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钢结构装配式建筑的发展与思考

岳清瑞

中国钢结构协会

国家钢结构工程技术研究中心

中冶建筑研究总院有限公司

2018.11.23 北京

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汇 报 目 录

1 钢结构的发展与成就

2 装配式钢结构进展

3 装配式钢结构面临的问题

4 MCC STEEL HOUSE的探索

5 思考

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1.1 我国钢结构的发展

数据来源：中国钢铁工业协会

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1.1 我国钢结构的发展

Ø 2017 年钢结构突破 6400 万吨

Ø 专项施工资质企业 1 万余家，规模以上制造企业约 3000 余家

Ø 钢结构产量平均年增长 15% 以上

用钢强度比例

用钢类型比例

用钢领域比例

数据来源：中国钢结构协会

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1.2 主要成就

上海中心

国家体育场 苏通大桥 广州塔

Ø 超高层钢结构

• 上海中心、广州塔、中国尊等

Ø 大跨钢结构

• 国家体育场、深圳宝安体育场、首都T3航站楼等

Ø 大跨钢结构桥梁

• 苏通长江大桥、杭州湾跨海大桥等

Ø 大型工业厂房等

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1.2 主要成就

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1.2 主要成就

Ø 材料类规范16本；

Ø 连接类规范8本；

Ø 构件类规范31本；

Ø 荷载可靠度类规范27本；

Ø 结构体系类规范21本；

Ø 地基基础类规范15本；

Ø 施工类规范63本；

Ø 检验类规范33本；

Ø 其他类规范13本。

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1.2 主要成就

产品制品

设计

施工

验收

检测鉴定加固改造

再生利用 科研教育系统

企业

政府与社会组织

拆除

技术研发标准规范

Ø 建立了较完善的科研教育系统、企业、政府和社会组织相结合的技术创新体系

Ø 形成了较完整的技术体系链条，涵盖产品、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

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1.2 主要成就

Ø 钢结构是建筑工业化的重要实现形式和

发展方向

• 钢结构工厂加工、现场拼接本身符合建筑工业化基本要求

• 钢结构绿色、环保，符合节能减排和绿色建筑的发展趋势

• 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

• 有利于化解产能过剩

Ø 绿色建筑与建筑工业化是国际

建筑产业发展的趋势

• 人口老龄化、劳动力成本上升倒逼技术进步

• 绿色施工、提升工程质量

• 建筑业转型升级

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1.3 技术成果

3900 家申请钢结构专利机构的分布情况 19300 项钢结构专利拥有数量的分布情况

数据来源：国家知识产权局专利库

Ø 截至目前，我国钢结构专利申请机构和个人共 3900 余家，企业占多数（64%）

Ø 我国钢结构领域专利拥有数量 19300 余件，企业占52%，高校占28%，个人占15%

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1.3 技术成果

数据来源：中国建筑工业协会

Ø 2000 年截至目前，钢结构共获得国家级工法 214 项

Ø 2000 年截至目前，国家级工法共授权 2524 项

Ø 近年来，钢结构工法的占比呈逐年上升趋势

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1.3 技术成果

资料来源：国家奖励工作办公室

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1.3 技术成果

Ø 十一五、十二五期间，钢结构方向共有科技支撑及 863 重大项目2 个、课题有 18 项，总经费约

8600余万元；

Ø 十三五国家重点研发计划有4个专项和数十项课题，经费总额过亿元，超过以往总和；

Ø 国家自然科学基金重点项目、杰出青年基金、优秀青年基金以及面上项目对钢结构及钢-混凝土

组合结构的支持力度近年来增长显著；

u 高性能钢结构体系研究与示范应用 u 钢结构建筑产业化关键技术及示范

u 高性能组合结构体系研究与示范应用 u 高性能建筑结构钢材应用关键技术与示范

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1.4 专业人员

Ø 设计院共 1.9 万家

• 甲级 2980 家，乙级 3559 家，丙级

3471 家，专项资质 9000 家

Ø 注册结构工程师 34660 人

• 一级 27664 人

• 二级 6996 人

Ø 钢结构专业设计人员估算

• 高水平专业钢结构设计人员约5000人，十分紧缺

• 有经验从事钢结构设计的人员约 15000 人，相对紧缺

• 有潜力从事钢结构设计的人员约 30000 人

设计院及注册结构工程师资料来源：住建部

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1.5 钢结构发展

Ø具有研究、设计、钢材生产、加工制造、安装施工、运行维

护、性能提升、拆除利用全产业链

Ø完善的科学研究、技术开发、工程化、产业化全创新链

Ø市场、人才、法规、标准、管理全方位发展

Ø为装配式钢结构发展奠定了深厚的基础

Ø发展装配式钢结构时机已经完全成熟

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汇 报 目 录

1 钢结构的发展与成就

2 装配式钢结构进展

3 面临的问题

4 MCC STEEL HOUSE的探索

5 思考

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2.1 装配式钢结构建筑的定义

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2.1 装配式钢结构建筑的定义

钢结构本身就是装配式，为何还有装配式钢结构建筑概念？

Ø装配式建筑是以上因素的系统集成

Ø单纯的结构装配不能称之为装配式建筑

Ø围护结构应装配化

Ø设备和管线应集成化

Ø运营使用要绿色化、信息化和智能化

建筑+结构+围护+管线+设备+内装+运维等

特征：标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理

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2.1 钢结构分类装配化情况：

标准化设计

工厂化生产

装配化施工

一体化内装

信息化管理

绿色化运营

1、大跨空间钢结构

2、工业厂房钢结构

3、高层、超高层钢结构

4、低层轻钢结构

5、模块化钢结构

6、特殊钢结构

7、住宅钢结构

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2.2 装配式钢结构建筑发展现状

p大跨度空间钢结构建筑

• 实现了结构和围护的装配化

• 外型各有特点，标准化程度不够

• 管线标准化和装配化不够

• 新建筑基本实现了信息化应用

p厂房钢结构建筑

• 实现了结构和围护装配化

• 部品部件标准化不够

• 在运维的绿色节能方面，差距较大

• 信息化技术和智能化管理应用水平偏低

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2.2 装配式钢结构建筑发展现状

p多高层、超高层钢结构建筑

• 基本实现了结构和围护装配化

• 建造能力世界领先，结构标准化水平不高

• 但节能保温和高耐久性等方面，围护性能仍需提升

• 建筑信息化和智能化等方面有待提升

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2.2 装配式钢结构建筑发展现状

p低层轻钢结构建筑

• 结构与围护结构在企业层面基本实现模数化和高效装配化

• 在使用舒适度和低能耗建筑等方面仍有很大发展空间

• 信息化不够

p模块化钢结构建筑

• 基本实现标准化，模块与功能集成化

• 建筑、结构、围护、管线等可实现一体化与标准化

• 多高层体系还需完善

• 信息化管理不够

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2.3 装配式钢结构住宅

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2.3 装配式钢结构住宅

传统框架体系

Ø纯框架、框架-支撑、框架-钢板剪力墙

Ø代表企业：鸿路、宝钢、赛博思、杭萧、东南网架等

Ø在高端住宅中较成功，案例：华侨城苏河湾88号院

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2.3 装配式钢结构住宅

组合剪力墙体系

Ø钢管束（钢板外露）体系，代表企业：杭萧钢构、东南网架、江苏沪宁等

Ø工字钢束（钢板内藏）体系，代表企业：浙江绿筑

- 防火防腐性能更好，近似混凝土结构外观

Ø竖向构件与混凝土剪力墙等厚甚至更薄

目的：对标混凝土剪力墙住宅

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2.3 装配式钢结构住宅

集成式楼盖体系Ø结构-围护-管线一体化，无梁柱外露

Ø大空间，可变户型

Ø瞄准高端住宅，差异化竞争

目的：实现大空间，可变户型

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2.3 装配式钢结构住宅

鸿路钢构：Ø鸿路合肥小区，30万平米；至今已建约100万平米

Ø 28—30层，全钢结构

Ø钢结构加工制造量200万t以上

世界最大钢构加工厂

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2.4 装配式钢结构发展

装配式建筑的发展有不同阶段，不是一蹴而就，存在问题是必然的

目前以结构体系和围护体系为主的装配化只是初级阶段

下一步，装配式建筑发展方向是系统集成，模块化建造

未来，绿色、生态、智能化钢结构建筑是目标

钢结构住宅必将成为保障钢结构产业持续发展的重要支柱

产业集中是钢结构发展的必然趋势，目前已呈现初步态势

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1 钢结构的发展与成就

2 装配式钢结构进展

3 面临的问题

4 MCC STEEL HOUSE的探索

5 思考

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3 面临的问题

(1) 战略层面：

加强对钢结构战略意义的认识

Ø 是实现建筑业绿色发展、生态发展的要求

Ø 是国家钢铁战略物资储备的重要途径

Ø 是化解产能过剩，促进钢铁产业结构调整的重要措施

Ø 是节能减排，促进建筑业转型升级的需要

Ø 不能仅仅强调市场选择，政府该出手时就出手！

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3 面临的问题

(2) 政府层面：

重视不够

Ø 从绿色发展和生态建筑高度认识钢结构

Ø 从建筑全寿命周期认识钢结构

Ø 给钢结构市场发展空间

Ø 政策扶持与培育

(3) 开发商层面：

短视，只重视一次性建造成本

Ø 从发展角度认识钢结构

Ø 从全寿命周期成本认识钢结构

Ø 从建筑品质认识钢结构

Ø 即培育自身也发展市场

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3 面临的问题

Ø 66%的消费者反映墙体存在开裂问题

Ø 61%的消费者反映墙体存在渗水现象

Ø 73%的消费者认为钢结构住宅的隔音性能存在问题

Ø 缺乏具备示范效应的高品质钢结构住宅成功案例

Ø 加强宣讲与沟通

是否遇到渗水问题

是否遇到墙体开裂问题

是否遇到噪音困扰

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3 面临的问题

Ø 不重视建筑师的作用，过于强调结构，甚至结构主导。

Ø 建筑设计师对钢结构建筑特点缺乏充分的认识，不能发挥钢结构的优势

Ø 结构设计师的钢结构专业能力素养不足，更愿意设计传统混凝土结构

Ø 建筑工人大多为农民工，缺乏专业化产业技术工人，如焊工等

Ø 监理单位和政府质量监管部门对钢结构建造的专业监督人员缺乏

我国钢结构快速发展仅十几年，钢结构设计人才多集中于冶金、机械等工业大院，

高水平的民用钢结构建筑设计人才稀缺，这是制约发展的关键问题之一。

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3 面临的问题

Ø 高校大量的研究缺少明确的实际应用需求，或者是不能及时的转化为生产力

Ø 绝大部分企业自身研发能力不强，不足以解决工程亟需的关键技术问题

Ø 高校往往更热衷于点状难题的解决，大企业力图于做涵盖研发、设计、制造、施工

的专有体系性研究，缺少协同创新；

Ø 全国层面成果多、体系多，但可以共享的通用性成果少

Ø 十三五的任务，力图解决一部分问题。工程层面，集成比点式创新更重要

高校、院所和企业的协同不足：

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3 面临的问题

Ø 产业链上下游之间缺少协同，信息不畅

Ø 钢铁企业与钢结构各个专业缺少协同，定型钢材、高效钢材的应用没有实质性进展

Ø 钢结构设计-制造-运输-安装产业链协同不足，导致产品经济性和结构合理性问题

Ø 钢结构建筑部品部件生产企业缺少协同，产品规格不统一，不成体系，缺乏关键产品

Ø 具有全产业链服务能力的大型企业，专注于自有体系，企业缺少协同，互不共用，分散

了有限的资源，实际上阻碍了整个产业的迅速壮大

(1) 钢结构全产业链间协同不足：

亟需推动装配式钢结构建筑体系评估认证，实现体系优化和集中；

推动体系和部品部件标准化工作，实现装配式钢结构产业协同发展

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3 面临的问题

设计、制作、安装脱节，专业人员不足，导致了很多不合理的怪异部件，

给制作和施工造成极大困难，也留下很大安全隐患

焊接工程量巨大、节点型式复杂、构件重复率低、非标件多、板材厚度大及现场焊接量大，焊接

效率低及质量问题突出制约钢结构建筑产业发展

(2) 设计和制造、安装脱节，导致很多工程经济性和质量问题

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2 面临的问题

(3) 需完善质量监管，加快建设质量认证体系

钢材产品、钢构加工、安装施工质量仍需加强，针对钢结

构建筑部品部件的质量监管和认证体系有待建立和完善

例1：十年磨一刀，钢材厚度减肥5%，负公

差板材数量占到总钢板数量的90%以上，极端情

况负公差超过20%，超出设计安全储备

例2：某重点工程施工安装质量案例

2010年（0.94）

1988年（0.99）

钢材厚度实测值/公称厚度统计分布

某重点工程质量检查结果

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3 面临的问题

Ø 高性能钢结构工程技术标准体系还远未建立，不足以支撑高强、耐火、耐候钢等工程需求

Ø 新型装配式结构体系应用还不够成熟，如适应装配化建造特征需求的、重力和侧力可分的结构体

系，其设计方法尚未纳入规范

Ø 新型装配式结构部品部件应用还不够成熟，例如围护、装饰、结构综合抗火能力评价方法尚未纳

入规范

Ø 经济性和舒适性较高的装配式组合结构应用还不成熟

(1) 工程建设标准升级速度落后于市场需求：

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3 面临的问题

Ø 适用于工业建筑的排架、门式钢架等钢结构具有相对成熟的专用设计软件

Ø 吊车梁等传统工业建筑构件也有相对完善的专用设计工具

Ø 对多高层建筑等大型钢结构，仍缺乏通用设计平台和工具，表现为与国内规范结合不紧

密、验算校核细节不充分、图纸生成能力不足等

钢结构设计亟需类似混凝土结构PKPM这样的设计软件平台

(2) 缺乏高效的设计和辅助设计工具：

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1 钢结构的发展与成就

2 装配式钢结构进展

3 面临的问题

4 MCC STEEL HOUSE的探索

5 思考

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4.1 基本理念

MCC STEEL HOUSE

装配式钢-混凝土组合结构体系高层住宅

M o d u l a r C o n s t r u c t i o n

模 块 化 建 造 （ 模 数 化 、 标 准 化 、 工 业 化 ）

C o m p o s i t e St r u c t u r e s

组 合 结 构 （ 钢 与 混 凝 土 组 合 、 构 件 组 合 ）

C h a n g e a b l e C o m pa r t m e n t

户 型 自 由 分 割 （ 单 元 内 、 单 元 间 ）

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4.1 基本理念

研发理念 结合钢结构和PC结构各自优势，借鉴SI设计理念，走大空间、自由分

隔、可变户型路线，同时暗柱、暗梁，提供比钢筋混凝土剪力墙更优的使用性能。

示范工程概况：

ü地上22层，地下2层

ü建筑高度67.0m

ü标准层层高：2.9m

ü长度33m，宽度16.1m

ü建筑面积：10950.5m2

ü8度Ⅱ类，特征周期0.40s

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4.2 示范工程概况

建筑效果图

工程名称 唐山市丰润区浭阳锦园4#装配式钢结构住宅楼

建筑面积 10850㎡

长X宽 30mx16.1m

层数及层高 22/-2，地下二层2.9m，地下一层3.3m，地上3m。

建筑类型 普通商品住宅

结构形式 钢-混凝土板柱-支撑-剪力墙

装配率 86%

建筑性能标准 节能75%

设计使用年限 50年

抗震设计信息

抗震设防烈度：8度

场地类别: Ⅱ 类

设计地震分组：第二组，

场地特征周期值: 0.4 s

风荷载信息 基本风压: 0.4KN/㎡

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4.2 示范工程概况

建筑平面图

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4.2 示范工程概况

结构体系

竖向承重构件

水平构件

围护体系

防护措施

p 钢-混凝土板柱-支撑-剪力墙结构

p 钢管混凝土联肢柱、电梯筒采用装配式钢筋混凝土剪力墙

p 装配式钢结构叠合空心楼盖、预制空调板、预制楼梯、预制阳台板

p 结构构件-保温-装饰一体化围护墙板、ALC条板内隔墙

p 钢结构防火防腐装饰一体化整体解决方案 结构模型

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4.3 主要技术创新

装配式钢结构住宅建筑体系创新点（一）：框排架-支撑－剪力墙结构体系

基于钢管混凝土联肢柱、支撑、剪力墙核心筒抗侧力构件，研发出适用于多高层住宅

的装配式钢-混凝土组合结构体系；

重力和侧力体系可分，利于实现标准化、模块化、产业化；

钢构件规格集中，提高了工厂制作效率；

标准层结构布置示意

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4.3 主要技术创新

一体化外墙板，柱不外露，防腐防火

防腐防火内墙板

空间组合楼盖体系，钢梁不外露，受力性能好，楼盖跨度大

创新点（二）：一体化集成式组合楼盖

梁柱无外露，实现钢结构大空间优势， 户型自由分割；

利用结构创新解决钢构件防火防腐问题。

预制叠合密肋楼板

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4.3 主要技术创新

嵌挂结合预制夹心保温外墙板

保温层

外 内

钢柱

砌块

外叶板

內叶板

创新点（三）：结构-墙体-保温-装饰一体化

采用PC外挂板技术解决了墙板接缝问题

通过嵌挂结合的构造创新解决了钢柱外露的问题

钢梁/支撑与墙板一体化预制，提高了安装效率

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4.3 主要技术创新

结构与围护一体化预制

梁、支撑、墙板一体化建造

创新点（四）：一体化建造，实现装配化施工

结构与围护一体化建造、装配式连接

大幅减少现场焊接，提升安装效率

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4.3 主要技术创新

三居户型

两居户型

创新点（五）：室内无柱大空间、户型自由灵活分割

大柱距、组合扁梁楼盖

户内大空间、暗梁暗柱，房型可变，自由分割

充分发挥钢结构大空间优势，并克服传统钢结构住宅缺点

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4.3 主要技术创新

五个创新技术 差异化竞争优势：

p 框架-支撑-剪力墙结构体系

p 围护与结构集成设计技术

p 结构-墙体-保温-装饰一体化

p 装配化/模块化施工技术

p 模块化厨卫与管道布置

p 可变户型：室内无柱大空间，

户型自由分隔，菜单式选择

p 舒适空间：室内无梁台柱棱，

钢构件不外露，适应居住习惯

p 高效建造：模块化建造

钢结构技术

PC技术

装配式组合结构技术

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4.3 主要技术创新

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4.3 主要技术创新

户内无柱大空间，户型可自由分割；

梁柱不外露，符合居住习惯，且解决了钢结构防腐防火问题。

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汇 报 目 录

1 钢结构的发展与成就

2 装配式钢结构进展

3 面临的问题

4 MCC STEEL HOUSE的探索

5 思考

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5.1 重大机遇

绿色发展理念、环保要求给钢结构带来历史性重大发展机遇

混凝土原材料涨价，使钢结构具有了更大的竞争力

钢结构具有物流的优势

钢结构更加适合“一带一路”走出去战略

技术体系成熟、行业发展共识

钢结构产业集中化是必然趋势，且已呈初步态势，这更加有利于

钢结构的高质量发展

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5.2 高度重视行业创新平台的建设

科技创新是由科学研究（S）、技术开发（T）、工程转化（E）、产业创新（I）几个环节相互反馈、交织互动的非线性过程

ü 科学研究（S） 对已经存在世界的探索与发现

ü 技术开发与工程化（T\E） 对新世界的发明与创新，集成与构建

ü 产业化（I） 多专业的组织、集合，经济性与公益性

装配式钢结构：STEI的总成，更侧重TEI

要重视“突破性”创新，更要重视“渐进性”、“积累性”创新

S T/E I

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5.2 高度重视行业创新平台的建设

S T/E

T/E I

S T/E I

ü 高校、院所和企业的协同不够，大量的基础性研究缺少明确方向，企业自身的机制与人才不能解决迫切的关键性、基础性问题

ü 国内大型钢结构企业都在做涵盖研发、设计、制造、施工的专有体系的全产业链

ü 企业间缺少协同，众多体系极大的分散了有限的钢结构资源，实际上阻碍了整个产业的迅速壮大

ü 产业链上下游之间缺少协同，信息不畅ü 部品部件产品单一，未形成体系，关键产品缺乏

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5.2 高度重视行业创新平台的建设

应用基础

规划设计

生产制造

施工安装

运营维护

基础理论

科研院所和技术型企

业

高校

创新型企业和产业型企业

技术研发

标准规范

从产业化（I）出发，龙头企业牵头 回溯到T、E、S 建设全产业链，面向市场 开发商、建筑商、钢铁企业

从技术体系（TE）出发，高校或院所牵头 延伸到I、S 建设全产业链，面向市场

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5.3 打造基于云平台的装配式钢结构建筑全要素产业平台

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5.3 打造基于云平台的装配式钢结构建筑全要素产业平台

打造全流程技术研发平台

装配式建筑相关产品智能生产制造

实现产业与金融创新融合，为区域建筑产业提供高效、快捷的服务

1

核心创新链

扩展产 业链

衍生资 金链

三大生态链

配套服务

投融资平台

物联网平台

数字信息平台

园区人才服务平台

创新孵化平台

高端材料生产

部品部件生产

配套产品生产

工程总承包

•联合创新技术研发•技术发布推广

创新链

产业链

资本链

2 多维平台体系

信息化建造

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5.3 打造装配式钢结构建筑全要素产业平台

•创新链定位：ü 科研实力一流、具有行业重要影响力的科研创新基地

ü 装配式建筑人才培养基地

ü 装配式建筑体系及其产品研发与示范基地

ü 装配式建筑发展的协同创新平台

•产业链定位：ü 绿色环保、智能化成套产品生产线

ü 先进的全过程、全专业、全寿命的信息化建造技术

ü 市场占有率高、资质齐全的装配式建筑总承包企业

•资本链定位：ü 装配式建筑产业孵化基地和双创中心

ü 以互联网为平台，增强园区地域辐射能力，打造区域产业中心

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5.4 加强人才体系建设

重视人才，不求所有，但求所用，建立多层面的装配式钢结构专业人才体系。

致 谢

以上成果由装配式建筑创新团队成员侯兆新、吴耀华、龚超、刘晓

刚等共同完成，并受到以下经费支持：

Ø 钢结构建筑产业化关键技术及示范2017YFC0703800

Ø 新型钢结构民用建筑成套技术开发与应用2012BAJ13B00

Ø 新型建筑体系及节能环保围护材料关键技术研究与应用2009AA032302

Ø 模块化结构建筑研究与产业化示范2014GH030036

Ø 围护系统子标准体系与关键标准研究2016YFC0701604

Ø 钢结构构件智能化制造技术研究与示范2017YFC0703706

Ø 节能环保型钢结构体系住宅集成技术开发NCSTE-2000-JKZX-029

Ø 标准化钢结构房屋产业化及工程示范 0012013010

Ø ……

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我们一起努力

让钢结构为我们创造更美好的明天！

钢结构