基于价值链预算的幕墙工程中金属结构成本控制方法

2024-05-21尤朝晖

中国建筑金属结构 2024年4期

尤朝晖

（温州市铁路与轨道交通建设工程技术中心，浙江温州 325000）

0 引言

幕墙是一种重要的建筑外墙，对建筑的可靠性和美观性有重要影响。研究表明，大多数幕墙中都包含大量的金属结构，这些金属结构的成本较高，严重降低了幕墙工程的经济效益。除此之外，近几年我国的科技进步越来越快，出现了许多新型幕墙材料。采用新型幕墙材料能降低材料成本，提高幕墙的综合性能，还可以优化施工效率，缩短施工时间，减少人工成本费用。黄静[1]认为使用平价适宜的石材可以在一定程度上替代幕墙工程中的金属结构，降低幕墙工程的总成本，在施工过程中，可以使用石材表面抛光加工法控制石材表面的平整度，选择质量较高，单价较低的石材连接幕墙主体构件；刘仕杰[2]根据现有的幕墙工程建设原则，提出了立面造型线条处理技术，按照有效的幕墙操作空间处理隐蔽部位，提高幕墙工程的经济性；杜嘉宾等[3]在层次分析和熵权法的基础上，发现了幕墙施工规模与金属结构施工机械费用问题，给出了相关的成本分析建议，构建了建筑幕墙造价控制模式。价值链预算可以根据不同的施工环节调整施工方向，从多个方面入手，降低工程成本，本文在此基础上，总结了幕墙工程的施工特点，提出了一种全新的幕墙工程金属结构成本控制方法。

1 幕墙工程中金属结构成本价值链预算控制方法设计

1.1 基于价值链预算构建幕墙工程成本控制体系

价值链预算是一种新型的管理控制方法，因此，本文基于价值链预算构建了一套幕墙工程的成本控制体系。在前期准备阶段，需要根据幕墙工程的具体要求预设施工工期，降低资金链的断裂风险；在设计阶段，需要根据目前工程的功能需求、施工方法、施工使用材料等进行估计，由相关人员按照要求完成采购；在施工阶段，需要重点判断金属材料的消耗问题；在维护阶段，需要考虑幕墙工程的维护与保养成本。结合上述的成本控制价值链可以得到幕墙工程成本影响因素，并对不同的因素进行赋权处理，构造的判断矩阵如表1 所示。

表1 判断矩阵

基于表1 的判断矩阵可以进行一致性检验，计算不同行列的综合权重，并进行有效的归一化处理，此时计算的CI 权重如公式（1）所示。

公式（1）中，λmax代表各阶段最高权重，n代表指标项数，根据上述计算方式可以对影响因素权重进行排序，消除量纲对该体系造成的影响，对数据进行无纲量化处理，待通过了一致性检验后，可以得到的基于价值链预算的幕墙工程金属结构成本控制体系如表2 所示。

表2 幕墙工程金属结构成本控制体系

由表2 可以对不同的金属结构成本控制影响因素进行识别，得到的组合式λi如公式（2）所示。

公式（2）中，wj代表层次分析权重，vj代表熵权重，使用上述的金属成本控制方法可以在幕墙工程的各个阶段进行有效准备，在前期准备阶段、设计阶段、生产阶段、运输阶段、施工阶段进行合理预算，从而提高成本控制的关联性，实现全面成本控制。

1.2 安装幕墙龙骨骨架

常规的幕墙工程施工中，为了提高幕墙排布的可靠性，往往会设置多个金属支撑钢筋，导致金属结构成本飞速上升。为了解决该问题，本文设计了一个大型的约束龙骨骨架[4]，该骨架的主体结构简单，消耗的金属材料总量较低，满足金属结构成本控制要求。

其安装过程如下：首先对待安装的龙骨骨架主体结构进行测量放线处理，降低幕墙外砌偏差，确定骨架的埋板位置，提高主体结构的受力效果；而后根据龙骨骨架的长度、锚栓尺寸等进行安装打孔，对待安装的部分进行防腐蚀处理，再使用M12锚栓进行固定；最后确定弹线位置，在不同的幕墙安装层设置承重角钢，与主体结构进行充分焊接。此时后置预埋件与主龙骨完成了有效连接，幕墙龙骨骨架的安装示意图如图1 所示。

图1 幕墙龙骨骨架安装示意图

由图1 可知，上述安装的幕墙龙骨骨架与外围护墙的间距合理，使用EPDM 绝缘垫片进行充分处理，可以有效避免骨架出现腐蚀变形问题。

幕墙需要设置排水孔，因此本文设计的金属结构成本控制方法使用石材防水板替代原本的金属泛水板，利用密封胶进行了封闭处理。选取的石材泛水板为花岗岩，利用C25 混凝土进行灌注处理，施加防水透气膜，提高幕墙的防潮特性。安装龙骨骨架后，幕墙的砌筑方式发生了一定的改变，需要利用水平约束锚件进行荷载传递处理。在施工前需要对龙骨骨架安装的位置进行核对，设置水平连续加强筋，提高幕墙钢筋的抗剪切力。除此之外，需要使用砌筑砂浆调整锚件放置的卡槽，龙骨体系与螺栓进行有效连接。

然而不同位置的承重角钢容易受砖内交错布置影响，出现失稳问题，需要额外增加不锈钢棒支撑，这会导致幕墙工程的金属成本大大提高。针对该问题，本文设计的方法使用砂浆进行了灌实处理，同时调整不锈钢限位拉片的位置，可以最大程度上减少金属材料的损耗。

1.3 优化幕墙金属结构板材排样分布

幕墙金属结构板材的排样分布效果会直接影响消耗的材料成本。因此，为了实现成本控制，本文设计的方法优化了幕墙金属结构板材的排样分布。假设板材分割的位置与空白区域，对该区域进行排列组合，得到的排样分布示意图如图2 所示。

图2 幕墙金属结构板材排样分布示意图

由图2 可知，为了提高金属结构板材的排样分布利用率，本文基于上述分布关系设计了金属板材排样目标函数f（x），如公式（3）所示。

公式（3）中，Li代表板材的长度，W代表板材的宽度，L代表分割后板材的长度，W代表分割后板材的宽度，金属板材按照上述目标函数进行排布时，闲置面积最少，此时金属板材的利用率最高，消耗的成本最低。面对多块板材时，需要根据面积集合进行优化布局，得到的最优排样分布式F如公式（4）所示。

公式（4）中，bi代表排布预设面积，aj代表切缝宽度，使用上述的排样分布式可以有效降低金属板材损耗，减少幕墙工程的综合成本。

2 实例分析

2.1 概况及准备

为了验证设计的基于价值链预算的幕墙工程中金属结构成本控制方法的效果，本文选择了X 国际大厦幕墙工程进行实例分析。

X 国际大厦是一座大型建设工程，包含60 层地上使用层和6 层地下使用层。该项目的建筑面积为165 842m2，高度为360m。它是一个商务办公多元化超高层写字楼建筑。通过结合幕墙排布优化结果，将设计的基于价值链预算的金属结构成本控制方法应用于X 国际大厦幕墙工程。该方法可以通过精确的成本估算和控制措施，对金属结构成本进行有效控制。在实例分析过程中，可以综合考虑幕墙材料的选用、加工和安装成本等因素，对金属结构的成本进行评估和预算。同时，还可以通过优化幕墙的布置和设计，降低金属结构的使用量和成本。该建筑的幕墙分布示意图如图3 所示。

图3 X 工程建筑幕墙分布示意图

由图3 可知，X 工程的首堂为大堂，2F 为商业中心，3 ～5F为服务与餐饮，-1 ～-6F 为地下车库。该项目的玻璃幕墙包括6 层以上部分，6 层以下使用连廊幕墙。其中塔楼顶部使用单元式玻璃、石材幕墙，连接处使用连廊幕墙。幕墙总面积为64 000m2，包括55 000m2的塔楼幕墙。

使用的幕墙材料单元板块宽度为1.45m，符合标准层高要求，分格高度为1.4m，设置了高度为0.95m 的开启扇。玻璃幕墙面与结构边距离为300mm，使用的铝材尺寸为300mm×250mm。幕墙层间使用8/10mm 钢化玻璃，使用康宁胶完成幕墙固定。在施工前，需要加工幕墙板块，完成单元吊装重组，各个施工区段规划的幕墙板块如表3 所示。