李 陽（上海市建筑建材業(yè)市場管理總站，上海 200032）

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

我國 2018 年建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量超過 6 800 萬 t，同比增長了約 11.7%。2012—2018 年的增速基本上在 10% 以上，處于高速發(fā)展階段，詳見圖 1。我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量 2018—2020 年間的復(fù)合增速可達(dá)到 20.6%，并可持續(xù)較快增長。預(yù)計(jì)到 2023 年之后，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量可望達(dá)到 14 000 萬 t。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用端，僅以上海為例，2016 年以來開工的 5 000 m2以上的公共建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用總體超過三成，其中在較大規(guī)模商辦建筑和醫(yī)療建筑中應(yīng)用比例已達(dá)半數(shù)。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)產(chǎn)量的持續(xù)發(fā)展，為我國金屬積蓄量的提升起到了極大的推動(dòng)作用，金屬積蓄量的增加為我國提供了潛在的鋼材原材料供給。

圖1 2012—2018 年鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)產(chǎn)量及其增速變化趨勢圖

2 鋼結(jié)構(gòu)拆除技術(shù)

我國目前正處于城市化的高速發(fā)展階段，城市更新和城鎮(zhèn)化持續(xù)高速推進(jìn)，在此過程中一些建筑物由于不符合城市的功能定位或者需要進(jìn)行功能提升，因此就需要進(jìn)行局部或整體拆除。由于國家建設(shè)發(fā)展過程中的存量建筑絕大多數(shù)為磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該類建筑結(jié)構(gòu)受力體系較為簡單，建造工藝復(fù)雜程度不高，因此，此類結(jié)構(gòu)形式的拆除技術(shù)已經(jīng)得到了較為充分的研究。存量建筑中，雖然鋼結(jié)構(gòu)總量較少，但是早期鋼結(jié)構(gòu)往往建于城市中心區(qū)域，因此鋼結(jié)構(gòu)也還是存在一定的拆除量的。其中，最為典型的是 2010 年上海世博會后，世博園區(qū)內(nèi)除了“一軸四館”永久保留以外，其他絕大多數(shù)自建館、租賃館以及高架步道，超過數(shù)十萬立方米體量的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，全部拆除騰空。由原上鋼三廠特鋼車間改造而成的世博大舞臺，曾在世博會期間大放異彩，2018 年也進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)的拆除改造作業(yè)，僅保留了鋼立柱。由于結(jié)構(gòu)體系的差異，混凝土拆除技術(shù)不適用于鋼結(jié)構(gòu)的拆除，大型鋼結(jié)構(gòu)拆除的理論體系等方面還需要進(jìn)一步的研究。鋼結(jié)構(gòu)拆除施工方法可分為機(jī)械拆除或爆破拆除兩類，具體要根據(jù)現(xiàn)場的情況確定采用何種拆除方法。

2.1 機(jī)械拆除施工

機(jī)械拆除的施工方法非常適用于市中心對場地要求嚴(yán)格的拆除作業(yè)。該方法基本上按照結(jié)構(gòu)的受力體系對構(gòu)件進(jìn)行拆分，然后進(jìn)行構(gòu)件的拆除作業(yè)，拆除過程中要使用氣割設(shè)備和起重設(shè)備，消耗較多的人工和機(jī)械。

當(dāng)構(gòu)件自重較大，現(xiàn)場吊裝設(shè)備不能滿足吊裝負(fù)荷時(shí)，可以先對構(gòu)件瘦身減重，然后拆除主體。例如濰坊市市中心某鋼結(jié)構(gòu)人行天橋采用機(jī)械化拆除方法，由于其單根箱梁重量為 81 t，超過汽車吊的吊裝能力，而現(xiàn)場只能使用汽車吊，因此施工單位先將箱梁側(cè)邊的邊箱割掉以減輕梁身重量，再切割剩余箱梁主體，使用汽車吊將其放至地面[1]。

大連市某球形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的拆除作業(yè)，先將其分為 3 個(gè)區(qū)域，然后采用氣割的方法利用人工氣焊將鋼網(wǎng)架分片分塊切割成小段，工人從防護(hù)架邊側(cè)將切割后的小段運(yùn)至屋面[2]。

在拆除首都鋼鐵某大跨度廠房屋面時(shí)，為了減少腳手架的搭設(shè)量，項(xiàng)目組充分利用了廠房內(nèi)部的結(jié)構(gòu)梁，利用腳手架在上面搭設(shè)可移動(dòng)施工平臺，分片拆除了屋面結(jié)構(gòu)。該拆除作業(yè)充分利用了廠房縱向長度的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

哈爾濱某商業(yè)廣場中庭頂部鋼網(wǎng)架在拆除時(shí)，同樣沒有搭設(shè)滿堂腳手架，施工單位采用了支座拆除－網(wǎng)架平移－分段切割的方式完成了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的拆除工作。該施工工藝有效利用了場地特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，縮短了工期，提高了工效[3]。

人工機(jī)械進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拆除，施工工藝簡單、施工方便快捷、施工工期較短、施工空間需求小，因此成本較低，是目前較多使用的一種建筑鋼結(jié)構(gòu)拆除方法。較為復(fù)雜、特別是預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)屋蓋，由于其在建造過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)非線性成型過程，因此在拆除過程中，對拆除結(jié)構(gòu)的施工流程進(jìn)行力學(xué)分析，對于拆除結(jié)構(gòu)影響到的保留區(qū)域應(yīng)做好安全防護(hù)措施，做到“先加固，后拆除”，以增加結(jié)構(gòu)的安全性[4]。

目前，隨著城市更新項(xiàng)目的增加，既有建筑改造工程也日益增多，建筑鋼結(jié)構(gòu)拆除過程中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多。如建造時(shí)間較早，無法查詢原始設(shè)計(jì)資料；結(jié)構(gòu)拆除前如何進(jìn)行安全性評估，需進(jìn)行施工過程仿真，以制定合適的施工組織方案等。目前可以采用的技術(shù)有：使用三維激光掃描儀，建立建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型；采用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行拆除過程的計(jì)算分析，確保安全性；在現(xiàn)場施工前還可以結(jié)合混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行可視化交底，保證施工安全，有效控制工期和成本[5]。

2.2 爆破拆除

爆破拆除技術(shù)是傳統(tǒng)建筑物拆除時(shí)常采用的技術(shù)，但該方法無法直接滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑物拆除的需要。近年來，線性聚能切割技術(shù)成為拆除大型建筑鋼結(jié)構(gòu)時(shí)的技術(shù)方案[6]。

在 2002 年，解放軍理工大學(xué)在上鋼一廠第二煉鋼車間拆除作業(yè)時(shí)，成功進(jìn)行了國內(nèi)首次大型鋼結(jié)構(gòu)廠房爆炸切割拆除，這是我國第一次將線性聚能切割器真正應(yīng)用于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物的切割拆除。此外，寶武集團(tuán)某煉鋼廠房和沈陽某室內(nèi)體育場特大型鋼結(jié)構(gòu)的拆除作業(yè)均采用了聚能爆破拆除的方法。這兩個(gè)爆破拆除項(xiàng)目充分說明了聚能爆破對于規(guī)模大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的大型建筑鋼結(jié)構(gòu)拆除項(xiàng)目的適用性[7]。

采用聚能爆破拆除作業(yè)時(shí)，為了確保整個(gè)作業(yè)過程的安全性，要先進(jìn)行必要的拆除設(shè)計(jì)，必須綜合考慮切割器的切割效果和設(shè)置方式、預(yù)處理方式、建筑物倒塌方向和距離、定向完全傾倒的可靠性、觸地震動(dòng)、爆炸沖擊波以及其他有害效應(yīng)等多方面的因素，還需要考慮特大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物一次性爆炸切割拆除技術(shù)、大量裸露炸藥爆炸沖擊波防護(hù)技術(shù)、聚能切割器參數(shù)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和數(shù)值模擬融合技術(shù)等，與此相關(guān)的理論體系可借助有限元分析方法開展進(jìn)一步的分析和積累。

3 建筑廢鋼資源化應(yīng)用

鐵礦石和廢鋼是鋼鐵冶煉工業(yè)的兩種主要原料。鐵礦石采自地下，而廢鋼屬于回收的再生資源。從綠色經(jīng)濟(jì)的角度考慮，鋼鐵工業(yè)盡可能減少鐵礦石的使用，多用廢鋼，這不僅有利于保存自然資源，而且還有利于節(jié)約能源，減少環(huán)境污染[8]。據(jù)測算，煉鋼每使用 1.0 t 廢鋼可以減少 1.7 t 精礦的消耗，比使用生鐵長流程煉鋼可以節(jié)省 60% 的能源、40% 的新水，同時(shí)減少 86% 的廢氣排放、76% 的廢水排放、72% 的廢渣排放、97% 的固體排放物（含礦山部分的廢石和尾礦）[9]。采用廢鋼鐵煉鋼比采用鐵礦石具有更高的有效回收率，廢鋼可直接入爐煉鋼，其生產(chǎn)流程更短，可以認(rèn)為廢鋼鐵相較于鐵礦石是一種成本低廉、環(huán)保友好、支撐鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的再生資源，而且電爐煉鋼廠占地面積小、投資少，因此，以廢鋼鐵為主要原料煉鋼，很有吸引力[10]。此外，不同于再生集料混凝土的性能會劣于新混凝土，采用建筑廢鋼冶煉而成鋼鐵的力學(xué)性能同鐵礦石冶煉而成鋼鐵的力學(xué)性能無差異，因此建筑廢鋼資源化利用更為有效。建筑廢鋼是一種非常重要的戰(zhàn)略儲備金屬資源，也是真正可以循環(huán)再生利用的建筑材料。

建筑物中拆除的鋼材，成分復(fù)雜，需要進(jìn)行處理之后，才可用于電爐煉鋼，實(shí)現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)的資源化利用。對于混在鋼材中的非磁性顆粒，可以采用磁選的方法進(jìn)行篩選。磁選是基于各種物質(zhì)存在磁性差異的前提，在不均勻磁聲中進(jìn)行固體廢棄物分選的一種處理方法。進(jìn)行固體廢棄物磁選時(shí)，先將固體廢物輸入磁選機(jī)，磁性顆粒在不均勻的磁聲作用下將被磁化，被磁化的顆粒在受到磁場吸引力的作用時(shí)會被吸進(jìn)圓筒，并隨圓筒進(jìn)入排料端而排出；不能被磁化的固體顆粒由于所受的磁場作用力很小，會存留在廢物中[11]。鋼材表面的油污和面漆，可使用清洗的方法去除，即使用各種不同的化學(xué)溶劑或熱的表面活性劑，以達(dá)到清除鋼件表面的油污、鐵銹、面漆等附著物的目的。目前廢鋼材處理方面，來自傳統(tǒng)的工業(yè)廢鋼處理方法，尚未針對建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行有針對性的研發(fā)，因此處理的效果不理想，但是建筑廢鋼處理過程中的噪聲和粉塵污染相較于再生集料混凝土，程度輕很多，環(huán)保壓力較小。

4 政策指導(dǎo)

廢鋼鐵資源化利用的相關(guān)財(cái)稅政策配套措施目前日趨完善。2015 年 6 月，財(cái)政部、國家稅務(wù)總局聯(lián)合發(fā)布了《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》，采用廢鋼鐵作為煉鋼爐料的企業(yè)，自 2015 年 7 月 1 日起可享受 30% 的退稅比例?？梢灶A(yù)見，今后隨著市場的競爭，廢鋼鐵行業(yè)發(fā)展所需的資源向大中型廢鋼加工企業(yè)集中將成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢[12]。

5 結(jié) 語

大力發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)資源化利用是解決煉鋼行業(yè)資源消耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源不足等問題的有效手段。目前，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的資源化利用在政策引導(dǎo)、市場發(fā)展和技術(shù)研究方面都有了一定的積累，但是還存在以下的不足。

(1) 建筑鋼結(jié)構(gòu)拆除方面。建筑鋼結(jié)構(gòu)拆除從業(yè)企業(yè)，往往來自拆除傳統(tǒng)建筑的企業(yè)，缺乏對鋼結(jié)構(gòu)體系和破壞模式的充分認(rèn)識，拆除前也未對整個(gè)拆除過程進(jìn)行基本的力學(xué)分析和補(bǔ)強(qiáng)工作，這導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)拆除過程中存在隱患，鋼結(jié)構(gòu)拆除過程中屢有倒塌事件發(fā)生，給社會帶來極大的危害。針對該問題，建議建筑行業(yè)主管部門從行業(yè)企業(yè)和人員資質(zhì)資格管理、規(guī)范制定等方面開展前置性工作，引導(dǎo)拆除企業(yè)良性發(fā)展。

(2) 廢鋼回收管理方面。建筑鋼結(jié)構(gòu)目前的拆除量有限，廢鋼供應(yīng)量有限，廢鋼的其他來源也相對不足，廢鋼供應(yīng)量不穩(wěn)定，會在一定程度上影響廢鋼鐵加工企業(yè)，使其產(chǎn)能較少，經(jīng)濟(jì)效益下滑，最終導(dǎo)致廢鋼鐵回收加工量的減少，對廢鋼鐵行業(yè)的健康發(fā)展帶來不利影響。針對該問題，建議政府進(jìn)一步加大政策扶持，加強(qiáng)鋼鐵冶煉過程中的環(huán)境監(jiān)督和治理，突顯廢鋼鐵資源化利用所具備的節(jié)能減排優(yōu)勢，踐行“綠色發(fā)展”理念，切實(shí)保護(hù)廢鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。

(3) 廢鋼鐵行業(yè)競爭方面。國內(nèi)建筑行業(yè)主管部門雖然已經(jīng)在廢棄混凝土回收利用方面嘗試建立了從工地拆除到回收再利用的監(jiān)管體系，但是在建筑鋼結(jié)構(gòu)回收再利用方面仍處空白，基本仍是由經(jīng)信或商務(wù)管理部門主管的廢品回收體系開展有關(guān)工作。廢鋼鐵行業(yè)準(zhǔn)入門檻較低，從業(yè)人員素質(zhì)普遍不高，因此存在大量小型企業(yè)，其廢鋼加工回收資源占比總量的 30% 以上。這進(jìn)一步導(dǎo)致全國的廢鋼鐵回收網(wǎng)點(diǎn)無序分布，部分企業(yè)不受行業(yè)監(jiān)管，無法杜絕廢鋼中夾雜摻假的現(xiàn)象，給國家工程帶來重大隱患，浪費(fèi)大量廢鋼鐵資源，破壞了鋼材市場的經(jīng)營秩序以及建筑行業(yè)的生產(chǎn)秩序。針對該問題，建議政府聯(lián)合相關(guān)主管部門，建立廢鋼回收數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能等方法，做到智能監(jiān)管、精準(zhǔn)執(zhí)法。

(4) 建筑鋼結(jié)構(gòu)拆解方面。國家在大力推廣裝配式建筑鋼結(jié)構(gòu)，前文已經(jīng)提到，鋼結(jié)構(gòu)中規(guī)格較好的型材拆除后可以直接用于新的建筑物。這可進(jìn)一步提高建筑廢鋼的利用效率，增加建筑鋼結(jié)構(gòu)全生命周期的利用價(jià)值。這需要我們從建筑工業(yè)化的角度，以建筑可拆解利用為目標(biāo)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高構(gòu)件的規(guī)格化程度，并充分利用建筑信息化的手段，建立建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全生命周期檔案，有效提升建筑工業(yè)化和建筑鋼結(jié)構(gòu)拆解的管理效率。