淺談鋼結(jié)構(gòu)施工新技術(shù)及發(fā)展方向

（中建八局鋼結(jié)構(gòu)工程公司，上海 200000）

鋼結(jié)構(gòu)因具有工業(yè)化程度高、材料性能均勻、抗震性能好、施工周期短、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在諸多的大型體育場館、火車站、機(jī)場航站樓、高層及超高層等鋼結(jié)構(gòu)建筑方面得到了很好的應(yīng)用。尤其是經(jīng)歷了2008 年汶川地震后，鋼結(jié)構(gòu)的綜合性能得以體現(xiàn)，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)迎來了春天。其中代表性建筑有北京體育館“鳥巢”工程、北京新機(jī)場工程、珠海歌劇院“小貝殼”工程（圖1)、深圳灣體育中心“春繭”工程（圖2)及濟(jì)青高鐵紅島站“浪花”工程（圖3)等。本文結(jié)合這些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對工程施工中出現(xiàn)的新工藝新技術(shù)進(jìn)行概述，供類似工程施工借鑒。

圖1 珠海歌劇院“貝殼”

圖2 深圳灣體育中心“春繭”

圖3 濟(jì)青高鐵紅島站“浪花”

1 新技術(shù)在工程中的應(yīng)用

1.1 BIM技術(shù)貫穿工程始末

目前鋼結(jié)構(gòu)建模軟件由傳統(tǒng)的AutoCAD 轉(zhuǎn)變成現(xiàn)有的Tekla，模型更直觀，建模更簡便。特別是針對一些異型結(jié)構(gòu)、復(fù)雜造型結(jié)構(gòu)效果更為明顯，如圖4、圖5 所示。

圖4 國家體育館“鳥巢”工程

圖5 新建濟(jì)青高鐵站浪花結(jié)構(gòu)

在深化及出圖過程中，通過動畫模擬施工流程（圖6），避免因加工可行性原因?qū)е路倒ぃ?jié)約材料、減少施工周期，同時(shí)利用動畫的形式進(jìn)行方案匯報(bào)及技術(shù)交底，更直觀更易于掌握。

圖6 動畫模擬施工流程

1.2 二維碼技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場施工

鋼構(gòu)件在加工廠出廠前粘貼二維碼，現(xiàn)場施工時(shí)通過掃描二維碼可以精準(zhǔn)確定鋼構(gòu)件生產(chǎn)廠家、構(gòu)件號、構(gòu)件應(yīng)用部位以及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)等。

現(xiàn)場在醒目位置粘貼二維碼，現(xiàn)場施工及管理人員通過掃描二維碼可以精確找到技術(shù)交底記錄、焊接人員、檢測人員、驗(yàn)收人員信息及施工時(shí)間等。

1.3 三維掃描技術(shù)提升構(gòu)件裝配精度

異型構(gòu)件、彎扭及雙曲構(gòu)件在加工及拼裝過程中存有一定的偏差，為了現(xiàn)場高空安裝精度，通常采用加工廠胎膜拼裝、焊接，因焊接存有一定的收縮和變形，為了避免焊縫收縮過大及變形導(dǎo)致現(xiàn)場難于安裝的現(xiàn)狀，通常采用三維掃描技術(shù)（圖7）。

圖7 三維掃描技術(shù)在工程中的應(yīng)用

1.4 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

一般的廠房結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)單一，載荷小應(yīng)力一般相對較小，但大型高層、超高層、造型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及屋蓋結(jié)構(gòu)安裝后會存有一定的應(yīng)力應(yīng)變當(dāng)量，當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變當(dāng)量超過定值時(shí)，結(jié)構(gòu)存有一定的危險(xiǎn)性，因此有效的測量應(yīng)力應(yīng)變當(dāng)量是對工程結(jié)構(gòu)安全的有效保障。

1.5 無人機(jī)航拍技術(shù)應(yīng)用

為了更清晰立體了解現(xiàn)場施工情況，便于組織、精細(xì)化部署、質(zhì)量監(jiān)控、現(xiàn)場進(jìn)度管理等，通常定期進(jìn)行無人機(jī)監(jiān)控，并通過無人機(jī)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行探索，形成包含數(shù)字高程信息的場地地形模型，了解現(xiàn)場的高程信息，提高對現(xiàn)場施工的有效決策。

2 新型工藝在工程中的應(yīng)用

2.1 無模成型技術(shù)的應(yīng)用

新穎的造型建筑背后多存有單曲或雙曲面構(gòu)件，雙曲面構(gòu)件因精度要求高，加工設(shè)備參數(shù)有限，造成構(gòu)件加工困難，通過多點(diǎn)無模成型技術(shù)能有效地解決雙曲面構(gòu)件加工問題，如圖8、圖9所示。

圖8 多點(diǎn)無模成型設(shè)備

圖9 加工后雙曲構(gòu)件

2.2 機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用

機(jī)器人焊接已經(jīng)普遍應(yīng)用于汽車焊接行業(yè)，建筑鋼結(jié)構(gòu)工程構(gòu)件類型各異，難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線量產(chǎn)，因此機(jī)器人焊接應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)比較少；隨著機(jī)器人廠家技術(shù)的不斷提升，目前機(jī)器人焊接逐漸走入建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，如圖10、圖11所示。

3 建筑鋼結(jié)構(gòu)未來發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)將與時(shí)俱進(jìn)，逐漸由傳統(tǒng)的人工加工向智能制造轉(zhuǎn)變，BIM 軟件應(yīng)用更簡單、便捷，效果展示更加直觀、具體，BIM 人員越來越受到社會的青睞；同時(shí)智能機(jī)器人將不斷應(yīng)用到實(shí)體產(chǎn)業(yè)中，更高效、更綠色、更環(huán)保，帶動綠色建筑可持續(xù)發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)施工進(jìn)入高峰期。隨著二維碼、無人機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用，我國鋼結(jié)構(gòu)施工將成為世界的一個(gè)標(biāo)桿，引領(lǐng)新一輪技術(shù)革命。

圖10 機(jī)器人應(yīng)用于鋼構(gòu)廠方管柱焊接

圖11 機(jī)器人應(yīng)用于鋼構(gòu)廠圓管柱焊接