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岳清瑞:對我國鋼結構發展的思考

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/6/5     瀏覽次數:    

岳清瑞

中國鋼結構協會會長、國家鋼結構工程技術研究中心主任岳清瑞撰寫《對我國鋼結構發展的思考》一文,主要回顧了我國鋼結構的發展歷程、梳理了限制鋼結構發展的瓶頸、提出了促進鋼結構發展的對策以及制定推進鋼結構發展的路線,對促進我國鋼結構市場的發展、推進綠色建筑、促進傳統建筑業產業升級具有較強的現實意義。

一、引言

長期以來,我國建筑業一直是高資源消耗型和勞動力密集型產業,生產和建造過程粗放,資源浪費非常嚴重。在全面深化改革和新型城鎮化建設總目標的要求下,建筑業的轉型升級是必然的。

鋼結構行業是綠色、環保、可持續發展的新興產業,是鋼材主要的用戶之一。鋼結構建筑占比是衡量一個國家現代化程度的重要指標,因此,推廣鋼結構對于我國推進綠色建筑和建筑工業化、促進傳統建筑業產業升級和提升土木工程科技水平不僅具有重要意義,并且對于化解鋼鐵產能過剩矛盾、促進鋼鐵企業產業結構調整和升級也具有積極作用。

我國鋼產量已經20多年保持世界第一,鋼結構的整體技術已處于國際水平,產業規模全球第一,具有巨大的國內外市場潛力。在大型公共建筑(體育場館、影劇院、機場航站樓、高鐵站站房)、超高層建筑(高度100米以上)、大跨度橋梁(跨度200米以上)、工業廠房、大型市場、倉儲等建筑中,鋼結構的使用已經占有較高比例,但是在辦公、商廈、住宅、學校、醫院等房屋建筑中所占比例僅在6%左右,在橋梁中鋼結構所占比例更不到1%。據統計,建筑領域鋼結構用鋼量僅占我國粗鋼產量的5%左右,遠低于發達國家20%~30%的水平。

二、發展回顧

第一,建國以來鋼結構發展歷程。根據我國鋼材產量的變化情況,我國鋼結構的發展歷程大致可以分為四個階段,如圖1所示。這四個階段國家對于發展鋼結構的政策分別是節約鋼材、限制使用、合理使用和大力推廣使用。

第一階段為建國初期至20世紀60年代中期,這一階段以蘇聯援建項目為背景,我國鋼結構的研究和應用開始起步發展。在此期間,我國第一本鋼結構設計規范通過審查,建工部6個工業建筑設計院、冶金部6個鋼鐵設計院和22個冶金建設公司先后成立,鋼結構技術隊伍得以成長,技術水平有所提高,工業建筑和體育館等大跨民用建筑也開始使用鋼結構。但由于鋼材匱乏,節約鋼材是這一時期的國策。

第二階段為20世紀60年代中期到改革開放初期,這一階段受到10年文化大革命的影響,社會生產遭到極大破壞,鋼材短缺,因而不得不限制建筑用鋼,鋼結構的利用與發展被限制。在此期間,我國鋼結構工程嚴重減少;并且受文革期間教育萎縮的影響,鋼結構人才驟減,鋼結構規范的編制工作也受影響。值得慶幸的是,冷彎薄壁型鋼結構、輕型鋼屋架結構和大跨空間結構在此期間仍得到了發展。

第三階段為改革開放初期到20世紀90年代中后期,在改革開放的大潮和以經濟建設為中心的背景下,伴隨著國外先進技術的引進,我國鋼材產量穩步提升,建筑鋼結構得到了飛速發展。鋼結構的形式發展趨于多樣化,包括單層門式剛架、廠房框架、輕鋼結構、高層鋼結構、空間結構、立體桁架結構等。我國鋼材產量在1996年突破1億噸,并且自2000年起穩居世界第一位置。

第四階段為20世紀90年代中后期至今,隨著我國鋼材產量的快速增加,我國開始大力推廣使用鋼結構。2006年國家開始鼓勵節能省地型綠色建筑,并鼓勵建筑工業化的發展和新型建筑結構系統的開發。鋼結構具有能耗及環境排放量少、綠色施工等優點,且可以再生利用、減少建筑垃圾排放,是符合循環經濟特征的節能環保綠色建筑,因而得到了推廣應用。

“十二五”期間,由于我國鋼材產量增加過快,鋼材出現了比較嚴重的產能過剩;我國雖然已經是鋼結構大國,但從世界第二大經濟體和占世界鋼產量一半的鋼鐵大國的角度來看,我國鋼結構的發展仍然十分滯后,“十二五”期間鋼結構用鋼量占鋼產量的比例徘徊在5%~6%,在量大面廣的住宅建筑和中小跨度橋梁中,鋼結構所占比例還不到1%,遠遠低于發達國家的水平。由此可見,我國鋼結構的發展空間巨大。

第二,主要發展成就。經過數十年發展,我國鋼結構的發展取得了巨大成就。目前,我國已經成為鋼鐵生產大國,2015年鋼產量突破8億噸,鋼結構產量5000萬噸,鋼材累積量突破70億噸,千噸規模以上的鋼結構制造企業超過3000家,專項施工資質企業突破1萬家。2007年~2015年,我國鋼結構產量保持了年平均增長率15%以上的速度,已經成為名副其實的鋼結構大國。

我國也成功建設了一批具有世界領先水平的鋼結構標志性工程,包括超高層鋼結構(上海中心、廣州塔、中國尊等)、大跨度鋼結構(國家體育場、水立方等)、大跨度鋼結構橋梁(蘇通長江大橋、杭州灣跨海大橋等)和大型工業廠房等。

此外,我國也建立起較完善的科研與教育系統、企業、政府機構和社會組織相結合的技術創新體系,形成了較完整的技術體系鏈條,涵蓋產品制品、技術研發、標準規范、設計、施工、驗收、檢測鑒定、加固改造、拆除和資源再生利用整個產業鏈。

隨著人口老齡化和勞動力成本的上升,以及提升工程質量、綠色施工和建筑產業升級的推進,建筑工業化的發展和推廣勢在必行。鋼結構的工廠加工、現場拼接施工特點本身就符合建筑工業化的基本要求,并且鋼結構也更加符合節能減排和綠色建筑的發展趨勢,而且鋼結構輕質高強,力學性能好,延性高,耗能能力強,綜合結構性能優秀。因此,目前社會已經達成了基本共識,鋼結構是建筑工業化的重要形式和發展方向,這一共識將十分有利于化解我國鋼材產能過剩的困難局面。

第三,技術成果積累。在鋼結構研究、設計、施工、材料等各個環節,我國也已經積累了一定技術成果?!笆晃濉焙汀笆濉逼陂g,與鋼結構相關的科技支撐計劃和國家863計劃項目課題共有18個,但是屬于鋼結構領域的重大項目僅有2項,國家在鋼結構科研方面的投入有待提升。

截至目前,我國共有3900余家機構和個人申請鋼結構專利,獲批專利數量19300余件。值得關注的是,鋼結構專利數量相對較多,但是轉化率卻較低,與工程結合不夠緊密。

從2000年至今,鋼結構共獲得國家級工法授權214項,大約占國家授權工法總數的8.5%。近年來,鋼結構工法授權數量占比穩步提升,其中2014年的比值已經接近12%,這表明我國鋼結構工程建設仍處于蓬勃發展階段。

2000年至今,鋼結構領域共獲得國家科技發明一等獎1項,國家科技進步一等獎11項,國家科技發明二等獎4項,國家科技進步二等獎62項。但是,獲獎項目以鋼材產品和制品為主,真正屬于鋼結構工程技術的獎項數量并不多。

第四,專業人員。經過多年的人才培養,我國也積累了一批具備從事鋼結構設計能力的工程師。目前,我國共有設計院1.9萬余家(甲級2980家,乙級 3559 家,丙級3471 家,專項資質9000家),注冊結構工程師34660人(一級27664人,二級6996人),據不完全估算,從事結構設計的工程師約30萬人。但是,其中有經驗從事鋼結構設計的工程人員僅1.5萬余人,占比約為5%。有潛力從事鋼結構設計的工程人員僅3萬余人,占比約為10%。鋼結構專業工程設計人才仍十分緊缺。

三、主要瓶頸問題

第一,瓶頸問題梳理?;仡櫸覈摻Y構發展歷程,目前制約我國鋼結構發展和推廣的問題有兩大類,分別是人員與技術層面瓶頸問題、市場與監管層面瓶頸問題。這兩大類問題廣泛存在于技術研發環節、工程化應用環節和產業化推廣環節。

一是在技術研發環節。在人員與技術層面,突出問題表現為“高性能結構體系與高性能鋼材應用瓶頸;鋼結構建筑圍護體系,特別是住宅三板體系瓶頸;防火、防腐性能,特別是涂層耐久性瓶頸”三個方面。

在市場與監管層面,突出問題表現在“鋼材標準與國際不接軌,國際間設計規范之間的轉換缺失;鋼結構抗震設計及產業化標準體系亟須改革完善;缺乏技術創新和成果轉化的市場平臺”三個方面。

二是在工程化應用環節。在人員與技術層面,突出問題表現在“鋼結構專業技術人才缺乏,特別是專業設計人員;全壽命周期的設計、施工、生產一體化技術有待建立;鋼結構標準化、工業化、信息化融合技術欠缺”三個方面。

在市場與監管層面,突出問題表現在“鋼結構產業結構不合理,行業定位模糊;鋼結構質量監督與產品認證的力度不夠;設計、施工、生產脫節,效率和效益普遍較低”三個方面。

三是在產業化推廣環節。在人員與技術層面,突出的瓶頸問題存在于“鋼結構住宅體系和圍護體系;中小跨度橋梁結構與養護系統;室外裸露鋼結構與海洋結構防護;國標鋼材與國外標準代換設計”四個方面。

在市場與監管層面,突出問題表現在“全產業鏈的優化分工與利益分配機制尚未建立;產業化政策、法規、規范體系還不健全;行業監督不到位,惡性競爭導致質量參差不齊”三個方面。

第二,瓶頸問題歸納。通過對以上三大環節存在的問題進行梳理,得到“人員瓶頸的表象、技術瓶頸的表象、市場和監管瓶頸的表象”的結論。

一是人員瓶頸的表象。人員瓶頸主要存在于設計院、鋼構企業和監管部門。

目前國內設計院里鋼結構專業設計院(室)極少,高水平專業設計師奇缺,并且熟悉鋼結構的結構總工、建筑師和設備師都十分缺乏。

企業缺少具有國際工程經驗的專業工程技術人員和經營人員,高水平的焊工和自動化設備技術人員稀缺,詳圖設計和BIM應用人員的技術水平偏低,產業化工程技術人員和產業工人緊缺。

監管部門里專業的鋼結構圖紙審查人員不足,專業的鋼結構監理人員和檢測人員也不足。

二是技術瓶頸的表象。技術瓶頸主要存在于鋼材與結構體系、圍護結構與配套技術、工程建設技術三大環節。

鋼材與結構體系環節,突出的表象是“缺乏安全、舒適、經濟的高性能結構體系;缺乏相應的技術標準支撐高性能鋼材應用;缺乏高性能組合橋梁結構體系”三個方面。

圍護結構與配套技術環節,突出的問題表象是“鋼結構住宅三板圍護系統;鋼結構防火、防腐、裝飾一體化技術;裸露鋼結構防護體系”三個方面。

工程建設技術環節,突出的表象是“鋼結構智能制造系統;全壽命周期的設計、施工、生產一體化技術;標準化、信息化、工業化融合技術;鋼材標準和工程標準與國際對接”四個方面。

三是市場與管理瓶頸的表象。市場與管理瓶頸主要存在于企業、市場和監管環節。

企業環節突出的表象是“鋼材和鋼結構產品結構不合理,低端產品產能過剩;生產效率和效益低下;資金壓力和金融風險大;鋼材、涂裝、焊接質量亟待提高”四個方面。

市場環節突出的表象存在于鋼結構住宅市場、中小跨度橋梁市場、海外鋼結構市場以及海洋工程、軍工工程和農業工程市場。

監管環節突出的表象在“鋼結構制造行業定位與許可;鋼結構產品質量監管與認證以及產業化政策、法規、規范體系”三個方面。

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