装配式钢结构住宅一体化建造技术

张 兵

1. 上海市机械施工集团有限公司 上海 200072；

2. 上海面向典型建筑应用机器人工程技术研究中心 上海 200072

在新型建筑工业化发展不断加速的大背景下，大力发展和推广钢结构、装配式混凝土建筑，依托新发展理念，以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级，是建筑行业产业升级新的发展方向[1]。

1 装配式钢结构住宅施工一体化概述

目前我国装配式钢结构住宅仍处于推广普及的起步阶段，还存在各种各样的问题有待解决。工程界面众多是其中主要因素之一，涉及混凝土预制构件、钢结构、机电、精装等多个专业。单一专业单位“按图施工”的传统施工工艺和管理模式，已经无法满足快速、高效、高精度、高质量的装配结构施工需求。

借助BIM技术的数据化和信息化优势，多专业融合、一体化联动，整合钢结构、预制混凝土构件、机电等工程理论模型，解决空间碰撞、连接节点细化设计和专业界面划分问题。随后通过设计→加工→安装产业链过程中的数据反馈，调整实测模型，确保构件加工和安装精度，解决前后道工序搭接的主要矛盾。

通过跨专业的协同联合，形成一个系统化的施工联合体，上下游延伸，提高施工效率，从而打造钢结构住宅精品工程[2-4]。

2 工程概况

作为装配式钢结构住宅工程的典型案例，位于上海市浦东新区惠南新市镇25号单元（宣桥）05-02地块的钢结构住宅工程是一体化综合建造的示范项目。工程建筑面积约5 950 m2，建筑高度为43.6 m，为14层小高层住宅。

主体结构形式为钢框架-支撑结构。混凝土预制构件分为叠合楼板、预制楼梯、外墙板、阳台。预制外墙板采用夹心保温板的形式，主要规格为厚160 mm（60 mm混凝土＋40 mm保温层＋60 mm混凝土），与钢梁通过调节螺栓连接。

叠合楼板连接方式为楼板搭接至钢梁上翼缘20 mm，绑扎钢筋后现浇混凝土。楼梯、阳台等混凝土预制构件为直接搁置于钢梁上翼缘位置。

3 施工路线分析

基于装配式钢结构住宅的特点，本工程有待解决和希望突破的壁垒主要有以下几点：

1）在装配式建筑更加适合引入BIM技术的前提下，需要对传统设计施工的产业链进行升级改造，打通耗能环节，提高协同效率。

2）施工阶段需要依据装配式工程建造的特性，建立新形式的施工模式和技术路线，既要确保施工高效性，又要一体化协调各专业工序搭接，消除施工节点矛盾。

3）外墙施工精度和防水施工是工程的关键，具体精度调整措施和方法决定装配式钢结构工程的成败。

4 基于BIM的设计施工一体化

一体化建造模式要求设计阶段主动向下游延伸，综合考虑施工过程中主体结构承载力和结构变形，来调整外墙板方案。同时，凭借BIM合模，从外向内，逐步稳定外墙板结构形式和分块布置、转接系统设计、框架结构体系设计、后续多专业工程合模与模拟计算分析，最终确定最优方案，大大减少施工阶段反复设计调整的工作量，提高建造效率。

现场装配施工阶段，以精度控制为主控方向。由内而外，主体结构安装考虑后道工序，在满足规范精度要求的基础上，统一向内侧负偏差，且总体垂直度偏差小于2 cm。转接件分上下节点，通过板内预埋件与框架梁上支座连接；板块平整及精度控制均由转接件调节余量完成（图1）。

图1 外墙板连接节点

此外，基于BIM合模对多专业施工内容的整合能力优势，机电模型与钢结构模型的合模，可以确定电管、水管等管线的走向及规格，在钢结构深化设计阶段完成开洞工作。同时也可以在设计阶段优化室内装修方案，提前完成软碰撞及硬碰撞检查。

5 一体化施工管理

装配式钢结构住宅在施工过程中的最大优势体现在快速化建造工艺。钢结构及混凝土预制构件数量较多，且钢结构连接多以焊接为主。以一体化施工管理为主导思想，多专业联动，从工序搭接和工艺流程细化角度提高建造效率，避免多工序集中、等工、扯皮等问题。

首先，钢结构竖向构件分段应匹配其他工序施工节奏，避免领先过多或过少等问题出现。

其次，采取竖向流水搭接施工，通过不同类型构件的连接形式，对整体的施工流程进一步细化并紧密搭接。利用钢结构焊接时间完成预制叠合楼板、预制楼梯等楼层结构的安装工作，钢结构安装始终领先叠合楼板以及预制楼梯1层。

最后，预制外墙板采用外挂形式，无需跟随主体结构层层施工，可在主体结构施工数层后，通过钢结构焊接所产生的时间差及增设辅助吊装机械完成安装。采取穿插施工，合理分配劳动力，实行精细化进度管理，最终达到减少人工和优化总工期的效果。

6 外墙精度控制关键技术

一体化建造的最后一道工序为外墙板安装及防水施工，这也是装配式钢结构住宅最为关键的一道工序。在结构和转接件提供足够调节余量的前提下，外墙板安装精度的控制就需要更加精确和细致。

根据外墙板连接节点的特点及形式，主要分为以下几个步骤对板块x、y、z轴向精度进行调整（图2）。

图2 外墙板垂直度调节

1）外墙板吊装至安装位置后，通过下节点调节螺栓，调整竖向标高。

2）上节点完全固定后，外墙板基本处于竖直状态，可使用手拉葫芦对外墙板垂直度进行微调。

3）在标高、垂直度均调整完毕的情况下，以下节点外露埋件、钢柱、栓钉作为受力点，利用千斤顶对外墙板进行面内水平向微调。

在安装下一层墙板前，需在已安装墙板上表面安装橡胶条，待全部墙板均安装完毕后，开始进行外墙板外缝的处理工作。外缝采用PE棒加密封胶的形式，打密封耐候胶的目的是防水、防尘、保温及确保外墙面的整体效果。

7 结语

本工程钢结构和混凝土预制构件作为一个有机整体，突破传统施工理念，设计跨后综合考虑施工需求，施工超前协助完善设计方案，钢结构深化设计和施工兼顾后续施工搭接。通过各方协同互补，一体化融合，使得建造过程更加高效和整体，确保了工程进度、质量和安全。

通过合理的流水搭接和工序划分，充分发挥人工和机械效率，使建造过程始终处于高效状态。借助设计和深化阶段BIM合模的提前介入，从源头解决后续的机电安装、室内装修等工作过程中的碰撞问题，进一步确保施工的顺利开展。建筑工业化、绿色建筑和建筑一体化信息管理已经成为我国建筑行业实现产业升级的三大重要战略方向。随着产业化在政策、市场、效益驱动下的不断发展，作为产业化的最终产品，钢结构建筑、结构、设备和装修的一体化、集成化建造必将在建筑市场中得到广泛的使用并承担更大的社会责任，引领建筑市场向绿色、节约型方向稳步迈进。