对我国钢结构发展的思考(上)

对我国钢结构发展的思考(上)

  作者系中国钢结构协会会长、国家钢结构工程技术研究中心主任岳清瑞,本文回顾了我国钢结构的发展历程、梳理了限制钢结构发展的瓶颈、提出了促进钢结构发展的对策以及制定推进钢结构发展的路线,对促进我国钢结构市场的发展、推进绿色建筑、促进传统建筑业产业升级具有较强的现实意义。——编者

引言

      长期以来,我国建筑业一直是高资源消耗型和劳动力密集型产业,生产和建造过程粗放,资源浪费非常严重。在全面深化改革和新型城镇化建设总目标的要求下,建筑业的转型升级是必然的。


       钢结构行业是绿色、环保、可持续发展的新兴产业,是钢材主要的用户之一。钢结构建筑占比是衡量一个国家现代化程度的重要指标,因此,推广钢结构对于我国推进绿色建筑和建筑工业化、促进传统建筑业产业升级和提升土木工程科技水平不仅具有重要意义,并且对于化解钢铁产能过剩矛盾、促进钢铁企业产业结构调整和升级也具有积极作用。


       我国钢产量已经20多年保持世界第一,钢结构的整体技术已处于国际水平,产业规模全球第一,具有巨大的国内外市场潜力。在大型公共建筑(体育场馆、影剧院、机场航站楼、高铁站站房)、超高层建筑(高度100米以上)、大跨度桥梁(跨度200米以上)、工业厂房、大型市场、仓储等建筑中,钢结构的使用已经占有较高比例,但是在办公、商厦、住宅、学校、医院等房屋建筑中所占比例仅在6%左右,在桥梁中钢结构所占比例更不到1%。据统计,建筑领域钢结构用钢量仅占我国粗钢产量的5%左右,远低于发达国家20%~30%的水平。

发展回顾


第一,建国以来钢结构发展历程。

       根据我国钢材产量的变化情况,我国钢结构的发展历程大致可以分为四个阶段,如图1所示。这四个阶段国家对于发展钢结构的政策分别是节约钢材、限制使用、合理使用和大力推广使用。


       第一阶段为建国初期至20世纪60年代中期这一阶段以苏联援建项目为背景,我国钢结构的研究和应用开始起步发展。在此期间,我国第一本钢结构设计规范通过审查,建工部6个工业建筑设计院、冶金部6个钢铁设计院和22个冶金建设公司先后成立,钢结构技术队伍得以成长,技术水平有所提高,工业建筑和体育馆等大跨民用建筑也开始使用钢结构。但由于钢材匮乏,节约钢材是这一时期的国策。


       第二阶段为20世纪60年代中期到改革开放初期这一阶段受到10年文化大革命的影响,社会生产遭到极大破坏,钢材短缺,因而不得不限制建筑用钢,钢结构的利用与发展被限制。在此期间,我国钢结构工程严重减少;并且受文革期间教育萎缩的影响,钢结构人才骤减,钢结构规范的编制工作也受影响。值得庆幸的是,冷弯薄壁型钢结构、轻型钢屋架结构和大跨空间结构在此期间仍得到了发展。


       第三阶段为改革开放初期到20世纪90年代中后期在改革开放的大潮和以经济建设为中心的背景下,伴随着国外先进技术的引进,我国钢材产量稳步提升,建筑钢结构得到了飞速发展。钢结构的形式发展趋于多样化,包括单层门式刚架、厂房框架、轻钢结构、高层钢结构、空间结构、立体桁架结构等。我国钢材产量在1996年突破1亿吨,并且自2000年起稳居世界第一位置。


       第四阶段为20世纪90年代中后期至今随着我国钢材产量的快速增加,我国开始大力推广使用钢结构。2006年国家开始鼓励节能省地型绿色建筑,并鼓励建筑工业化的发展和新型建筑结构系统的开发。钢结构具有能耗及环境排放量少、绿色施工等优点,且可以再生利用、减少建筑垃圾排放,是符合循环经济特征的节能环保绿色建筑,因而得到了推广应用。


       “十二五”期间,由于我国钢材产量增加过快,钢材出现了比较严重的产能过剩;我国虽然已经是钢结构大国,但从世界第二大经济体和占世界钢产量一半的钢铁大国的角度来看,我国钢结构的发展仍然十分滞后,“十二五”期间钢结构用钢量占钢产量的比例徘徊在5%~6%,在量大面广的住宅建筑和中小跨度桥梁中,钢结构所占比例还不到1%,远远低于发达国家的水平。由此可见,我国钢结构的发展空间巨大。


 第二,主要发展成就。

       经过数十年发展,我国钢结构的发展取得了巨大成就。目前,我国已经成为钢铁生产大国,2015年钢产量突破8亿吨,钢结构产量5000万吨,钢材累积量突破70亿吨,千吨规模以上的钢结构制造企业超过3000家,专项施工资质企业突破1万家。2007年~2015年,我国钢结构产量保持了年平均增长率15%以上的速度,已经成为名副其实的钢结构大国。


       我国也成功建设了一批具有世界领先水平的钢结构标志性工程,包括超高层钢结构(上海中心、广州塔、中国尊等)、大跨度钢结构(国家体育场、水立方等)、大跨度钢结构桥梁(苏通长江大桥、杭州湾跨海大桥等)和大型工业厂房等。


       此外,我国也建立起较完善的科研与教育系统、企业、政府机构和社会组织相结合的技术创新体系,形成了较完整的技术体系链条,涵盖产品制品、技术研发、标准规范、设计、施工、验收、检测鉴定、加固改造、拆除和资源再生利用整个产业链。


       随着人口老龄化和劳动力成本的上升,以及提升工程质量、绿色施工和建筑产业升级的推进,建筑工业化的发展和推广势在必行。钢结构的工厂加工、现场拼接施工特点本身就符合建筑工业化的基本要求,并且钢结构也更加符合节能减排和绿色建筑的发展趋势,而且钢结构轻质高强,力学性能好,延性高,耗能能力强,综合结构性能优秀。因此,目前社会已经达成了基本共识,钢结构是建筑工业化的重要形式和发展方向,这一共识将十分有利于化解我国钢材产能过剩的困难局面。


第三,技术成果积累。


       在钢结构研究、设计、施工、材料等各个环节,我国也已经积累了一定技术成果。“十一五”和“十二五”期间,与钢结构相关的科技支撑计划和国家863计划项目课题共有18个,但是属于钢结构领域的重大项目仅有2项,国家在钢结构科研方面的投入有待提升。


       截至目前,我国共有3900余家机构和个人申请钢结构专利,获批专利数量19300余件。值得关注的是,钢结构专利数量相对较多,但是转化率却较低,与工程结合不够紧密。


       从2000年至今,钢结构共获得国家级工法授权214项,大约占国家授权工法总数的8.5%。近年来,钢结构工法授权数量占比稳步提升,其中2014年的比值已经接近12%,这表明我国钢结构工程建设仍处于蓬勃发展阶段。


       2000年至今,钢结构领域共获得国家科技发明一等奖1项,国家科技进步一等奖11项,国家科技发明二等奖4项,国家科技进步二等奖62项。但是,获奖项目以钢材产品和制品为主,真正属于钢结构工程技术的奖项数量并不多。


 第四,专业人员。


       经过多年的人才培养,我国也积累了一批具备从事钢结构设计能力的工程师。目前,我国共有设计院1.9万余家(甲级2980家,乙级 3559 家,丙级3471 家,专项资质9000家),注册结构工程师34660人(一级27664人,二级6996人),据不完全估算,从事结构设计的工程师约30万人。但是,其中有经验从事钢结构设计的工程人员仅1.5万余人,占比约为5%。有潜力从事钢结构设计的工程人员仅3万余人,占比约为10%。钢结构专业工程设计人才仍十分紧缺。

主要瓶颈问题

 第一,瓶颈问题梳理。


       回顾我国钢结构发展历程,目前制约我国钢结构发展和推广的问题有两大类,分别是人员与技术层面瓶颈问题、市场与监管层面瓶颈问题。这两大类问题广泛存在于技术研发环节、工程化应用环节和产业化推广环节。


       一是在技术研发环节。在人员与技术层面,突出问题表现为“高性能结构体系与高性能钢材应用瓶颈;钢结构建筑围护体系,特别是住宅三板体系瓶颈;防火、防腐性能,特别是涂层耐久性瓶颈”三个方面。


在市场与监管层面,突出问题表现在“钢材标准与国际不接轨,国际间设计规范之间的转换缺失;钢结构抗震设计及产业化标准体系亟须改革完善;缺乏技术创新和成果转化的市场平台”三个方面。


       二是在工程化应用环节。在人员与技术层面,突出问题表现在“钢结构专业技术人才缺乏,特别是专业设计人员;全寿命周期的设计、施工、生产一体化技术有待建立;钢结构标准化、工业化、信息化融合技术欠缺”三个方面。


       在市场与监管层面,突出问题表现在“钢结构产业结构不合理,行业定位模糊;钢结构质量监督与产品认证的力度不够;设计、施工、生产脱节,效率和效益普遍较低”三个方面。


       三是在产业化推广环节。在人员与技术层面,突出的瓶颈问题存在于“钢结构住宅体系和围护体系;中小跨度桥梁结构与养护系统;室外裸露钢结构与海洋结构防护;国标钢材与国外标准代换设计”四个方面。


       在市场与监管层面,突出问题表现在“全产业链的优化分工与利益分配机制尚未建立;产业化政策、法规、规范体系还不健全;行业监督不到位,恶性竞争导致质量参差不齐”三个方面。


第二,瓶颈问题归纳。


       通过对以上三大环节存在的问题进行梳理,得到“人员瓶颈的表象、技术瓶颈的表象、市场和监管瓶颈的表象”的结论。


       一是人员瓶颈的表象。人员瓶颈主要存在于设计院、钢构企业和监管部门。


       目前国内设计院里钢结构专业设计院(室)极少,高水平专业设计师奇缺,并且熟悉钢结构的结构总工、建筑师和设备师都十分缺乏。


       企业缺少具有国际工程经验的专业工程技术人员和经营人员,高水平的焊工和自动化设备技术人员稀缺,详图设计和BIM应用人员的技术水平偏低,产业化工程技术人员和产业工人紧缺。


       监管部门里专业的钢结构图纸审查人员不足,专业的钢结构监理人员和检测人员也不足。


       二是技术瓶颈的表象。技术瓶颈主要存在于钢材与结构体系、围护结构与配套技术、工程建设技术三大环节。


       钢材与结构体系环节,突出的表象是“缺乏安全、舒适、经济的高性能结构体系;缺乏相应的技术标准支撑高性能钢材应用;缺乏高性能组合桥梁结构体系”三个方面。


       围护结构与配套技术环节,突出的问题表象是“钢结构住宅三板围护系统;钢结构防火、防腐、装饰一体化技术;裸露钢结构防护体系”三个方面。


       工程建设技术环节,突出的表象是“钢结构智能制造系统;全寿命周期的设计、施工、生产一体化技术;标准化、信息化、工业化融合技术;钢材标准和工程标准与国际对接”四个方面。


       三是市场与管理瓶颈的表象。市场与管理瓶颈主要存在于企业、市场和监管环节。


       企业环节突出的表象是“钢材和钢结构产品结构不合理,低端产品产能过剩;生产效率和效益低下;资金压力和金融风险大;钢材、涂装、焊接质量亟待提高”四个方面。


       市场环节突出的表象存在于钢结构住宅市场、中小跨度桥梁市场、海外钢结构市场以及海洋工程、军工工程和农业工程市场。


       监管环节突出的表象在“钢结构制造行业定位与许可;钢结构产品质量监管与认证以及产业化政策、法规、规范体系”三个方面。(待续)


作者:岳清瑞

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