浅谈超大型特殊钢构件工程施工

　　摘要：随着工程技术的进步与发展，大型标志性公共设施为满足建筑风格或造型的需要，建筑大师们往往会采用大胆的设计，从而会产生特殊性的建筑结构。这些特殊性建筑结构通常是建筑工程施工的重点和难点，是工程施工所需要面临的重大挑战。本文以深港西部通道旅检大楼工程为实例，通过此工程中超大型变截面椭圆钢斜立柱工程策划与管理、质量控制的成功经验，提出了关于超大型特殊钢构件工程施工的几点建议。
　　关键词：工程施工，钢构件，特殊，超大型
　　一、工程简介
　　深港西部通道旅检大楼位于深圳市南山区后海湾，是深港西部通道口岸区的主体建筑和标志性建筑，总建筑面积约5.5万平方米。本工程是“十•五”国家重点建设计划——深港西部通道的重要组成部分，是庆祝香港回归十周年献礼项目，是迄今为止世界上规模最大的现代化、智能化陆路口岸。
　　深港西部通道旅检大楼建筑造型寓意为一只启航的船，该建筑造型是通过建筑顶部钢结构来实现的。旅检大楼建筑造型的关键之处是大楼北端的“船头”，是建筑造型的点晴之笔。
　　大楼北端“船头”的结构由两根变截面椭圆形钢斜立柱和三根箱形主钢梁（单件各重约100吨）组成的40米大悬挑结构支撑体系。相比而言，该结构中的变截面椭圆形钢斜立柱施工难度最大，是关键性、控制性项目。
　　二、工程策划与管理
　　变截面椭圆形钢斜立柱与地面成56°夹角，最大截面尺寸为φ2150×1750mm，最小截面尺寸为φ1000mm，长40米，单根重量约98吨，其材质为40mm厚Q345钢板，斜立柱外表装饰层为氟碳漆涂料。根据上述数据可知：
　　1、钢构件体积大、吨位重，为连续性变截面；
　　2、所用板材厚、材料强度较高；
　　3、成形后外观质量要求高；
　　4、安装三维定位精度要求高；
　　综合考虑到工程实施的实际情况，在受工程经济成本、工程进度时间，以及工程场地条件等因素限制下，此钢斜立柱施工的重难点体现在：
　　1、在保证质量的前提条件下，在可接受成本、可控时间内选择合适的加工制作工艺是项目成功的关键。
　　2、在受限于场地条件下选择安全、合理的安装工艺是项目成功的重要保障。
　　根据以上分析，针对工程特点实施了工程策划，建立了八大工程管理策略：
　　1、采取专业化施工策略：实施钢结构专业工程分包公开招标，选取具有钢结构工程专业一级承包资质的承包商承担施工任务；
　　2、建立三方审查机制：钢构件深化设计图、加工制作和安装工艺，以及生产制作厂家必须经业主方、监理方和设计方三方审核或现场考察确认；
　　3、启用专家评审机制：钢构件制作安装方案必须经专家评审会评审通过；
　　4、实施全过程监控方案：从原材料进场、钢构件下料加工直至安装完成全过程实行全过程、全方位监督检查；
　　5、采用计算机辅助设计技术：先建立钢斜立柱三维模型，经确认后据此模型为基础进行深化设计；
　　6、建立特殊工序模拟方案：在钢构件成形、斜立柱组装、现场对接焊接工位等特殊工序实施模拟施工演练方案；
　　7、建立关键工序开工许可机制：在关键工序如成形、焊接、组装、安装等节点设置施工开工申报审查，经确认许可后开始施工；
　　8、建立第三方检测机制：所有检验、试验和测量由独立、具有专业检测资格的第三方负责执行；
　　在工程实际实施过程中，根据工程策划建立的管理方略，取得了良好的管理效果，主要体现在如下四个方面：
　　1、经过全国公开招标，选择了具有一级钢结构专业施工资质的国内大型工程施工企业作为本工程施工专业分承包商，并通过三方审查机制选取了国内知名大型钢结构制作厂承担钢构件的工厂制作任务。依靠其良好的工程技术能力、丰富的工程管理经验、优势的工程资源为工程取得成功奠定了良好的基础。
　　2、通过三方审查机制、特殊工序模拟、专家评审等方法，经多次现场考察、反复比对评审后选取了“折管加工工艺＋焊接拼装工艺”（即铆焊组合工艺）作为斜立柱钢构件加工成型工艺，以及采取整体吊装的安装方案，确保了在工程质量、工程成本、工程进度时间周期等方面满足了工程要求，是工程取得圆满成功的根本保证。
　　3、通过计算机辅助设计、特殊工序模拟、专家评审等技术手段，设计出了准确、精细的钢构件工厂加工制作图纸；制订了安全、合理、完善的制作安装施工方案，为安全、高质量完成工程创造了良好的技术条件。
　　4、通过派驻厂监理工程师和第三方检测师、定期三方联合检查、现场巡检和旁站监理等措施实施了全过程、全方位的施工监控，并实施了关键工序许可制，确保构件制作和安装的质量满足了设计和规范要求。
　　三、工程质量控制
　　本工程超大变截面椭圆形钢斜立柱既是建筑结构的重要受力部件，同时也是建筑造型的重要装饰件，因此保证该钢构件的质量是各项管理工作的重中之重。在工程实际施工过程中，主要从三个大的方面入手实施了全过程、全方位的工程质量控制计划。
　　1、从工程质量管理角度：利用合理有效的组织措施、技术措施、经济措施和合同措施等管理措施，强化管理体系、提高管理效率和质量意识，以确保工程质量。主要采取的措施包括：
　　（1）组织措施：建立由专业监理工程师、设计方现场代表、施工方项目技术负责人、加工制作方项目技术负责人等人员组成的质量联合工作小组，工作小组负责处理与立柱质量相关事宜。同时考虑到加工成形工序和焊接工序是决定立柱质量的关键过程，因此在这两个工序设置了QC小组，其成员由技术员、质检员、工长、技术工人等人员组成，QC小组接受质量综合工作小组的监督和指导。通过这种组织安排，既能及时、高效协调并处理施工过程中存在的相关问题，同时可通过QC小组将各种控制措施和要求落实到具体的施工过程和关键性工序中。
　　（2）技术措施：首先采用计算机辅助设计按1:1比例创建立柱三维实况模型，以此为基础设计工厂加工图和放样图；其次在加工制作中采用了成熟的铆、焊组合工艺，有效地控制了加工制作质量风险；再次采用了成熟、高效的半自动CO2气体保护焊和埋孤自动焊接工艺，既提高了焊接一次性合格率，又能保持焊接质量的稳定性。在焊缝质量检测中，在外观检测合格基础上，采用了“超声波检测（UT）＋磁粉检测（MT）”组合式无损检测技术，从内到外让一切焊接质量缺陷无处可遁。以专家评审方式审查立柱吊装方案和立柱现场对接口模拟焊接试验验证现场焊接工艺参数，选取了安全、合理、科学的安装工艺，确保了立柱安装质量。通过上述技术措施，提高了各关键过程的质量保证能力，降低了质量缺陷产生的风险，为工程质量提供了良好的技术支撑。
　　（3）经济措施：在充分考虑到立柱加工制作及安装施工的难度，在钢结构工程招标工程量清单中增设了立柱制作安装措施费清单项，提高了立柱制作安装施工标底价格，为立柱制作安装创造了较好的经济基础。在工程施工过程中，制定了工程质量奖励制度，以质量保证措施执行率和质量检测一次合格率作为主要考核指标每周考评一次，对考核达到优良的班组颁发质量优胜流动红旗和质量奖金，良好的激励机制提高了作业人员的质量意识，调动了作业人员的执行技术质量方案的积极性，取得了良好的效果。
　　（4）合同措施：在钢结构工程招标文件和工程承包合同中明确规定了工程质量必须达到设计和规范要求，同时在与工程质量密切相关的如原材料、技术工艺、施工方案、过程控制、检测和试验、归档资料等方面制定了详尽的要求，明确了相关各方的权利、责任和义务，为保证工程质量建立了良好的合同条件。
　　2、从工程质量影响因素角度：根据工程实际情况对影响工程质量因素源即：人、机、料、法、环等五大方面制定了针对性的控制措施，见下表所示：
　　因素源 控制措施
　　人员 1、 施工方项目主要技术质量管理人员必须具有中级技术职称，且有类似工程经历，并报监理方审查同意后任职；主要技术工人须是熟练工种，具有同类工程五年以上经验；焊工须经考试合格后上岗；特殊工种操作人员必须持证上岗。
　　2、 第三方检测人员必须持有国家认可的资质证书。
　　设备 1、将加工制作设备（包括切割、压制、焊接等加工设备）能力列为选择钢构件生产厂家的重要考评项目。择优选取自动化程度高、性能状态稳定的设备，并在开工前对这些设备能力进行试生产认证。
　　2、检测设备和测量仪器必须经计量检定合格，且其状态良好。
　　3、所有设备（仪器）必须提交其技术质量资料报监理方审查，大型、关键性设备须经现场试验。只有经审批同意的设备才能投入工程施工。
　　材料 1、δ40mm钢板采用可焊性较好的Q345B级板材，且是宝钢、武钢、鞍钢等大型钢厂生产的板材。板材进场后采用超声波（UT）检测进行抽检，并现场后取样送检，复验其力学性能。
　　2、通过焊接工艺评定来选择焊接材料种类及品牌，每批进场材料须报检验收。
　　工法 1、选取成熟可靠、直观可控的铆、焊组合加工工艺制作立柱构件。通过电脑放样制作的标准弧形样板检查控制构件外形，并选取自动化程度较高的焊接工艺和组合式无损检测方案以保证焊接质量。
　　2、通过专家评审、现场模拟焊接等方式优化、完善立柱安装方案。
　　环境 因地制宜采取合理有效的措施创造良好的制作、焊接、吊装等工序施工环境，如场地、水电气供应、工位、照明、防风（雨）等要求。
　　3、从工程质量控制角度：根据各工序对构件最终质量的影响程度，设置了三个等级的质量控制点，即检视（Inspect）点、见证(Witness)点和停止(Sport)点，对不同等级的质量控制点采取相对应的质量控制手段，通过这种“以点带面”方式对施工全过程的施工质量进行监控。控制措施见下表：
　　类别 位置点 控制措施
　　检视点 零部件下料 监理方现场抽检/巡检，复核下料尺寸
　　 零部件组装 监理方现场抽检/巡检，复核位置、连接和固定
　　 焊缝施焊 监理方现场巡检/复核人员资质
　　 安装准备 监理方现场检查准备工作，复核设备/人员能力
　　见证点 原材料进场 外观检查/质量证明书核查/现场取样
　　 零部件放样 监理方复核放样的准确性
　　 零部件压制 监理方现场旁站监理，检查压制位置、弧度
　　 焊前报验 监理方现场检查/复核焊缝尺寸、固定及清理
　　 构件安装 监理方现场旁站监理
　　停止点 加工图报审 监理/设计方审核/确认
　　 方案报审 专家评审/监理方审批
　　 原材料报验 监理方现场验收/送检复验
　　 成形报验 监理方检查验收，检测部件尺寸、弧度、外观等
　　 焊后报验 监理/第三方检测，检查外观质量，无损探伤
　　 构件出厂 预拼装/监理方出厂验收
　　 立柱安装定位 监理方检查复核
　　四、结论
　　在工程各参与方的共同努力和协作下，该工程于2006年8月完成工程施工，并荣获深圳市2006年优质结构工程奖。从本工程的成功中可以体会到：
　　1、成功的项目管理是工程取得成功的根本保证，而全面的、细致的工程策划是项目管理取得成功的钥匙。工程策划可为项目管理建立良好的行动指南，对项目管理起着决定性作用。
　　2、积极发挥工程各参与方的作用，充分利用外部资源，建立合理有效、群策群力的组织机制是项目管理成功的捷径之路，也是工程获得成功最有效的支撑。
　　3、合理选用技术可靠、成熟稳定的加工制作和安装工艺是确保超大型特殊性钢构件类工程施工取得成功最具有决定性的技术保障条件。
　　4、从多角度、多环节建立全面的、全过程的质量控制措施是保证工程质量有效的可靠手段。
　　5、充分利用计算机辅助设计、工程模拟技术等现代科学技术手段是超大型特殊性钢构件类工程施工获得成功最有力的臂膀。

《浅谈超大型特殊钢构件工程施工》

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