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【關鍵詞】建筑工業化;內涵;特點;管理;實踐;重要意義
引言
眾所周知,建筑業是我國現階段經濟發展的支柱產業之一,但是在建筑業的發展過程中同樣出現了一系列的不良現象,比如說建筑工程相關技術人員的能力與素質不足、施工設備利用不充分、資源和能源的浪費比較嚴重、施工過程中環境污染嚴重、安全措施落實不到位以及建筑工程的質量不過關等。這些現象的存在為建筑業的進一步發展造成了極大的阻礙。因此,為了有效的解決這些問題,我們需要對建筑業進行工業化管理,在建筑工程中以工業生產代替傳統的手工操作,從而促使建筑業走向工業化發展的道路,促進建筑業的可持續發展。
一、建筑工業化的內涵以及特點
我們通常所說的建筑工業化實際上是指在建筑生產的過程中,以構件預制化生產以及裝配式施工為生產方式,同時以設計標準化、生產工廠化、施工機械化以及管理科學化等為主要特征,在進行建筑施工的過程中將設計、生產、施工以及開發等環節進行有效的綜合,從而形成一條完整的生產產業鏈,保證建筑工程形成一種工業化、集約化以及社會化的生產過程,最終進一步的提高建筑產品的質量、效益以及生產過程的節能環保,促進建筑企業的可持續發展。
對于建筑工業化的特點而言,其中最主要的就是建筑工業化可以實現設計施工的一體化。一般情況下,傳統建筑業的生產方式都是相關的設計單位首先根據設計任務書以及工程勘察報告、依照國家相關的設計標準和規范進行建筑設計以及結構設計,然后建筑企業的施工人員再根據所制定的施工圖紙通過手工勞動進行施工,最終完成整個建筑產品的生產。在這一過程中,建筑產品的生產和設計是相互分離的。建筑工業化在生產的過程中則是將建筑產品的生產和設計看作一個整體進行標準化的設計,產品的生產是在工廠的內部進行,最終在現場完成裝配。
對于建筑工業化中的設計施工一體化的生產方式來說,當進行設計方案的確定是不僅需要建筑產品滿足結構質量的要求,同時還要綜合考慮現場條件、施工技術以及各個構配件標準等。建筑工業化相對于傳統的生產方式而言,其特點為:第一,建筑工業化能夠有效的提高生產效率。通過在工廠內部標準化的工作有效的提高了工人的專業化水平,同時通過現場的裝配還可以提高施工的機械化水平。第二,建筑工業化可以提高建筑的質量。相對于戶外作業來說,工廠內部的生產條件更加穩定,有利于為提高建筑質量奠定堅實的保障。第三,建筑工業化能夠促進建筑企業的可持續發展。與傳統的生產方式相比,建筑工業化在生產過程中可以實現節水、節能以及環保,從而促進建筑企業的可持續發展。
二、建筑工業化中存在的主要問題
(一)建筑工業化標準體系不夠完善
一個建筑企業如果要進行大批量的社會化以及商品化產品的生產,那么就必須要建立完善的建筑工業化標準體系。同時建筑工業化的發展也逐步受到世界各國的廣泛關注。但是在我國現階段中很多的建筑企業并沒有根據實際的建筑生產制定標準體系,雖然國家針對建筑工業化出臺了一系列的規章制度以及標準體系,對建筑標準化的參數也進行了充分的明確,但是在實際的應用過程中卻缺乏相應的強制措施,從而導致所制定的標準體系并不能得到充分的貫徹落實。除此之外,在建筑工業化的標準化設計過程中,往往是對部件以及構件等進行標準化設計,同時許多的部件都是直接附加在構件上的,而這些部件以及構件并不是由一下企業進行生產的,眾多的部件以及構件需要設計企業、生產企業、建材企業以及安裝企業等共同完成的,所以為了保證所有企業加工時的統一性就必須要制定一個統一的標準體系,從而保證建筑產品的標準性以及統一性。
(二)建筑工業化的標準化和多樣化之間存在矛盾
隨著科學技術的不斷進步,現代社會已經逐步的進入后工業時代。科學技術的不斷進步帶動人們的生活方式以及思想理念水平都得到很大的提高,同時在建筑業方面人們對價格、面積、戶型以及環境等的要求也越來越高。我國的建筑工業化相對來說還處于初期發展階段,各種理論體系以及標準化體系還不是特別成熟,在漸進性標準化設計時還主要強調標準化以及通用化。在建筑產品的生產過程中,設計的多樣化以及標準化之間存在很大的矛盾,需要我們不斷加強對設計能力的提高。除此之外,建筑工業化屬于對建筑生產方式的一種改革,所以建筑工業化涉及到的許多技術與理論都與現有的技術標準和規范之間存在很大的差異,甚至會出現不兼容的現象,這在一定的程度上阻礙了建筑工業化的發展。
(三)建筑工業化在前期的研發投入成本比較高
建筑工業化之所以能夠有效的降低生產勞動強度,提高勞動效率,其主要是在大規模工業化生產時才能實現的。就目前的建筑工業化生產而言,由于眾多的結構體系還處在一個摸索和成熟的階段,所以部分的體系和技術并不能達到大規模工業化生產的需求,進而導致了建筑工業化生產時的成本偏高。除此之外,在進行工業化研究的過程中,在前期為了保證研究順利以及流水線的建設往往需要進行大量的投資,這些前期的投資相對來說成本高、收入低,所以這又進一步的降低了建筑企業實行建筑工業化的積極性,不利于建筑工業化管理的實施和發展。
三、建筑工業化管理的重要意義
(一)建筑工業化管理可以有效的緩解勞務緊缺
近幾年來,社會市場中的的建筑行業逐漸出現了“用工荒”、“招工難”的現象建筑企業在建設的過程中很難通過廉價的勞動力進行建筑生產,同時在大量項目出現停滯的情況下,即使工人的工資有所增長,其招工的難度也并沒有得到有效的改善。在這種前提下,建筑工業化在生產的過程中,其構件的生產主要是在工廠內部通過機械化操作進行的,并不需要過多的勞動力,所以實行建筑工業化能夠在一定程度上有效的緩解勞務緊缺的現象。
(二)建筑工業化管理能夠提高建筑企業的經營效率
目前許多人對建筑企業的理解都是低盈利、高消耗,生產過程規模大但是實際的效益卻并不可觀。特別是對于房建企業來說,近年來由于房地產行業之間的惡性競爭導致了房建市場出現很大的滑坡。建筑工業化的出現能夠有效的提高建筑企業的經營效率,建筑工業化管理中的工廠化生產、機械化操作以及熟練的人工技術將對傳統的生產方式在安全、效率以及質量等方面進行有效的改善,從而進一步的保證建筑企業在競爭激烈的市場中處于有利地位,促進建筑企業的長久發展。
(三)建筑工業化管理可以促進資源節約
隨著節能環保以及可持續發展理念逐步受到人們的重視,社會上的各行各業都開始進行改革,從而保證自身的發展與節能環保以及可持續發展的理念相適應。建筑業作為高消耗的行業之一更是改革的重點對象。就建筑行業的改革而言,許多的西方發達國家在很早的時期就開始進行節能環保方面的研究,同時也取得了很大的成效。所以對于我們傳統的建筑生產方式而言,其高消耗、高污染的生產方式已經不符合社會發展的現象,同時也與我國可持續發展的觀念也相違背。而建筑工業化作為一種全新的生產方式,其節水、節材、節能、節地以及環保的特點決定了其發展的優勢,在建筑行業中實行建筑工業化管理必將能夠促進資源的節約,實現建筑企業的可持續發展。
四、建筑工業化管理與實踐
(一)工廠―現場一體化管理
工廠―現場一體化管理是指在建筑生產的過程中除了一些特殊的部品外,將所有的建筑構件的工廠生產以及現場裝配工作等都進行建筑工業化的管理。
在工廠―現場一體化管理模式中,建筑過程中涉及到的設計單位、監理單位、部品供應商、預制構件供應商以及施工總包單位等分別執行相應的職責,同時對自身進行管理。在這一過程中,設計單位在進行設計時主要根據現行通用的圖紙以及標準體系等進行相關的非參數化設計;監理單位在生產的過程中對總的設計、生產材料、生產設備、以及生產過程等進行監督;部品供貨商在生產部品時應該嚴格的按照國家相關的產品質量管理條例進行生產,同時還要接受國家質檢部門的監督,從而保證部品質量的合理性。預制構件供應商在進行構件的生產時應該嚴格的按照前期所制定的構件設計進行生產,同時監理單位還應該對其進行監督,保證所生產的構件質量合格后才能出廠進行建筑生產。最后,施工總包單位主要負責配合部品以及預制構件的供應商進行施工,同時還包括剩余部分的施工以及管理分包商。
工廠―現場一體化管理能夠有效的促進工程的開展,在對部品以及預制構件進行生產的過程中,供應商的直接生產能夠進一步的提高產品的專業化程度。同時在整個的生產過程中監理單位進行全程監督能夠進一步的保證工程的質量。但是相對來說,工廠―現場一體化管理也存在著一些不足之處,比如說該管理方式涉及到的專業界面比較多,協調工作時的難度比較大,有時甚至會出現分工不明確的現象。
(二)工廠―現場兩階段管理
與工廠―現場一體化管理不同的是,工廠―現場兩階段管理在生產的過程中僅僅將施工部分進行建筑工業化管理,而其中涉及到的部品以及構件等都進行一般管理。
在工廠―現場兩階段管理中,整個建筑的設計、監理以及現場施工分別由設計單位、監理單位以及施工單位進行負責,業主一般不與部品以及構件供貨商進行直接聯系。在這一過程中,設計單位在進行設計時主要根據現行通用的圖紙以及標準體系等進行相關的非參數化設計;而監理單位只對建筑設計以及現場的施工進行監督。部品、構件的供應商在進行部品和構件的生產時完全依照國家相關的質量法進行管理和生產。施工單位對這個現場的施工都要負責,協調現場施工穩步的進行。除此之外,部品以及構件的供應商只負責供應商品,不需要參加現場的施工。
工廠―現場兩階段管理相對而言運用更加簡單,同時涉及到的界面比較少,在管理方面更加方便。但是工廠―現場兩階段管理過程中構件以及部品的質量很難得到保證,同時在施工的過程中容易出現銜接不恰當的現象。
結語
總而言之,建筑工業化管理對于促進建筑企業的資源節約、提高經營效率以及緩解勞動力短缺都有著至關重要的作用,可以說建筑工業化管理極大的促進了建筑行業的發展,我們可以預見的是我國建筑行業在未來的發展過程中必將由傳統的手工生產朝著工業化生產所轉變,建筑工業化管理將會成為我國建筑行業發展的一大主流。
參考文獻
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關鍵詞:建筑工業化 內容 發展 措施
建筑工業化的含義和基本特征(四化一改);工業化建筑的類型。 砌塊建筑:特點設計要求;常用砌塊的類型及砌塊墻體構造;大板建筑:特點設計要求、內外墻板樓板及屋面板類型(材料受力復合);節點構造,外墻板縫防水構造(材料防水構造防水);裝配式框架板材建筑:骨架結構系統,框架結構特點;按材料分類,按施工方法分類;結構布置及傳力系統;柱網形式及常用尺寸;框架節點連接;框架結構外墻構造,外墻的類型及材料(磚砌塊板材及幕墻),外墻的擱置位置與建筑立面造型,外墻與外墻外墻與框架的連接;板柱結構系統及其外墻,板柱結構組成形式和力的傳遞,板柱的節點連接,墻體材料及構造。大模板建筑:特點設計要求;類型墻體材料及節點構造;滑模建筑:特點設計施工要求及類型。升板建筑:特點施工要求;樓板類型及構造節點。盒子建筑:特點及類型;組裝方式與構造。
(一)建筑工業化的基本內容
1。建筑工業化是指建筑業要從傳統的以手工操作為主的小生產方式逐步向社會化大生產方式過渡,即以技術為先導,采用先進、適用的技術和裝備,在建筑標準化的基礎上,發展建筑構配件、制品和設備的生產,培育技術服務體系和市場的中介機構,使建筑業生產、經營活動逐步走上專業化、社會化道路。
2。建筑工業化的基本內容是:采用先進、適用的技術、工藝和裝備,科學合理地組織施工,發展施工專業化,提高機械化水平,減少繁重,復雜的手工勞動和濕作業;發展建筑構配件、制品、設備生產并形成適度的規模經營,為建筑市場提供各類建筑使用的系列化的通用建筑構配件和制品;制定統一的建筑模數和重要的基礎標準(模數協調、公差與配合、合理建筑參數、連接等),合理解決標準化和多樣化的關系,建立和完善產品標準、工藝標準、企業管理標準、工法等,不斷提高建筑標準化水平;采用現代管理方法和手段,優化資源配置,實行科學的組織和管理,培育和發展技術市場和信息管理系統,適應發展社會主義市場經濟的需要。
(二)建筑工業化的發展
建筑工業化是我國建筑業的發展方向。近年來,隨著建筑業體制改革的不斷深化和建筑規模的持續擴大,建筑業發展較快,物質技術基礎顯著增強,但從整體看,勞動生產率提高幅度不大,質量問題較多,整體技術進步緩慢。為確保各類建筑最終產品特別是住宅建筑的質量和功能,優化產業結構,加快建設速度,改善勞動條件,大幅度提高勞動生產率,使建筑業盡快走上質量效益型道路,成為國民經濟的支柱產業。我們主要吸取我國幾十年來發展建筑工業化的歷史經驗,以及國外的有益經驗和作法;考慮我國建筑業技術發展現狀、地區間的差距,以及勞動力資源豐富的特點;適應發展建筑市場和繼續深化建筑業體制改革的要求;重點是房屋建筑,特別是量大面廣、對提高人民居住水平直接相關的住宅建筑。
(三)實現建筑工業化的措施
建筑工業化,首先應從設計開始,從結構入手,建立新型結構體系,包括鋼結構體系、預制裝配式結構體系,要讓大部分的建筑構件,包括成品、半成品,實行工廠化作業。一是要建立新型結構體系,減少施工現場作業。多層建筑應由傳統的磚混結構向預制框架結構發展;高層及小高層建筑應由框架向剪力墻或鋼結構方向發展;施工上應從現場澆筑向預制構件、裝配式方向發展;建筑構件、成品、半成品以后場化、工廠化生產制作為主。二是要加快施工新技術的研發力度,主要是在模板、支撐及腳手架施工方向有所創新,減少施工現場的濕作業。在清水混凝土施工、新型模板支撐和懸挑腳手架有所突破;在新型圍護結構體系上,大力發展和應用新型墻體材料。三是要加快“四新”成果的推廣應用力度,減少施工現場手工操作。在積極推廣建設部十項新技術的基礎上,加快這十項新技術的轉化和提升力度,其中包括提高部品件的裝配化、施工的機械化能力。
在新型結構體系中,應盡快推廣建設鋼結構建筑,應用預制混凝土裝配式結構建筑,研發復合木結構建筑。在我國,進行鋼結構建設的時機已比較成熟,我國已連續8年世界鋼產量第一,一批鋼結構建筑已陸續建成,相應的設計標準、施工質量驗收規范已出臺;同時,鋼結構以其施工速度快、抗震性能好、結構安全度高等特點,在建筑中應用的優勢日顯突出;鋼結構使用面積比鋼筋混凝土結構增加面積4%以上,工期大大縮短;在工程建設中采用鋼結構技術有利于建筑工業化生產,促進冶金、建材、裝飾等行業的發展,促進防火、防腐、保溫、墻材和整體廚衛產品與技術的提高,況且鋼結構可以回收,再利用,節能、環保,符合國民經濟可持續發展的要求。
山東萬鑫建設有限公司副總工程師李永峰BIM技術比較容易實現模塊化設計和構件的零件化、標準化,在建筑工業化中的應用有天然的優勢;建筑工業化的管理要求,與BIM技術所擅長的全生命周期管理理念不謀而合。
信息化技術在建筑生產及施工過程中應用越來越廣泛,信息化和建筑工業化在發展過程中互相推進。信息化的發展現階段主要表現在全流程信息化管理和建筑信息模型(簡稱“BIM”)技術在建筑工業化中的應用。BIM技術作為信息化技術的一種,已隨著建筑工業化的推進在我國建筑業逐步推廣應用。采用BIM技術可以比較容易實現模塊化設計和構件的零件化、標準化,在建筑工業化中的應用有天然的優勢。建筑工業化的管理要求,與BIM技術所擅長的全生命周期管理理念不謀而合。工業化住宅建設過程中也有對BIM技術的實際需求,如住宅設計過程中的空間優化、減少錯漏碰缺、深化設計需求、施工過程的優化和仿真、項目建設中的成本控制等。信息化技術對建筑工業化的推動大致可概括為三個方面。設計標準化
這是建筑工業化的前提。要求設計標準化與多樣化相結合,構配件設計要在標準化的基礎上做到系列化、通用化。
產業流程是指產品的生產全過程。建筑業的產業流程被人為地分開——作為建筑產品最為關鍵的初始環節,“建筑設計”被列為獨立行業,與建筑施工處于不同的過程之中。在具體工程實踐中,施工方必須嚴格地執行設計文件,按圖施工。如果設計本身并無明顯錯誤,施工方一般不可以按照自己的意圖提出相應的設計變更。每一個建設工程的設計方都可能是不同的,對于具體建筑物的理解也千差萬別,所確定的工藝做法也就會不一樣,因此施工方以固定的、程序化、工業化的施工工藝或零部件來應對不同的建設項目是難以實現的。
可見,設計與施工過程的割裂,使得施工方不得不面對千差萬別的建筑物,也使得設計方在設計時無需考慮也無法考慮具體的工藝過程。這種工作的獨立性,更使得每一次建筑物的建設過程均成為個案,無法實現工業化。
利用BIM技術可以進行土建設計、結構設計、安裝設計,還可以利用BIM進行建筑物的性能分析,如:日照性能分析,采光性能分析,能耗性能分析,結構性能分析,還可以利用BIM軟件進,行碰撞檢測等。使建筑物還沒有在還沒有施工前就解決現場可能出現的各種問題。這樣利用BIM出的圖可以達到無錯設計。通過BIM模型自動生成平立剖專業施工圖,這樣不僅可以避免重復工作,還可以完全避免錯誤。
構件標準化
總體上說我國建筑的研究成果數量不多,層次水平不高,建筑業的工業化生產體系尚未形成。建筑的標準化和通用化水平都很低。建造方式仍以現場施工為主,這就出現了建設工程的獨特性與建筑工業化的標準化之間的矛盾。工程外觀的獨特性是建筑業生產管理的最基本特征,而工業化的基本特征則是標準化,標準化是大批量生產的前提,而大批量是低成本的保證。因此,差異化的建設項目與大批量生產之間必然存在著相應的矛盾,這些矛盾也使得建筑工業化的發展受到制約。雖然建筑物是千差萬別的,但建筑物宏觀狀態的獨特性,并不意味著建筑物的微觀構成的獨特性。由于建筑材料的特定性、同類建筑荷載的相似性、同類建筑微觀功能的相似性,建筑物的微觀狀態必然是相類似的。尤其是在同一地區的同類建筑物中,這種相似性表現則更加明顯。
經過多年的發展,建筑設計已經形成完整的規范化體系,除非如水立方、鳥巢等特定的項目,大量的普通建筑,如辦公樓、教學樓等的跨度、層高、荷載模式、使用材料、結構體系等關鍵參數已經趨于標準化或至少是準標準化。設計經驗表明,某一個地區的同類建筑在微觀的構造與處理上幾乎是相同的,或至少同一設計單位、設計者的相關做法是相同的。國內很多地方都存在著地方性的標準圖集或施工工藝標準,如果在此基礎上經過有意識的處理,完全可以針對某一特定的建筑類別,實現標準化的構配件,并進而實現預制化。
采用裝配式結構,預先在工廠生產出各種構配件運到工地進行裝配,混凝土構配件實行工廠預制、現場預制和工具式鋼模板現澆相結合,發展構配件生產專業化、商品化,有計劃有步驟地提高預制裝配程度。在建筑材料方面,積極發展經濟適用的新型材料,重視就地取材,利用工業廢料,節約能源,降低費用。
利用BIM技術,將組成工程的每個部分分解成為尺寸、形狀都標準化,可以定型生產的構件。在BIM中根據構件的特點,建立構件庫,構件庫可以包括建筑材料庫,預制構件庫(預制梁、預制板、柱、欄桿、門、窗等),家具庫(桌椅,廚衛,潔具,燈具等)等。建立BIM模型時可以利用構件庫搭建整個建筑工程。建立構件庫時,完善每個構件的信息。信息包含:構件的編號、構件的尺寸信息、構件的材質信息、構件的位置信息,從而解決構配件標準化的問題。
利用BIM技術解決工程構件標準化的問題,徹底解決構件不規則、不規范的情況,從而實現構配件的生產專業化、商品化,實現工程裝配式施工,推進建筑產業化向標準化、精細化方向發展。管理信息化
運用計算機等信息化手段,從設計、制作到施工現場安裝,全過程實行科學化組織管理,這是建筑工業化的重要保證。
信息化技術是集成建設系統實現系統集成與組織集成的基本前提與有效保證。從管理模式來看,集成建設系統并非實體企業,而是很多企業所構成的松散聯合體,生產與施工組織過程中的地域限制、空間隔閡、標準差異、溝通障礙等問題,會致使信息指令的傳遞速度比實體企業緩慢,偏差也會大大增加。因此,全面、快捷的溝通與交流,減少信息溝通中的障礙、偏差與損失至關重要。
信息集成是通過信息平臺與信息門戶的構建,使得集成系統與產業鏈中的相關分包商、供應商與核心企業能夠實現信息共享、及時溝通與辦公自動化;實現基于信息系統的輔助建設過程。
BIM模型是虛擬的建筑,通過這個虛擬建筑,可以把工程現場在計算機里展現出來。在計算機里面進行模擬和分析,如果發現問題可以方便解決,這樣可以減少施工過程中的返工次數,這樣避免了資源的浪費。還可以對不同的施工方案進行對比選出最優。這些過程由于只是計算機計算模擬,所以不會浪費太多時間更不會浪費資源。在3D的基礎上又用4D更進一步模擬施工。4D是指在BIM的3D模型的基礎上增加時間的維度,可以對施工方案和工序進行檢測,確保工程正常有序地進行。BIM模型不光可以進行4D的施工模擬還可以在4D模型的基礎上增加成本的維度建立5D模型,通過SD模型可以實現精細化的預算和項目成本的可視化,通過對工程項目進行SD仿真模擬,得到所有建筑構件的準確工程量,實現造價控制。
增強土建項目橫向配套施工能力,加快發展重心向經濟效益較好的設備安裝、鋼結構、環保、園林、防腐工程等專業延伸,培植壯大一批經營特色明顯、科技含量較高、市場前景廣闊的專業化施工企業。加快發展基礎設施產業。抓住國家加大基礎設施領域投資的機遇,加快建筑業企業與交通、電力、水利等企業的兼并整合或強強聯合,加強在公路、隧道、機場、碼頭等工程項目中的合作,積極參與承建國家大型基礎建設項目和高新技術、高附加值項目。
二、建設“建筑強縣”,增創企業品牌優勢
科學制定發展戰略。引導企業認真研判經濟形勢、產業導向和市場走向,結合自身實際,科學制定發展規劃和發展戰略,全面提升企業發展潛力和動力。加大資源整合力度。引導支持實力強、人才多、品牌好的企業,通過改組、聯合、股份合作等形式進行資源整合,形成發展一批資質等級高、資產規模大、發展活力強的建筑企業集團。放大企業品牌優勢。品牌是企業的核心和靈魂,體現著企業的核心競爭力。要把每一項工程都作為打造企業品牌、提升整體實力的平臺和載體,以創建“魯班獎”、國優工程獎為目標,全面加強質量管理,力爭更多的企業、更多的項目在更高層次上“創優奪佳”,進一步提升“建筑之鄉”的品牌影響力和知名度。
三、建設“建筑強縣”,增創市場拓展優勢
發展新興市場板塊。積極參與天津濱海新區、半島藍色經濟區、海峽西岸經濟區等國家戰略規劃區建設,開拓以西安為中心的陜甘寧地區及內蒙古等西北市場,爭取一年打基礎,兩年上規模,三年大發展,逐步擴大外省新興市場規模。拓展境外市場板塊。加強對境外市場的研究,通過與國際知名承包商、大型央企合作或獨立承包工程等方式,積極參與境外市場施工,提高境外市場規模和效益。
四、建設“建筑強縣”,增創人才、科技優勢
加強人才隊伍建設。全面實施“人才興業”戰略,建立人才激勵機制,使企業內部分配向高級管理層、一線項目經理和工程技術人員傾斜,確保人才引得進、用得好、留得住。通過走出去學、請進來教、實踐中干等方式,重點培養具有創新、創業精神的企業家,以及復合型經營管理人才和高級專業人才。提高科技創新水平。建立健全以企業為主體、市場為導向、產學研相結合的科技創新體系,加強與高等院校和科研機構的合作,開發出更多的專利、工法、標準和專有技術,提高建筑工業化和機械化施工水平,提升建設工程科技含量。發展科技創新產業。加強新技術、新材料、新產品的研發,重點發展建筑智能化、電子工程、信息系統集成等高科技、高附加值、市場需求量大的產業。準確把握國家政策導向和國內外建筑市場發展趨勢,大力發展綠色、低碳、環保、節能等戰略性新興產業。
五、建設“建筑強縣”,增創建筑工業化優勢
引導支持建筑企業更新觀念、創新思路,運用先進實用技術,以構件預制化生產、裝配式施工為生產方式,以設計標準化、構件部品化、施工機械化為特征,整合設計、生產、施工整個產業鏈條,不斷提高施工機械化和建筑構配件的工業化、集成化水平。大力推廣工廠化生產、裝配化施工的房屋建造模式,推廣裝配式鋼筋混凝土、鋼結構、輕鋼結構等新型建筑結構體系,減少現場作業,提高勞動生產率。積極采用現代信息技術、方法和手段,在工程招投標、項目管理、材料采購、成本核算、現場監管等環節實現信息化管理,以信息化技術改造提升傳統建筑業,帶動建筑工業化發展。
Key words:structural design optimization technology;design of building structure;a new type of structure application
摘要:人們物質需求及市場價格變化使得建筑的成本攀升,同時建筑節能要求不斷提高,利用結構設計優化的方法對建筑結構進行優化設計是實現資源最大化的重要手段,本文建立了結構優化設計方法的模型及計算方法,同時強調了其在房屋結構設計應用中的注意事項,在建筑實踐中具有極強的可操作性,同時結構設計優化也給建筑市場的發展帶來了深遠的意義。
關鍵詞:結構設計優化技術房屋結構設計新型結構形式應用
中圖分類號:TB482.2文獻標識碼: A 文章編號:
近年來,人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高,相應對建筑產品的品質要求也不斷提高,同時國家大力提倡建筑節能,這就需要我們利用結構設計優化技術方法,提高有限空間、有限資源的最大化效果發揮,實現經濟化、實用性和適用性的良好目標。結構設計優化技術就是在原設計方案的基礎上,結合新工藝和設備的使用,增加新材料的投入,采用新型結構體系進行局部設計的改變,使技術更可行,更加滿足建筑功能要求,同時節約材料,降低造價。
從建筑上分析結構設計優化方法,它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。房屋工程分部結構優化設計包括:基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容,在實施過程中,還應該按照一切從實際出發的原則,結合具體工程的實際情況,圍繞房屋建筑的綜合經濟效益目標進行結構優化設計。
一、結構設計優化方法
進行結構設計時,不同方案的選擇及不同的建筑材料的選用對工程整體會有較大影響,應在滿足設計意圖后,盡量使平面布置規則,縮小剛度和質量中心的差異,這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層,減少應力集中現象。
(1)結構優化設計模型
結構優化設計模型就是在各種影響變量中選擇主要參數,并建立函數模型,運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟如下:一是設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數,將所涉及的參數按照各自的重要性區分,將對變化影響不大的參數定為預定參數,通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。二、目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解。最后,約束條件的確定。房屋結構可靠度優化設計的約束條件,包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中,要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。
(2)結構優化計算方案
結構優化設計多個變量、多個約束條件,屬于一個非線性的優化問題,設定計算方案時,常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。
(3)推廣設計標準規范和標準設計
工程設計標準規范的形成,來源于大量成熟的、行之有效的實踐經驗和科技成果,是科技轉化為生產力的必要途徑。優秀的工程設計標準和規范,不僅優化了設計,減少設計的盲目性,還將大大提高設計速度,有效降低項目的全壽命費用。在標準規范中可以對一些重要的部位采取設計經濟指標限額制度,對一些設計部位使用“宜”或“不宜”等引導性語言提示設計人員對方案進行優化,鼓勵他們在設計中大膽使用新工藝和新材料。整體結構的科學性和合理性是新規范特別強調內容。新規范用于控制結構整體性的主要指標主要有:周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。新的建筑結構設計規范在結構可靠度、設計計算、配筋構造方面均有重大更新和補充,特別是對抗震及結構的整體性,規則性作出了更高的要求。
二、結構設計優化技術的實踐應用
結構設計優化方法應用于實踐之中,是目前一個比較廣泛的課題,利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優化技術應用于項目的整體設計、前期設計,舊房改造,抗震設計等設計的各分部環節,發揮著巨大的效益。進行優化設計,要把握好技術和經濟的對立統一關系,既要反對片面強調節約,忽視技術上的合理要求的做法,又要反對設計保守浪費,只重技術,輕經濟的思想。在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中,要注意下面的幾個問題。
(1)結構設計優化應注意前期參與
結構設計的階段分為三個:結構方案階段、結構計算階段和施工圖設計階段。概念設計是展現先進設計思想的關鍵,結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計,客觀、真實的理解結構的工作性能,并能夠有意識的處理構件與結構、結構與結構的關系,靈活地運用它們。因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資,而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與,建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性,但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響,某些方案可能會增加結構設計的難度,并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期,結構優化設計就能參與進來,那么我們就能針對不同的建筑類別,選擇合理的結構形式,合理的設計方案,獲得一個良好的開端。
(2)結構設計優化應考慮采用新型結構體系
建筑工業化是我國建筑業的發展方向。建筑工業化是在建筑標準化的基礎上采用先進、適用的技術、工藝和裝備,發展施工專業化,提高機械化水平,減少繁重、復雜的手工勞動作業。在目前建筑工業化的大背景下,實現建筑工業化首先應從設計開始,從結構入手,建立新型結構體系,包括鋼結構體系、預制裝配式結構體系,復合木結構建筑等。多層建筑應由傳統的磚混結構向預制框架結構發展,高層及小高層建筑應由框架向剪力墻或鋼結構方向發展。要使大部分建筑構件實行工廠化作業,減少施工現場作業。
(3)概念設計結合細部結構設計優化
概念設計應用于沒有具體數值量化的情況,例如地震設防烈度,因為它的不確定性,計算式難免與現實有較大的差異,在進行設計的時候就要采用概念設計的方法,把數值作為輔助和參考的依據。設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法,達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的,設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化,比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫,可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇,I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多,但是他們的極限抗拉力卻相差很大,所以在塑性滿足要求的情況下,現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做結構設計的時候,外立面上的懸挑板及配筋,滿足基本的規范要求即可,達到既安全又經濟的目的。
(4)下部地基基礎結構設計優化
地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案,如果為樁基礎,那么要根據現場地質條件選擇樁基類型,盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大,應多進行比較以確定最合適的方案。設計時應重視地質勘察報告的交底工作,選擇合理的基礎型式,選擇經濟適用的方案能大大降低造價。
三、結構設計優化的現實意義
(1)結構優化設計提高材料利用率
對我國這樣一個發展中國家,結構設計的目的即是花最少的錢做最好的建筑。從優化設計的角度,結構性能最好的方案不一定材料利用率最高,這就要求設計時對結構材料的充分利用,同時也強調使用各種新型建筑材料,如預應力混凝土結構、鋼-混凝土結構等。其中鋼管混凝土結構是將混凝土填入薄壁圓形鋼管內而形成的一種新型結構,它將兩種材料有機地結合,可借助內填混凝土增強鋼管壁的穩定性,借助鋼管對核心混凝土的套箍作用,使核心混凝土處于三向受壓狀態,從而具有更高的抗壓強度和抗變形能力。它的出現使傳統意義上的受壓破壞特征由脆性變為延性,對結構抗震的延性設計意義巨大,也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問題迎刃而解。鋼管混凝土與鋼結構相比,在自重相近和承載力相同條件下,可節約鋼材近50%,并節約大量的焊接工作量。與普通混凝土相比,在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下,構件截面面積可減少約50%,材料用量和構件自重相應減少約50%。實踐證明在結構設計時,使用這些新工藝設備可大大提高材料利用率,降低工程造價。
(2)進行結構設計優化提高建筑結構經濟性
建筑的層高增加,由于墻體面積和柱體積增加,結構的自重會增加,基礎和柱的承載力相應增加,水衛和電氣的管線會加長;相反降低層高,可節省材料,有利于抗震,同時建筑的總高度減小,兩建筑之間的日照距離就會減小,間接的節約了用地。建筑面積相同,建筑使用不同的平面形狀時,它的外墻周長也就會不同,這樣當選擇圓形或是越接近于方形時,外墻周長系數就越小,基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少,同時其受力性能也得到提高,增強了建筑的經濟性能。
與傳統的結構設計相比,采用結構設計優化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%.優化方法的技術性實現,可以最合理的利用材料性能,使建筑結構內部各單元得到最好的協調。賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果,而建筑結構設計優化技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理,成為實際意義上的“經濟適用”房。
參考文獻
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