鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑中關鍵技術及工程造價優(yōu)化途徑的探索

趙 炫（上海市工程建設咨詢監(jiān)理有限公司， 上海 200433）

在國家對建筑業(yè)的高效安全、綠色節(jié)能、創(chuàng)新發(fā)展的思想指導下，上海市首創(chuàng)鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑— 浦東新區(qū)宣橋05-02地塊4號樓項目于2021年9月竣工，目前已進入后期安裝階段。在該項目中，上海建工集團發(fā)揮建筑全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，以一體化設計、工廠化加工、精細化施工及創(chuàng)新協(xié)調(diào)的工程管理理念，指導項目全過程建設，充分彰顯了鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑的技術創(chuàng)新效益和可發(fā)展前景。

本文依托該項目的上部建筑建設過程中技術經(jīng)濟管理的實踐，對其關鍵技術優(yōu)勢及技術經(jīng)濟優(yōu)化管理進行探索。

1 工程概況

宣橋4號樓項目（以下簡稱“本項目”）建筑面積5 950 m2，為地上14層、地下1層鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅工程，標準層層高3 m，建筑高度43.6 m。主體結(jié)構(gòu)為鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，水平結(jié)構(gòu)為預制混凝土疊合板，外墻設計為預制混凝土夾心保溫外墻掛板，內(nèi)墻為輕質(zhì)蒸養(yǎng)混凝土預制墻板。此外，整幢建筑中除電梯井為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)外，其余陽臺、樓梯以及裝飾性柱線等建筑結(jié)構(gòu)件均為預制。

建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量800 t，預制疊合樓板572塊，外墻預制夾心掛板672塊，單體建筑預制率達76%，安裝構(gòu)件總數(shù)達2 025件。

2 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑的關鍵技術

2.1 一體化設計，確保鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量和建筑功能

本項目中，為克服傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量和建筑功能等方面的薄弱環(huán)節(jié)，充分發(fā)揚裝配式建筑綠色環(huán)保施工的優(yōu)越性，經(jīng)反復計算及模擬論證，以確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量、建筑裝飾形象及抗震防火防水等功能達到并優(yōu)于現(xiàn)行建筑設計標準為前提，以提高和優(yōu)化預制裝配式施工為目標，采取了一系列建筑結(jié)構(gòu)一體化、土建安裝一體化方案。

鋼框架支撐結(jié)構(gòu)設計中，綜合考慮了結(jié)構(gòu)抗震及建筑軸線和梁柱截面的要求，采用H型鋼水平貫通梁和寬扁柱設計形式，并在梁柱節(jié)點部位加筋貼板，形成結(jié)構(gòu)支座端的箱形結(jié)構(gòu)，提高鋼框架結(jié)構(gòu)的各向剛度及抗震性能。同時對鋼構(gòu)件按防火防腐等設計標準進行構(gòu)件防火防腐同步設計，充分體現(xiàn)了梁柱鋼結(jié)構(gòu)一體化設計的技術優(yōu)勢。

在鋼結(jié)構(gòu)框架梁與預制疊合板、外墻掛板等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)件的錨固連接形式的設計中，采用了創(chuàng)新式高強螺栓干式連接和焊接干式連接方案，局部建筑部位輔以傳統(tǒng)錨筋灌漿連接形式，實現(xiàn)了優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的一體化設計。

外墻預制夾心保溫掛板（PITF）的設計，不但組合設計了預埋與鋼框架的連接件，而且結(jié)合混凝土外立面裝飾線條、優(yōu)選保溫節(jié)能材料組合制作的協(xié)同設計，從優(yōu)化建筑平面布置擴大有效空間利用率出發(fā)，將內(nèi)外混凝土墻板厚度控制為6 cm，實現(xiàn)外掛墻總厚度僅16 cm的薄型復合外墻掛板，充分體現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)、材料節(jié)能等多元素一體化設計的技術優(yōu)勢。

土建工程與機電安裝工程的一體化設計是本項目的重要特色。在各專業(yè)工程施工管理團隊的協(xié)同和BIM等先進管理技術的支持下，設計團隊與施工單位、設備供應商超前協(xié)調(diào)，結(jié)合機電設計要求，在BIM建模檢查的基礎上，盡可能地將預埋件、預留孔及管線布置空腔在相關預制構(gòu)件中預埋預留，為后期安裝提供便捷條件。

2.2 工廠化加工，是鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑精準安裝和節(jié)材節(jié)能綠色文明施工的基本保證

本項目共有各類鋼構(gòu)件、混凝土構(gòu)件2 000多件，在一體化設計、精準化施工要求的前提下，構(gòu)件材料功能多樣，類別、型號及預埋預留繁多，對構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)、計劃性供應提出嚴格要求。同時就目前狀況而言，對工程造價造成了不利影響。

本項目中，鋼框架構(gòu)件和混凝土預制構(gòu)件分別由上海建工機施集團和材料構(gòu)件公司生產(chǎn)。在鋼構(gòu)件生產(chǎn)中分別采用數(shù)控放樣下料、自動化組裝焊接及探傷檢測等標準化生產(chǎn)和質(zhì)量控制手段，為結(jié)構(gòu)質(zhì)量提供有力保證。在混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中，采用鋼模成型、精準預埋，復合外墻掛板不銹鋼連接件定位及蒸汽養(yǎng)護等工業(yè)化生產(chǎn)流程，為現(xiàn)場精準安裝提供保證。

本項目中建筑預制率達76%。各類構(gòu)件的工廠化加工大大減少了現(xiàn)場施工作業(yè)量，為施工現(xiàn)場加快工程進度、降耗減排、安全文明、綠色環(huán)保提供有利條件，同樣對施工現(xiàn)場諸多管理提出了嚴格要求：預制構(gòu)件按供應計劃與現(xiàn)場安裝進度的相符性要求；預制構(gòu)件現(xiàn)場分別貯存的技術質(zhì)量管理；構(gòu)件安裝前的定位測量管理；等等。

鑒于本項目為滬上首創(chuàng)試點項目及存在諸多“個性定制”的特殊性，在整體工程造價控制，特別是各類預制件的生產(chǎn)成本供貨成本方面，與傳統(tǒng)鋼混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土裝配式結(jié)構(gòu)相比較，存在一定幅度的增加，這也是該類項目推廣的一項不利因素。

2.3 精細化施工，集技術、質(zhì)量、安全、協(xié)調(diào)等管理于一體，是取得施工成效的技術關鍵

在前期的協(xié)調(diào)和一體化設計過程中，在BIM模型碰撞檢測和定位的基礎上，對基礎軸線、標高定位，各單元各樓層標高軸線、安裝管線走向及構(gòu)件預留孔洞定位進行全面測量復核，并一一在相應型號的預制構(gòu)件上標識，采用“前期定位放線、過程點位監(jiān)控、后期點位復核、全程BIM跟蹤”的精細化測量控制程序，確保預制件安裝精準到位。

鋼結(jié)構(gòu)框架體系采用塔吊跨外吊裝、層層塔接、二層一吊的吊裝形式。小型構(gòu)件地面拼裝組合，以桁架形式一次吊裝，利于保證安裝精度及提高吊裝工效。

根據(jù)一體化設計技術要求，精細化施工還體現(xiàn)在預制樓板、樓梯等構(gòu)件安裝與鋼框架同步施工，及時形成結(jié)構(gòu)體系的設計受力工況等方面。預制外墻掛板獨立施工，并經(jīng)力學分析，選用專用定型化吊具、吊索，全程測量監(jiān)控，確保大型構(gòu)件安裝水平度垂直度等指標符合要求。

精細化施工還體現(xiàn)在大量構(gòu)件安裝施工中臨時固定措施及建筑結(jié)構(gòu)多種連接技術的實施，包括干式螺栓連接、干式焊接連接、預留插筋螺栓、預留孔高強灌漿及疊合板錨筋定位連接等專項技術的施工，且均在無腳手架的工具化圍擋防護環(huán)境中施工，在技術、質(zhì)量及安全管理方面有嚴格要求。

3 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅項目中的工程技術經(jīng)濟管理及其優(yōu)化途徑

3.1 發(fā)揮施工總承包優(yōu)勢，提升項目管理成效

作為技術復雜類的工程項目，本項目采用施工總承包管理模式建造?？偝邪髽I(yè)充分運用承發(fā)包合同、施工許可及施工組織等一系列法定管理權(quán)限，落實項目全過程管理，對工程質(zhì)量、安全、進度及造價全面負責。在本項目中，總承包企業(yè)在上海建工集團的全產(chǎn)業(yè)鏈技術優(yōu)勢支持下，實現(xiàn)了對工程設計、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土預制構(gòu)件生產(chǎn)、各類工程采購、機械安裝及技術咨詢等工作的統(tǒng)一管理和深度融合協(xié)調(diào)，創(chuàng)新了項目管理方式，取得了明顯的成效。

總承包企業(yè)通過深度調(diào)研，組織各參建單位編制覆蓋建設全過程工作的施工組織設計。其內(nèi)容包括建設目標的控制性設計和全過程實施的指導性設計，并以網(wǎng)絡化、信息化管理形式，明確各方工作職責、標準和協(xié)同配合要求，通過全過程執(zhí)行和不斷糾偏，使工程各項工作處于受控狀態(tài)。

3.2 加強計劃協(xié)調(diào)、創(chuàng)新施工組織、提升建造速度

提升建造速度是鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅項目的重要優(yōu)勢。本項目實施過程中，各參建單位擺脫傳統(tǒng)施工流程的束縛，以信息化管理手段加強計劃協(xié)調(diào)，創(chuàng)新施工組織方式；創(chuàng)新應用了結(jié)構(gòu)工程與相關分部分項工程協(xié)同施工的新模式；制定了鋼框架結(jié)構(gòu)安裝、樓面疊合板吊裝、復合外墻掛板安裝及相應節(jié)點配合施工的協(xié)同進度計劃，該計劃突出了工程批量小、配合要求高的特點和難度，但經(jīng)各單位協(xié)同執(zhí)行，取得了建造速度方面的提升。據(jù)統(tǒng)計，完成一層鋼框架及各類預制構(gòu)件安裝的實際工期僅7 d，比裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅工期提高25%左右。

3.3 應用BIM技術，取得設計施工等各階段管理效益

本項目中的BIM技術開發(fā)應用由建設單位委托專業(yè)咨詢單位負責組織設計和實施管理。根據(jù)工程技術特點和各項組織管理目標的綜合需求，在進行BIM技術應用總策劃的前提下建立了管理平臺，組織各參建單位完成相應條線各科目的信息輸入及信息維運工作，形成數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化管理模式，及時顯示各階段各條線工作狀態(tài)、技術質(zhì)量進度等目標的實現(xiàn)效果或差距等信息，為采取相關優(yōu)化糾偏措施提供依據(jù)。

在本項目前期設計階段中，針對建筑結(jié)構(gòu)及安裝預埋一體化設計的需要，依靠BIM模型的碰撞檢查，為預制構(gòu)件各類埋件、埋管的定位提供精準技術數(shù)據(jù)；在施工組織設計編制階段，經(jīng)多方案模擬流程比對，優(yōu)選合理的總平面并優(yōu)化施工流程；在鋼結(jié)構(gòu)下料制作、安裝節(jié)點的精準控制及后期設備管線優(yōu)化施工等階段，BIM技術的應用均取得相應效果。通過以上舉措，在優(yōu)化施工組織、減少返工，節(jié)約材料及投資成本等方面取得了成效。

3.4 揚長補短，合理控制投資，探索優(yōu)化途徑

3.4.1 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅工程土建工程投資較一般住宅有所提高

本項目中，建設單位委托專業(yè)咨詢單位負責全過程投資控制，專業(yè)單位根據(jù)設計圖紙等技術經(jīng)濟文件及相關法規(guī)，運用BIM模型及相關軟件進行全程控制及核算，對施工現(xiàn)場工程變更等影響因素進行審核。本項目與一般工程相比較，除了功能性及環(huán)境因素變更導致一定的費用工期增加外，總體工程量及進展情況基本受控，但經(jīng)預算審核，與一般裝配式住宅及非裝配式住宅相比較，單位建筑面積的土建造價有一定幅度的提高。

3.4.2 社會效益及造價指標提高的主要成因分析

（1）施工現(xiàn)場部分初級建材（混凝土、鋼筋、模板及砌塊等）耗量大幅降低；施工中創(chuàng)建了無腳手架施工環(huán)境，減少現(xiàn)場密集型施工的人工消耗。在節(jié)能、減排，實現(xiàn)綠色環(huán)保施工方面具有明顯的社會效益。

（2）建設速度加快，有利于環(huán)境保護。

（3）鋼結(jié)構(gòu)及相應內(nèi)外墻板平面尺寸減小，有利于建筑得房指標提高。

（4）在設計、施工和工程管理全過程中應用BIM技術，有利于優(yōu)化工程質(zhì)量、控制成本及促進建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

（5）鋼結(jié)構(gòu)與各類大型非標復合功能的預制構(gòu)件的增量及高價格是造成工程投資提高的主要因素之一。

3.4.3 鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅工程造價優(yōu)化途徑的分析

（1）優(yōu)化設計施工等全過程管理，縮短工期，節(jié)約融資成本。

（2）采用新材料、新技術，優(yōu)化內(nèi)隔墻等相關非承重材料，降低造價。

（3）建立模數(shù)化、標準化建筑設計體系，為推廣采用鋼結(jié)構(gòu)的裝配式住宅、降低鋼構(gòu)件及各類預制構(gòu)件的生產(chǎn)成本創(chuàng)造必要條件。

（4）本項目作為高新技術的推廣應用項目，應制定相應鼓勵推行政策，提高技術經(jīng)濟效益。

通過對鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑關鍵技術及工程管理措施的探討，顯示了試點項目在一體化設計、工廠化生產(chǎn)、精細化施工及工程管理方面的創(chuàng)新發(fā)展成效，彰顯了其高效優(yōu)質(zhì)、綠色環(huán)保等社會效益。通過技術經(jīng)濟及現(xiàn)代管理手段優(yōu)化管理，在國家建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級等相關政策的扶持下，不斷提升其技術經(jīng)濟效益，必能取得促進建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的前景。