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推動土木工程領域創(chuàng)新發(fā)展

2016-09-29 22:50:40
  中國工程院院士王夢恕:

  創(chuàng)新不是為了自己的利益

  創(chuàng)新是誰說了算?這是影響我們國家科技發(fā)展一個很大的問題。領導說了算,領導到底懂不懂,不聽專家意見,就拍腦袋決定。這一度成為創(chuàng)新最大的阻力。很多重大科研項目、很多需要研究的工程項目都因此“走偏”了。

  科學的研究是非常關鍵的。這幾年,領導開始認識到這個問題,規(guī)劃的方案都要經(jīng)過專家討論。專家討論方案,不是你的業(yè)務水平問題,首要的是品德問題,好的品德才能得到好的方案。為老百姓服務、為國家服務,要有這個決心。

  還要學會找問題,找問題比看問題更重要。不要把不是問題的說成問題,把簡單問題復雜化,這樣的研究、這樣的理念、這樣的品德根本創(chuàng)新不了,我們也不需要這樣的“人才”。搞創(chuàng)新是非常難的一個過程,要想沒有風險是不可能的,創(chuàng)新不是為了自己的利益。

  對于工程來說,設計是創(chuàng)新的第一關??蓪嶋H上這往往卻成了創(chuàng)新的一個阻力。有的設計人員根本不懂施工,抄圖、套規(guī)范,設計圖紙創(chuàng)新不了?,F(xiàn)在要有所改變,設計支持結(jié)構(gòu)。設計圖紙包括結(jié)構(gòu)設計、規(guī)模設計,施工單位成立設計院,圖紙來了把它建成。設計、施工二者合到一起才是真正的設計圖紙,這樣才能出真正的預算。從設計上創(chuàng)新,不能因為設計阻撓了技術(shù)的發(fā)展。規(guī)劃方案是非常重要的,再通過施工進行完善。

  我們需要創(chuàng)新,創(chuàng)新需要培養(yǎng)人才。我們培養(yǎng)的是能把復雜問題簡單化的人才,不是簡單問題復雜化的人才。學校老師應該掌握行業(yè)動態(tài)的發(fā)展,否則學生畢業(yè)后出去什么都不懂?,F(xiàn)在的問題就是脫節(jié)很嚴重,大學培養(yǎng)的人才到了企業(yè)不好用,剛畢業(yè)的學生知識面太小,需要鍛煉三到五年才能獨立工作。

  中國的工程建設,包括水利、建筑、土木等,需要新一代年輕人接力,希望“80后”“90后”“00后”繼續(xù)努力,在實踐中鍛煉自己,不斷迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。

  中國工程院院士周豐峻:

  創(chuàng)新海底工程建設技術(shù)

  怎么樣搞好創(chuàng)新,解決我們工程實踐當中面臨的重大問題,對于大型海底工程建設至關重要。

  在鐵路包括高鐵的隧道的建設中,裝備技術(shù)特別重要。我國的隧道施工裝備,在短短的10年間發(fā)展非???,在工程建設中又快、又好、又安全。比如,引洮供水工程。工程遇到的巖石是砂巖,開挖的直徑將近6米,解決了刀盤切割問題,月平均推進近180米,一天平均近60米,這個速度世界上沒有比我們更高的。歐洲日平均40米,最高紀錄50米。

  港珠澳聯(lián)通隧道連接珠江三角洲,一共36公里,包括26公里的橋梁、625米的人工島,還有島下5.6公里的海底隧道,目前都已經(jīng)完工了。這個隧道在施工的時候遇到了很大的難度,其中最難的還是有關人工島的建設。人工島的建設采用了鋼鐵巖的辦法,整個圍著島建一圈,全是鋼做的,高度大概60米、直徑23米,采用8個振動錘垂直從水面向下打下去,要求振動的過程中保持同相位、同頻率。因為這項技術(shù),我們整個施工進度提前了一年。

  香港銅鑼灣避風塘的隧道是在已有的隧道下繼續(xù)做的隧道。這樣產(chǎn)生一個問題,上部已經(jīng)建有隧道,下邊再挖隧道,中間會有十幾米間隔,怎么能保證不會因為下邊的開挖導致上邊工程的破壞。為了解決這個問題,采取了幾項措施。洞口開挖采用高壓噴射灌漿的技術(shù),同時開挖面進行加固,用了12米長玻璃纖維錨桿進行加固,加強了整體的強度,提高了穩(wěn)定性。整個施工過程非常安全。

  海洋工程中隧道工程多的話,不得不做離岸混凝土工程這樣的技術(shù)準備。這個技術(shù)可以用在通風上,對跨海工程里邊比較深的都可以做成垂直通風口,在風浪下是很平穩(wěn)的,穩(wěn)定性比鋼結(jié)構(gòu)要好。在岸上進行預澆筑,下水以后繼續(xù)澆筑,在頂部進行安裝,通過gps定位,到預定的位置進行安裝,投入使用。

  中國工程院院士杜彥良:

  保障重大工程安全可靠

  我國現(xiàn)在在安全保障方面存在哪些問題?一是短壽命、安全隱患突出,在復雜環(huán)境條件下長期服役、長期作用,導致結(jié)構(gòu)性能早期退化,承載力下降,耐久力降低;二是個別工程設計建造存在一些不合理,導致承載力不足或使用壽命較短;三是人為因素,對于運營維護管理不及時、嚴重超載導致下降。另外,就是突發(fā)自然災害導致意外結(jié)構(gòu)損傷,使使用壽命下降或者發(fā)生嚴重的破壞。其中,人為因素占主體。所以說科學的管理、科學的維護、科學的施工應該引起我們的高度重視。從橋梁事故的特征分析來說,自然災害人為因素,人為因素占主體,嚴重損傷和中度損傷占主體,從建造、運營和拆除階段,運營階段占主體,這樣采用如何合理的先進的維修方式,實施能發(fā)現(xiàn)重大工程結(jié)構(gòu)的隱患,及時排除這些安全隱患,保證它的安全性,應該是我們大家關注的問題。

  值得注意的是,雖然我們交通基礎設施的規(guī)模位居世界第一,但平均使用壽命低于發(fā)達國家。為了提高重大工程服役期間的安全性、適用性、耐久性,確保大動脈的安全暢通,必須推進重大工程結(jié)構(gòu)的長壽命。

  圍繞當前和今后重大工程安全保障技術(shù)如何積極進行推進?首先需要全壽命周期的信息覆蓋,從項目決策階段、施工建造、項目勘察、運營維護到廢除和拆除階段,應該建立一個完整的全生命周期的實時管控。其次是全社會周期的性能保持與提升,采用何種先進技術(shù)、保障技術(shù)、評價技術(shù),能夠使我們的結(jié)構(gòu)達到壽命和延長它的使用時間,對出現(xiàn)一些病害和一些其他問題的采用何種技術(shù)提升性能。再次是安全評估與控制。最后是預知性性能控制與主動維護,預知性維護通過先進的監(jiān)測技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)隱患與不足,提前采取措施,達到提前運營,保證運營安全,延長使用壽命。

  中國工程院院士陳政清:

  探尋阻尼減振新技術(shù)

  阻尼就是阻礙運動的一種機制。到目前為止,業(yè)界成熟的阻尼系統(tǒng)主要是依靠摩擦來實現(xiàn)的。有的是固體和固體之間的摩擦,最直觀的就是騎自行車蹬剎車,還有一個流體和固體之間產(chǎn)生阻力。既然依靠摩擦來實現(xiàn),不可避免有一個問題,摩擦就會帶來消耗,帶來損耗。如果你用油,就容易漏油,這也是目前阻尼器普遍存在的問題。

  利用電磁感應原理可以產(chǎn)生阻尼力。兩個磁鐵放在銅板的同一邊,銅板后面有一層鐵板,形成開放性的結(jié)構(gòu),但是它的磁力線是密閉的,類似于水渦流形狀,故稱之為電渦流。電渦流可以作為一個元件,放在調(diào)諧質(zhì)量減振器上面。用電渦流的阻尼器除了有阻尼力以外,還可以提供慣性力。

  不過,電渦流阻尼器有一定的條件。當速度超過一定的限度以后,它還能不能保持原來的性狀,這是值得研究的問題。我們用一種電機旋轉(zhuǎn)的方式,初步模擬了一下它的規(guī)律,這樣全部掌握了以后,也把一些具體困難克服了?,F(xiàn)在這個阻尼器可以做高速的運轉(zhuǎn),達到每秒0.15公里的速度。

  這種阻尼器可用于隔震結(jié)構(gòu)。北京將要修建一座星體橋,普通橋梁大概是10萬噸以下,這座星體橋相當于10座橋梁,它如果不裝阻尼器,光是橡膠柱,會很晃,如果裝了阻尼器可以降到0.6米以內(nèi)的振幅,但是阻尼器的速度一定要大于每秒1米。我們很快就要進行這個實驗。

  另外,在水上漂浮式發(fā)電機的浮體結(jié)構(gòu)里面,搖擺是主要的控制技術(shù),電渦流阻尼器應該是可以起到有效的作用,可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的著陸。未來,還可以對電渦流阻尼器進行廣泛的研究。希望年輕人能有興趣,共同來研究這個問題。

  北京大學建筑與景觀設計學院院長俞孔堅:

  讓城市發(fā)展具有彈性

  中國的水和生態(tài)問題是多樣的,但是解決之道卻是單一的。洪水來了修大壩,澇來了修水道,所以這是用單一的解決方法去解決復雜的問題。具體表現(xiàn)為中國目前的小決策。以水為核心的問題,處理部門很多,但是他們都是分割的,地區(qū)分割、部門分割、功能分割。整個水系統(tǒng)管理都分掉了,復雜化了。水和土是分離的,水和生物是分離的,水和城市是分離的,甚至連排水跟供水都是分離的,洪水抗旱和抗?jié)秤质欠蛛x的。水是世界上最不應該分離的元素,卻被我們分離了,導致系統(tǒng)變得更加復雜,單一地去解決問題。

  出路在哪兒?出路就是要把這些東西整合在一起,變成一個簡單的東西,就是生態(tài)基礎設施、綠色基礎設施,提供綜合的生態(tài)服務,比如生物生產(chǎn)、旱澇調(diào)節(jié)、人的生物保育、生活游憩等。實際就是海綿系統(tǒng),深度反應要有彈性,現(xiàn)在的城市很脆弱,沒有彈性。

  海綿城市建立在這樣的生態(tài)基礎設施之上,具體包括兩方面的工作。一是規(guī)劃,這樣一套綜合的生態(tài)基礎設施如何來規(guī)劃,實現(xiàn)綜合問題的解決;二是設計,工程、技術(shù)到底有哪些關鍵的技術(shù),來實現(xiàn)這樣一個問題的綜合解決。

  講到規(guī)劃,常規(guī)的解決方法是小小的解決方法,單一的高度人工化。其實,自然系統(tǒng)能夠解決好多問題,比如濕地、河流、湖泊構(gòu)成一個系統(tǒng)本身就可以解決澇的問題,修那么多管道反而解決不了,這樣的自然系統(tǒng)如何保護規(guī)劃好,非常重要。但是因為人要生活要居住,這就需要實現(xiàn)最小的面積保持自然的完整性,就像圍棋,用最少的棋子把效益發(fā)揮到最高。

  通常我們搞城市規(guī)劃都是先預測人口,這是常規(guī)的城市化,但我們城市的人口預測往往是失敗的,結(jié)果往往導致一些自然系統(tǒng)受到破壞,水、生物、文化遺產(chǎn)喪失。如果建立一個最低安全標準,把這樣一個生態(tài)系統(tǒng)、基礎設施作為城市化的基礎,這時候我們就可以用最基本的空間來限定城市化的發(fā)展,使城市具有一個空間發(fā)展的彈性。

  國家“千人計劃”專家尹學軍:

  減少土木工程的振動危害

  土木工程經(jīng)常受到振動的危害。以大型沖擊設備為例,如果振動控制措施不當,將會影響周圍精密設備工作,影響周圍居民休息。在交通領域我們的振動噪聲也會擾民,橋梁領域大風情況下則會影響橋梁的安全。為了控制這些振動,國內(nèi)外都有相應的標準,如果這些振動超出了相應的標準,就要進行振動控制。像橋梁的風力激振,我們要采取阻力的辦法,提高阻力是非常有效的降低振幅。

  振動控制的理論是非常簡單的,而如何把一個產(chǎn)品應用到工程中去,就要經(jīng)歷以下創(chuàng)新的過程。首先是設計方面,要進行仿制分析和振動預測,通過一些模型實驗或者實驗進行驗證,最后進行工程設計,選定參數(shù)之后選擇合適的產(chǎn)品。產(chǎn)品不是一成不變的,要不斷地進行改變,善于從市場中發(fā)現(xiàn)問題、捕捉問題,進行研究改進,進行專利保護,通過中試和實驗檢測進行安全的產(chǎn)品,最后才進行工程沿用,形成知識產(chǎn)權(quán)和工程規(guī)范。

  工業(yè)工程振動控制不是控制設備的振動,而是保證建筑結(jié)構(gòu)、工業(yè)裝備、振動控制裝備等整個系統(tǒng)的正常工作的同時,環(huán)境振動不超標。大型沖擊裝備的動載壓力可以達到3.5萬噸甚至4萬噸,精密設備現(xiàn)在要求的分辨率達到10個納米、1.5個密度每秒的振速,非常非常安靜。

  我們國家是先有城市后有地鐵。輕軌從居民樓旁邊經(jīng)過,引發(fā)結(jié)構(gòu)共振和結(jié)構(gòu)二次噪聲。這個振動控制的主要難點是列車載重大、軸重次數(shù)高,而且橋梁限重限高,要求非常嚴格,所以隔振需要非常高承載能力的彈簧,對于最近出現(xiàn)的一些鋼軌噪聲和鋼軌波磨,我們需要非常精準的阻尼比和精準的調(diào)諧比。

  像音樂廳、演播廳、劇院,其振動控制則需要非常高的承載能力和非常緊湊的隔振裝置。比如國家大劇院5個錄音廳采用房中房隔振技術(shù),只有底部通過塌方、隔振器支撐;上海交響樂音樂廳是首座采用整體隔振技術(shù)的建筑,得到藝術(shù)家們的贊揚。這也是科學為藝術(shù)服務的一個典范。

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