从港珠澳大桥，看钢结构建筑的“神奇魔法”—— 双碳与ESG观察

本文来自微信公众号“保利资本”（ID:PolyCapital）

港珠澳大桥是像"搭积木"一样拼装出来的。

在带领设计团队日夜为港珠澳大桥奋战之时，总设计师孟凡超遇到了一个环保问题：港珠澳大桥所跨越的伶仃洋海域正好经过国家一级保护动物中华白海豚的栖息地，如何尽量减少工程对中华白海豚的干扰和影响？ 

在仔细研究中华白海豚的生活习性后，他们提出了一个创造性思路：所有大型构件全部在工厂完成，再运抵海上安装，最大限度减少海上作业的人员、时间和装备数量，从而把对中华白海豚生活的干扰降到最低。

在港珠澳大桥施工现场，看不到人头攒动、千军万马的施工景象，而是为数不多的大型装备在现场进行装配化安装。桥墩、桥面、钢箱梁、钢管桩等都是在附近地区的厂房里建好后，待风平浪静时运到海上一块块、一层层地组装起来，像搭积木一样，效率更高，也更环保。

据了解，被英国《卫报》誉为“新世界七大奇迹”的港珠澳大桥，海中主体桥梁总用钢量就达到了40 多万吨，重量相当于10个鸟巢或60 座埃菲尔铁塔，可以说是我国钢结构建筑史上浓墨重彩的一笔。

1858年贝塞麦炼钢法的出现是一个分水岭。在此之前，熟铁是铁基建筑更普遍的材料选择，贝塞麦炼钢法的出现使得钢的低成本大规模生产变得可行。

一座位于英格兰锡菲尔德的贝塞麦转炉图源 | Wikipedia

此后，钢作为建筑材料，在西欧得到广泛使用，包括著名的巴黎火车站和法国国家图书馆等多个大型公共建筑。与此同时，1871年，由于芝加哥大火摧毁了成千上万的木制建筑，钢铁等不燃性建筑材料开始被强制应用，再加上经济发展与城市土地之间的矛盾，钢结构建筑在芝加哥开始大幅应用，这一趋势很快覆盖整个美国。

如今，发达国家的钢结构建筑已经达到较高的商品化程度。在日本，每天都有一两百幢钢结构住宅建筑在工厂的流水线生产制造；美国钢结构住宅所用构件和部品的标准化、系列化程度很高。

新中国成立后，在经历节约钢材、限制使用、合理使用和推广应用等多个阶段后，我国钢产量开始慢慢提高，钢结构建筑也在经济发达地区逐渐增多。2008年前后，得益于奥运会，钢结构建筑的热潮到来，建成了大批钢结构场馆、机场、车站和高层建筑。

鸟巢，中国伟大的钢结构建筑图源 | pixabay

造型独特的国家大剧院外壳为钢结构壳体图源 | Architecture & Design

事实上，在钢结构出现以前，钢筋混凝土结构是最为常见的主要建筑材料之一，具备坚固、耐久、防火性能好、成本低等优点。但由于混凝土的主要成分是水泥，其生产过程会带来大量碳排放。

随着国家“双碳”目标的确立，有着低能耗、低排放属性的钢结构则慢慢成为这场转型的中坚力量。据中国工程院有关数据显示，每平方米钢结构建筑比每平方米混凝土建筑在生产施工过程中能减少15%的碳排放，如果算上钢结构住宅拆除阶段的回收利用，节能减排的效果更为可观。

那么，钢结构为什么能够降低碳排放量？可以从以下三个阶段来看：

生产施工 

钢结构的构件比较细长，而混凝土结构是实心构件，所以钢结构的材料用量相对较少；其重量也比混凝土结构轻很多，所以运输过程中钢结构构件所消耗的能源显然较少；在施工方面，钢结构无需使用水、模板，且施工人员少，周期更短，也有助于减少碳排放。 

运维 

钢结构的结构体系与维护体系分离，在各种气候条件下都可以使用不同保温隔热性能的维护体系，不必像混凝土结构，依靠增加墙体厚度达到节能减排的目的。 

拆除回收 

我国正在大量拆除混凝土和砖混结构建筑，而混凝土和砖块的回收利用率很低。钢材则具备可回收利用的特性，可以有效减少碳排量。 

正是基于这些绿色优势，近年来，国家出台了多项重磅政策鼓励钢结构行业的发展，包括《关于大力发展钢结构建筑的意见(征求意见稿)》、《绿色建筑创建行动方案》、《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》等。2021年10月中办、国办印发《关于推动城乡建设绿色发展的意见》，其中也明确提到大力发展装配式建筑，重点推动钢结构装配式住宅建设。

钢结构毕竟在国内应用的时间尚短。数据显示，目前发达国家钢结构建筑占总建筑量的比例在40％以上，我国钢结构建筑占比只有5%-7%，钢结构住宅占比仅1%左右。

因此钢结构应用也在多方面仍待完善。一方面，我国在设计和施工能力上仍有待提升，施工期间易出现没有足够能力分析解决各类技术问题，造成施工质量和效率的下降；另一方面，由于国内钢结构加工企业门槛低、管理粗放以及对各种细节缺乏重视，导致加工细节与国外同类产品存在差距，比如配套的维护材料、连接件方面，国内产品在齐全与耐久性上也不如国外同类产品；还有特别重要的一点，我国在钢结构领域的人才缺口较大。这些因素将会长期限制钢结构建筑水平能力的提升，我们应该如何克服？

政策扶持，大力推动钢结构的发展

《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的30%，并积极稳妥推广钢结构建筑。数据显示，2021年，新开工钢结构建筑面积达2.1亿平方米，占新开工装配式建筑的28.8%。

统一标准，加速迈向标准化、规模化、市场化

2021年，住房和城乡建设部发布《钢结构住宅主要构件尺寸指南》，对钢结构住宅各种构件进行标准的统一，预计可以通过全面提升设计单位和施工企业的效率，进一步降低装配式钢结构的建设成本，有利于持续扩大钢结构市场份额。

为助力推动钢结构行业的发展，保利资本领投钢结构建筑产业数字化云平台「果芯数创」种子轮投资。「果芯数创」创始人及CEO孔令智观察到钢结构建筑的设计和建造的过程高度非标，且整个行业的数字化程度较低，导致钢结构造价成本偏高，严重阻碍了钢结构建筑的推广和普及，因此研发了钢结构设计软件“果芯引擎”，以提高钢结构深化设计的效率，为钢结构行业的发展贡献自己的一份力量。

在我国“双碳”目标下，钢结构建筑的发展无疑迎来了机遇期，精进和攻克钢结构建筑相关的技术，方能构建更美好的低碳未来。

参考文章：

1. 澎湃新闻：《超级工程 中国实力——访港珠澳大桥总设计师孟凡超》 

2. 光明日报：《港珠澳大桥：“超级工程”背后有何“超级创新”》 

3. 光明网：《中国桥梁建设：向世界展示“中国建造”的非凡实力》 

4. UKEssays. (November 2018). Design of Steel Structures: History and Features.

5. Steel LLC: A Brief History of Steel Costruction 

6. mayflowersteelbuildings: The History of Steel Buildings

7. 广发证券发展研究中心：《对我国钢结构发展的思考》 

8. Architecture & Design: 50 Incredible Buildings Around The World That Are Works of Art 

9. 北京日报： 《国家大剧院： “湖中明 珠”》 

10. 中国冶金报，中国钢铁新闻网：《 钢结构：每平米在生产施工过程中较混凝土建筑减少二氧化碳排放15%。目前钢结构住宅面积占我国新建住宅面积不足1% 》 

11. 东南大学：《钢结构与低碳建筑》 

12. 中国房地产报：《 何文波： 钢铁行业要与建筑业 无缝衔接，绿色高质量发展始终是大事丨两会关注 》 

13. 《城镇建设》2021年2月第5期 ：《论我国钢结构存在问题分析及发展建议》

14. 中国政府网：国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见 

15. 光明网：《"十三五"期间全国建成装配式建筑面积达16亿平方米》

16. 住房城乡建设部网站 ： 《钢结构住宅主要构件尺寸指南 》