近20年來(lái)，我國建筑業(yè)的發(fā)展取得了巨大成就，在數量和質(zhì)量上都有了飛速進(jìn)步，但新時(shí)期建筑業(yè)的發(fā)展形勢也產(chǎn)生了深刻變化，建筑業(yè)已從總量短缺轉為結構性供給不足，進(jìn)入結構優(yōu)化和品質(zhì)提升的發(fā)展階段。人民群眾對建筑要求從“有沒(méi)有”轉向“好不好”，期盼擁有更舒適、健康、安全的居住和工作環(huán)境、更便捷高效的市政公共服務(wù)設施和更優(yōu)美宜人的城鄉環(huán)境，建筑業(yè)的發(fā)展站到了新的歷史起點(diǎn)上，亟須通過(guò)科技創(chuàng )新賦能建筑業(yè)的發(fā)展。

　　山東省冶金設計院股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)山冶設計）是國內較早涉足鋼結構建筑領(lǐng)域的工程技術(shù)公司，近20年來(lái)一直從事鋼結構建筑的咨詢(xún)、設計和施工圖優(yōu)化，以及鋼結構建筑新技術(shù)研發(fā)、成果轉化推廣應用工作；參與了“H型鋼鋼結構節能住宅建筑體系研究與應用”“鋼結構體系內外墻板、樓屋面板制造應用技術(shù)”等國家課題研究；參與了“鋼結構設計規范”“鋼結構綠色節能住宅建筑體系技術(shù)導則”等多項國家鋼結構設計和施工規范、規程的編制工作，并且致力于裝配式鋼結構建筑的研究和應用，將裝配式建造理念引入冶金項目中，具有較強的鋼結構建筑設計實(shí)力和豐富的實(shí)戰經(jīng)驗。山冶設計始終堅持“敬業(yè)務(wù)實(shí)、精益求精、勇于創(chuàng )新”的精神，以專(zhuān)注的態(tài)度成就專(zhuān)業(yè)服務(wù)、造就高品質(zhì)作品、鑄就鋼結構品牌，致力于為客戶(hù)提供卓越的設計產(chǎn)品。

　　未來(lái)高品質(zhì)建筑是以新一代材料、機械、電子信息等領(lǐng)域前沿技術(shù)為驅動(dòng)，契合模塊化設計、智能生產(chǎn)、綠色建造、裝配式裝修、超低能耗運行等未來(lái)場(chǎng)景的建筑。

　　裝配式鋼結構建筑是以工業(yè)化的鋼結構骨架為基礎，以工業(yè)化的圍護、內裝和設備管線(xiàn)部品部件為支撐，將工業(yè)化部品部件通過(guò)模數協(xié)調、模塊組合、接口連接、節點(diǎn)構造和施工工法等集成裝配而成的，具有健康低碳、智慧生活、韌性防災等特點(diǎn)的建筑。與傳統的磚混和鋼筋混凝土結構建筑相比，裝配式鋼結構建筑是一種最符合工業(yè)化、數字化、綠色化的建筑形式。發(fā)展裝配式鋼結構建筑有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新質(zhì)生產(chǎn)力、化解過(guò)剩產(chǎn)能，并緩解建筑材料、用工供需不平衡等矛盾。

　　裝配式鋼結構建筑具有“輕、快、好、省”的四大優(yōu)勢。所謂“輕”是指鋼結構材料強度高、承載力強、構件截面小、自重輕，運輸不受服務(wù)區域限制，便于現場(chǎng)安裝；“快”是指鋼構件在工廠(chǎng)通過(guò)智能制造，能夠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化程度高；采用工廠(chǎng)工業(yè)化智能制造、工地綠色裝配建造，可免支腳手架和模板，能夠有效地縮短工期，在抗震防災、疫情防控中都表現出了極大的優(yōu)勢，同時(shí)，也為發(fā)揮投資的經(jīng)濟效益、降低綜合造價(jià)創(chuàng )造了條件；“好”是指原材料力學(xué)性能好、可靠性高，結構抗震韌性好，易于拆卸，與新技術(shù)適應性好；“省”是指與鋼筋混凝土結構相比，可減少建筑垃圾，鋼材可回收利用，殘值高，全生命周期綜合成本低。

　　《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規劃》提出，到2035年全面實(shí)現建筑工業(yè)化。建筑工業(yè)化的內涵是要求部品部件工廠(chǎng)工業(yè)化流水線(xiàn)生產(chǎn)、現場(chǎng)綠色裝配安裝，將制造業(yè)部品部件的標準化、規格化、通用化和裝配化概念引入建筑行業(yè)，把建筑變成工業(yè)化產(chǎn)品。

　　但建筑業(yè)要實(shí)現“像造汽車(chē)一樣造房子”并不容易。從建筑本身看，由于人民對美好生活的向往和差異化的需求，建筑產(chǎn)品個(gè)性化特征比較明顯，所以建筑不像汽車(chē)那樣能夠做到標準化和通用化，建筑工業(yè)化要比汽車(chē)工業(yè)化更難。工業(yè)化建造的特征是標準化設計、工廠(chǎng)化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用，其核心是部品部件的工業(yè)化生產(chǎn)，因此，建筑業(yè)要實(shí)現“像造汽車(chē)一樣造房子”，必須大力發(fā)展裝配式鋼結構建筑，做到標準化、規格化和通用化，這是2035年全面實(shí)現建筑工業(yè)化的必然。

　　從產(chǎn)品全生命周期看，裝配式鋼結構建筑是一種節能環(huán)保、可循環(huán)利用的建筑形式。據中國工程院《鋼結構住宅產(chǎn)業(yè)化咨詢(xún)研究》報告數據，每平方米鋼結構建筑比鋼筋混凝土建筑在生產(chǎn)施工過(guò)程中可減少能耗12%、減少二氧化碳排放15%、減少固體廢棄物51%。在碳中和目標的驅動(dòng)下，建筑業(yè)低碳化將成為必然趨勢，裝配式鋼結構建筑施工高效率、控制高精度、安裝高靈活性、材料可回收利用，同時(shí)，圍護、管線(xiàn)、設備、內裝等裝配率可達90%以上，都將利于減碳。因此，裝配式鋼結構建筑是建筑業(yè)實(shí)現國家“雙碳”目標的必由之路。

　　裝配式鋼結構建筑具有其他建筑無(wú)法比擬的“輕、快、好、省”的優(yōu)勢，是未來(lái)建筑發(fā)展的必然趨勢。發(fā)展裝配式鋼結構建筑是建筑業(yè)向工業(yè)化、數字化、綠色化轉型的要求，是建筑業(yè)實(shí)現國家“雙碳”目標的重要途徑，同時(shí)也是鋼鐵行業(yè)優(yōu)化建筑用鋼消費結構、適應綠色低碳發(fā)展要求的重要舉措。

　　要推進(jìn)裝配式鋼結構建筑高質(zhì)量發(fā)展，必須轉變觀(guān)念，以未來(lái)工業(yè)化生產(chǎn)的高品質(zhì)綠色建筑為目標。

　　傳統的設計流程是從方案、施工圖設計開(kāi)始，然后根據施工圖對部品部件進(jìn)行拆分，再進(jìn)行部品部件加工制作和安裝。由于方案設計不考慮部品部件的工業(yè)化生產(chǎn)，這樣會(huì )導致部品部件規格多，無(wú)法做到標準化和規格化，更談不上通用化，以至于工廠(chǎng)生產(chǎn)效率低，無(wú)法做到工業(yè)化生產(chǎn)。因此，設計應該轉變觀(guān)念，應先進(jìn)行功能模塊化單元設計，形成多樣性的設計方案，體現出建筑的靈活多樣性，再進(jìn)行標準的部品部件設計，力爭做到部品部件的規格化和通用化，最后設計施工圖。這樣設計出來(lái)的部品部件規格少、通用化程度高，可進(jìn)行大批量的工業(yè)化生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效率、降低成本。在此基礎上進(jìn)一步發(fā)展可以形成標準體系，對于通用的部品部件可實(shí)現無(wú)訂單生產(chǎn)，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

　　山冶設計所設計的永峰智慧建筑和機械制造園區項目突破了傳統先施工圖紙再拆分的設計理念，做到了部品部件的標準化、規格化和通用化，為部品部件工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎。因此，在設計上必須摒棄“先建筑、再結構、無(wú)建造”的傳統設計理念，應以“終”為“始”，轉變設計觀(guān)念，在建筑設計及功能布局時(shí)應充分考慮主體鋼結構及配套圍護、內墻、管線(xiàn)系統的集成設計和建造，以滿(mǎn)足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

圖為永峰智慧建筑和機械制造園區效果圖

　　主體采用鋼結構的建筑并不一定是裝配式鋼結構建筑。裝配式鋼結構建筑是將工業(yè)化部品部件通過(guò)模數協(xié)調、模塊組合、接口連接、節點(diǎn)構造和施工工法等集成裝配而成的建筑。這里的核心是鋼結構的部品部件是否符合“工業(yè)化”的特征。只有把鋼結構做到構件規格、連接節點(diǎn)種類(lèi)少，且連接節點(diǎn)不影響墻體等非結構部品部件安裝，能為非結構部品部件提供統一的安裝平臺，減少非結構部品部件種類(lèi)和規格，最終實(shí)現主體結構、圍護系統、內墻系統、設備管線(xiàn)系統的統一協(xié)調，為建筑全產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)提供必要條件，這樣的鋼結構才是真正意義上的裝配式鋼結構建筑。

　　山冶設計所設計的鄭州紫荊網(wǎng)絡(luò )信息安全科技園公寓樓項目的地下室和地上主體結構均采用方鋼管混凝土框架—偏心支撐結構體系，在主體鋼結構設計時(shí)就盡量減少框架梁柱的規格，統一連接節點(diǎn)。梁柱截面僅調整鋼板厚度、不調整梁柱外輪廓尺寸，連接節點(diǎn)不采用端部局部加寬和貼板的加強措施，將梁柱規格控制在3種～4種，并統一采用一種連接節點(diǎn)。該項目首次采用UHPC（超高性能混凝土）外墻掛板，整體裝配率達80%以上。

　　裝配式鋼結構建筑的設計應摒棄“重結構、輕建筑、無(wú)內裝”的設計理念，建筑戶(hù)型設計及功能布局應與主體鋼結構抗側力構件協(xié)同設置，統一柱網(wǎng)尺寸，以結構布置為基礎，在滿(mǎn)足建筑功能的前提下優(yōu)化鋼結構構件布置，滿(mǎn)足工業(yè)化內裝所提倡的大空間布置要求。以工業(yè)化圍護和內裝部品為支撐，通過(guò)內裝設計隱藏室內的梁、柱、支撐，滿(mǎn)足安全、耐久、防火、保溫和隔聲等性能要求。實(shí)現主體鋼結構、圍護、設備管線(xiàn)和內裝四大系統協(xié)同設計。

　　山冶設計所設計的河南省新鄉東方廣場(chǎng)（三期）高層裝配式鋼結構住宅項目，主體結構創(chuàng )新性地采用了鋼框架—鋼板組合剪力墻結構體系，施工澆筑混凝土時(shí)可免支模，符合裝配式鋼結構建筑的建造理念。該項設計通過(guò)調整梁寬，做到了框架梁不外露，在衛生間等部位通過(guò)折板等措施取消了鋼次梁，避免了鋼次梁外露對建筑使用功能的影響。該項目還集成了免拆底模鋼筋桁架樓承板、帶飾面輕質(zhì)外墻板、一體化裝飾內墻板、裝配式架空地板、裝配式廚衛系統、智能配電系統等先進(jìn)裝配式建筑技術(shù)，裝配率達80%以上。

圖為河南新鄉東方廣場(chǎng)實(shí)景圖

　　山冶設計大力發(fā)展模塊化鋼結構建筑。隨著(zhù)城市一部分的建筑使用年限超過(guò)設計工作年限，城市危舊樓房問(wèn)題愈發(fā)突出，逐漸暴露出結構老化、設施陳舊、安全隱患嚴重等問(wèn)題。這不僅影響了城市的整體形象，還對居民的生活安全構成了嚴重威脅。近幾年來(lái)，老舊小區改造實(shí)行“原拆原建”備受重視，將老舊小區的建筑物整體拆除，然后根據現代化的標準重新建設。模塊化鋼結構建筑具有高度集成、工業(yè)化制造、快速建造、可拆移周轉、可延伸擴展等特性，更加體現了工業(yè)化綠色建造的優(yōu)勢。采用鋼結構模塊化建筑可以很好地解決城市更新中“原拆原建”的難題，鋼結構模塊可在工廠(chǎng)進(jìn)行工業(yè)化制造，現場(chǎng)裝配安裝，建造周期短，對周?chē)用裆钣绊懶?，并且通過(guò)數字孿生、智能建造技術(shù)的應用使施工過(guò)程更高效、精準，提高了建筑的質(zhì)量和安全性，可大大減少建筑垃圾排放和材料浪費。

　　山冶設計一直在進(jìn)行鋼結構模塊化建筑的設計和研發(fā)，針對多層公寓開(kāi)發(fā)了框架結構、框架支撐結構等形式的模塊化疊合箱體，為像“搭積木”一樣建房子，研發(fā)了疊合箱體全螺栓裝配的連接節點(diǎn)，真正實(shí)現建筑的工業(yè)化制造、快速裝配建造。

　　山冶設計推動(dòng)裝配式鋼結構建筑在工業(yè)園區中的應用。工業(yè)園區的多層工業(yè)建筑使用功能單一，主要是豎向交通和生產(chǎn)區域，便于實(shí)現鋼結構的模塊化和通用化，并且多層工業(yè)建筑要求層高較高、跨度大，采用鋼結構可以避免傳統鋼筋混凝土結構的高支模施工周期長(cháng)、難度大、費用高等問(wèn)題，并且鋼結構更適合大跨度結構。由此可見(jiàn)，工業(yè)園區的多層工業(yè)建筑具有采用裝配式鋼結構的先天條件?？稍诖嘶A上再融合和有效利用再生能源，全面推行超低能耗、近零能耗和零能耗產(chǎn)業(yè)園區。

　　山冶設計所設計的濟南時(shí)代未來(lái)科技城項目，是用于檢驗檢測設備生產(chǎn)的多層工業(yè)建筑，在整體規劃設計時(shí)對豎向交通區域和生產(chǎn)區域進(jìn)行了功能模塊化設計，通過(guò)少規格、多組合形成了整體統一又不失多樣性的風(fēng)格，做到了柱網(wǎng)統一、平面功能布局可任意規格化拓展，以滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣性需求。主體鋼結構采用鋼管混凝土柱、熱軋H型鋼梁，并根據框架梁的受力不同調整柱牛腿截面板厚，將梁截面統一到一個(gè)高度，將柱統一到一個(gè)外輪廓尺寸，為配套的非結構部品部件提供了統一安裝平臺。為了避免鋼結構和基礎施工干涉，創(chuàng )造性地采用了插入式杯口柱腳，更便于現場(chǎng)施工。

圖為濟南時(shí)代未來(lái)城效果圖

　　山冶設計將裝配式綠色建造理念拓展到工業(yè)建（構）筑物中。山冶設計將民用建筑裝配式建造的理念應用于工業(yè)建筑，提出了一種適用于工業(yè)化、標準化的模塊化裝配式鋼結構網(wǎng)格冷卻塔。該裝配式鋼結構冷卻塔自重輕、安裝簡(jiǎn)單、精度高、施工速度快、綜合造價(jià)低，便于實(shí)現標準化設計、工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化施工，解決了現澆混凝土施工難度大、受季節限制的問(wèn)題，拓展了裝配式建筑的應用范圍，填補了裝配式鋼結構在工業(yè)構筑物方面的空白。

　　山冶設計針對鋼筋混凝土筒倉和鋼結構筒倉在施工、使用上存在的問(wèn)題，提出了一種模塊化裝配式鋼板混凝土組合筒倉，利用兩側鋼板作為現場(chǎng)混凝土澆筑的模板，將模板和結構構件合二為一，充分發(fā)揮了鋼結構和混凝土的優(yōu)勢，有效規避了鋼結構和混凝土的缺點(diǎn)，并且模塊可實(shí)現標準化和通用化，符合建筑工業(yè)化生產(chǎn)、綠色裝配式建造的理念。

　　轉變傳統設計與施工分離的承發(fā)包模式，采用EPC工程總承包模式。EPC工程總承包管理模式是推進(jìn)裝配式建筑一體化、全過(guò)程、系統性管理的重要途徑，能夠整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游的分工，解決工程建設切塊分割、碎片化管理問(wèn)題，將工程建設的全過(guò)程聯(lián)結為一體化的完整產(chǎn)業(yè)鏈，以實(shí)現資源的優(yōu)化配置。

　　山冶設計依托山鋼集團，聯(lián)合山鋼地產(chǎn)、萊鋼綠建、萊鋼魯碧等山鋼企業(yè)，通過(guò)資金、產(chǎn)品研發(fā)、地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、設計、鋼結構加工和安裝、裝配式裝修全產(chǎn)業(yè)鏈集成，通過(guò)標準化、規格化和通用化設計，以及規?；ǔ呱a(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)和建造成本，從而體現出產(chǎn)業(yè)鏈集聚效應。

　　建筑業(yè)工業(yè)化本身就是一場(chǎng)從設計、加工、安裝到運維等全過(guò)程的技術(shù)革新，面對新問(wèn)題，必須具有創(chuàng )新思維，才能從根本性解決問(wèn)題，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新，為建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展賦能。

　　山冶設計先后參與了多項國家鋼結構設計和施工規范、規程的編制工作；先后設計了常州鴻聯(lián)公寓、青島華陽(yáng)慧谷、濟南凱旋新城、蕪湖雙翼花園等住宅和辦公樓、濟南時(shí)代未來(lái)城等鋼結構建筑；曾榮獲山東省科技進(jìn)步獎一等獎1項，國家鋼結構科技進(jìn)步獎二等獎1項，省部級優(yōu)秀工程設計一等獎6項、二等獎10余項。

　　為解決鋼板組合剪力墻的裝配式施工、預制樓梯與鋼結構安裝偏差以及柱腳埋置深度過(guò)大等問(wèn)題，山冶設計提出的一種腔體貫通式鋼板組合剪力墻，避免了現場(chǎng)豎向拼接焊縫，同時(shí)便于澆筑混凝土，降低了施工難度，較好地解決了鋼板組合剪力墻的加工和安裝問(wèn)題；提出的混凝土預制樓梯與鋼梁裝配連接節點(diǎn)，實(shí)現了3個(gè)方向自由調節，有效解決了現場(chǎng)施工偏差帶來(lái)的安裝問(wèn)題；提出的一種倒置埋入式鋼柱柱腳構造簡(jiǎn)單、受力明確、節點(diǎn)剛度大，能夠有效減少基坑開(kāi)挖深度和降水需要，縮短基礎施工工期和降低基礎施工成本。

　　為推動(dòng)裝配式鋼結構建筑的發(fā)展，山冶設計于2019年針對高層建筑提出了“隱梁裝配式鋼結構建筑集成體系研發(fā)”項目。該集成體系以建筑功能為核心，以結構布置為基礎，以工業(yè)化的圍護、內裝和設備管線(xiàn)部件為支撐，實(shí)現了主體鋼結構系統、外圍護系統、設備管線(xiàn)系統、內裝系統協(xié)同，將鋼梁隱藏于樓板或墻體內，避免鋼結構外露對使用功能的影響，并有效滿(mǎn)足了鋼結構防腐、防火的要求，同時(shí)還發(fā)揮出了裝配式鋼結構建筑在大空間靈活分隔方面的優(yōu)勢。

　　同時(shí)，山冶設計針對低層建筑提出了“裝配式農村被動(dòng)式房屋體系研發(fā)”項目，并提出了可標準化設計、工業(yè)化生產(chǎn)、全裝配化施工的一種榫卯與螺栓混合裝配式鋼結構梁柱節點(diǎn)，實(shí)現了梁柱剛性連接，且安裝工藝簡(jiǎn)單、安全可靠；現場(chǎng)無(wú)焊接，施工速度快，可顯著(zhù)降低人工費和運輸成本，更適用于裝配式建造。

　　未來(lái)，隨著(zhù)建筑業(yè)工業(yè)化、數字化、綠色化轉型的持續深入，模塊化設計、智能生產(chǎn)、綠色建造、裝配式裝修、運行超低能耗，將是裝配式鋼結構建筑的發(fā)展趨勢。山冶設計以“終”為“始”，激發(fā)以技術(shù)創(chuàng )新為特征、以滿(mǎn)足部品部件工業(yè)化生產(chǎn)為核心、以生產(chǎn)工業(yè)化高品質(zhì)綠色產(chǎn)品為目標的發(fā)展新動(dòng)能，為發(fā)展建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力蓄勢賦能，全面推進(jìn)建筑工業(yè)化進(jìn)程，助力實(shí)現“雙碳”目標。（王士奇）