1.钢结构的起源及发达国家的钢结构建筑教育
1.发达国家的钢结构都是由一群外行建造的
如果仔细追溯世界钢结构建筑的发展历史，就会发现一个有趣的现象：
n （欧洲）早期的钢结构建筑是在一群铁路和桥梁工程师的推动下发展起来的；
日本的钢结构建筑是在一群造船工程师的推动下发展起来的；
只有中国，钢结构才由建筑行业的“内行”建造。
也就是说，发达国家的钢结构建筑，是一群“外行”在建筑业发展起来的。但需要注意的是，他们虽然是建筑业的外行，但对钢材却了如指掌，运用自如。因此，他们通过不断的努力和探索，最终成为主宰世界建筑业的大师。正是他们把铁路轨道带入建筑业，进而演变为工字钢，进而才有了如今建筑业广泛使用的H型钢。
1884年，铁路工程师艾费尔设计建造了一座跨度165m的铁桥（图8）。
图 8
1887年，工程师艾费尔设计并建造了一座跨度160m的铁桥（图9）。
图 9
1889年，拥有丰富铁路高架桥设计和施工经验的工程师埃菲尔与工程师努吉耶、柯赫兰、建筑师斯蒂芬索维斯特一起为巴黎世博会设计了300米高的埃菲尔铁塔（图10）。在修建时，当地的艺术家和文化界名人发起了激烈的反对运动。著名作家莫泊桑说：“铁塔建成的那一天，是我离开巴黎的那一天”，但铁塔建成后，却成为代表巴黎形象的建筑。
图10
此外，与钢结构相匹配的维护结构，例如玻璃幕墙、铝幕墙、金属龙骨外墙系统、钛金外墙系统等，都是由一批建筑行业的“外行”开发出来的。
同样，1894年，日本海军造船技师若山贤介将欧洲的钢结构引入日本，采用钢管柱和热轧角钢桁梁设计建造了日本最早的钢结构建筑——位于东京京桥的三层集英社印刷厂（图11）。
图11
2.日本钢结构教育的由来
1909年，日本钢结构先驱佐野力完成了建筑面积500m2、三层、钢架结构的丸善大楼（图12）。该建筑完全由钢材构成，具有钢架结构。外观虽然仍保留了古典建筑风格，但明亮的玻璃建筑（大窗户和门）立面给人一种新型建筑的感觉。佐野力（1880-1956）是日本著名的建筑结构、结构力学和建筑设计师。为了推动日本钢结构建筑的发展，他专门在东京帝国大学机械系（注意，不是建筑系！）开设了“铁结构”课程。在机械系开设钢结构建筑课程的好处是，可以充分借鉴机械工业几百年来积累的钢铁制造、加工和使用经验；可以充分利用机械系的师资、教材和实验设备。如果放在建筑系，师资、教材、实验设备都要从零开始，效果未必好。
图12
2.中国钢结构建筑教育的起源及现状
1.中国钢结构建筑教育的起源
中国的钢结构建筑是在市场的压力下，由擅长土木建筑但不擅长钢结构的土木建筑师和结构工程师开发出来的。
建筑学院的老师虽然对建筑学的了解很深，但对钢材却是门外汉。教“土木建筑”的老师对钢材的了解程度很低，教“钢结构建筑”就有点吃力了。很多建筑学院根本就没有机械工程专业，学生又怎么会懂“紧固件”、“焊铆”、“钢丝绳”（矿业学院的学生应该对钢丝绳很熟悉，因为矿井提升机离不开钢丝绳）、“机械制造技术”、“金属工艺”等各种与钢材有关的专业知识呢？
虽然结构专业已经开始讲授《钢结构》课程，但建筑专业还停留在讲授《土木建筑》课程的阶段，因至今尚无《钢结构》教材可供教学，无法开设《钢结构》课程。
钢结构建筑从设计到施工主要需要经过以下四个流程：
建筑设计-结构设计-制造-安装
目前，钢结构建筑的“制造”和“安装”技术主要由企业自我培训完成，技术人员主要来自船舶、桥梁、汽车制造等机械制造专业的学生。
结构设计师大多来自建筑院校的结构工程专业，也有相当一部分来自机械专业。
建筑设计依然由精通“土木工程”的建筑师完成。
我经常跟年轻的工程师讲：“产品开发有三个阶段，分别是画图、设计和开发，最高级别是开发，其次是设计，最后是画图。”
由于“钢结构建筑”教育严重落后于建筑实践，很多中国建筑师只懂“民用建筑”，不懂“钢结构建筑”，导致很多大型钢结构建筑只能请外国人进行创意（开发）和设计（设计），中国设计院也只能帮忙画图（绘图）。
因此，中国现代大型钢结构（包括奥运场馆、大型机场航站楼以及少数超高层建筑）大部分都是由外国设计师设计的。
像很多参与和提倡“住宅工业化”的官员和学者，他们本身并没有制造业的工作经历和教育背景，对当代制造业的发展现状和技术前景（如柔性制造系统、装配设计（DFA）、制造与装配设计（DFMA）、产品生命周期管理（PLM）等不计其数的新型制造业知识）一无所知，他们口中的“住宅工业化”缺乏真正的制造技术内涵，既空洞又肤浅。因此，十多年来，“住宅工业化”的口号虽然喊得响亮，却始终没有实质性的进展。
我担心，在这一波“装配式”建筑发展浪潮中，会出现一批像当年喊“住宅工业化”的人一样，没有充分理解“装配式”和“填补空白”的内涵的人，虽然口号喊得响亮，但“装配式”建筑却迟迟没有实质性进展。
2、中国钢结构教育只重“产”（钢结构设计），不重“育”（钢结构制造与装配）
1.传统行业如何解决产品设计和制造问题？
n 船舶学院设有船舶设计专业和船舶制造专业；
n汽车行业既有汽车设计专业，也有汽车制造专业；
矿业行业既有矿山机械设计专业，又有矿山机械制造专业；
通用机械行业既有机械设计专业，也有机械制造专业。
我国建筑教育中钢结构设计教育起步很晚，甚至还没有起步。
因此，我国高等建筑院校尚未考虑开设钢结构建筑制造与装配专业课程。
因此，我评价目前我国的钢结构建筑教育只注重“诞生”（钢结构设计），而不注重“培育”（钢结构制造和装配）。
2. 中国建筑教育现状及建筑从业人员的技术水平
周绪红（中国工程院院士、重庆大学校长）在“2017中国钢结构发展高峰论坛”上表示：“现有的设计师大多长期从事混凝土设计，转型做钢结构设计，没有充分体现出钢结构设计的优势，目前市场缺乏高科技人才。”
岳庆瑞在《我国钢结构发展瓶颈及对策的思考》一文中说：
“目前，国内设计院专业钢结构设计所（室）很少，高水平专业设计人员严重短缺；熟悉钢结构的总结构师、建筑师、设备师也严重短缺；钢结构企业具有国际工程经验的专业工程技术人员和管理人员严重短缺，高水平焊工、自动化设计技师短缺；深化图设计和BIM应用人员技术水平较低，工业化工程技术人员和产业工人短缺；专业的钢结构监理、检测人员也短缺。”
3、中国钢结构行业如何解决钢结构“维护”（制造、装配）问题？
幸好，中国是世界制造业大国，除了建筑业，其他行业也培养了无数的机械制造专家。
由于中国建筑设计只顾“生”（钢结构设计），不顾“养”（钢结构制造与装配），中国钢结构企业只能从其他行业（船舶制造、压力容器、机械制造）“领养”“孩子”来传宗接代，培养出一批国际顶尖的建筑专家。
例如：鲍广建（图13右七），教授级高级工程师，博士生导师，享受国务院特殊津贴专家，重庆大学兼职教授，英国皇家学会特许建造师，全国劳动模范，深圳市建盛和钢结构工程有限公司董事长、总经理；曾任中国钢结构协会焊接分会、房屋钢结构分会副理事长、中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会专家组成员、国家科技进步奖土木工程建筑专业评审委员会委员、全国建设科技进步先进个人、全国建筑企业优秀项目经理、全国五一劳动奖章获得者等。
图13
如今，大型钢结构企业的制造、安装技术人员大多是机械、焊接专业的毕业生。
此时，我想起了王士同教授的一句话（图14）：“我国钢结构行业，设计拙劣：95%的施工单位都袖手旁观；施工困难：必须攻克设计难（水平差）再下手（施工）！”
图14
3、建筑业不能长期只注重“产”（钢结构设计），而忽视“养”（钢结构制造及装配）
1. 建筑教育
中国的建筑教育应该学习佐野俊树（1880-1956），将钢结构建筑设计、钢结构建筑制造、钢结构建筑安装等课程要么放在机械学院（或系），要么放在钢结构工程系（这是一个很头疼的问题，因为现在中国的建筑院校只有土木工程系，没有钢结构系）。
在机械系开设钢结构施工课程的优点是可以充分借鉴机械工业几百年来积累的钢铁制造、加工和使用经验，充分利用机械系的师资、教材和实验设备。如果放在建筑系开设，师资、教材和实验设备都要从零开始，效果可能不太好。
学生们如果想成为合格的钢结构设计、制造与装配技术人员，或多或少都会考虑或运用图15中的知识点。
图15
将上图细化后，我们得到图16：
图16
3.钢结构建筑施工企业人力资源配置
我看到很多钢结构建筑公司的人力资源配置很不合理，他们普遍认为，对于钢结构建筑来说，当然只需要聘请几个结构工程师就可以了。
他们常常忘记“建筑”这个词，因为如果没有建筑师的参与，结构工程师制作出的建筑设计非常丑陋，并且缺乏功能性。
另外，我曾经看到过一个企业里的两个车间，一个管理得很好（5S管理水平很高），而另一个却很乱（别说5S管理了，连基本的清洁卫生都无法保证）。
经询问，我们发现有一位车间主任来自制造业，熟悉工厂管理，熟练运用5S管理。
有一位车间主任是工程建设出身，对工厂管理不太了解，更不知道什么是5S管理。
这让我想起一个故事，一个刚从农村来到城市的家政工人，即使经过培训，她也认为雇主家里的厕所比自家客厅还干净重庆莱特钢结构公司，根本不需要打扫。
同样，一个工程建设出身的车间主任可能认为他把这个车间管理得很好，因为它比他以前管理的施工现场好得多。
我也参观过一些预制混凝土工厂（非常大，非常有名），严格来说，根本不能称为工厂。脏乱不说，基本上就是简单的“地上干高空作业”，就是拿着抹子在地上干活（因为模具没有上模盖，师傅告诉我有上模盖，但是因为浇不满，所以没法用。其实混凝土流动性差，自密实性差，所以要拆掉上模，工人要用抹子把上面抹平）。跟普通的工地没什么区别，技术都是师傅口口相传学来的，没有流程，没有程序，没有工具，没有检查，没有试验，没有操作规程。
由于中国建筑业从业人员大多没有制造业的学历和工作经历，因此很容易理解“焊接”是制造零部件的工艺，不能用于整机组装（焊接），这是制造业的常识。但在建筑业，我们还要讨论“焊接”是否是“预制”钢结构这样一个幼稚的问题。
相信学过上述机械专业课程的建筑结构专家就不会再说“焊接”就是“装配式”钢结构了。
一些去发达国家留学的中国建筑院校毕业生，在刚上完几节课时，还以为自己走错了教室，结果却进入了另一个专业（机械工程）的教室。
房屋建筑的近亲——船舶、飞机、火车、汽车，在过去的100年中，通过工业制造得到了飞速的发展。因此，斯蒂芬·基兰和詹姆斯·廷伯莱特（美国）在其著作《重新发明建筑：如何用制造业改造建筑业》（图25）中强调，“建筑业应该借鉴制造业的成功经验进行改造”。
图25
下面这一节是临时（2017年4月5日）添加的，因为昨天发布上一节之后，网上引起了很大的争议。
其实“装配”设计是制造业中每一位机械工程师的必修课，我曾在博客中专门介绍过“装配设计（DFA）系统”和“制造与装配设计（DFMA）”。
摘录如下：
为了围绕实际需求进行设计，需要详细的产品装配设计系统。1977 年，在美国国家科学基金会的资助下，Jeffrey Boothrod 和 Peter Dawehorst 领导了面向装配设计 (DFA) 系统的开发。面向制造和装配的设计 [DFMA 是 Boothrod Dawehorst, Inc. 的商标] 是一种基于计算机的系统，可通过减少组件来实现制造和装配成本的节省。为了指导设计师减少零件数量，在装配过程中添加到产品中的每个零件都必须根据面向制造和装配的设计 (DFMA) 方法提供的三个标准进行检查：
为了解决这些基本设计问题，必须确定要组装的主要部件。此外，这些部件构成了制造和装配评估的基准。数学公式（包括理论零件数量和设计效率）可用于量化不同设计的成本。事实上，Busrod 和 Davehorst 的系统建立了一个在组装和制造之前进行设计分析的系统流程（见图 25）。
据记载，DFMA 系统已经在汽车、电子、航空航天等许多行业取得了成功。DFMA 系统已成功应用于低装配成本、低工作量的行业以及高装配成本、高工作量的行业。
面向制造和装配的设计 (DFMA) 试图通过降低成本和提高产品质量（一种价值形式）来提高产品的价值。实施面向制造和装配的设计 (DFMA) 方法可以帮助缩短项目工期、降低项目成本并提高项目质量。
图25
早在一百多年前，在焊接技术发明之前，人类就已经设计、制造和建造了许多“装配式”钢结构建筑，如：
1. 1779年，铁匠师傅约翰·威尔金森协助亚伯拉罕·道尔比和他的建筑师T.F.普里查德设计建造了世界上第一座铸铁桥——英国塞文河上的科尔布鲁克代尔桥（图4）。该桥跨度30米，高12.2米，用了378吨铸铁。至今仍在使用，接待着来自世界各地的游客。
2、1850年9月至1851年1月，建造了这座长563米、宽124米的巨大建筑（图5）——水晶宫。
3、1884年，铁路工程师艾费尔设计建造了一座跨度165m的铁桥（图8）。
4、1887年，工程师艾费尔设计建造了一座跨度160米的铁桥（图9）。
5、1889年，具有丰富铁路高架桥设计和施工经验的工程师埃菲尔与工程师诺吉耶（Nouguier）、克赫兰（Koechlin）以及建筑师斯蒂芬索维斯特（Stephen Sauvestre）一起，为巴黎世博会设计了300米高的埃菲尔铁塔（图10）。
一百多年前，钢结构都是用热铆钉来组装的，当时的施工技术比今天的高强度螺栓不知道困难多少倍？
作为当今中国的建筑者，想到如果不允许现场焊接就不可能建造出廉价而美观的钢结构建筑，确实令人感到悲哀重庆莱特钢结构公司，但这是事实。
原因就在于中国建筑教育没有DFA体系，没有DFMA课程，对于长期从事现浇混凝土（钢筋绑扎、模板、浇筑）技术的设计人员来说，预制节点的设计确实很难。而对于习惯了现浇混凝土结构的工程师来说，“焊接”基本就相当于“现浇”，设计时不需要考虑太多的“节点设计”，设计就会省时、省事、省力。这也是中国建筑教育和建筑设计长期以来只关心“生”（钢结构设计）而不关心“养”（钢结构制造、装配）的结果。正如王世同教授批评的那样：“设计不好，施工来弥补”（见下图）。
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