淺析高性能結(jié)構(gòu)工程的問題與對(duì)策獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

淺析高性能結(jié)構(gòu)工程的問題與對(duì)策獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：發(fā)展以高安全性能、高使用性能、高施工性能、高環(huán)保性能、高維護(hù)性能、高耐久性能等為特征的高性能結(jié)構(gòu)工程是我國(guó)未來結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的核心戰(zhàn)略，也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)結(jié)構(gòu)工程可持續(xù)發(fā)展的必由之路。文中分析我國(guó)結(jié)構(gòu)工程面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，提出以高性能結(jié)構(gòu)工程為核心理念的發(fā)展戰(zhàn)略，具體討論制約我國(guó)高性能結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的一些主要問題，并從工程建造體系和科技研發(fā)體系兩個(gè)方面提出實(shí)現(xiàn)高性能結(jié)構(gòu)工程戰(zhàn)略目標(biāo)的對(duì)策建議。

關(guān)鍵詞：高性能;結(jié)構(gòu)工程;土木工程;可持續(xù)發(fā)展;發(fā)展戰(zhàn)略;

1我國(guó)結(jié)構(gòu)工程面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

改革開放以來，我國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)工程產(chǎn)生巨大需求。隨著一大批標(biāo)志性重大土木工程在我國(guó)建成、結(jié)構(gòu)規(guī)模以及復(fù)雜程度不斷刷新，我國(guó)結(jié)構(gòu)工程在材料、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析、以及施工等各個(gè)方面的科技水平取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，達(dá)到了前所未有的高度。

然而，我國(guó)土木工程建設(shè)雖然取得了巨大的成就，但在資源能源消耗、環(huán)境保護(hù)、使用壽命、安全可靠、抗災(zāi)能力等方面仍存在很多亟待解決的迫切問題，已成為我國(guó)結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域當(dāng)前面臨的重大挑戰(zhàn)。

2制約我國(guó)高性能結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的主要問題

2.1重建筑、輕結(jié)構(gòu)，重外觀、輕功能

近年來，我國(guó)完成了許多重大土木工程建設(shè)，很多項(xiàng)目由于過分注重視覺效果，盲目追求建筑方案的標(biāo)新立異，產(chǎn)生了一批不合理的結(jié)構(gòu)和奇奇怪怪的建筑。用極高的代價(jià)實(shí)現(xiàn)這些不合理的建筑，導(dǎo)致資源消耗大、能耗大、使用功能差、抗災(zāi)能力弱、施工難度大、工程隱蔽部分質(zhì)量存疑、安全隱患突出等一系列問題，浪費(fèi)的是全社會(huì)的資源，貽害的是子孫后代。重大土木工程建設(shè)影響重大，瞄準(zhǔn)社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化活動(dòng)的重大需求，建成后對(duì)社會(huì)長(zhǎng)期發(fā)展影響深遠(yuǎn)，必須以“百年大計(jì)”、“千秋大業(yè)”的高度論證實(shí)施。

2.2重結(jié)構(gòu)施工圖，輕結(jié)構(gòu)方案

如果結(jié)構(gòu)方案不合理，施工圖做得再精細(xì)也于事無補(bǔ)，這就好比要使一個(gè)孩子健康成長(zhǎng)，首先要做的就是“優(yōu)生”，如果先天不足后天再怎么彌補(bǔ)可能也是徒勞的。結(jié)構(gòu)方案的確定應(yīng)當(dāng)非常慎重，應(yīng)經(jīng)過反復(fù)推敲和科學(xué)論證，盡可能充分考慮可能遇到的各種問題，詳細(xì)比較不同方案的優(yōu)劣，一旦結(jié)構(gòu)方案確定，后續(xù)的施工圖設(shè)計(jì)就是一些按部就班的細(xì)化工作。

近年來，正交異性鋼橋面在國(guó)內(nèi)一些城市的立交橋中得到較多應(yīng)用讓人擔(dān)憂。這種結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價(jià)高，現(xiàn)場(chǎng)焊縫量大，尤其是U肋的拼接非常復(fù)雜，施工難度大，工期甚至比現(xiàn)澆混凝土橋還要長(zhǎng)，外露焊縫景觀效果差，橋面鋪裝和疲勞問題突出，維護(hù)費(fèi)用高。優(yōu)秀的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)螺栓連接，盡可能避免現(xiàn)場(chǎng)焊接，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量難以保證，現(xiàn)場(chǎng)焊接后涂裝防護(hù)困難，涂裝質(zhì)量也難以保證。

2.3考慮施工的可行性和方便性不足，理論聯(lián)系實(shí)際不夠

結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)十分重視施工的可行性，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程的成果最終是要通過施工這個(gè)環(huán)節(jié)來具體實(shí)現(xiàn)，如果無法施工，再好的構(gòu)想也只能是紙上談兵。筆者在長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中曾遇到許多工程設(shè)計(jì)，雖然理論上可行，但構(gòu)造復(fù)雜、施工難度很大，如果不從設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，不僅施工成本高，而且施工質(zhì)量難以保證，從而給工程埋下安全隱患。許多結(jié)構(gòu)形式之所以難以在工程界廣泛推廣，施工困難是其中的重要原因，所以不考慮施工的設(shè)計(jì)是不完整的設(shè)計(jì)。

2.4重投資、輕耐久，重建設(shè)、輕維護(hù)

凡是能經(jīng)歷歷史長(zhǎng)河考驗(yàn)而屹立不倒的著名土木工程作品，都是“精耕細(xì)作”的結(jié)果。悉尼歌劇院的混凝土薄殼結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)到施工總共耗時(shí)16年，竣工至今依然完好。而國(guó)內(nèi)建造的許多結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用壽命50年甚至100年，但使用10年就出現(xiàn)開裂、破損等病害，不得不加固甚至推倒重建。我國(guó)結(jié)構(gòu)工程所面臨的耐久性問題與日俱增，反映的是“中國(guó)速度”的背后對(duì)“質(zhì)量”的犧牲。耐久性問題的出現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)工程師提出了更高的挑戰(zhàn)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程師必須熟悉從材料制備、到施工、再到維養(yǎng)的一系列知識(shí)，并應(yīng)用到他的設(shè)計(jì)中，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、管理各方努力提高各自工作的精細(xì)化程度，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)的疏漏都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用壽命的大幅縮短。

3實(shí)現(xiàn)高性能結(jié)構(gòu)工程戰(zhàn)略目標(biāo)的對(duì)策建議

3.1對(duì)我國(guó)工程建造體系的建議

首先，應(yīng)盡快建立健全重大土木工程方案階段的論證決策機(jī)制。重大土木工程建設(shè)涉及多個(gè)專業(yè)相互協(xié)同，目前的現(xiàn)狀為：建筑專業(yè)為龍頭，其他專業(yè)作配合，建筑方案首先確定，其他專業(yè)再圍繞既定的建筑方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，那么一旦建筑方案不合理，其他專業(yè)再努力彌補(bǔ)也是杯水車薪。建筑方案如此重要，其甄選本應(yīng)慎之又慎，但目前這個(gè)環(huán)節(jié)卻缺乏科學(xué)嚴(yán)格的論證決策機(jī)制。

其次，應(yīng)加速推進(jìn)土木工程設(shè)計(jì)-施工總承包。當(dāng)前我國(guó)土木工程的“設(shè)計(jì)”和“施工”分別獨(dú)立承包、相互割裂，這種模式的弊端已日益突出：①直接阻礙從全壽命的角度評(píng)價(jià)項(xiàng)目的優(yōu)劣，容易造成建造各環(huán)節(jié)的總體浪費(fèi)。例如：設(shè)計(jì)方案只單純控制設(shè)計(jì)階段的材料成本，其施工措施費(fèi)、建成后的維養(yǎng)費(fèi)、以及工期等包含的隱性費(fèi)用卻可能很高，而許多更先進(jìn)的方案雖然在設(shè)計(jì)階段的材料成本較高，但全壽命造價(jià)卻很低，而按目前的承包模式，這些先進(jìn)方案均無競(jìng)爭(zhēng)力;②直接影響項(xiàng)目建設(shè)的綜合質(zhì)量。

3.2對(duì)我國(guó)工程科技研發(fā)體系的建議

首先，應(yīng)注重科研成果的創(chuàng)新性、系列性、系統(tǒng)性和完整性，堅(jiān)持科研工作源于工程、服務(wù)工程、高于工程、指導(dǎo)工程、引領(lǐng)工程。當(dāng)前，我國(guó)結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的科研成果主要存在如下問題：①只注重工程個(gè)性，簡(jiǎn)單圍繞某類工程展開重復(fù)研究;②立項(xiàng)滯后于工程迫切需求，成果常常為設(shè)計(jì)施工過程的簡(jiǎn)單總結(jié);③閉門造車，不結(jié)合工程需求，為了創(chuàng)新而創(chuàng)新;④原始創(chuàng)新不夠，形式創(chuàng)新偏多。

其次，科研工作應(yīng)緊密結(jié)合中國(guó)國(guó)情，突出中國(guó)特色，解決中國(guó)問題。與西方國(guó)家相比，我國(guó)社會(huì)文化不同、國(guó)土資源不同、地理環(huán)境不同、發(fā)展階段不同、發(fā)展水平不同、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)不同，因此簡(jiǎn)單照搬國(guó)外經(jīng)驗(yàn)是解決不了中國(guó)的問題，必須自力更生。

4結(jié)語

發(fā)展以高安全性能、高使用性能、高經(jīng)濟(jì)性能、高施工性能、高環(huán)保性能、高維護(hù)性能、高抗災(zāi)性能、高耐久性能等為特征的高性能結(jié)構(gòu)工程將成為我國(guó)未來結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的核