張季超

文/羊城晚報(bào)記者李鋼圖/主辦方提供

隨著科技的飛速發(fā)展，建筑工程領(lǐng)域正在經(jīng)歷著翻天覆地的變革和持續(xù)創(chuàng)新。我們身邊的建筑物上隱藏著哪些不為人知的先進(jìn)科技力量？近日，由廣州市科學(xué)技術(shù)局主辦，廣東科學(xué)中心、羊城晚報(bào)社聯(lián)合承辦的珠江科學(xué)大講堂117講邀請(qǐng)了俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士、廣州大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師張季超，為大講堂粉絲們作《建筑工程科技創(chuàng)新與實(shí)踐》的科普講座。

好房子：綠色低碳品質(zhì)長(zhǎng)久環(huán)境宜居

張季超說(shuō)，今年年初，住建部提出要大力提高住房品質(zhì)，為人民群眾建設(shè)好房子。什么叫好房子？張季超認(rèn)為，“好房子”指的是綠色低碳、品質(zhì)長(zhǎng)久、環(huán)境宜居的具有新型全壽命周期的優(yōu)質(zhì)住宅。

如何建“好”房子？張季超說(shuō)，房屋建設(shè)是一個(gè)科學(xué)的過(guò)程，要先后經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探、建筑設(shè)計(jì)、地基處理，基坑挖掘、防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計(jì)以及主體結(jié)構(gòu)施工等流程，最后通過(guò)智能的方式將其建好。

2003年年初,廣東省委省政府決定建設(shè)國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際領(lǐng)先的大型科技場(chǎng)館——廣東科學(xué)中心。張季超作為建筑專家，參與了這一大型建筑工程的建設(shè)過(guò)程。

張季超回憶說(shuō)，當(dāng)時(shí)準(zhǔn)備建設(shè)廣東科學(xué)中心的時(shí)候，建設(shè)所在地還是一片沼澤地，海拔只有4米多。因此，首先要做的就是進(jìn)行填土增高，將海拔提升至8米多。

他說(shuō)，做地基處理的時(shí)候一定要先了解地勢(shì)情況。樓蓋的越高，地基處理的要求就越嚴(yán)格。

張季超說(shuō)，由于選址在一片沼澤地，因此要格外防范出現(xiàn)地基液化的現(xiàn)象，一旦處理不好，地基液化就會(huì)導(dǎo)致在發(fā)生地震的時(shí)候，出現(xiàn)噴沙冒水、沉陷等現(xiàn)象，房屋因此而傾斜倒塌。

因此，地基處理技術(shù)就顯得格外重要。地基處理是指當(dāng)天然地基不能滿足建設(shè)工程要求時(shí)，對(duì)地基經(jīng)過(guò)人工處理后再進(jìn)行建造的一個(gè)基礎(chǔ)，可以提高地基承載力、控制地基不均勻沉降，改善地基的特性，改善特殊地基的不良工程地質(zhì)的特點(diǎn)、突出性能、增強(qiáng)地基紋理性等等。

其處理方法有排水固結(jié)法、重夯或強(qiáng)夯法震沖密實(shí)樁法、水泥攪拌樁法、震沖碎石樁法、沉管碎石樁法、強(qiáng)夯置換法、CFG樁法、土工材料合成法。

在廣東科學(xué)中心建設(shè)時(shí)，有人提出用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，但是當(dāng)時(shí)專家并沒(méi)有對(duì)此達(dá)成一致。因此，最后決定做試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。并設(shè)置了1600平方米的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行夯厚試驗(yàn)——用一個(gè)很重的錘子從很高的高度自由落體砸到地面，將地面砸結(jié)實(shí)。

張季超說(shuō)，當(dāng)時(shí)的廣東科學(xué)中心建設(shè)地進(jìn)行強(qiáng)夯有難度，因?yàn)榈叵掠杏倌唷５沁M(jìn)行夯厚試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)有水球從地下冒出來(lái)，表明土層開(kāi)始固結(jié)、試驗(yàn)成功。

張季超說(shuō)，通過(guò)采用一系列新技術(shù)，不僅讓工期減少了一半，而且造價(jià)還大幅降低。

廣東科學(xué)中心采用先進(jìn)隔震減震技術(shù)

廣東科學(xué)中心的建筑還采用了先進(jìn)的隔震減震技術(shù)。

張季超說(shuō)，當(dāng)時(shí)廣州大學(xué)的課題組已經(jīng)在隔震減震技術(shù)上鉆研了數(shù)十年，技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

在對(duì)廣東科學(xué)中心的隔震減震技術(shù)做初步設(shè)計(jì)時(shí)，提出了“小震不壞、中震不壞、大震也不壞”的理念。所采用的隔震技術(shù)不僅要保證房屋結(jié)構(gòu)的安全，也要保證館內(nèi)設(shè)備和人員的安全。

張季超還介紹說(shuō)，廣東科學(xué)中心的結(jié)構(gòu)是一個(gè)格構(gòu)式鋼巨柱+跨層縱向主桁架+橫向桁架的一個(gè)大跨巨型鋼結(jié)構(gòu)體系，這個(gè)體系的耗鋼量本應(yīng)很高，但是通過(guò)采用許多先進(jìn)的節(jié)能節(jié)材技術(shù)，使得耗鋼量得到了優(yōu)化，達(dá)到了每平方米僅為189公斤，相比國(guó)內(nèi)同類型的大型建筑，耗鋼量大幅度降低。

為了保證低耗鋼量與高隔震能力并存，廣東科學(xué)中心采用了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的隔震技術(shù)——國(guó)內(nèi)最大面積的隔震墊。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)即使建筑物底部在晃動(dòng)，其主體結(jié)構(gòu)絲毫不受影響，因此其抗震性能提高了四倍，而且還大大節(jié)約了建筑材料。這一技術(shù)的突破也使得中國(guó)在這一領(lǐng)域的技術(shù)水平躋身世界前列。

張季超說(shuō)，廣州大學(xué)抗震中心有世界上最大的震動(dòng)臺(tái)作隔震測(cè)試，呈現(xiàn)8×10的行列陣結(jié)構(gòu)，還擁有國(guó)內(nèi)最大的壓力機(jī)——萬(wàn)噸壓力機(jī)來(lái)做減震試驗(yàn)。這一先進(jìn)技術(shù)后來(lái)也被廣州塔（小蠻腰）所采用。

此外，廣東科學(xué)中心的綠色建筑也是其一大特點(diǎn)。張季超說(shuō)，廣東科學(xué)中心在2004年啟動(dòng)建設(shè)，但是國(guó)家的綠色建筑規(guī)范則在2006年才發(fā)布。為了讓廣東科學(xué)中心達(dá)到環(huán)保要求，同樣進(jìn)行了一系列的研究。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了以共享空間為核心的綠色體系，利用自然風(fēng)壓、空氣熱差使建筑具有呼吸性能。

為了節(jié)約能耗，團(tuán)隊(duì)采取了冰蓄冷技術(shù)。這一技術(shù)建設(shè)了3個(gè)至4個(gè)冰蓄冷電站，在晚上用電低峰期將水變成冰，在白天將冷水輸送到場(chǎng)館進(jìn)行降溫。采用的高誘導(dǎo)熱芯風(fēng)口低溫送風(fēng)技術(shù)，送風(fēng)溫度只有10攝氏度，送風(fēng)量減少了33%，風(fēng)機(jī)能耗減少了30%。此外，團(tuán)隊(duì)還將常用的玻璃幕墻改成了金屬幕墻，其保溫性能又強(qiáng)化了節(jié)能效果。

模塊化建筑成為趨勢(shì)

模塊化建筑成為一大趨勢(shì)，張季超說(shuō)，模塊化建筑的理念就是在工廠就把房子建好，然后再運(yùn)送到工地進(jìn)行組裝。這樣的好處在于，工廠自動(dòng)化生產(chǎn)使得建筑效率大大提高，而且工廠生產(chǎn)的質(zhì)量把控要強(qiáng)于工地施工建造。一開(kāi)始，模塊化建筑并不適用于高層建筑，但是后來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土組合結(jié)構(gòu)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超高層建筑的同樣適用。

“今年3月底，住建部的建設(shè)開(kāi)發(fā)中心專門召集了模塊化建筑的研討會(huì)，提出今后要大力發(fā)展模塊化建筑，這樣才能提高房屋的品質(zhì)。”

張季超說(shuō)，建筑領(lǐng)域要轉(zhuǎn)型發(fā)展，必須要研究一體化設(shè)計(jì)、智能化建造、高精配裝配、綠色化施工、性能化抗震。并針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行核心突破點(diǎn)的研究，形成具有中國(guó)制造特色和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊化一流裝配整體式建筑關(guān)鍵技術(shù)。

張季超說(shuō)，今后建筑工地的工人數(shù)將大大減少，通過(guò)引入高端制造業(yè)的理念，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字制造。