鋼模板是用于混凝土澆筑成型的鋼制模板,國內規模化應用有40余年的歷史。在民建領域,我國組合鋼模板與全鋼大模板累計使用率曾達到 75%以上,存量達到1.4 億 m2 以上。近年來,傳統鋼模板市場規模出現收縮,部分民建鋼模板企業向預制建筑鋼模具轉型,并取得較好經營效益。
鋼模板強度高,韌性好,經濟價值優勢顯著,是很多工程領域必不可少的模板。迄今為止,全鋼大模板、鋼框膠合板、電梯井筒模板等墻體模板,各類墩柱、蓋梁、T梁,滑模、爬模,大型整體鋼平臺模架體系,裝配式建筑中墻板、樓梯、陽臺等模具體系,在工程建設中得到極為廣泛的應用。
隨著鋼模板國際化先進技術的不斷吸收,大量先進制造工藝,智能化、自動化、數字化技術的不斷引進,高強鋼、高強不銹鋼等新材料的不斷突破,如鋼框模板、整體鋼模板平臺、不銹鋼模板、輕型鋼模板等技術快速升級涌現,我國鋼模板行業呈現新的復蘇特征。
一、我國鋼模板類產品在公建領域的市場發展空間較大
目前,鋼模板技術與產品主要應用于鐵路公路、水利水電、軌道交通、市政橋梁等公建領域,如高鐵整孔箱梁模板、橋梁節段箱梁模板、掛籃、橋梁構件生產線、墩身及蓋梁模板、現澆注、梁板蓋工具式模板等。鋼模板也是復雜結構的首選模板,如大跨度、異形結構、復雜曲線等。
2022年,全國鐵路固定資產投資呈回升和反彈態勢,并將繼續加大投資力度。1-3季度,全國鐵路投產新線2381公里,其中高鐵1198公里,固定資產投資完成4750億元,較去年同期提高1.8個百分點。相關文件要求,充分發揮鐵路基礎建設有效投資對穩住經濟大盤的拉動作用,推動納入規劃、條件成熟的項目應開工、盡開工、早開工,年內新開工項目累計建設新線總里程達5387公里,投資總規模達11981億元。
2022年,全國公路固定資產投資進一步提速,交通部門表示將加大促投資穩增長。1-9月,全國完成公路水路交通固定資產投資2.17萬億,同比增長9.8%。其中,公路建設完成2.06萬億,同比增長10%。投資以聯網補網強鏈為重點,加快建設“6軸、7廊、8通道”國家綜合立體交通網主骨架,著力推動打通“斷頭路”、水運通道等項目開工建設,提前實施一批重大交通工程。
疫情對我國經濟產生了重大影響,國民經濟企穩回升壓力巨大,擴大基建需求,加大重大項目投資建設將提速。從1987年開始至2020年期間,國家在道路橋梁建設項目中總投資高達149608.72億元。《十四五規劃和2035年遠景目標綱要》提出,到2025年,鐵路營業里程將從2021年的15.07萬公里增加到16.5萬公里(其中高速鐵路5萬公里),公路通車里程從2021年528.07萬公里增加到550萬公里。軌道交通是未來市政公用設施建設最具投資潛力的板塊,占比可能會從20%左右增長到40%甚至50%。因此,鋼模板行業未來仍然具有很大的發展空間,鋼模企業應準確研判形勢,把握增長機遇。
二、我國鋼模板施工技術取得輝煌成就
我國鋼模板施工技術在設計理念、建造技術、施工組織、管理模式等方面取得一系列進展,在多個重大工程取得開創性的成就。
(一)我國預制箱梁建造技術取得突破性進展
2022年10月,由浙江省交通集團牽頭投資建設的杭甬高速復線寧波段,由中國模板腳手架會員企業制造加工的,左右幅分離式整孔預制箱梁,單幅箱梁長約50米、寬約16.5米、重1800噸,為國內單體超大噸位整孔預制箱梁。主線橋長2.39公里,前期設計50米整孔預制箱梁94片、40米整孔預制箱梁2片。
由中鐵科工攻堅克難,歷時5個月自主研發并交付了自重1705噸、可架設超大型箱梁的“大國重器”——“越海號”,承擔該高速663榀箱梁的架設任務。作為我國自主研發制造的超大整孔預制箱梁架橋機,還能適應不同跨徑、小曲線半徑、左右幅高低墩等多種特殊工況。
(二)全國最大承載菱形掛籃完成安裝
2022年4月,全國最大承載菱形掛籃在萬州恒太河大橋完成安裝。恒太河大橋全長540米。中交四航局等自主研發設計的多箱室超重主梁節段懸澆施工的掛籃,為五棍主菱形結構,自重達360噸,承載能力達900噸,前吊帶數量達26組,最重懸澆節段重達902.4噸,在同類橋梁中為全國最重懸澆梁段。
(三)高鐵“第一橋”王家河特大橋主墩封頂
2022年7月,由中國鐵建大橋局承建的西延高鐵全線重點控制性工程—王家河特大橋主墩順利封頂,為國內高墩大跨、連續剛構同類橋型施工提供了寶貴經驗。主橋為124+248+124米連續剛構加拱組合體系,是西延高鐵全線最大跨度最高橋,同時也是結構最復雜的橋梁,為目前國內高速鐵路無砟軌道橋梁中同類型結構跨度最大、橋高最高橋梁。
(四)上海大歌劇院螺旋樓梯UHPC懸挑預制梁首梁成功澆筑
上海大歌劇院的造型取“中國扇”之意,作為“扇柄”部分的室外螺旋樓梯設計為輕薄且無支撐的結構形態,其整體懸挑長度達30米,包含15米的超長懸挑梁板結構,且梁截面高度受建筑尺寸限制僅為725毫米高,鋼結構等常規工藝很難實現此建筑形體,因此核心區A區結構采用UHPC進行打造。
UHPC過往在行業內多作為裝飾板或用于橋梁的濕接縫等節點加強,作為建筑結構中大規模的單獨受力構件是國內首次。2022年10月31日,上海建工A區UHPC懸挑預制梁首梁澆筑舉行。屋面結構中含62根UHPC懸挑梁生產制作,共計方量約300方。
(五)北部灣港最大沉箱在防城港成功安裝
該工程項目由防城港赤沙碼頭有限公司投資建設,總投資約19.4億元,碼頭長度415米,采用重力式獨立墩橢圓形沉箱結構。沉箱長29米,寬17.1米,高27.9米,共11座,最重達5200多噸,是目前北部灣地區最大的沉箱。
(六)裝配式建筑鋼模具形成規模級市場并多項復雜應用
當前,全國新開工裝配式建筑面積達7.4億平方米以上,占新建建筑面積的比例超過24.5%。PC模具等絕大多數均采用鋼模板制作完成。裝配式建筑鋼模具預制內外墻、疊合板、預制樓梯、梁、柱、陽臺、空調板等尺寸、精度和外觀質量的控制要求很高,模具底模、側模、端模等設計與制作均逐步升級。
上海建工建材科技、河北榆構建材等頭部企業,激光切割下料,高精度模具結構設計簡捷,支拆方便,密封性好,耐久性好,多次使用變形小,構件線條平滑直順,外觀平整,色澤均勻,在預制箱梁、地鐵隧道、綜合管廊和一批重要工程中規模應用。復雜預制構件的設計,裝模及拆卸系統、物料儲運系統、信息管理系統均不斷優化。
三、我國鋼模板企業現代化制造、信息化進程提速,升級潛力無限
改革開放以來,國內如火如荼的基礎設施建設,促進了我國鋼模板行業的快速發展壯大,快速增加的鋼模板需求導致大量的市場主體出現。 在高峰時期,我國鋼模板生產+租賃企業曾達1.3萬家以上。
據中國模板腳手架協會統計,當前,我國鋼模板生產加租賃企業2000多家。其中,營收2000萬元以下的企業約占23.4%,2000-5000萬元的企業約占37.3%,5000-1億元的企業約占37.2%,超過1億元的企業占2.1%。營收過1億元的企業仍然較少。從企業規模來看,擁有行業特級資質的鋼模板企業為6家,營收過3億元的企業不超過10家。
伴隨我國建筑工藝突飛猛進的技術進步,鋼模板產品技術經歷了人工拆拼裝工藝發展到“機電液”一體化的機械裝備工藝,傳統的鋼模板產品向混凝土成型專用裝備升級的屬性日益凸顯。
在制造能力與制造精度方面,我國鋼模板企業取得較大進展。80%企業均采購了新一代的機加工設備,新型剪板機、折彎機、銑邊機等性能顯著升級;機床數控化率顯著提升至40%左右,數控鉆床、數控沖床及數控復合沖剪機等鋼板精加工設備,數控火焰切割機等設備,自動焊接機器人,激光切割機等設備大量采用,生產工藝和流程快速優化;在工業4.0革命性趨勢的推動下,智能化升級逐步提速,工業設備數據采集率越來越高,頭部企業遠程監控和智能控制開始采用。
由于信息技術產業的普及以及建筑工業化的興起,數字化開始驅動生產、物流、施工全業務流程。ERP、5G、云監控、PLC控制、智能傳感、人機交互等先進智能信息技術開始賦能民建、鐵路、公路等基礎設施建設。工程建設的快速發展的技術需求的倒逼,進一步推動了國內鋼模板產品方案呈現出標準化與定制化、工業化與信息化深度結合的發展趨勢,智慧化、綠色化、部分構件的預制化成為高品質工程建設的重要發展方向。同時,服務的需求更加契合具體,個性化的產品方案將取代單一產品結構,企業間同質化競爭的現象將得到有效遏制,產品科技附加值將得到提升,鋼模板類產品技術升級潛力巨大。
四、行業存在的主要問題和挑戰
(一)行業進入門檻低,產業集中度低
鋼模板行業“小、散、亂”的現象貫穿整個行業40多年發展史。盡管行業整體制造水平有了大幅提升,但很多中小企業生產設備、制造工藝仍然落后,行業同質化現象嚴重,低價競爭阻礙行業健康發展。鋼模板產品標準化率均值較低,規模拓張難度較高,行業集中度偏低,大體量的頭部領軍企業較少。
(二)整體制造水平不高,深化設計、創新能力不足
日本機床數控化率維持80%以上,德國和美國機床數控化率均超過70%。盡管我國鋼模板制造能力取得較大進展,但與國外發達國家之間還存在較大差距。鋼模板種類繁多,平面、擋墻、圓柱等鋼模板,掛籃、抱箍、墩柱、蓋梁、箱梁等鋼模板,多數產品設計保守,計算能力不足,專業軟件匱乏,安全系數過高,改良性創新為主,底層創新,原始創新不足。
(三)行業生存壓力較大,綜合管理體系落后
疫情多發散發,房建市場低迷,市場需求遇冷、企業生產經營等均受到較大影響。兩年來,原材料價格波動較大,多數時間位于高位。受此直接影響,資金壓力、庫存壓力、銷售壓力、制造成本、經營成本、人力成本等均大幅攀升。受產品需求型號過多,非標率過高影響,制造復雜性較高,生產工藝各異,控制重點不同,管理節約化難度很高。當前,行業正處于數字化轉型、環保升級、專業人才承接等節點,復合型管理人才和優質管理體系缺乏。
五、技術進展與展望
(一)鋼框復合模板技術逐步成熟
發達國家在鋼框復合模板領域擁有傳統的技術優勢,專注于從事鋼模板產品的研發設計、復雜精尖等模架價值鏈中高端環節,與我國存在較大技術差距,并且是我們長期追趕的方向和目標。
21世紀以來,一批擁有海外工程背景的模架人才,將國外多項先進的模架體系引入國內。其中,以WISA木膠合板為面板的鋼框木模板體系良好應用,北京魔力盒子、陜西泰博等企業鋼框大模板、柱模板、單側大模板等得到北京多項重點工程項目方的充分肯定。同時,DOKA,PERI為代表的世界模架巨頭,也將企業先進的鋼模板體系與國內市場優化對接與融合,如DUO鋼框塑料模板等體系在雄安等地區得到良好應用,中國模板腳手架協會也組織了相關的專項方案評定。整體來看,鋼框復合模板體系與國外技術應用代差快速減少,行業經驗積累快速升級。
(二)不銹鋼模板快速發展
不銹鋼建筑模板方面,2022年,已有數家企業產品在工程中得到實踐。新型不銹鋼建筑模板槽型板、內加強肋及端肋結構強度及剛度較上一代顯著提升,借助于鋁模板BIM體系設計,輕質高強,體系完善,通用性高,可獨立使用,也可與鋁模板配套,耐腐蝕強,不與混凝土反應,表面光滑,脫模效果好。不銹鋼建筑模板平方米銷售價格在400元左右,與鋁合金模板相比,有著一定的經濟優勢,有著較好的市場前景。
不銹鋼模板其它應用方面,不銹鋼圓柱模板、墩柱模板,不銹鋼箱梁、預制箱梁模板、不銹鋼T梁模板等均積累了更多的應用案例,高強不銹鋼的材料突破,必將賦予不銹鋼模板更活躍的市場生命力。
(三)預制裝配式橋梁呈現多環節創新
預制裝配式橋梁的結構設計優化與節點受力計算模型不斷優化;預制裝配式橋梁材料和制作,如混凝土內部氣泡離析等很多技術問題逐步改進;蓋梁牛腿式垂直拼接、預制構件空中對接視覺定位等預制裝配式橋梁構件快速、高精度安裝施工技術提升了速度與精度。智慧化管理技術,智能測力支座等推進了橋梁的智慧化建造與運營。
上部結構方面,架橋機日益智能化,T梁、雙T梁、小箱梁等預制法施工快速進步;由于盤扣腳手架的普及推廣,租賃價格大幅降低,現澆法施工性價比較往年更有優勢;懸臂法、頂推法、轉體法施工均有著諸多亮點。下部結構方面,橋臺、橋墩和基礎,鋼模板制作的墩臺質量均呈現顯著提升,盤扣的現場施工也越來越體系嫻熟。2022年,青海省地方標準《公路預制裝配式橋梁下部結構設計規范》實施,預制體系進一步深化。
展望
鋼模板在世界建筑模板體系中占有重要地位,當前在歐美等發達國家也與木膠合板共同構架了主流模板體系。我國鋁合金模板的高速體系化發展,產業鏈完善與價格、品質更高層面拉升,也培育豐沃的技術、市場土壤,助推了鋼模板在民建、公建領域的深化與又一輪的提升發展。
二十大報告提出,加快建設交通強國,適度超前,提質增效,十四五國家加大基礎設施建設,給予模架行業巨大的市場空間。同時,風險也同樣很大,基建投資由政府財政主導,疫情使地方債務加大,監管收緊,加上土地供給、環保政策等影響,計劃開工≠實際開工,已經開工資金往往難以后續落實,優質項目稀缺,施工單位資金屢屢斷流,按時履約支付風險攀升,行業投資應謹慎再謹慎。
長期以來,我國鋼模板受困于行業分散,集中度低,企業規模小,散多而不強。隨著現代化、智能化制造能力的提升,市場競爭的深化,以及新的社會資本的介入,國內鋼模板企業之間的技術與經營差距會進一步拉大。企業競爭將升級為全面綜合實力的競爭,逐漸從低水平的價格競爭過渡到全方位--技術、管理和成本等方面的綜合競爭。行業集中不可避免,一批技術水平低、產品質量差、生產工藝落后的模板企業將失去生存空間,擁有特色優勢、管理優勢、比較優勢的企業將獲得更好的市場空間,行業發展韌性將得到進一步加強。
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