建设工程结构优化设计管控要点研究
时间：2021-01-25 18:02:55 来源：达达文档网 本文已影响 人 
高占阳 石晓斌
摘要：结构优化设计可以在保证建筑工程安全前提下有效节约建造成本。在某中学、某小学及某安置房项目结构施工图优化咨询工作以及项目建造过程中解决所遇问题经验积累的基础上，建立并完善一整套结构优化设计管理体系。该管理体系涵盖设计管理部对设计图纸的直接管控以及通过对优化咨询工作的管控对结构设计进行间接管控。整个管理体系通过《设计任务书》《设计成果审查意见记录单》《结构专业图纸会审细则》以及《优化咨询工作取费及支付清单》《初设及施工图阶段各专业图纸优化要求清单》《优化项目三级审核清单》《优化工程量三方核算清单》。该管理体系能充分调动各方积极性，使设计成果得到最大限度优化，同时确保优化成果得到落实。
关键词：结构优化;管理体系;技术要点
中图分类号：F293
文献标识码：A
文章编号：1001-9138-（2020） 07-0066-70
收稿日期：2020-05-26
作者简介：高占阳，北京未来科学城置地有限公司。
石晓斌，航天建筑设计研究院有限公司。
建筑工程结构优化设计可以在保证建筑工程结构安全的前提下通过充分发挥各种材料的力学性能，使主体结构受力合理、便于施工，从而有效降低项目工程量，提升施工效率和质量，最终达到节约成本的目的。本文结合北京市某小学、北京市某中学、北京市某安置房项目工程经验，就如何以直接方式和间接方式进行建筑工程结构优化设计管控展开论述，为今后建筑工程设计提供一定的帮助和借鉴。
1工程概况
某小学规划总用地面积25900平方米，总建筑面积28447平方米，其中地上建筑面积20702平方米，地下建筑面积7745平方米，建筑结构形式为地下钢骨混凝土框架结构，地上为钢框架结构;某中学规划总用地面积17371平方米，总建筑面积22889平方米，其中地上建筑面积13866平方米，地下建筑面积9023平方米，建筑结构形式为地下混凝土框架剪力墙结构，地上为钢框架结构;某定向安置房规划总用地面积12750平方米，总建筑面积41371平方米，其中地上建筑面积25150平方米，地下建筑面积16221平方米，建筑结构形式为地下混凝土框架剪力墙结构，地上为混凝土剪力墙结构。
2直接管控方式
设计单位是设计成果质量保证的第一责任人，设计管理部对设计单位的直接管控，是达到设计成果优化目的最有效的管控方式。直接管控方式的主要管控内容涵盖图纸设计深度、图纸各专业匹配度、设计做法及指标等。
2.1图纸设计深度管理
图纸的设计深度管理是结构优化设计管控的基础。《建筑工程设计文件编制深度规定（2016）》规定，施工图设计文件，应满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要。某中学、某小学以及某安置房项目均以此为依据对设计院提交的图纸进行设计深度管理。同时，针对某中学某小学项目为钢结构被动房这一特殊性，结合近年来日渐成熟的BIM技术条件，协调设计院及总包单位，对项目进行了BIM设计综合。BIM技术可提高建筑工程设计质量及设计深度，提高施工效率同时降低设计深度不足带来的项目返工成本。
2.2各专业匹配度管理
通常情况下，在项目正式施工之前，为了取得最佳的设计效果，由领导层、设计管理部门、工程部、设计单位、施工单位和监理单位的相关技术人员进行联合会审。经会审后形成相关的会议纪要，作为施工的技术依据之一。通过联合审图，不仅减少了施工过程中的技术变更签单，同时也有效地降低了建设费用，减少了因返工造成的人、财、物浪费。
在某中学、某小学及某安置房项目建造过程中，出现的一部分结构变更，其原因是各专业图纸匹配度不高。《建筑工程设计文件编制深度规定（2016）》中仅对各专业图纸中涉及其自身专业的内容做了相关要求，缺少各专业之间匹配度方面的详细规定，根据这一情况，为提高各专业图纸的匹配度，经过深入分析，因结构专业同各专业均有交互，且先行施工，故可将结构专业图纸作为提高各专业图纸匹配度的核心和关键。对各专业图纸匹配度的管理模式，需要從传统的结果管理（即多方图纸会审）向过程管控转变，建设公司设计管理部门要参与全过程管理。原则上分为四个阶段：1.设计人员自审;2.设计院各专业内部会审;3.优化单位各专业会审;4.设计院同总包及监理等单位会审。置地设计管理部编制了《结构专业图纸会审细则》，对各个阶段的图纸会审要点进行明确，增强此项工作的针对性，提高各专业匹配度管控力度，最终提升各专业图纸匹配度。
2.3设计做法及指标管理
通常，因为住宅项目比较常规，且项目结构工程量各项指标具有一定的规律性，故一流的地产开发公司均有一套系统的甲方设计指引文件，对单位面积用钢量等指标进行限定。置地公司作为一级开发企业，积极学习引用一流地产开发公司的设计指标，对项目工程量进行管控。因某中学某小学项目的特殊性（属于较少见的钢结构被动式学校工程），工程界相关经验很少，故不做用钢量的严格限制，但对钢结构项目的一些普遍性指标及做法进行限定，如钢结构防锈漆涂料选取方面，优先选择环氧富锌涂料而不是聚氨酯及其他单价更高的涂料。某安置房项目属于常规的住宅项目，对其工程量在确保安全指标能够满足的前提下进行严格限定，控制项目成本。经测算，某安置房项目地下建筑用钢量为128Kg/平方米，地上建筑用钢量为45Kg/平方米，满足一线地产企业的控制指标。3间接管控方式
目前，很多地产开发企业均通过聘请第三方咨询机构对设计图纸进行优化以降低建设成本。聘请第三方咨询机构的方式作为结构优化设计的间接管控方式，能有效降低工程造价，降低幅度通常在6%以上，部分项目能降低20%。通过聘请第三方咨询机构进行结构优化设计，某中学、某小学及沟自头三个项目共节约钢材量1170吨、混凝土1780立方米、钢筋380吨，工程造价降低达1400万。
置地设计管理部在某中学、某小学及某安置房项目结构专业图纸优化工作的基础上，建立并不断完善设计成果优化咨询管理体系。该管理体系涵盖《优化咨询工作取费及支付清单》《初设及施工图阶段各专业图纸优化要求清单》《优化项目三级审核清单》《优化工程量三方核算清单》。该管理体系能充分调动各方积极性，使设计成果得到最大限度優化，同时确保优化成果得到落实。
3.1优化咨询合同管理
结合市场业绩，经内部比选，分别委托清华大学负责某小学、建研院负责某中学和某安置房项目的优化咨询工作。《优化咨询工作取费及支付清单》在优化咨询合同中进行规定。为提高咨询单位的积极性和主动性，工程结构优化咨询费用为施工图实际优化后节省的工程预算费乘以一定的比例。同时，针对合同为开口合同的特殊情况，按照分阶段支付咨询费的原则，在合同中对支付进度进行详细明确的规定，通过调整咨询费支付基数及支付比例，让双方合理分担风险。
某小学、某中学及某安置房项目咨询优化内容为施工图阶段的结构专业图纸，涵盖荷载取值、计算参数、计算模型、基础、结构体系、构件、产业化相关等内容，在此基础上，延伸扩展出《初设及施工图阶段各专业图纸优化要求清单》。
为确保优化项均能得到落实，合同中还规定，设计院提交正式签章的施工图蓝图后，乙方须依照工程优化项清单逐一核查优化意见落实情况，确认无遗漏后提交甲方审查。该条款发展成《优化项目三级审核清单》，通过设计院自查、咨询单位审查、建设单位核查的三级审核机制，确保优化项在最终版图纸中得到逐条落实。
优化咨询费的支付主要依据是《优化工程量三方核算清单》及工程进度。为防止工程施工期间因较大变更造成优化咨询意见无法实施却已支付相应优化咨询费的情况出现，通常在较复杂的地下结构施工完，装配式住宅项目施工到标准层以后再进行核算。核算的三方分别为结构优化咨询单位、建设方预算部门、工程造价咨询单位。考虑到结构设计优化工作内容除了节约工程量外，还包含施工图审图、结构合理性审查，这部分工作内容加上总包方的图纸会审意见为优化咨询建议的实施奠定了基础，大大降低了后续施工过程中出现较大变更的可能性。
3.2结构安全性审查
通过对基本信息、计算参数、荷载取值、整体计算、主体结构、预制构件、图纸表达钢构件截面选取、连接节点等方面的审查，确保参数选取合理、计算模型正确、传力途径简洁、图纸与模型一致，从而保证结构的安全。
3.3优化咨询技术要点
不同的结构体系优化咨询技术要点不同，某小学、某中学项目主体结构为钢结构，某安置房为混凝土剪力墙结构。
3.3.1钢结构优化技术要点
对于钢结构而言，其变形能力强，刚度较混凝土结构偏小，其优化咨询工作以荷载取值和计算参数为起始点展开，比较不同结构体系的受力情况，选择合适的受力体系和材料强度等级。然后在取用合理板厚（满足受力、变形及楼面整体刚度的最薄厚度）的前提下，通过控制结构竖向及水平向变形、构件应力比等指标对截面进行优化，同时对连接节点形式、钢结构防腐做法、防火做法、钢骨截面规格、基础做法等逐项进行优化。项目带有地下室及人防区域时，也要进行相对应的优化设计，比如板跨选取（与人防荷载取值相关）、地下室外墙厚度及配筋、混凝土抗渗等级等。
3.3.2装配式混凝土结构优化技术要点
在混凝土住宅项目的优化咨询中，荷载取值及计算参数是优化的首要关注点。其次是材料的选取，比如混凝土强度以及抗渗等级等，需合理选用。第三是楼板厚度，要尽量降低楼板厚度，通常住宅项目120mm能满足各专业要求。第四则是墙体构件布置，要求剪力墙尽量做到以下几点：（1）剪力墙构件沿周边均匀布置，减少集中布置;（2）尽可能使用长短比较匀称的剪力墙构件，避免出现过长、过短等墙肢;（3）对于墙肢尽可能选取L形墙肢、T形墙肢和交叉墙肢，避免设计组合形式墙肢;（4）对于剪力墙开洞，应根据剪跨比进行梁的选取，减少结构突变。第五是图纸配筋规格与计算模型吻合程度，从模型到图纸设计院通常会进行一定程度的放大和归并。第六是装配式构件模数化方面进行优化，减少构件规格，同时便于加工、运输、存放及安装。
4项目建造过程中遇到的问题
目前，某小学、某中学结构主体已经完工，某安置房项目1#楼主体完工，2、3#楼均施工到9层以上。建造过程中遇到一些与设计图纸相关的问题，主要分为以下三类：一是部分设计方案在施工难度上考虑较少，造成工程施工难度大;二是各专业不匹配问题较多，部分问题带来工程返工。
4.1部分设计方案施工难度大
在某小学项目中，有部分教室布置于地下室范围以外的区域，设计方案中此部分地面为分层压实回填的素土。总包方根据以往工程经验，认为实际压实系数难以达到设计及规范要求，施工质量难以保证，工程后续出现不均匀沉降的可能性很大，但因为在项目开工前的图纸会审中忽略了此问题，在后期施工到此处时，地下室外墙及钢框架均已完成施工，若要更改结构受力体系，增加楼面板则会带来较大的加固改动，成为项目比较棘手的问题。今后项目的图纸会审，建设单位需有意识地提高总包单位对设计方案施工难易程度判断的重视。
4.2各专业不匹配
经过统计，某小学、某中学及某安置房项目共发出结构变更68个，根据变更原因进行了分类，见表1。根据汇总情况，可以看到三个项目所发出的结构变更中，各专业不匹配引起的变更占很大比例，分别达到32%、39%、43%。根据这一情况，置地设计管理部编制了《结构专业图纸会审细则》，强化各专业之间互相核对图纸的工作强度和细度，同时指明设计院同厂家之间核对深化图纸的关键点。
5后续项目优化需要探索的方向
随着某小学、某中学、某安置房项目主体结构陆续封顶，这个过程中积累的建设工程结构优化设计管控经验将为后续项目的管理提供参考，同时，结合集团人力资源部组织的《房地产项目总视角下的设计管理与跨界协同》培训中所提到的相关内容，在后续建设工程中，置地设计管理部也将积极实践、探索基坑支护设计及地勘报告（以地下水位为重心）的优化管控、涵盖初设阶段的全专业优化咨询管控、BIM正向设计等。
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