近20年来，我国建筑业的发展取得了巨大成就，在数量和质量上都有了飞速进步，但新时期建筑业的发展形势也产生了深刻变化，建筑业已从总量短缺转为结构性供给不足，进入结构优化和品质提升的发展阶段。人民群众对建筑要求从“有没有”转向“好不好”，期盼拥有更舒适、健康、安全的居住和工作环境、更便捷高效的市政公共服务设施和更优美宜人的城乡环境，建筑业的发展站到了新的历史起点上，亟须通过科技创新赋能建筑业的发展。
山东省冶金设计院股份有限公司（以下简称山冶设计）是国内较早涉足钢结构建筑领域的工程技术公司，近20年来一直从事钢结构建筑的咨询、设计和施工图优化，以及钢结构建筑新技术研发、成果转化推广应用工作；参与了“H型钢钢结构节能住宅建筑体系研究与应用”“钢结构体系内外墙板、楼屋面板制造应用技术”等国家课题研究；参与了“钢结构设计规范”“钢结构绿色节能住宅建筑体系技术导则”等多项国家钢结构设计和施工规范、规程的编制工作，并且致力于装配式钢结构建筑的研究和应用，将装配式建造理念引入冶金项目中，具有较强的钢结构建筑设计实力和丰富的实战经验。山冶设计始终坚持“敬业务实、精益求精、勇于创新”的精神，以专注的态度成就专业服务、造就高品质作品、铸就钢结构品牌，致力于为客户提供卓越的设计产品。
未来高品质建筑是以新一代材料、机械、电子信息等领域前沿技术为驱动，契合模块化设计、智能生产、绿色建造、装配式装修、超低能耗运行等未来场景的建筑。
装配式钢结构建筑是以工业化的钢结构骨架为基础，以工业化的围护、内装和设备管线部品部件为支撑，将工业化部品部件通过模数协调、模块组合、接口连接、节点构造和施工工法等集成装配而成的，具有健康低碳、智慧生活、韧性防灾等特点的建筑。与传统的砖混和钢筋混凝土结构建筑相比，装配式钢结构建筑是一种最符合工业化、数字化、绿色化的建筑形式。发展装配式钢结构建筑有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新质生产力、化解过剩产能，并缓解建筑材料、用工供需不平衡等矛盾。
把握形势
装配式钢结构建筑是未来建筑发展的大趋势
装配式钢结构建筑具有“轻、快、好、省”的四大优势。所谓“轻”是指钢结构材料强度高、承载力强、构件截面小、自重轻，运输不受服务区域限制，便于现场安装；“快”是指钢构件在工厂通过智能制造，能够大批量生产，工业化程度高；采用工厂工业化智能制造、工地绿色装配建造，可免支脚手架和模板，能够有效地缩短工期，在抗震防灾、疫情防控中都表现出了极大的优势，同时，也为发挥投资的经济效益、降低综合造价创造了条件；“好”是指原材料力学性能好、可靠性高，结构抗震韧性好，易于拆卸，与新技术适应性好；“省”是指与钢筋混凝土结构相比，可减少建筑垃圾，钢材可回收利用，残值高，全生命周期综合成本低。
《“十四五”建筑业发展规划》提出，到2035年全面实现建筑工业化。建筑工业化的内涵是要求部品部件工厂工业化流水线生产、现场绿色装配安装，将制造业部品部件的标准化、规格化、通用化和装配化概念引入建筑行业，把建筑变成工业化产品。
但建筑业要实现“像造汽车一样造房子”并不容易。从建筑本身看，由于人民对美好生活的向往和差异化的需求，建筑产品个性化特征比较明显，所以建筑不像汽车那样能够做到标准化和通用化，建筑工业化要比汽车工业化更难。工业化建造的特征是标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，其核心是部品部件的工业化生产，因此，建筑业要实现“像造汽车一样造房子”，必须大力发展装配式钢结构建筑，做到标准化、规格化和通用化，这是2035年全面实现建筑工业化的必然。
从产品全生命周期看，装配式钢结构建筑是一种节能环保、可循环利用的建筑形式。据中国工程院《钢结构住宅产业化咨询研究》报告数据，每平方米钢结构建筑比钢筋混凝土建筑在生产施工过程中可减少能耗12%、减少二氧化碳排放15%、减少固体废弃物51%。在碳中和目标的驱动下，建筑业低碳化将成为必然趋势，装配式钢结构建筑施工高效率、控制高精度、安装高灵活性、材料可回收利用，同时，围护、管线、设备、内装等装配率可达90%以上，都将利于减碳。因此，装配式钢结构建筑是建筑业实现国家“双碳”目标的必由之路。
装配式钢结构建筑具有其他建筑无法比拟的“轻、快、好、省”的优势，是未来建筑发展的必然趋势。发展装配式钢结构建筑是建筑业向工业化、数字化、绿色化转型的要求，是建筑业实现国家“双碳”目标的重要途径，同时也是钢铁行业优化建筑用钢消费结构、适应绿色低碳发展要求的重要举措。
转变观念
推动装配式钢结构建筑厚积成势
要推进装配式钢结构建筑高质量发展，必须转变观念，以未来工业化生产的高品质绿色建筑为目标。
传统的设计流程是从方案、施工图设计开始，然后根据施工图对部品部件进行拆分，再进行部品部件加工制作和安装。由于方案设计不考虑部品部件的工业化生产，这样会导致部品部件规格多，无法做到标准化和规格化，更谈不上通用化，以至于工厂生产效率低，无法做到工业化生产。因此，设计应该转变观念，应先进行功能模块化单元设计，形成多样性的设计方案，体现出建筑的灵活多样性，再进行标准的部品部件设计，力争做到部品部件的规格化和通用化，最后设计施工图。这样设计出来的部品部件规格少、通用化程度高，可进行大批量的工业化生产，从而提高生产效率、降低成本。在此基础上进一步发展可以形成标准体系，对于通用的部品部件可实现无订单生产，从而进一步提高生产效率。
山冶设计所设计的永峰智慧建筑和机械制造园区项目突破了传统先施工图纸再拆分的设计理念，做到了部品部件的标准化、规格化和通用化，为部品部件工业化生产奠定了基础。因此，在设计上必须摒弃“先建筑、再结构、无建造”的传统设计理念，应以“终”为“始”，转变设计观念，在建筑设计及功能布局时应充分考虑主体钢结构及配套围护、内墙、管线系统的集成设计和建造，以满足工业化生产的要求。
主体采用钢结构的建筑并不一定是装配式钢结构建筑。装配式钢结构建筑是将工业化部品部件通过模数协调、模块组合、接口连接、节点构造和施工工法等集成装配而成的建筑。这里的核心是钢结构的部品部件是否符合“工业化”的特征。只有把钢结构做到构件规格、连接节点种类少，且连接节点不影响墙体等非结构部品部件安装，能为非结构部品部件提供统一的安装平台，减少非结构部品部件种类和规格，最终实现主体结构、围护系统、内墙系统、设备管线系统的统一协调，为建筑全产业链实现工业化生产提供必要条件，这样的钢结构才是真正意义上的装配式钢结构建筑。
山冶设计所设计的郑州紫荆网络信息安全科技园公寓楼项目的地下室和地上主体结构均采用方钢管混凝土框架—偏心支撑结构体系，在主体钢结构设计时就尽量减少框架梁柱的规格，统一连接节点。梁柱截面仅调整钢板厚度、不调整梁柱外轮廓尺寸，连接节点不采用端部局部加宽和贴板的加强措施，将梁柱规格控制在3种～4种，并统一采用一种连接节点。该项目首次采用UHPC（超高性能混凝土）外墙挂板，整体装配率达80%以上。
装配式钢结构建筑的设计应摒弃“重结构、轻建筑、无内装”的设计理念，建筑户型设计及功能布局应与主体钢结构抗侧力构件协同设置，统一柱网尺寸，以结构布置为基础，在满足建筑功能的前提下优化钢结构构件布置，满足工业化内装所提倡的大空间布置要求。以工业化围护和内装部品为支撑，通过内装设计隐藏室内的梁、柱、支撑，满足安全、耐久、防火、保温和隔声等性能要求。实现主体钢结构、围护、设备管线和内装四大系统协同设计。
山冶设计所设计的河南省新乡东方广场（三期）高层装配式钢结构住宅项目，主体结构创新性地采用了钢框架—钢板组合剪力墙结构体系，施工浇筑混凝土时可免支模，符合装配式钢结构建筑的建造理念。该项设计通过调整梁宽，做到了框架梁不外露，在卫生间等部位通过折板等措施取消了钢次梁，避免了钢次梁外露对建筑使用功能的影响。该项目还集成了免拆底模钢筋桁架楼承板、带饰面轻质外墙板、一体化装饰内墙板、装配式架空地板、装配式厨卫系统、智能配电系统等先进装配式建筑技术，装配率达80%以上。
山冶设计大力发展模块化钢结构建筑。随着城市一部分的建筑使用年限超过设计工作年限，城市危旧楼房问题愈发突出，逐渐暴露出结构老化、设施陈旧、安全隐患严重等问题。这不仅影响了城市的整体形象，还对居民的生活安全构成了严重威胁。近几年来，老旧小区改造实行“原拆原建”备受重视，将老旧小区的建筑物整体拆除，然后根据现代化的标准重新建设。模块化钢结构建筑具有高度集成、工业化制造、快速建造、可拆移周转、可延伸扩展等特性，更加体现了工业化绿色建造的优势。采用钢结构模块化建筑可以很好地解决城市更新中“原拆原建”的难题，钢结构模块可在工厂进行工业化制造，现场装配安装，建造周期短，对周围居民生活影响小，并且通过数字孪生、智能建造技术的应用使施工过程更高效、精准，提高了建筑的质量和安全性，可大大减少建筑垃圾排放和材料浪费。
山冶设计一直在进行钢结构模块化建筑的设计和研发，针对多层公寓开发了框架结构、框架支撑结构等形式的模块化叠合箱体，为像“搭积木”一样建房子，研发了叠合箱体全螺栓装配的连接节点，真正实现建筑的工业化制造、快速装配建造。
山冶设计推动装配式钢结构建筑在工业园区中的应用。工业园区的多层工业建筑使用功能单一，主要是竖向交通和生产区域，便于实现钢结构的模块化和通用化，并且多层工业建筑要求层高较高、跨度大，采用钢结构可以避免传统钢筋混凝土结构的高支模施工周期长、难度大、费用高等问题，并且钢结构更适合大跨度结构。由此可见，工业园区的多层工业建筑具有采用装配式钢结构的先天条件。可在此基础上再融合和有效利用再生能源，全面推行超低能耗、近零能耗和零能耗产业园区。
山冶设计所设计的济南时代未来科技城项目，是用于检验检测设备生产的多层工业建筑，在整体规划设计时对竖向交通区域和生产区域进行了功能模块化设计，通过少规格、多组合形成了整体统一又不失多样性的风格，做到了柱网统一、平面功能布局可任意规格化拓展，以满足客户的多样性需求。主体钢结构采用钢管混凝土柱、热轧H型钢梁，并根据框架梁的受力不同调整柱牛腿截面板厚，将梁截面统一到一个高度，将柱统一到一个外轮廓尺寸，为配套的非结构部品部件提供了统一安装平台。为了避免钢结构和基础施工干涉，创造性地采用了插入式杯口柱脚，更便于现场施工。
山冶设计将装配式绿色建造理念拓展到工业建（构）筑物中。山冶设计将民用建筑装配式建造的理念应用于工业建筑，提出了一种适用于工业化、标准化的模块化装配式钢结构网格冷却塔。该装配式钢结构冷却塔自重轻、安装简单、精度高、施工速度快、综合造价低，便于实现标准化设计、工业化生产和装配化施工，解决了现浇混凝土施工难度大、受季节限制的问题，拓展了装配式建筑的应用范围，填补了装配式钢结构在工业构筑物方面的空白。
山冶设计针对钢筋混凝土筒仓和钢结构筒仓在施工、使用上存在的问题，提出了一种模块化装配式钢板混凝土组合筒仓，利用两侧钢板作为现场混凝土浇筑的模板，将模板和结构构件合二为一，充分发挥了钢结构和混凝土的优势，有效规避了钢结构和混凝土的缺点，并且模块可实现标准化和通用化，符合建筑工业化生产、绿色装配式建造的理念。
转变传统设计与施工分离的承发包模式，采用EPC工程总承包模式。EPC工程总承包管理模式是推进装配式建筑一体化、全过程、系统性管理的重要途径，能够整合产业链上下游的分工，解决工程建设切块分割、碎片化管理问题，将工程建设的全过程联结为一体化的完整产业链，以实现资源的优化配置。
山冶设计依托山钢集团，联合山钢地产、莱钢绿建、莱钢鲁碧等山钢企业，通过资金、产品研发、地产开发、设计、钢结构加工和安装、装配式装修全产业链集成，通过标准化、规格化和通用化设计，以及规模化定尺生产，提高生产效率，降低生产和建造成本，从而体现出产业链集聚效应。
技术创新
为装配式钢结构建筑高质量发展赋能
建筑业工业化本身就是一场从设计、加工、安装到运维等全过程的技术革新，面对新问题，必须具有创新思维，才能从根本性解决问题，不断进行技术创新，为建筑业高质量发展赋能。
山冶设计先后参与了多项国家钢结构设计和施工规范、规程的编制工作；先后设计了常州鸿联公寓、青岛华阳慧谷、济南凯旋新城、芜湖双翼花园等住宅和办公楼、济南时代未来城等钢结构建筑；曾荣获山东省科技进步奖一等奖1项，国家钢结构科技进步奖二等奖1项，省部级优秀工程设计一等奖6项、二等奖10余项。
为解决钢板组合剪力墙的装配式施工、预制楼梯与钢结构安装偏差以及柱脚埋置深度过大等问题，山冶设计提出的一种腔体贯通式钢板组合剪力墙，避免了现场竖向拼接焊缝，同时便于浇筑混凝土，降低了施工难度，较好地解决了钢板组合剪力墙的加工和安装问题；提出的混凝土预制楼梯与钢梁装配连接节点，实现了3个方向自由调节，有效解决了现场施工偏差带来的安装问题；提出的一种倒置埋入式钢柱柱脚构造简单、受力明确、节点刚度大，能够有效减少基坑开挖深度和降水需要，缩短基础施工工期和降低基础施工成本。
为推动装配式钢结构建筑的发展，山冶设计于2019年针对高层建筑提出了“隐梁装配式钢结构建筑集成体系研发”项目。该集成体系以建筑功能为核心，以结构布置为基础，以工业化的围护、内装和设备管线部件为支撑，实现了主体钢结构系统、外围护系统、设备管线系统、内装系统协同，将钢梁隐藏于楼板或墙体内，避免钢结构外露对使用功能的影响，并有效满足了钢结构防腐、防火的要求，同时还发挥出了装配式钢结构建筑在大空间灵活分隔方面的优势。
同时，山冶设计针对低层建筑提出了“装配式农村被动式房屋体系研发”项目，并提出了可标准化设计、工业化生产、全装配化施工的一种榫卯与螺栓混合装配式钢结构梁柱节点，实现了梁柱刚性连接，且安装工艺简单、安全可靠；现场无焊接，施工速度快，可显著降低人工费和运输成本，更适用于装配式建造。
未来，随着建筑业工业化、数字化、绿色化转型的持续深入，模块化设计、智能生产、绿色建造、装配式装修、运行超低能耗，将是装配式钢结构建筑的发展趋势。山冶设计以“终”为“始”，激发以技术创新为特征、以满足部品部件工业化生产为核心、以生产工业化高品质绿色产品为目标的发展新动能，为发展建筑业新质生产力蓄势赋能，全面推进建筑工业化进程，助力实现“双碳”目标。
