情況，按照分階段支付咨詢費(fèi)的原則，在合同中對(duì)支付進(jìn)度進(jìn)行詳細(xì)明確的規(guī)定，通過調(diào)整咨詢費(fèi)支付基數(shù)及支付比例，讓雙方合理分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

某小學(xué)、某中學(xué)及某安置房項(xiàng)目咨詢優(yōu)化內(nèi)容為施工圖階段的結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙，涵蓋荷載取值、計(jì)算參數(shù)、計(jì)算模型、基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件、產(chǎn)業(yè)化相關(guān)等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，延伸擴(kuò)展出《初設(shè)及施工圖階段各專業(yè)圖紙優(yōu)化要求清單》。

為確保優(yōu)化項(xiàng)均能得到落實(shí)，合同中還規(guī)定，設(shè)計(jì)院提交正式簽章的施工圖藍(lán)圖后，乙方須依照工程優(yōu)化項(xiàng)清單逐一核查優(yōu)化意見落實(shí)情況，確認(rèn)無遺漏后提交甲方審查。該條款發(fā)展成《優(yōu)化項(xiàng)目三級(jí)審核清單》，通過設(shè)計(jì)院自查、咨詢單位審查、建設(shè)單位核查的三級(jí)審核機(jī)制，確保優(yōu)化項(xiàng)在最終版圖紙中得到逐條落實(shí)。

優(yōu)化咨詢費(fèi)的支付主要依據(jù)是《優(yōu)化工程量三方核算清單》及工程進(jìn)度。為防止工程施工期間因較大變更造成優(yōu)化咨詢意見無法實(shí)施卻已支付相應(yīng)優(yōu)化咨詢費(fèi)的情況出現(xiàn)，通常在較復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)施工完，裝配式住宅項(xiàng)目施工到標(biāo)準(zhǔn)層以后再進(jìn)行核算。核算的三方分別為結(jié)構(gòu)優(yōu)化咨詢單位、建設(shè)方預(yù)算部門、工程造價(jià)咨詢單位?？紤]到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作內(nèi)容除了節(jié)約工程量外，還包含施工圖審圖、結(jié)構(gòu)合理性審查，這部分工作內(nèi)容加上總包方的圖紙會(huì)審意見為優(yōu)化咨詢建議的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，大大降低了后續(xù)施工過程中出現(xiàn)較大變更的可能性。

3.2結(jié)構(gòu)安全性審查

通過對(duì)基本信息、計(jì)算參數(shù)、荷載取值、整體計(jì)算、主體結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件、圖紙表達(dá)鋼構(gòu)件截面選取、連接節(jié)點(diǎn)等方面的審查，確保參數(shù)選取合理、計(jì)算模型正確、傳力途徑簡潔、圖紙與模型一致，從而保證結(jié)構(gòu)的安全。

3.3優(yōu)化咨詢技術(shù)要點(diǎn)

不同的結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化咨詢技術(shù)要點(diǎn)不同，某小學(xué)、某中學(xué)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，某安置房為混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.3.1鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)要點(diǎn)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言，其變形能力強(qiáng)，剛度較混凝土結(jié)構(gòu)偏小，其優(yōu)化咨詢工作以荷載取值和計(jì)算參數(shù)為起始點(diǎn)展開，比較不同結(jié)構(gòu)體系的受力情況，選擇合適的受力體系和材料強(qiáng)度等級(jí)。然后在取用合理板厚（滿足受力、變形及樓面整體剛度的最薄厚度）的前提下，通過控制結(jié)構(gòu)豎向及水平向變形、構(gòu)件應(yīng)力比等指標(biāo)對(duì)截面進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)連接節(jié)點(diǎn)形式、鋼結(jié)構(gòu)防腐做法、防火做法、鋼骨截面規(guī)格、基礎(chǔ)做法等逐項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化。項(xiàng)目帶有地下室及人防區(qū)域時(shí)，也要進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如板跨選?。ㄅc人防荷載取值相關(guān)）、地下室外墻厚度及配筋、混凝土抗?jié)B等級(jí)等。

3.3.2裝配式混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)要點(diǎn)

在混凝土住宅項(xiàng)目的優(yōu)化咨詢中，荷載取值及計(jì)算參數(shù)是優(yōu)化的首要關(guān)注點(diǎn)。其次是材料的選取，比如混凝土強(qiáng)度以及抗?jié)B等級(jí)等，需合理選用。第三是樓板厚度，要盡量降低樓板厚度，通常住宅項(xiàng)目120mm能滿足各專業(yè)要求。第四則是墻體構(gòu)件布置，要求剪力墻盡量做到以下幾點(diǎn)：（1）剪力墻構(gòu)件沿周邊均勻布置，減少集中布置;（2）盡可能使用長短比較勻稱的剪力墻構(gòu)件，避免出現(xiàn)過長、過短等墻肢;（3）對(duì)于墻肢盡可能選取L形墻肢、T形墻肢和交叉墻肢，避免設(shè)計(jì)組合形式墻肢;（4）對(duì)于剪力墻開洞，應(yīng)根據(jù)剪跨比進(jìn)行梁的選取，減少結(jié)構(gòu)突變。第五是圖紙配筋規(guī)格與計(jì)算模型吻合程度，從模型到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)院通常會(huì)進(jìn)行一定程度的放大和歸并。第六是裝配式構(gòu)件模數(shù)化方面進(jìn)行優(yōu)化，減少構(gòu)件規(guī)格，同時(shí)便于加工、運(yùn)輸、存放及安裝。

4項(xiàng)目建造過程中遇到的問題

目前，某小學(xué)、某中學(xué)結(jié)構(gòu)主體已經(jīng)完工，某安置房項(xiàng)目1#樓主體完工，2、3#樓均施工到9層以上。建造過程中遇到一些與設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)的問題，主要分為以下三類：一是部分設(shè)計(jì)方案在施工難度上考慮較少，造成工程施工難度大;二是各專業(yè)不匹配問題較多，部分問題帶來工程返工。

4.1部分設(shè)計(jì)方案施工難度大

在某小學(xué)項(xiàng)目中，有部分教室布置于地下室范圍以外的區(qū)域，設(shè)計(jì)方案中此部分地面為分層壓實(shí)回填的素土?？偘礁鶕?jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為實(shí)際壓實(shí)系數(shù)難以達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，施工質(zhì)量難以保證，工程后續(xù)出現(xiàn)不均勻沉降的可能性很大，但因?yàn)樵陧?xiàng)目開工前的圖紙會(huì)審中忽略了此問題，在后期施工到此處時(shí)，地下室外墻及鋼框架均已完成施工，若要更改結(jié)構(gòu)受力體系，增加樓面板則會(huì)帶來較大的加固改動(dòng)，成為項(xiàng)目比較棘手的問題。今后項(xiàng)目的圖紙會(huì)審，建設(shè)單位需有意識(shí)地提高總包單位對(duì)設(shè)計(jì)方案施工難易程度判斷的重視。

4.2各專業(yè)不匹配

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，某小學(xué)、某中學(xué)及某安置房項(xiàng)目共發(fā)出結(jié)構(gòu)變更68個(gè)，根據(jù)變更原因進(jìn)行了分類，見表1。根據(jù)匯總情況，可以看到三個(gè)項(xiàng)目所發(fā)出的結(jié)構(gòu)變更中，各專業(yè)不匹配引起的變更占很大比例，分別達(dá)到32%、39%、43%。根據(jù)這一情況，置地設(shè)計(jì)管理部編制了《結(jié)構(gòu)專業(yè)圖紙會(huì)審細(xì)則》，強(qiáng)化各專業(yè)之間互相核對(duì)圖紙的工作強(qiáng)度和細(xì)度，同時(shí)指明設(shè)計(jì)院同廠家之間核對(duì)深化圖紙的關(guān)鍵點(diǎn)。

5后續(xù)項(xiàng)目優(yōu)化需要探索的方向

隨著某小學(xué)、某中學(xué)、某安置房項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)陸續(xù)封頂，這個(gè)過程中積累的建設(shè)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管控經(jīng)驗(yàn)將為后續(xù)項(xiàng)目的管理提供參考，同時(shí)，結(jié)合集團(tuán)人力資源部組織的《房地產(chǎn)項(xiàng)目總視角下的設(shè)計(jì)管理與跨界協(xié)同》培訓(xùn)中所提到的相關(guān)內(nèi)容，在后續(xù)建設(shè)工程中，置地設(shè)計(jì)管理部也將積極實(shí)踐、探索基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及地勘報(bào)告（以地下水位為重心）的優(yōu)化管控、涵蓋初設(shè)階段的全專業(yè)優(yōu)化咨詢管控、BIM正向設(shè)計(jì)等。

參考文獻(xiàn)：

1.容立榮，住宅高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu).2019.46（4）

2.張海義，某高層鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).山西建筑.2018.44（ 25）

3.何政.強(qiáng)震作用下支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的安全裕度分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化，大連理工大學(xué).2017

4.沈旭.基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程管理研究.山東工程技術(shù).2018.11（ 01）

5.廖世成.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理中存在的問題及對(duì)策研究.規(guī)劃與設(shè)計(jì).2018.01