Shenyang Muguang -ekologinen karjanhoitokeskus: Kuinka 213 800 neliömetrin teräsrakenteinen lemmikkikarjatila-talojen kokonaisuus tasapainottaa esivalmistusta, elinkaaren kustannuksia, tulensuojelua ja korroosion torjuntaa

Shenyang Muguang -ekologinen karjanhoitokeskus: Kuinka 213 800 neliömetrin teräsrakenteinen lemmikkikarjatila-talojen kokonaisuus tasapainottaa esivalmistusta, elinkaaren kustannuksia, tulensuojelua ja korroosion torjuntaa

Esivalmistus, elinkaaren kustannukset, tulensuojelu ja korroosion torjunta

Tämän projektin teollisuusarvo ei rajoitu vain teräksestä valmistettujen karjatilojen toimittamiseen, vaan se kattaa myös valmiiksi valmistettujen rakennusten politiikan, maatalousrakennusten kostean ja korrosoivan ympäristön, tuuli- ja lumikuormat kylmässä ilmastossa, katolle asennettavien aurinkosähköjärjestelmien liitännät sekä laajamittaisen hankinnan yhden suuren insinöörihankealueen sisällä. Ulkomaisten ostajien kannalta siirrettävä opetus ei ole tietyn osion kokoon tai tarjoukseen perustuva kopioiminen. Sen sijaan tulee luoda jäljitettävissä oleva ketju: ”suunnitteluperusteet – valmistuslaatu – kuljetus ja nosto – suorituskyvyn hyväksyntä – käyttö- ja huoltovastuu.”

I. Poliittinen tausta: Valmiiksi valmistettujen rakennusten ja vihreiden rakennusmateriaalien käyttö on siirtymässä vaiheeseen, jossa keskitytään hankintaan, arviointiin ja jäljitettävyyteen.

Kansainvälistä valmiiksi valmistettujen rakennusten osuutta koskevaa vaatimusta ei tulisi ymmärtää globaalisti yhtenäisenä pakollisena prosenttimäisenä osuutena. Taloudet eroavat toisistaan poliittisten tavoitteiden, rakennusten luokittelun, tilastollisten nimittäjien ja valvontamenetelmien osalta. Vertailtavissa ovat politiikkatoimet – ei yhden maan prosenttiluvun suoraa soveltamista toisen maan projektiin.

Kiinan 14. viiden vuoden suunnitelma asuinrakentamiselle ja kaupunki- ja maaseutukehitykselle ilmoitti, että esivalmistetut rakennukset muodostivat 20,5 % uuden kaupunkirakentamisen kerrosalasta vuonna 2020 ; vuoteen 2025 mennessä asiaankuuluvat kansalliset suunnitelmat asettavat tavoitteeksi 30 % vuotuisesta uudesta kaupunkirakentamisesta tämä on makrotasoisesti asetettu kehitystavoite; se ei tarkoita, että jokaisen teollisuuslaitoksen, karjatalousrakennuksen tai ulkomaisen projektin on käytettävä samaa esivalmisteluprosenttia koskevaa menetelmää. Insinööripalvelujen hankinnassa suora vaikutus johtuu enemmän vihreiden rakennusmateriaalien politiikasta: marraskuusta 2022 lähtien rahoitusministeriö, asunto- ja kaupunki- sekä maaseutukehitysministeriö ja teollisuus- ja tiedotusteknologiaministeriö ovat laajentaneet valtion hankintapolitiikkaa, joka tukee vihreitä rakennusmateriaaleja, 48 kaupunkiin ja alueeseen. Politiikka edellyttää, että kaikki valtiolla rahoitetut rakennushankkeet täyttävät vihreän rakentamisen ja vihreiden materiaalien vaatimukset vuoteen 2025 mennessä, ja vaatii, että vihreän rakentamisen ja vihreiden materiaalien vaatimukset otetaan huomioon hankkeen aloittamisessa, tarjouspyynnöissä, sopimuksissa, rakennusvalvonnassa ja suorituksen hyväksynnässä.

Kansainvälisesti Singapore on vaatinut marraskuusta 2014 lähtien tietyissä ei-maalla sijaitsevissa asuinrakennusprojekteissa, jotka rakennetaan hallituksen maanmyyntiohjelman puitteissa myydyille tontteille, valmiiksi valmistettua tilavuusrakentamista (PPVC). Sen rakennettavuuskehystä käytetään edistämään esivalmistusta projektikohtaisten kynnysten, pisteytyksen ja suunnittelun ja valmistuksen yhteensopivuuden (DfMA) vaihtoehtojen kautta sen sijaan, että kaikille rakennuksille annettaisiin yksi prosenttiluku. Yhdistyneen kuningaskunnan rakennustoimintaa koskeva ohjelma (Construction Playbook) sisällyttää modernit rakentamismenetelmät (MMC), alustapohjaisen suunnittelun ja standardoidut komponentit julkisten hankintojen ja toimitusten ohjeistukseen. Siinä todetaan myös, että MMC:tä tulisi arvioida projektin soveltuvuuden ja tulosten perusteella, eikä sitä tulisi pitää tavoitteena itsessään.

II. Teollisuuden tila: Vahva tekninen sopivuus tehtaissa, tapahtumapaikoissa ja supertall-rakennuksissa – mutta ”markkinaosuus” vaatii määritellyn tilastollisen perustan

Teräsrakenteilla on selkeä tekninen soveltuvuus teollisuuslaitoksiin, varastoihin, urheilu- ja näyttelytiloihin sekä erityisen korkeisiin rakennuksiin. Kuitenkin julkiset tilastot luokitellaan usein kerrosalankanssa, projektien lukumäärän perusteella, teräksen kulutuksen tai rakennetyypin mukaan, joten nimittäjät eivät ole yhtenäisiä.

• Laitokset ja varastot: Portaalikehiköt, teräsrakenteiset kehiköt ja hihnat voivat täyttää vaatimukset pitkistä jännityksistä, nopeasta kattamisesta, laitteiden sijoittelusta ja tulevasta laajentumisesta. Niiden ”korkea läpäisyaste” on alan arvio, ei yksittäinen virallinen luku. Mikään prosenttiluku ei saa ilman tarkennusta otosryhmästä, alueesta, vuodesta ja rakennustyypistä.

• Tilat: Stadionien, näyttelykeskusten ja lentokenttäterminaalien pitkäjänteiset katot käyttävät usein teräshihnoja, avaruuskehikoita, ruudukkokaaria tai muita avaruusrakenteita niiden oma-painon, jännityksen ja muodon hallinnan takia – ei pelkästään teräksen tonnimäärän maksimoimiseksi. Projektien jännitykset, kattojärjestelmät ja toiminnallisuudet vaihtelevat liian paljon, jotta niitä voitaisiin tiivistää yhdellä osuudella.

• Erityisen korkeat rakennukset: Teräsbetonista ja teräksestä koostuvat yhdistelmä- tai hybridijärjestelmät ovat yleisemmin käytössä sivujäykkyys-, muovautuvuus-, rakennusnopeus- ja hyödyllisen tilan tasapainottamiseen. Vuoden 2015 CTBUH:n tekninen artikkeli kiinalaisista yli 250 metriä korkeista pilvenpiirtäjistä ennusti, että noin 90 % Kiinassa yli 250 metriä korkeista rakennuksista käyttäisi teräsbetonihybridijärjestelmiä vuoteen 2018 mennessä. Tämä oli historiallinen ennuste tietylle otokselle eikä se edusta nykyistä maailmanlaajuista osuutta.

Myötävaikutteet keskusteknologioiden kehityksessä muuttavat myös hankintalogiikkaa. BIM ja parametrinen suunnittelu mahdollistavat hiltojen, rakenteellisten osien, liitosten ja LVI-liitosten koordinoinnin varhaisessa vaiheessa. DfMA tuo toistuvat laitokset, standardiliitokset ja kokoonpanojärjestyksen suunnittelun mukaan. CNC-leikkaus, automatisoitu kokoaminen ja hitsaus, 3D-skannaus ja QR-koodipohjainen jäljitettävyys parantavat eräkohtaisen yhdenmukaisuuden saavuttamista. Irrotettavat ruuviliitokset ja materiaalipassit luovat edellytykset tuleviin muutoksiin, laajennuksiin ja komponenttien uudelleenkäyttöön. Maailman teräsyhdistys huomauttaa, että modulaariset teräsrakennelmat ja irrotettavat liitokset voivat tukea nopeaa sopeutumista ja uudelleenkäyttöä, mikäli materiaalien ominaisuudet, komponenttien historia ja laatu ketju ovat jäljitettävissä.

III. Projektitasolta insinöörisuorituskykyyn: neljä teknistä arviota Muguang-tukikohdasta

1. Pitkät jännykset ja toistuvat yksiköt parantavat tehokkuutta – mutta lisäävät myös eräkohtaista riskiä

35 standardoitua naudentallia ja 2 eristystallia luovat edellytykset toistettavalle suunnittelulle, eräälle leikkaukselle ja virtaviivaiselle valmistukselle. Teräs rakenteet ovat suhteellisen kevyitä ja vaativat vähemmän kosteita työvaiheita rakennuspaikalla, mikä auttaa lyhentämään asennus- ja katto- ja seinärakentamisaikataulua. Kuitenkin yksittäinen liitosvirhe, reiän sijainnin poikkeama tai ohitettu pinnoitustarkastus voi toistua useissa rakennuksissa . Standardointi tarkoittaakin enemmän kuin ”identtisiä komponentteja”; siihen kuuluvat myös suunnittelun lopettamispisteet, ensimmäisen näytteen tarkastus, kokeellisen kokoonpanon säännöt, komponenttien koodaus, pakkausluettelot, rakennuspaikan mittauskontrollipisteet ja muutosten hyväksyntä.

2. Kylmässä ilmastossa katon suunnittelussa lunta, tuulta, veden kerääntymistä ja aurinkosähköjärjestelmiä on käsiteltävä yhtenä kokonaisuutena

Hanke sijaitsee Shenyangissa. Rakennussuunnittelun on määritettävä lumikuormat, tuulikuormat, maanjäristysvaikutukset ja kuormien yhdistelmät projektin hyväksyntähetkellä voimassa olevien rakentamismääräysten sekä paikallisten sää- ja maanjäristysparametrien mukaisesti. Toimittajan kokemusarvoja tai niin sanottuja tyypillisiä Pohjois-Kiinan parametreja ei saa käyttää korvaavana ratkaisuna. Rakenteellisen tarkastuksen on siksi kattava aurinkopaneelien ja niiden tuentarakenteiden kuollut kuorma, huoltokuorma, tuulen nostava vaikutus, lumien kertyminen, esteellinen vesien poistuminen, katon läpivienti ja tulenero.

3. Korroosionhallinta eläintiloissa on aloitettava ympäristöluokituksen perusteella – ei pelkästään kahdella ruosteenestomaalauksella

Kosteus, ammoniakki, puhdistus- ja desinfiointikemikaalit, lämpötilaerojen aiheuttama kondenssi sekä lannan käsittelyolosuhteet naudan kasvatuslaitoksissa tekevät pylväiden perustat, purliinien liitokset, ruuvien reunat, hitsausnaumat ja naarmut korroosion prioriteettialueiksi. ISO 12944 -sarjan mukaan suojamaalaukset on valittava korroosioriskin, pinnan tilan ja halutun kestovuuden perusteella.[8] Hankintadokumenteissa on vähintään määriteltävä ympäristöluokituksen perusta, alustamateriaali ja metallipinnoite, pinnan esikäsittelyn taso, alapohja-/välipohja-/päällystemaali, tavoiteltu kuivapinnoituspaksuus, reunojen erityispuhdistus (stripe coating), kenttäkorjausmenettelyt, tarkastusmenetelmät sekä käyttö- ja huoltotarkastusten väliajat.

4. Palosuunnittelun on noudatettava toiminnallista aluejakoa – ei saa soveltaa yhtä palokestävyysratkaisua kaikkiin rakennuksiin

Tulikuormat ja evakuointiolosuhteet ihmisille ja karjalle vaihtelevat eri karjatiloissa, eristystiloissa, rehun käsittely- tai varastointialueilla, sähköhuoneissa ja aurinkosähköinverterien alueilla. Koska teräs menettää lujuuttaan ja jäykkyyttään korkeassa lämpötilassa, tulisuojelun suunnittelun tulee perustua rakennuksen käyttötarkoitukseen, tulensuojaluokituksen, rakenteellisen tärkeyden ja viranomaisten vaatimusten mukaan, yhdistäen jäsenien tulensuojaus, osastointi, tulierotteluetäisyydet, tulodetektoinnin, automaattisen sammutuksen, savunpoiston ja hätävirran erottamisen. Jos rehun käsittelyssä syntyy syttyvää pölyä, on myös pölytulen ja räjähdyksen riskit tunnistettava. Laajentuvan tai muun tulensuojakoodin vaadittu paksuus on määritettävä poikkileikkaussuhteesta, vaaditusta tulensuojakaudesta ja validoitusta tuotejärjestelmästä.

IV. Kolme teollisuuden kipupistettä: Kustannusten, standardoinnin, tulensuojan ja korroosionhallinnan otto hankintapäätöksiin

Kipupiste 1: Elinkaaren kustannusten korvaaminen tonnikohtaisten tai neliömetrikohtaisten hintojen avulla

Yksikköhinta on helpoin luku, jota verrataan rakenneterästen hankinnassa – ja samalla helpoin tapa sivuuttaa laajuusrajojen määrittely. Tarjoukset voivat sisältää tai jättää pois liitostiedot, liitoslevyt, korkealujuusruuvit, pinnoitukset, kipsilevyt, pakkausratkaisut, merikuljetukset, rakennustilan nostotyöt, tarkastukset, verot ja tekniset palvelut. Alhain tarjous on vertailukelpinen vain silloin, kun suunnitteluperusteet, materiaaliluokat, pinnoitusjärjestelmä, toimituslaajuus ja hyväksyntäkriteerit ovat identtiset. Usean rakennuksen projekteissa, kuten Muguang-tukikohdassa, järkevämpi lähestymistapa on jakaa kustannukset rakenteeseen, ulkovaippaan, LVI-liitoksiin, kuljetukseen ja nostoon, laadun dokumentointiin sekä käyttöön ja huoltoon, ja sen jälkeen hallita muutoksia suunnittelun jäädyttämisen jälkeen.

Kipupiste 2: Riittämätön standardointi – tai liiallinen standardointi

Riittämätön standardointi johtaa liian monien jäsenkokojen syntymiseen, toistuvaan liitosten suunnitteluun, työkalujen useisiin vaihtoihin ja vaikeaan varaosien hallintaan. Liiallinen standardointi voi jättää huomiotta tilan sijainnin, ilmanvaihdon, laitteet, paikallisesti muodostuvan lumipeitteen, liikkeen liitokset ja tulevan laajentumisen. Suositellaan "alusta + vaihtoehtoisia ratkaisuja" -lähestymistapaa: standardoidaan ruudukkomoduulit, pääjäsenperheet, liitännät ja ulkokuoren yksityiskohdat, mutta säilytetään parametriset säädöt toiminnallisille ja ympäristöllisille eroille.

Kipupiste 3: Palo- ja korroosiosuojauksen vaatimukset jätetään usein sopimuksen loppuun, mikä tekee suorituskyvyn tarkistamisesta mahdotonta

Jos sopimus mainitsee vain 'noudatettava kansallisia standardeja' ilman sovellettavien laitosten, ympäristöluokkien, palosuojelutavoitteiden, tarkastusten taajuuksien ja vastuun jakautumisen määrittelyä, valmistajat, pinnoitusalatilaajat ja asennusyrittäjät tulkitsisivat vaatimukset eri tavoin. Ulkomaiset projektit liittyvät myös paikallisiin määräyksiin, kansallisiin liitteisiin, kolmannen osapuolen sertifiointiin ja viranomaisten hyväksyntään. Suorituskykyä koskevat ehdot on muunnettava esitettäviksi asiakirjoiksi: laskelmat, materiaalitodistukset, hitsaustekniset ohjeet/hitsaustulosten validointitodistukset (WPS/PQR), hitsaajan pätevyystodistukset, epätuhoavia tarkastuksia koskevat suunnitelmat, pinnoitustiedot, tarkastustiedot, komponenttien jäljitettävyysaikataulut, asennusohjeet ja huoltosuunnitelmat.

V. Kahdeksan RFQ- ja tarjousarviointikohtaa ulkomaisille insinööreille ja hankintapäälliköille

• Suunnitteluperustasiakirjat: projektin sijainti, käyttötarkoitus, suunnittelun työelämä, tärkeysluokka, sovelletut standardit ja niiden versiot, kansalliset liitteet, tuuli-/lumi-/maanjäristysparametrit, lämpövaikutukset, riippuvat kuormat ja aurinkopaneelikuormat.

• Rakenteellinen laajuus ja rajapinnat: verkko, jänneväli, tukiväli, rintamakorkeus, katon kaltevuus, liikepistokset, perustusten reaktiot, LVI-avaukset, laitteiden kuormat, ulkoseinärakenteiden rajapinnat sekä vesienpoiston rajapinnat.

• Materiaalit ja jäljitettävyys: teräsluokitukset, iskunkestävyysvaatimukset, materiaalitodistukset, lämpönumerojäljitettävyys, kiinnitystarvikeluokitukset sekä korvausten hyväksyntäprosessi.

• Hitsaus ja tarkastus: Hitsausmenetelmäohjeet/kokeelliset hitsaustestit, hitsaajan pätevyys, hitsausten laatuvaatimukset, epätuhoavaa testausta (NDT) koskevat menetelmät ja otantataajuudet, mitalliset toleranssit sekä ensimmäisen tuotteen/kokeellisen kokoonpanon vaatimukset.

• Korroosiosuojajärjestelmä: ympäristöluokittelu, pinnan esikäsittely, maalauksen/metallipinnoituksen järjestelmä, kuivan maalin paksuus, reunien vahvistus, korjausmateriaalit, tarkastus sekä huoltovälit.

• Palosuojaus ja turvallisuus: rakennuksen alueittaisuus, vaadittu palokestävyysaika, suojajärjestelmä, palo- ja savunhallintajärjestelmien rajapinnat, aurinkopaneelien erottaminen, pölynpäästövaarat sekä hätäkäytävät.

• Pakkaus, kuljetus ja asennus: komponenttien tunnistaminen, pakkausjärjestys, erityisesti suunnitellut tukirakenteet, kuljetusmitat, rakennustilan varastointi, nostojärjestys, väliaikaiset tuentarakenteet ja asennustoleranssit.

• Siirtoasiakirjat ja vastuu: laskelmat, valmistuspohjaiset piirrokset, materiaali- ja tarkastusraportit, toteutettu malli/piirrokset, asennusohjeet, varaosat, takuun kattavuus ja puutteiden korjaamisen aikarajat.

Johtopäätös: Muunnetaan "nopea rakentaminen" "pitkäaikaiseksi käyttökelpoisuudeksi"

Shenyangin Muguangin ekologisen karjanhoitoalueen esivalmistettu teräsraakenne osoittaa, kuinka maatalousrakennukset voivat koordinoida useita rakennuksia, toistuvia yksiköitä ja ympäristönsuojelulaitteita. Esivalmistus ei kuitenkaan automaattisesti tarkoita alhaisia kustannuksia, vähäistä hiilijalanjälkeä tai korkeaa kestävyyttä. Aikataulun etu muuttuu pitkäaikaiseksi omaisuusarvoksi vasta silloin, kun standardointi poistaa tehottomat vaihtoehdot, digitaalinen valmistus vähentää virheitä, tulen ja korroosion vaatimukset muuttuvat tarkistettaviksi hyväksyntäkriteereiksi, aurinkosähkö- (PV) ja sähkö-, ilmanvaihto- ja vesihuollon (MEP) rajapinnat koordinoituvat suunnitteluvaiheessa ja huoltovastuut kirjataan sopimukseen.

Teknisten insinöörien ensimmäinen tehtävä on luoda tarkka suunnitteluperusta ja toiminnallinen aluejaottelu. Hankinta- ja toimitusketjun johtajien kannalta avainasemassa on saada eri toimittajilta tarjouksia samojen teknisten rajojen sisällä. Liiketoimintapäätösten tekijöiden arvioinnin tulisi ulottua alkuperäisen ostohinnan yli ja kattaa aikataulun varmuus, laatuun liittyvä riski, toiminnan keskeytyminen, korjausten taajuus ja tuleva laajentaminen. Tämä on Muguang-projektin siirrettävin opetus teräsrakenteisille varastoille, tehtailla, karjatalousrakennuksille ja muille teollisuusprojekteille.

#Esivalmistettu teräsrakennelma #Ekologinen karjan kasvatusalue #Standardoitu naudanlaitumetalli #Pitkän välimatkan teräsrakennus #Portaalirungon teräsrakennelma #Kylmille alueille suunniteltu teräsrakennelma #Karjatalousrakennusten korroosiosuojaus #Teräsrakennelmien tulensuojaus #Katon aurinkosähköjärjestelmä #Tuuli- ja lunastuormien kestävyys suunnittelussa #Teräksen valmistuksen laatuvarmistus #Komponenttien jäljitettävyys #Elinikäkustannukset #Valmistukseen ja kokoonpanoon suunniteltu rakenne #BIM-koordinointi

Teknisen standardin viitejärjestelmä

GB 55006-2021 Teräsrakenteiden yleinen sääntö

GB 50009-2012 "Rakennusrakenteiden kuormitusohje"

GB 50011-2010 "Rakennusten maanjäristysvarmuuden suunnittelua koskeva ohje"

GB 50755-2012 "Teräsrakenteiden rakentamisohje"

GB 50661-2011 "Teräsrakenteiden hitsaamisohje"

GB 51249-2017 "Rakennusten teräsrakenteiden tulensuojauksen tekninen ohje"

GB 14907-2018 "Teräsrakenteiden tulensuojamaalit"