建筑鋼結構工程管理中的設計圖深化及制品表面處理

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1 問題的提出

實踐表明，在建筑鋼結構工程實施中，鋼結構工程的設計圖深化及鋼結構制品涂裝前的表面處理是不太容易引起重視但又對整個工程產生重要影響的2 個環(huán)節(jié)[1]。一旦處理不當，遺留下來的問題，由于是延后才能顯露的，不僅處理起來十分不易，而且將嚴重影響使用質量和建筑壽命，所以必須引起足夠的重視[2-4]。筆者以前曾參與巴西阿斯米納斯1 350 m3高爐及50 孔焦爐鋼結構、突尼斯輸油管線結構的供貨及服務項目，本文在總結經驗的基礎上，對鋼結構工程管理中的設計圖深化及制品表面處理這2 個環(huán)節(jié)進行詳細分析，并提出問題的解決方法和管理措施。

2 鋼結構施工圖深化設計管理

2.1 鋼結構設計圖與施工詳圖的區(qū)別

1983年國家所頒布的《鋼結構施工驗收規(guī)范》（GBJ 205—1983）中明確規(guī)定：鋼結構施工設計分2 個階段出圖，并分別定義為“設計圖”及“施工圖”；前者由設計單位實施完成，后者以前者為依據(jù)，由鋼結構工程承攬單位組織進行深化設計完成，并直接作為鋼結構工程加工與安裝的依據(jù)。由此可見，依據(jù)設計圖進行深化設計是鋼結構工程實施過程中必須要實施的一項重要工作。

《鋼結構施工驗收規(guī)范》中所定義的施工圖，即是鋼結構深化設計的成果。鋼結構設計圖是設計單位從滿足建筑物功能要求出發(fā)進行的結構設計，主要考慮的是滿足設計方案、建筑外觀、使用功能、結構強度等方面的要求，所給出的設計圖紙一般來講都不能直接交由作業(yè)工人用于工程施工。所謂深化設計，主要是從指導施工的角度出發(fā)，基于設計圖所針對不同的構件作出具象化的圖繪，并將每一個構件在詳圖上表達清楚，給出構件標號、構件清單及材料表等實物操作所需要的信息，解決施工過程中可能遇到的一些具體問題，以及可能存在于設計圖中的錯誤。概括地來講，鋼結構設計圖對工程施工來講是指導性的，而鋼結構施工圖則是具有可操作性的。

2.2 鋼結構深化設計重要性

從滿足按圖施工的要求來講，設計圖一般很難滿足“工人看得懂、做得到”的需要，無論設計單位將設計做得多么的深入，都不可能細致到給出每一個構建詳圖的效果。從客觀上講，工程承攬單位組織進行鋼結構設計圖深化設計這一環(huán)節(jié)是難以省免的。另外，從順暢組織施工、提高勞動效率、保證作業(yè)流水不致因設計問題中途停頓的角度來看，忠實于設計圖而又充分地消除了設計圖中錯誤的施工圖是不可或缺的。再從節(jié)約成本、合理規(guī)劃材料的投放使用角度來看，進行深化設計就更是必不可少的工作。因為在實際中，大多數(shù)鋼結構設計圖安全系數(shù)的確定都趨于保守，而且所選用的材料幾乎都來源于手冊的查找，而實際的材料采購卻不像在手冊上選擇那么容易和得心應手。所以，基于成本原則和市場供應方便的施工圖，既滿足了設計對安全和建筑規(guī)則的追求，又可以合理地降低實際成本支出，同時還解決了材料采購的時間耗費，確實是一件一舉多得的工作。

2.3 鋼結構深化設計步驟[5-8]

（a） 深化設計準備。開展鋼結構深化設計前，必須熟悉設計圖紙，并聯(lián)系工程技術人員和材料采購人員，了解工程實況和材料采購的可行性，歸集整理圖紙自審過程中存疑的問題，準備好問題清單和需要變更的材料明細表。

（b）在熟悉設計圖的基礎上聯(lián)系設計人員進行設計圖會審。在這一過程中，應重在與設計人員溝通設計理念、明了設計意圖，同時對設計圖中不明確的地方提出疑問和看法，在探討的基礎上達成共識并找出合理的解決辦法。這一過程極為重要，所有關于設計修改和材料替代的提議是必須得到原設計人員的理解和支持，否則，深化設計人員是無權擅自修改的，基于實際需要的施工圖也就無從談起。

（c） 建立結構模型并會同技術人員一起解決設計與施工相結合的問題。諸如根據(jù)工廠條件和施工需要所提出的材料排版、結構分拆、構件分段、運輸尺寸及質量確定、施工次序、吊裝能力、安裝操作空間等一系列的涉及到制作可行性和施工便利的問題都必須在這一階段得到落實和有效的解決。

（d） 施工詳圖設計、審核、出圖并進行有效的管理。深化設計后的施工詳圖是否需要經由設計人員再審核，取決于設計單位和業(yè)主方的要求，在施工詳圖發(fā)到施工人員手中之前，一定要將這一要求弄清楚并落實好，以避免不必要的麻煩。

目前，鋼結構施工詳圖深化設計時，較為普遍的做法是采用XSTEEL（Tekla Structures）建模、PKPM輔助設計、CAD出詳圖。

2.4 鋼結構深化設計需要注意的幾個問題

鋼結構設計圖深化設計主要應達到兩個目的：其一，滿足工人按圖施工的施工要求，這是鋼結構施工圖應實現(xiàn)的最基本的目的；其二，要達成順暢施工、降低成本。前者是有標準可依的，這就是鋼結構設計的相關規(guī)定和標準。而后者，盡管相關的工作已開展了多年，但并沒有一個統(tǒng)一的標準來衡量，這主要是因為所要達成的目標難以量化，而且也因人因事而異。根據(jù)以往實踐及經驗總結，以下問題需要引起設計與管理人員注意：

（a） 深化設計人員對原設計的理解和把握是出一版高質量施工圖的基礎。在追求做大做強規(guī)模的當代，設計單位大量起用新人，有很多設計人員甚至連施工現(xiàn)場都很少光顧，就更別提了解和把握國內材料市場的動態(tài)行情了。因此，在不甚了解工程建設規(guī)律的情況下作出來的鋼結構設計圖難免會存在一些不切實際的地方。這就要求深化設計人員不僅要具有一定的設計理論知識，同時也要有結合工程施工的基礎和能力。否則，費時費力弄出來的施工圖漏洞百出；既難以起到指導施工的作用，又從另一個方面加重了工程成本的負擔。如果不得不重新再做一次，更會導致工程建設工期拖延。這種情況一定要盡量避免。

（b）深化設計人員與項目技術人員的緊密結合是保證施工圖能真正用于工程施工的前提。因為深化設計人員再怎么了解施工過程也不如工程項目技術人員對施工過程的熟悉和理解，一旦畫在圖上了，工人們就只能是照圖施工，屆時再要想修改就會很難，有些問題甚至木已成舟，根本就無法改過來。因此，在施工圖出圖前，所有涉及到影響工程施工的事情，哪怕看似細微，也必須在深化設計人員和項目技術人員的討論和協(xié)商中得以提出和解決。譬如：構件長度和質量的限制、鍍鋅構件的鋅流通道、扭力扳手的操作空間等等，諸如此類的問題一旦被疏忽，后續(xù)的麻煩就不是一點點了；當然，工程成本的支出也就會因此而增加。

（c） 鋼結構模型的建立對解決問題有事半功倍的作用。通常說來，如果只是單純地出一版鋼結構施工圖，只需在CAD軟件支持下生成平面圖就解決問題了，根本用不著建立項目鋼結構的三維模型。但是CAD技術下形成的施工圖難以解決設計圖中存在的諸如空間碰撞、施工操作空間不夠、構件分段不準確等問題。一個大型建筑物鋼結構工程的設計，構件成千上萬，要想讓設計人員一點紕漏都不出是不可能的，深化設計人員有責任將這些紕漏一一找出來并在生成施工圖時就處理掉，否則一旦構件被加工制作好了，到了施工現(xiàn)場，任何細微的不合適，都有可能導致工期延誤甚至重大事情的發(fā)生，這都是工程成本難以承受的。而鋼結構模型的建立不僅可以很自然地消除碰撞和結構尺寸中發(fā)生的錯誤，而且還可以很直觀地在模型上規(guī)劃和解決許多靠空間想象難以確定的問題。時下，BIM技術方興未艾，設計單位可以提供結構模型的工程已逐年增多，這種趨勢倒是給設計院和鋼結構工程承攬單位提供了一次產生深度結合的機會，這樣，既可以節(jié)省深化設計建模的時間，有效地減少深化設計過程中的工作量，同時也減少了錯誤發(fā)生的概率。

（d） 通過深化設計合理降低工程成本。合適的深化設計是完全可以達到降低工程成本的目的的，這反映在隱性和顯性2 個方面。從隱性方面來看，合適的施工圖可以使加工和安裝工作量減少甚至消除因技術問題而引起的作業(yè)停滯，從而順暢施工流水、實現(xiàn)施工工期的安排。而顯性成本降低則主要表現(xiàn)在節(jié)約用材、合理排版減少浪費上，一個大型的鋼結構工程，動輒成千上萬噸鋼材耗費，通過深化設計，哪怕是有1%的鋼材節(jié)省都會是一筆不小的資金節(jié)約。當然，要實現(xiàn)這一點，需要相關人員找出足夠的理由去說服設計人員接受修改意見。

3 鋼結構制品的表面處理

3.1 國家對鋼結構制品表面處理的規(guī)定

鋼結構表面處理的方法有溶劑清洗、手工除銹、機械處理、噴砂處理、火焰噴射處理、化學處理、電化學處理等。對于鋼結構來說，最常用的是噴丸或噴砂處理，只有極少數(shù)構件會使用化學或電化學處理方法。經表面處理后的材料或構件，其基材表面應干凈、無污染、暴露出基材本色，達到良好的浸潤、膠合、附著效果。對此，國家標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T 8923.2—2008） 中給出了未涂裝過的鋼材表面原始銹蝕程度的銹蝕等級和鋼鐵表面除銹標準質量等級，將除銹標準質量等級劃分為Sa1、 Sa2 、Sa2.5 、Sa3四級。就建筑鋼結構制品而言，需要涂裝的表面除銹等級應在Sa2.5以上。

3.2 表面處理的現(xiàn)實方法

從實踐的效果來看，比較實用的表面處理方法是進行2 次處理：第一次是在原材料進入加工工序前進行的原材料表面處理；第二次是在構件加工完了后涂裝開始前進行的表面整體處理。第一次的處理看似簡單，實則非常重要，尤其是其處理效果不能馬虎，非得讓母材表面顯現(xiàn)出金屬光澤不可，否則，不僅會給第二次處理造成時間上的浪費，而且，即使第二次處理花費再多的氣力，效果也未見得能達到要求。第二次處理的功用主要在于去除加工過程中產生的油污、焊渣、浮銹、毛刺及加工應力。

如果構件或涂料對制品表面的除銹質量要求嚴格，第一次表面處理后，最好能及時進行基底防銹預處理。構件第二次表面處理后距表面涂裝操作的時間應盡可能的短，這樣才能避免因表面處理的效果弱化而留下隱患。實踐證明，在嚴格的處理工藝下形成的涂層結合比較致密、牢固，涂層保持時間相對長久。

3.3 鋼結構制品表面處理應注意的幾個問題

（a） 鋼結構表面處理工藝、設備和材料的選用決定了表面處理的效果。無論是采用噴丸處理還是噴砂處理，所采用的噴射設備和材料（鋼丸或黃砂）對表面處理的效果影響極大，選用較好的設備及合適的材料雖然在一次性的成本投入上有所加大，但是相對于產生次品后再重新回爐處理的損失來說，注重選用較好設備及合格材料所得到的長久效益還是相對合算的。只是，投入是現(xiàn)時的事情，而出現(xiàn)事故是或然和以后的事情，人們常常比較看重時下而忽視了將來可能發(fā)生的損失，因此很容易犯下因小失大的錯誤。要避免這些錯誤的發(fā)生，就需要決策者有前瞻的眼光、勇氣和大智慧。

（b）及時檢查處理效果，及早發(fā)現(xiàn)問題。一般來講，第一次表面處理通常都采用噴丸工藝，第二次表面處理則采用噴砂工藝。表面處理是否達到了所要求的效果，不能僅憑大致的感覺，必須通過實時檢查來核實效果并發(fā)現(xiàn)問題、及時處理問題。在實際操作中，由于噴丸處理是半自動操作的流水作業(yè)，即時檢查這一工作很不容易到位，常常將問題留到了第二次的處理中，導致處理起來費時又費力。所以，在第一次表面處理后，就應當將母材表面存在的重皮、疊層、裂縫、夾渣等缺陷充分暴露出來并使母材露出金屬光澤。第二次表面處理在于去除加工過程中產生的浮銹、焊渣、毛刺等，尤其是應當檢查焊縫及熱影響區(qū)是否產生有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

（c）環(huán)境保護和職工身體健康很重要。無論是噴砂還是噴丸，尤其是噴砂工藝，粉塵的產生和擴散難以避免，由于其中含有鐵銹，其粉塵是有毒的。盡管噴丸設備和噴砂場地一般都會配套有粉塵處理設施，但是，在當下，幾乎所有表面處理場地都沒有很好地解決粉塵逸出和擴散問題。特別是噴砂場地，操作工人就工作在粉塵飛揚的空間里，如果沒有很好的隔離設施不可能避免粉塵的侵蝕。因此，選用好的設備，做好環(huán)保工作，讓每一個操作工人盡可能地少受甚至避免粉塵污染，確保操作工人的身體健康，是每一個負責任的管理者應當妥善處理好的問題。

4 結語

建筑鋼結構工程的管理涉及到諸多的行業(yè)和環(huán)節(jié)，每一個行業(yè)和環(huán)節(jié)都有其固有的規(guī)律和存在的問題可以總結。設計深化和制品表面處理這2 個環(huán)節(jié)看似簡單，實則不易，不僅事關鋼結構工程成本，而且影響質量，需要引起足夠的重視。本文是鋼結構工程實施管理過程中有關深化設計和鋼結構制品表面處理2 個環(huán)節(jié)務實操作中的一些心得和體會，可供同行參考。