張季超
文/羊城晚報記者李鋼圖/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、羊城晚報社聯(lián)合承辦的珠江科學(xué)大講堂117講邀請了俄羅斯自然科學(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)新與實踐》的科普講座。
好房子：綠色低碳品質(zhì)長久環(huán)境宜居
張季超說，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？張季超認為，“好房子”指的是綠色低碳、品質(zhì)長久、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，房屋建設(shè)是一個科學(xué)的過程，要先后經(jīng)過地質(zhì)勘探、建筑設(shè)計、地基處理，基坑挖掘、防災(zāi)減災(zāi)設(shè)計以及主體結(jié)構(gòu)施工等流程，最后通過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)國內(nèi)一流、國際領(lǐng)先的大型科技場館——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)過程。
張季超回憶說，當時準備建設(shè)廣東科學(xué)中心的時候，建設(shè)所在地還是一片沼澤地，海拔只有4米多。因此，首先要做的就是進行填土增高，將海拔提升至8米多。
他說，做地基處理的時候一定要先了解地勢情況。樓蓋的越高，地基處理的要求就越嚴格。
張季超說，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，地基液化就會導(dǎo)致在發(fā)生地震的時候，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。地基處理是指當天然地基不能滿足建設(shè)工程要求時，對地基經(jīng)過人工處理后再進行建造的一個基礎(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、突出性能、增強地基紋理性等等。
其處理方法有排水固結(jié)法、重夯或強夯法震沖密實樁法、水泥攪拌樁法、震沖碎石樁法、沉管碎石樁法、強夯置換法、CFG樁法、土工材料合成法。
在廣東科學(xué)中心建設(shè)時，有人提出用強夯法進行地基處理，但是當時專家并沒有對此達成一致。因此，最后決定做試驗來驗證。并設(shè)置了1600平方米的試驗區(qū)進行夯厚試驗——用一個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。
張季超說，當時的廣東科學(xué)中心建設(shè)地進行強夯有難度，因為地下有淤泥。但是進行夯厚試驗之后，發(fā)現(xiàn)有水球從地下冒出來，表明土層開始固結(jié)、試驗成功。
張季超說，通過采用一系列新技術(shù)，不僅讓工期減少了一半，而且造價還大幅降低。
廣東科學(xué)中心采用先進隔震減震技術(shù)
廣東科學(xué)中心的建筑還采用了先進的隔震減震技術(shù)。
張季超說，當時廣州大學(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)水平國內(nèi)領(lǐng)先。
在對廣東科學(xué)中心的隔震減震技術(shù)做初步設(shè)計時，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，廣東科學(xué)中心的結(jié)構(gòu)是一個格構(gòu)式鋼巨柱+跨層縱向主桁架+橫向桁架的一個大跨巨型鋼結(jié)構(gòu)體系，這個體系的耗鋼量本應(yīng)很高，但是通過采用許多先進的節(jié)能節(jié)材技術(shù)，使得耗鋼量得到了優(yōu)化，達到了每平方米僅為189公斤，相比國內(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)中心采用了國內(nèi)首創(chuàng)的隔震技術(shù)——國內(nèi)最大面積的隔震墊。通過試驗測試，發(fā)現(xiàn)即使建筑物底部在晃動，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)的突破也使得中國在這一領(lǐng)域的技術(shù)水平躋身世界前列。
張季超說，廣州大學(xué)抗震中心有世界上最大的震動臺作隔震測試，呈現(xiàn)8×10的行列陣結(jié)構(gòu)，還擁有國內(nèi)最大的壓力機——萬噸壓力機來做減震試驗。這一先進技術(shù)后來也被廣州塔（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。張季超說，廣東科學(xué)中心在2004年啟動建設(shè)，但是國家的綠色建筑規(guī)范則在2006年才發(fā)布。為了讓廣東科學(xué)中心達到環(huán)保要求，同樣進行了一系列的研究。設(shè)計團隊創(chuàng)建了以共享空間為核心的綠色體系，利用自然風壓、空氣熱差使建筑具有呼吸性能。
為了節(jié)約能耗，團隊采取了冰蓄冷技術(shù)。這一技術(shù)建設(shè)了3個至4個冰蓄冷電站，在晚上用電低峰期將水變成冰，在白天將冷水輸送到場館進行降溫。采用的高誘導(dǎo)熱芯風口低溫送風技術(shù)，送風溫度只有10攝氏度，送風量減少了33%，風機能耗減少了30%。此外，團隊還將常用的玻璃幕墻改成了金屬幕墻，其保溫性能又強化了節(jié)能效果。
模塊化建筑成為趨勢
模塊化建筑成為一大趨勢，張季超說，模塊化建筑的理念就是在工廠就把房子建好，然后再運送到工地進行組裝。這樣的好處在于，工廠自動化生產(chǎn)使得建筑效率大大提高，而且工廠生產(chǎn)的質(zhì)量把控要強于工地施工建造。一開始，模塊化建筑并不適用于高層建筑，但是后來經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新，運用鋼結(jié)構(gòu)和混凝土組合結(jié)構(gòu)等技術(shù)，實現(xiàn)了超高層建筑的同樣適用。
“今年3月底，住建部的建設(shè)開發(fā)中心專門召集了模塊化建筑的研討會，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，建筑領(lǐng)域要轉(zhuǎn)型發(fā)展，必須要研究一體化設(shè)計、智能化建造、高精配裝配、綠色化施工、性能化抗震。并針對關(guān)鍵技術(shù)難題進行核心突破點的研究，形成具有中國制造特色和知識產(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，今后建筑工地的工人數(shù)將大大減少，通過引入高端制造業(yè)的理念，可以實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字制造。
