随着国家供给侧结构性改革和建筑业转型升级战略的逐步落实,发展装配式钢结构建筑成为我国建筑业转型升级、实现建筑产业化的重要途径;钢结构建筑不仅是提高建筑质量、减少地震灾害的重要保证,还是缓解钢材过剩压力、形成钢材战略储备的重要措施,更是发展低碳经济、实现绿色环保的重要载体。作为新型建筑工业化集成产品,装配式钢结构住宅已成为绿色建筑发展的重要结构形式之一,不仅很好地响应了我国“十二五”规划的号召,成为绿色建筑发展的重要结构形式,同时也是装配式建筑的重要组成部分,成为建筑业节能减排的主要方向。

装配式钢结构建筑具有自重轻、抗震性能好、便于工厂化生产、机械化装配等特点,迎合了建筑业高质量发展的要求。在经济发展新常态的今天,装配式钢结构建筑全寿命周期内都贯穿了“减量化、再利用、资源化”的循环经济发展原则,成为绿色建筑的重要代表。但由于装配式建筑在我国起步较晚,发展过程中还存在很多问题,尤其在技术条件和标准体系等方面还存在许多不足,成为制约我国装配式钢结构建筑发展的瓶颈。因此,本文着重从现行的建筑业管理体制、国家及各省市出台的政策实践出发,总结现行装配式钢结构住宅发展面临的困境,提出装配式钢结构住宅产业化发展的对策建议。

首先,钢结构建筑不一定是装配式钢结构建筑。装配式钢结构建筑是由结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统等组成,而不是单纯的一个系统的装配。

其次,钢结构住宅不同于钢结构住宅产业化。钢结构住宅是指以钢型材构件作为承重骨架,以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构而构成的居住类建筑。而钢结构住宅产业化则是以钢结构住宅为最终产品,通过社会化大生产,将钢结构住宅的投资、开发、设计、施工、售后服务等过程集成一个整体的组织形式。

从材料方面看,钢结构的质量虽然一般为普通混凝土的3.2倍,但是钢材产品的强度却能够达到混凝土的八倍以上。从钢材与混凝土应力应变的对比分析,钢材具有很好的延性,且内部结构组织均匀,在地震中,钢材具有的很好的变形能力,能够抵抗地震对建筑结构的影响,从而减轻地震对建筑物的破坏程度。

装配式钢结构住宅同其他装配式建筑一样,所有的结构构件和部品部件均在工厂以大规模生产的方式实现生产制作标准化、施工安装装配化及组织管理科学化,进而改变传统的建造方式。

装配式钢结构住宅通过统一的标准生产、集成式组合楼板,柱、墙等模块部品化,构件生产工厂化,变“现场建造”为“工厂制造”,减少施工现场的环境、噪音污染,现场无需混凝土施工养护周期,工期仅为传统建筑的1/4～1/5,节省建筑的工期成本。

我国建筑垃圾数量占垃圾总量的30%～40%,由此可见,建筑行业给环境和资源带来的影响是极其恶劣的。相对于传统建筑而言,装配式钢结构建筑所用建筑材料主要以钢材为主,材料的回收再利用率高达70%,并且钢结构建筑建造及毁坏后所产生的建筑垃圾仅为混凝土建筑的1/4左右,有效减少了建筑垃圾对环境的影响,符合建筑节能和环保的要求。

装配式钢结构住宅中的新型轻质围护板材,结构空间跨度大,布局灵活,可增加使用面积的5%～8%,同时,各种管线均可暗埋在墙体及楼层结构中,装修一次到位,减少维护,可以很好地满足住户的要求。

近年来,我国钢材产量仍在不断增加,虽然增长的速度有所减缓,但供过于求的现状使得钢铁企业必须另辟蹊径。此时,装配式钢结构住宅的发展可以使钢材得到有效利用,既能缓解钢材能源过剩的压力,同时也可弥补装配式钢筋混凝土住宅的不足。

由于我国工业化发展起步较晚,住宅产业基础薄弱,对住宅建筑技术的研究也刚刚起步。我国装配式钢结构住宅产业化发展仍处于低层次、粗放型的发展阶段,在组织产业化发展的过程中主要存在以下几方面的问题:

我国与钢结构住宅相关的技术规程主要包括结构类和居住设计类两方面,但以上两方面的内容均没有对装配式钢结构住宅的诸如围护体系等方面做出具体规定。因此,钢结构住宅在规范不明、标准不统一的条件下,将导致钢结构住宅市场发育不完善,对装配式住宅产业化的发展产生不利影响。

由于现行的工程量清单计价规范缺乏装配式钢结构住宅的清单计价项目,因此,现行的工程计价模式不适应装配式钢结构住宅的需求。此外,现行的工程验收规范也与装配式钢结构住宅的生产方式不适应,同时,现行的建筑行业基于现场逐级验收的方式与装配式建筑主要通过生产工厂化、现场装配化的施工方式不相适应。

钢结构住宅是国家鼓励发展的住宅形式,但由于初期建设成本较高,宣传推广力度不够,再加之开发商和消费者对钢结构住宅的认识不足,导致装配式钢结构住宅发展的较为缓慢。但通过对现有试点住宅的分析,不难发现钢结构住宅的综合经济效益比较好,而且施工周期短,建筑面积利用率高,既有利于开发商,又有利于购买商,因此,需要开发商和消费者对装配式钢结构住宅有全面正确的认识。

采用钢结构进行住宅建设,对钢材的需求量很大,相应的造价方面也会比传统的混凝土结构偏高。另外,装配式钢结构住宅是预制构件,因而其现场吊装、支撑等安装费用也就相应的较高,造成钢结构住宅整体成本较高。因此,目前钢结构建筑更多的应用于大型建筑和超高型建筑中,而在民用住宅中的应用较少。

由于我国产业化发展起步较晚,住宅产业基础薄弱,因而,目前主要在建筑主体结构上进行了产业化生产,而基础工程、装饰装修工程、设备安装工程等却依然以手工操作为主,缩小了钢结构工程在工期等方面的优势,产业化效率得不到充分发挥。

虽然我国装配式建筑的发展水平在逐渐提升,但装配式钢结构建筑技术应用还不够广泛,装配式钢结构住宅的发展仍处于初级阶段。由于装配式钢结构建筑需要应用大量的新技术,而当前我国大多数建筑施工企业的技术人员都习惯和熟悉混凝土施工技术,对装配式钢结构的施工技术不太了解,专业的技术工人更是少之又少。同时,由于施工作业人员技能素质偏低,因此,在短时间内,无法培育出新型的、能够熟练掌握装配式钢结构住宅现场施工技术的技术人员,使钢结构住宅产业化的发展受到了约束和限制。

发展钢结构住宅的过程中还需要同时发展相应的配套产品与技术,但我国目前发展的钢结构住宅虽在承重、抗震、节能等方面相对于一般住宅有明显的优势,但在围护体系的设计与创新上还不够成熟,缺乏与钢结构主体相匹配的完整体系,使得建筑物在使用过程中存在问题,尤其是墙体的裂缝、渗漏、隔声等问题。同时,由于目前我国的装配式建筑链条上的可研、投资、设计、生产,施工等环节,依然依附于传统的生产建造方式,各个环节缺乏有效对接,相互间的协调性不足,费用高,这就直接影响了装配式钢结构住宅产业链的成熟。

为推进装配式钢结构住宅产业化的发展,本文从以下几方面提出对策建议:

在现有《装配式建筑评价标准》的基础上,进一步细化装配式钢结构建筑评价标准体系。以装配率、全装修率、装配式外墙、装配式内隔墙使用情况作为钢结构建筑的认定指标,并根据经认定的集成技术的应用数量,划分钢结构建筑的不同评定等级。同时,针对西部抗风设计、北方高寒地区、南方多雨环境、沿海地区高腐蚀等特殊地区的特点,研究适宜的钢结构房屋体系和建造工艺、墙体板材应用体系。在统一评价标准下,建立符合各地区特点的装配式钢结构建筑评价标准体系。

为促进钢结构住宅的进一步发展,必须打破传统的思想观念,充分展现装配式钢结构住宅的优势,让开发商和消费者充分了解钢结构住宅的综合效益。

一方面,政府应把控好装配式钢结构住宅发展的整体方向,大力宣传并积极引导和扶持建筑企业,在一定程度上增加企业对发展装配式钢结构住宅的信心。

另一方面,积极落实“两阶段推进”,在“十三五”规划前半程借力于消化产能等现有政策重点攻关关键技术,选定试点示范省市为突破口,形成一系列成熟完善的技术体系和配套部品体系,稳步推广装配式钢结构;后半程应以钢结构技术体系优化和建设管理模式创新为动力,有机融合绿色建筑,实现装配式钢结构住宅的全面发展。国家在积极出台施工规范的同时,还应该适当推行相应的激励扶持政策,减轻居民购买钢结构住宅的经济压力,积极引导和鼓励企业发展装配式钢结构住宅。

从应用领域看,装配式钢结构住宅主要应用于高层或超高层建筑中,在民用住宅中造价偏高,而国内的人均生活水平与钢结构住宅的造价相比相差甚远,导致居民对装配式钢结构住宅的认可度不高。实际上,装配式钢结构住宅的总体造价偏高主要体现为在住宅建造过程中对钢材的大量需求,解决这个问题必须将主体结构进行轻量化设计,减少建设过程中钢材的用量;同时应该从装配式钢结构住宅的优势出发,充分发挥装配式钢结构住宅在工期上的优势,降低装配式钢结构住宅的成本。

在装配式钢结构住宅的发展中,围绕钢结构住宅全产业链发展目标,科学制定发展计划,组建专业的研究团队,引导装配式钢结构住宅构配件生产产品布局,提高产业聚集度,促进专业化、标准化、规模化深度融合,提高生产效益。同时,BIM技术作为一项先进的信息技术,是一种全新的管理理念,将这种理念和装配式钢结构住宅相结合,可以模拟精细化的施工过程,保证构件安装的精度和准确性,将建筑信息及时有效的整合到系统中,使各专业之间协同施工,提高施工效率,充分发挥装配式钢结构住宅在综合效益上的优势,使装配式钢结构住宅更加适应市场需求,提高市场竞争力。

由于装配式钢结构施工的特殊性,对承建人员的专业技能要求较高。而高校作为培养专业人才的摇篮,应充分发挥其科研技术力量,根据社会对人才的需求设置课程,改变传统的教学模式,在教学过程中增添相关技术理论知识和实际操作训练,培养符合工业化、现代化的新型人才。

通过产学研协同攻关,研发适合钢结构住宅的新型“三板”结构和新型围护结构体系,并通过建立相应的部品化体系,解决围护体系与主体结构的匹配性等关键技术问题。积极推广应用住宅通用化产品和成套技术,推进钢结构住宅设计、制作、安装、营运、维护一体化,建筑、结构、机电、装修一体化;“三板”、门窗等围护体系保温、隔热、隔音、装饰、防水、防火一体化,推进装配式钢结构住宅产业链发展。

在国家大力推进建筑业实现高质量发展的大环境下,实现装配式钢结构住宅产业化发展已逐步成为绿色建筑业不可或缺的一部分。一方面,钢结构住宅体系有助于实现体系的标准化、部品化、生产工业化、协作服务社会化以及全产业链的高度融合,能够最大限度地满足节能、节水、节地、节材等可持续发展要求,并化解我国钢铁行业产能过剩的问题,是我国目前及未来推进住宅产业化最为理想的住宅体系之一。另一方面,钢结构住宅,对于减少资源能源浪费,改善施工环境以及建筑业的发展有着重大的现实意义。虽然,与发达国家相比,我国的钢结构住宅产业化水平与之还有很大差距,但随着我国经济的不断发展,相关政策的不断出台,技术水平的显著提高,从“住宅钢结构”到“钢结构住宅”的转变,从“搭积木式”的造房子到流水线上“生产房子”的逐步实现,都不断推动着我国装配式钢结构住宅产业化的发展。