匠心独运 筑梦未来

　　——访四川省建筑设计研究院有限公司总工程师赵仕兴

　　文/胡月

　　在四川省渝昆高铁宜宾站站前广场,世界跨度最大的悬挑平面桁架结构——马门溪龙项目傲然挺立。

　　与之交相辉映的是世界首例钢筋混凝土内筒—钢网格壳外筒建筑——宜宾艺云数字艺术中心。

　　两座地标建筑矗立于城市天际,前者以钢竹对话完成对远古生灵的致敬,后者以结构创新实现自然与科学的共振。它们的建成跃动着对历史文脉的尊重与对生态文明的思考,为我国重大工程建设树立了科技与艺术深度融合的典范。

　　不久前,记者采访了这两项复杂工程的主要技术负责人之一——国务院政府特殊津贴专家、四川省学术和技术带头人、四川省工程勘察设计大师、四川省建筑设计研究院有限公司总工程师赵仕兴。

　　构建模型提升山区应对地震灾害能力

　　赵仕兴长期从事建筑结构设计咨询和低碳建材与结构、抗震防灾、装配式建筑和空间结构等领域研究。

　　他告诉记者,我国山区面积广袤,占国土总面积的65%以上,我国也是世界上地震损失最大、地震最频繁的国家之一。“山区是强烈地震的多发区域。历次震害调研结果表明,与平坦地区相比,山区在遭遇地震时,灾害往往更为严重。这主要是因为山区地形复杂,地震波传播时会受到地形地质条件的强烈影响。”

　　目前仅有少数技术标准提出采用地形放大系数来应对山区地震的不利影响,但经过实际地震的检验,这些标准的规定仍存在较大缺陷,难以准确反映山区地震的复杂情况,给工程建设带来安全隐患或者造成浪费。

　　为了解决这一难题,赵仕兴带领团队展开深入研究,完成了复杂地形地质条件下地震动放大效应振动台试验,并提出了考虑“震源-介质-场地”的地震动放大效应分析方法。

　　该方法全面考虑了地震发生的源头、地震波传播的介质以及场地条件等多个关键因素。在此基础上,构建了复杂地形地质条件下的地震动放大系数预测模型,并通过大量数据进行验证。最终,成功实现了对特定复杂山区地形地震动放大效应的准确预测。

　　这一成果能够为山区防灾救灾提供科学、可靠的依据,提升山区应对地震灾害的能力,大幅减少人员伤亡和财产损失。

　　实地调研增强框架结构抗倒塌能力

　　“钢筋混凝土框架结构是我国建筑的主要结构型式之一,全国钢筋混凝土框架结构建筑总面积在数十亿平米以上。在地震灾害发生时,钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力与其破坏机制密切相关,柱端屈服型框架(强梁弱柱)易倒塌,而梁端屈服型框架(强柱弱梁)具有有效的内力再分配和耗能能力,抗震性能更好。”赵仕兴介绍说。

　　据了解,当前钢筋混凝土框架结构强柱弱梁实现的途径主要是增大柱端的弯矩设计值,即用强柱弱梁系数来体现。但以往的震害调查表明,即使按照规范正常设计和正常施工的框架结构在实际地震中基本上产生强梁弱柱破坏,未能实现强柱弱梁破坏模式,从而大幅增加了地震造成的灾害损失。

　　为此,赵仕兴团队在“9•5”泸定地震后对震中泸定县磨西镇开展了大量实地调研,并分别对其中的一个实现了强柱弱梁破坏以及一个典型的强梁弱柱破坏的钢筋混凝土框架结构进行了研究,以探究两种破坏模式的抗震性能差异以及实现强柱弱梁破坏对应的强柱弱梁系数值。

　　研究表明现行抗震规范中钢筋混凝土框架结构的强柱弱梁系数限值偏小,难以确保结构实现预期的强柱弱梁破坏。基于实际地震调研和计算分析,提出将国家标准《建筑抗震设计规范》中强柱弱梁系数从1.10～1.20调整为1.50,大幅提升了框架结构的抗倒塌能力。

　　绿色理念拓展竹木结构体系

　　基于当前国家“双碳”战略目标及建筑全过程碳排放占我国碳排放总量一半的现状,赵仕兴判断工程竹、胶合木等轻质高强、绿色、低碳、可再生的生物质材料将会大量应用于现代建筑结构,取代传统建筑材料,符合国家大力发展绿色建筑建材的方针,将推动建筑业低碳转型和高质量发展。

　　“但目前工程竹仍多用作家具、地板等装饰性材料,还不能广泛应用于建筑主体结构的建造。”

　　为此,赵仕兴团队成功完成世界首例工程竹框架-剪力墙结构振动台试验,开展重组竹单层球面网壳试验研究与稳定性分析、重组竹框架结构体系抗震性能研究,并建立了重组竹三个正交方向单调受压应力-应变通用模型,提出多项重组竹防霉技术,为工程竹结构进一步产业化落地提供了强有力的技术支撑。

　　赵仕兴介绍说,他们按照“材料-构件-节点-结构-施工技术”的层级思路,对钢木空间网壳结构开展了系统性研究,通过研发新型连接节点、揭示胶合木单层网壳及弦支网壳静力破坏机制,拓展了钢木空间网壳结构体系,并建立了钢木空间网壳结构设计方法,“我们的研究成果《钢木空间网壳结构关键技术研究与应用》获得中国钢结构协会科技进步一等奖。”

　　不忘初心始终服务于重大工程建设

　　工作繁忙的赵仕兴身兼多职,他兼任住建部科技委员会城市安全与防灾减灾专业委员会委员、四川省住建厅科技委员会委员、四川省住建厅抗震防灾专委会主任委员、陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室专家、清华大学工程博士企业导师、西南交通大学和西南石油大学兼职教授、中文核 心期刊《建筑结构》编委、中国钢结构协会钢结构焊接与连接分会副理事长、中国勘察设计协会结构设计分会常务理事、中国建筑学会结构分会常务理事、四川省土木建筑学会结构工程专委会主任委员和成都市土木建筑学会建筑结构学术委员会主任委员等多个学术组织职务。

　　从业以来,赵仕兴主持大型复杂结构设计项目逾50项,牵头和参加各级科技项目20余项,编制省级以上技术标准30余部,出版专著2部,授权专利20余件、软著12件,工法2件,发表高水平论文50余篇,获得省级以上各类奖项40余项,技术成果工程应用超3000万平米。

　　赵仕兴团队始终服务于重大工程建设,把成果转化为实际工程建设,完成了大量具有社会影响力的工程项目。

　　比如前文提到的在四川宜宾建设的两大地标建筑,他告诉记者,作为“消失物种纪念碑”的现代图腾,马门溪龙项目以56米超大悬挑平面桁架结构刷新世界纪录。“我们团队突破性采用平面桁架方案,通过参数化建模优化受力路径,实现力与形的完美交融。全球首次引入的钢-重组竹组合桁架,既彰显工业文明的刚劲,又浸润自然材料的温润,开创可持续建筑新范式。从风洞试验精准驯服风荷载,到节点足尺试验解构复杂受力;从施工预起拱、预张拉技术消解误差,到多软件校验守护安全,每个环节都凝结着科技与人文的共舞。”

　　而作为世界首例钢筋混凝土内筒-钢网格壳外筒结构的宜宾艺云数字艺术中心,以“自然与力学、建筑与结构、装饰与结构”统一三原则重构空间哲学。“你看放射状鱼腹式桁架用七根立柱呼应七星山势,环形坡道借隐蔽悬臂梁消弭立柱。幕墙与承重结构浑然一体,曲面外网格网壳既是建筑表皮,更是抗侧承重的结构脊梁。这座以竹为魂的文化地标,通过无柱展厅的开敞空间与坡道回环的时空韵律,将地域文化淬炼为可感知的现代符号。”

　　建言献策推动建筑业高质量发展

　　对于今年工作有什么新思路?赵仕兴说,他将继续带领团队锚定抗震防灾和绿色低碳领域开展攻关,并服务于工程建设,为建筑业高质量发展贡献力量。“在抗震防灾领域,进一步开展复杂地形地质条件下地震动研究,为编制相关标准奠定基础;在绿色低碳领域,持续开展新型竹木结构体系和节点研究,落地相关技术标准,打通工程竹工程化的瓶颈。在工程应用方面,持续推进重组竹的工程示范应用,完成若干大型复杂建筑结构设计。”

　　赵仕兴对记者说,今年两会即将召开,这是全党和全国人民的一件大事,在此想对我国科技创新工作提两点建议,目的是打造我国建筑业“新质生产力”,推动我国建筑业高质量发展。

　　他认为要切实保障企业科技创新主体地位。“十八大以来,党中央和国务院明确提出,企业是科技创新的主体。企业作为市场经济的主体,是技术创新的主要实施者和受益者,最能准确把握市场需求,能够将科技创新成果快速转化为生产力。然而,从实际执行情况看来,在很多方面均不能体现企业的科技创新主体地位。”

　　他举例说,比如对企业的创新资源配置不足,多种类型科研项目企业不能申请或者申请难度很大。还有就是科技人才评价一刀切。目前我国人才评价时,对企业、高校、科研院所均采用相同的评价机制,且更多看重于学术论文、专著等高校和科研院所的优势指标,未体现企业科技工作者工作性质和成果的差异性,导致企业科技人才获评成功率明显偏低。此外,企业科技成果转化机制不健全。我国出台了职务科技成果改革的系列办法,但都针对于高校、科研院所、医疗卫生机构,企业存在科技成果转化机制不完善,科技成果转化渠道不畅,科技成果转化投资少、责任大、激励不足等系列问题,从而导致企业和企业科技人员科技成果转化动力不足,转化率低。“我建议针对科技项目、科技人才和科技成果转化等三方面加强对企业的支持力度,切实保障企业科技创新主体地位。”

　　“还有一个问题就是要加大对建筑业等传统行业的科技创新支持力度。”赵仕兴说建筑业是国民经济的支柱产业,也是传统行业。科技主管部门认为建筑业等传统行业没有多少研究空间,绝大部分科技资源都投入到新兴行业上。其实,在目前建筑业逐步下行、急需转型升级的背景下,更需要以科技创新来支撑建筑业等传统产业的高质量发展。“目前,对建筑业的科技创新推动力度明显不足,例如:对建筑业的创新平台、科技项目、科技资金、科技人才等支持甚少,支持力度和建筑业的规模严重失衡。建议在以上各方面加大对建筑业的支持力度,和建筑业的规模基本匹配,充分激发建筑企业科技创新活力。”

责任编辑：柯鹏