装配式钢结构建筑造价分析与成本控制

黄 娟

(福州市仓山区财政投资评审中心 福州 350007)

钢结构装配式建筑除有抗震性能优越、施工周期短、劳动力节约、建筑空间飞跃等混凝土结构不具备的优点外,在实现绿色建造、智能制造、工业集成等方面表现优越。在众多优点面前,摆在钢结构建筑大力发展前进道路上的一大障碍是建安成本,现阶段,装配式钢结构建安成本相比传统混凝土结构高出近40%,如何控制和降低钢结构建安成本是推广钢结构建筑的重要举措。通过对装配式钢结构不同层面的研究分析,可以更好的认识装配式钢结构的优势,对于加快装配式钢结构领域的技术创新都有着显著作用,从而加快装配式钢结构在不同领域中的推广应用。

1 装配式钢结构建筑优缺点分析

党的十九大以来,我国建筑工程事业实现了非常大的发展,整体层面的突破相当显著,国家财政部门在建筑工程领域的财政性投入保持了4.7%以上的速度,极大促进了我国建筑工程事业从传统型向现代化的转变,同时城镇化率的显著提高,极大促进了建筑工程事业的发展,都为装配式钢结构的突破发展及深化应用创造了条件。钢结构建筑做为国家大力发展的装配式建筑类型,与混凝土结构对优缺点突出:

(1)优点:①绿色节能:钢结构采用工业化生产,生产过程更加简单,实际的生产效率大大提高,可大量减少建筑垃圾,非常好的降低了对传统资源的消耗,对践行全面协调可持续发展理念都起到了重要作用。传统混凝土建筑每平方米建筑面积约产生建筑垃圾0.1～0.15 m3,钢结构则为0.02～0.05 m3,仅为混凝土结构的1/5～1/3,绿色节能优点明显,更加有助于对生态环境的保护,对应对全球范围内的资源危机都大有帮助。②缩短工期:钢结构建筑建设省去支模、养护,能够让建筑工程企业将更多的精力汇聚到施工建设关键环节上,可减少施工工期,混凝土结构单层施工时间约为7～14天,混凝土养护龄期28天,钢结构建筑工期可压缩至3～5天/层,且安装就位后无需养护即可进行上层建筑施工,结构施工工期整体仅为混凝土结构的1/3～1/2。③质量控制:钢结构采用工厂批量生产,易于控制质量,尤其是通过现代化生产机械设备的应用,可以在较短的时间中完成批量化生产作业要求,更好的满足一线建筑工程施工的基本需要,没有混凝土结构易产生的质量通病,对于保障现代建筑工程的质量安全水平都非常重要。④抗震性能:在抗震设防烈度8度及以上的地区,因钢结构良好的延展性,试验结果表明优于混凝土结构。⑤跨越能力强:对于建筑空间需求较大的建筑,钢结构可提供更大的跨度空间,有利于大开间设计,对于丰富设计理念,加快设计层面的创新突破都有重要意义。⑥自重轻:钢材强度高、韧性好、自重轻、刚性强、成型好,可大幅降低结构自重,更加有助于建筑工程自身的稳定,对于有效应对各种病害问题也大有帮助。

(2)缺点:①耐火性较差,需采取耐火措施,以往曾经出现过不少过火的情况,这也是影响装配式钢结构深化推广应用的关键。②耐腐性性能较差:裸露钢材易生锈,尤其是长期暴露在自然环境中,大量的有毒有害气体会对装配式钢结构带来腐蚀影响,长时间会增加钢结构裂缝等情况的出现,增加了质量安全问题发生的可能,需采取防腐措施。

2 装配式钢结构建筑造价组成分析

钢结构建筑安装工程费主要可分为预制构件费、构件运输费、构件安装费、防腐油漆费、防火涂料费。其中,预制构件费是钢结构建安费中占比最大的费用,预制构件费又可具体拆分为材料费及加工制造费。

2.1 预制构件费造价组成分析及控制要点

预制构件费在钢结构建筑安装工程费中占比超过60%(除大型场馆等安装难度、防腐要求严格的建筑外),预制构件费可分为材料费及加工制造费,材料费约占预制构件费的60%～65%。材料主要为中厚板、型钢、无缝钢管、开平板。

我国是世界最大钢铁生产国,钢铁产量占世界总产量超过60%,仅2021 年我国钢铁总产量为10.33亿t,其中,仅河北省唐山市2021年钢铁总产量为1.31亿t,超过同时期世界产量排名第二的印度(2021年度印度钢铁总产量1.18亿t),我国在世界钢材市场拥有绝对定价权,但与此同时,我国铁矿石很大程度上依赖于进口,铁矿石的进口价格直接影响钢材出厂单价。钢材材料价格很大程度上受国际形势、国家产能政策调控影响,地方政府及地方建设主管单位很难对钢材价格进行干预,稳定的钢材市场价格有助于推动国家及民间建设资金向钢结构建筑方向倾注。加工制造费因构件类型、建造高度、跨度不同,加工成本价格不等。以钢柱为例:钢管钢柱制造成本约为箱型钢柱制造成本的130%,主要原因为钢管柱需增加卷管工艺,卷管加工受钢柱直径与柱壁厚度比制约,目前大部分加工厂所具备的工艺只能满足钢柱直径与柱壁厚度比大于30∶1,小于30∶1的在卷管过程易产生钢板开裂等质量问题。此外,采用型钢加工可降低工厂焊接量,能进一步压低加工制造成本,因此在建筑设计阶段,建议条件允许的情况下,优先选用型钢材料作为主材,减少加工时间、降低加工成本。

2.2 构件运输费造价组成分析及控制要点

构件运输费指预制构件从制作厂运输到施工现场所需投入的建安费用,包括构件装车、转运、卸货堆场。影响运输费最重要的因素为运距,预制构件运距每增加一公里,运输费投入需增加约0.40元/t,因此在满足制作质量、工艺、供应的要求下,宜就近选用预制构件厂,降低运距。此外构件分段方式对装载率影响较大,尤其是钢柱牛腿长度过大易导致单车装载构件吨位不足,造成成本浪费,钢柱牛腿长度宜控制在0.50 m 以内,搭配钢梁一同运输,保证单车装载吨位,进而降低构件运输费。

2.3 构件安装费造价组成分析及控制要点

构件安装费指预制构件运输到施工现场后安装就位所需的费用,包括预拼装费、垂直运输费、场地二次转运费、构件安装劳务费、安全文明施工费及其它措施费。预拼装是指构件到场后为满足吊装就位精度要求在正式吊装前进行预拼装,在设计阶段减少异形构件的设计、在预制构件制造阶段控制构件加工精度,可取消预拼装工艺,降低建造成本。

在施工组织设计阶段,对构件吊重及吊次进行分析、匹配塔吊、规划构件堆场可降低垂直运输费及二次转运费,在单价措施费上控制建安费投入。构件安装劳务费约占钢结构建安费的6%～10%,相比传统混凝土结构劳务费占比达20%～30%,钢结构施工实现建筑业从劳动密集型到工业密集型过渡,劳务费投入的减少意味着工业程度的提升,钢结构现场安装人工投入宜控制在1.3人工/t,超出此系数意味着现场管理不得当、易发生窝工、索赔风险,从而导致建安成本增加。

2.4 防腐油漆费造价组成分析及控制要点

钢结构建筑针对酸、碱、潮湿等特殊环境,外露部分构件易腐蚀,且维护成本较高。防腐油漆是为解决以上问题进行设计的功能体系。防腐油漆体系由底漆、中间漆、面漆组成,底漆主要起防锈效果,一般底漆防锈颜料较多,防锈性能较好、附着力较强;中间涂料一般为鳞片或云铁中间涂料,由于是片状填充剂,所以防透过性能比较好涂装满足封闭性和美观要求,兼顾各种化学抗性,耐酸、耐碱、耐盐雾之类的化学性能较好。

现阶段,市面常规使用的兼顾防腐性能要求和经济性的油漆主要为环氧富锌底漆和环氧云铁中间漆,面漆的选用根据建设项目的定位不同有不同的选取烦方案,兼顾美观的项目可选用氟碳面漆,若只需满足封闭性要求可选用造价较低的聚氨酯面漆。设计阶段应控制防腐体系的设置厚度,除沿海、近海、临江或工业厂房等环境较为特殊的项目外,防腐体系总设计厚度以240um 为宜。

2.5 防火涂料费造价组成分析及控制要点

钢结构建筑耐火性差,温度超过250℃,钢材材质变形,强度降低,温度超过600℃,钢材塑化,彻底失去强度。在建筑火灾中,钢结构建筑应具备一定时间的耐火性能,为逃生、救援提供足够的时间。现阶段钢结构耐火主要采取喷涂防火涂料的措施,其中钢柱耐火期不得低于3 h,钢梁、钢支撑耐火期不得低于2 h,钢梯、楼承板耐火期不得低于1.5 h。现有防火涂料类型可分为非膨胀型防火涂料及膨胀型防火涂料,膨胀型防火涂料的耐火能力最高为2 h,因此不能用于钢柱防火。膨胀型防火涂料的1 m2造价低于非膨胀型防火涂料,在设计阶段,在满足构件耐火期限的要求下,优选优先选择膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料在类别上也可具体分为薄型防火涂料和薄型防火涂料,薄型防火涂料比薄型防火涂料好看,适合工业厂房等不做外包装饰的结构。

3 钢结构智能制造发展前景

钢结构建筑自20世纪80年代以来在我国建筑业成规模性发展至今,诞生出一大批优越的钢结构预制构件厂,随着时代的发展,人口老龄化所带来的劳动力短缺将是未来建筑业成本增加的一大因素,在此环境下,钢结构加工进行产业提升是解决劳动力资源短缺、提高工业集成水平的破局之法,5G 时代的到来助力建筑钢结构实现智能制造生产线,未来钢结构加工可与工业互联网数据分析应用联动,解决智能设备之间、智能装备与钢构产品之间、智能装备与制造系统之间的互联互通及互操作难题,实现建筑钢结构制造全产业链的数字化、信息化管控,带动产业链上下游转型升级。

钢结构智能制造发展可从以下几个方面探索:

(1)打造钢结构制造全工序的系列智能化新设备,多层面推广应用不同类型的智能化技术手段,向最新的智能化技术成果应用看齐,提升智能制造生产效率及质量水平,以过硬的智能化加快钢结构的深化应用。

(2)建立钢结构制造工业互联网标识解析体系,基于边缘计算引擎技术进行新型数据采集、传输及数据处理,实现制造环节的“全过程可追溯”,促进生产形势升级,以此来更好的保障生产制造工艺水平,对提高钢结构市场层面的认可度,对加快国内钢结构制造产品的国际化等都有着非常大的帮助。

(3)打造“无人”切割下料、卧式组焊矫一体化加工、智能化仓储物流体系、机器人高效焊接等钢结构制造新工艺,实现工件的快速自动编程焊接,推进了建筑钢结构制造自动化进程,从而提高建筑钢结构制造成效,创造更多的经济效益,对加快建筑工程领域的市场化突破都有很大帮助。

钢结构智能制造是提高产品生产工业化、降低钢结构生产成本的有力手段。现阶段,我国各省份钢结构制造水平发展良莠不齐、规模发展不一,福建省内缺乏大型钢结构制作加工厂,省内加工成本高于周边省份。引进钢构智能化生产线,在提高钢构件生产的整体水平的同时,可降低构件加工人工费投入,实现无人化车间,完成工业升级,实现作业流水化、生产集约化,提高生产效率。

4 结语

随着我国人口老龄化,建筑业可用劳动力逐年减少,劳动力单价逐年上升,对钢结构装配式建筑工业化水平提高的需求也逐渐上升。智能制造是实现装配式建筑工业化水平的有效手段。随着劳动力成本逐年上升,工业化生产实现智能应用和产业集聚,装配式钢结构建筑的建设成本和传统混凝土结构建筑的建设成本逐步缩小,钢结构产品工业化、实现集成化后钢结构装配式建筑的应用和推广前景将更加广阔。