“黑科技”大展身手引領(lǐng)西安建筑業(yè)由“建造”邁向“智造”

2024年05月27日

研究人員講解隔震結(jié)構(gòu)建筑模型記者楊力攝

跟隨工業(yè)化、智能化、綠色化浪潮，建筑業(yè)不斷加快轉(zhuǎn)型升級。四天蓋一層樓的造樓機(jī)、像搭積木一樣蓋房子的裝配式建筑、智慧工地監(jiān)測系統(tǒng)、項(xiàng)目施工現(xiàn)場的機(jī)器人“工友”、會“自主呼吸”的超低能耗房子……如今在西安的建設(shè)項(xiàng)目中，多種智能建造“黑科技”大展身手。

在建筑業(yè)由“建造”邁向“智造”的過程中，含“新”量不斷提升。當(dāng)越來越多新技術(shù)、新材料、新工藝從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，不僅使現(xiàn)場施工的安全性得到提高，而且讓建設(shè)步伐和節(jié)能降碳跑出了“加速度”，支撐整個(gè)行業(yè)向“新”發(fā)展。

給高樓大廈穿上“溜冰鞋”

隔震技術(shù)支撐建筑“以柔克剛”

“咔”——連通電源，一場模擬地震在陜建集團(tuán)未來城市創(chuàng)新科技有限公司的展廳內(nèi)開始了。

在同樣劇烈的晃動中，展臺上三個(gè)建筑模型的狀態(tài)卻不盡相同。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建筑模型及上方的水杯均出現(xiàn)劇烈晃動；采用減震技術(shù)的建筑模型出現(xiàn)了左右搖擺，杯中的水也晃動明顯；而隔震結(jié)構(gòu)建筑模型，只見地下部分一個(gè)看上去極像彈簧的裝置左右扭來扭去，但地上樓體部分僅出現(xiàn)極小幅度的平行移動，肉眼幾乎分辨不出來，杯中的水甚至也沒有任何漣漪。

隔震結(jié)構(gòu)建筑為何會如此穩(wěn)固？“因?yàn)椴捎酶粽鸺夹g(shù)的建筑安裝了隔震支座，就好比是人穿上了‘溜冰鞋’，在運(yùn)動中只是腳下移動，整個(gè)身體并未受到較大影響。”來自陜建集團(tuán)未來城市創(chuàng)新科技有限公司工程抗震研究中心技術(shù)人員王佳佳介紹，“傳統(tǒng)建筑抗震理念是硬碰硬，‘以剛制剛’，主要手段是憑借鋼筋混凝土增加構(gòu)件的剛度；而隔震技術(shù)的核心理念是‘以柔克剛’，在建筑物的基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，減少輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量，這樣可以把地震作用大大降低。同時(shí)節(jié)約鋼筋混凝土用量，節(jié)約建筑綜合造價(jià)10%，每平方米建筑可節(jié)碳30～80千克。

在模型一旁，記者看到一個(gè)由橡膠、鋼板、鉛芯層層黏合組成的圓形“黑疙瘩”，這便是使建筑隔震的“奧秘”所在。它是由一層橡膠一封鋼板硫化而成疊層橡膠支座，數(shù)量、規(guī)格都需按照不同的建筑物結(jié)構(gòu)來“排列”。從專業(yè)角度而言，每個(gè)隔震支座的生產(chǎn)，都得按照建筑物的所在地質(zhì)條件、建筑物結(jié)構(gòu)整體特性和結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)剛度等各種因素精確計(jì)算、量身定做，既要做到符合建筑物的垂直承載力及垂直剛度，又要實(shí)現(xiàn)有穩(wěn)定的復(fù)位能力、抗老化性、耐久性、防火性、耐酸堿等，以達(dá)到建筑物減少地震反應(yīng)的目的，采用該裝置的房屋能減少地震力50%～80%，抗震能力是傳統(tǒng)建筑的8～10倍，能達(dá)到“中震不壞，大震可修，特大震不倒”的效果。

建筑隔震技術(shù)除了在建筑的地基部分增加特別的隔震裝置，形成隔震層外，在建筑物內(nèi)部的重要連接部位，例如通風(fēng)管道、天然氣管道、橋架等也會增加一些柔性連接模塊，這樣可以讓建筑內(nèi)的管網(wǎng)設(shè)施，在地震中免遭損毀，避免引發(fā)次生災(zāi)害。

記者了解到，目前建筑隔震技術(shù)已成功應(yīng)用于西安市碑林博物館改擴(kuò)建工程，92套隔震橡膠支座，54套彈性滑板支座……保證建筑安全的同時(shí)，也為館藏珍貴文物提供全生命周期的抗震保護(hù)。此外，正在施工中的西安戲劇學(xué)院等也都采用了這項(xiàng)新技術(shù)。

“碳”路未來

節(jié)能減排讓建筑“綠”起來

一直以來，預(yù)拌混凝土、水泥制品一直都是高排放和高能耗的大戶，如何讓建造過程節(jié)能減排，使建筑達(dá)到綠色標(biāo)準(zhǔn)，建筑行業(yè)近幾年來不斷摸索。

“基于混凝土碳排放的構(gòu)成，混凝土的碳減排技術(shù)路線很清晰，一個(gè)方向是在混凝土中通過減少水泥的使用，從而降低碳排放；另一個(gè)方向是提高混凝土的性能。”陜建集團(tuán)未來城市創(chuàng)新科技有限公司聯(lián)合研究中心技術(shù)人員劉康寧說。

在劉康寧的引導(dǎo)下，記者在展廳內(nèi)看到了一個(gè)微型混凝土攪拌站模型。與以往混凝土攪拌站不同的是，這個(gè)新設(shè)備上多了幾個(gè)像馬達(dá)一樣的裝置。“這就是我們的‘秘密武器’——高頻振動+定向消能裝置。”劉康寧說，有了這個(gè)裝置，混凝土攪拌機(jī)攪拌軸低速攪拌的同時(shí)還以每分鐘1500～1600的頻次高頻次振動，實(shí)現(xiàn)各種物料間相互碰撞，對流擴(kuò)散，從而促使物料顆粒，尤其是水泥顆粒彌散分布達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)勻質(zhì)。在保證強(qiáng)度和其他性能的前提下，與傳統(tǒng)攪拌技術(shù)對比，這種混凝土振動攪拌技術(shù)，每生產(chǎn)1立方米的混凝土可節(jié)約水泥5%左右，約15千克，即生產(chǎn)成本降低7.5元，同時(shí)減少二氧化碳排放11千克。以2021年陜西省水泥產(chǎn)量6678.82萬噸計(jì)算，可節(jié)省水泥約334萬噸，節(jié)約成本約16.7億元，減少碳排放約250萬噸，當(dāng)于新植樹2000余萬株。

除此之外，目前大部分現(xiàn)有混凝土配料設(shè)計(jì)較粗放，并未達(dá)到原料組成與結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化，一方面造成材料浪費(fèi)，另一方面混凝土結(jié)構(gòu)較易形成內(nèi)部孔隙等缺陷，造成耐久性能劣化。利用混凝土振動攪拌后，在配料相同的情況下，其強(qiáng)度能提升8%，攪拌時(shí)間縮短20%，混凝土含氣量得到改善，微氣泡孔徑分布得以優(yōu)化，有利于打造長壽命預(yù)制構(gòu)件和大型構(gòu)造物，能大幅提升建筑物的使用壽命。

“科學(xué)家+工程師”模式

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)研融合無縫對接

建筑行業(yè)步入綠色、節(jié)能、可持續(xù)的發(fā)展階段，離不開大量的專業(yè)技術(shù)人才。在傳統(tǒng)粗放建造方式向新型工業(yè)化建造方式轉(zhuǎn)變的過程中，大力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，最直觀的表現(xiàn)即是，企業(yè)研發(fā)投入持續(xù)增加，競爭力不斷提升。“科學(xué)家+工程師”模式就是推動技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展“雙向奔赴”。

2021年，陜西省科技廳制定了秦創(chuàng)原“科學(xué)家+工程師”隊(duì)伍項(xiàng)目方案，設(shè)立專項(xiàng)資金支持我省“科學(xué)家+工程師”隊(duì)伍項(xiàng)目。陜建集團(tuán)抓住機(jī)遇，與西安交通大學(xué)共同成立了未來城市建設(shè)與管理創(chuàng)新聯(lián)合研究中心，創(chuàng)建了獨(dú)具特色的“三位一體”科技革新驅(qū)動陣地。

陜建集團(tuán)未來城市創(chuàng)新科技有限公司綜合管理部部長王啟澤告訴記者，該中心通過組建“科學(xué)家+工程師”團(tuán)隊(duì)，科學(xué)運(yùn)用“揭榜掛帥”的創(chuàng)新模式，對項(xiàng)目建設(shè)過程中遇到的“卡脖子”專項(xiàng)技術(shù)難題，開展定向科研攻關(guān)，建筑隔震技術(shù)、混凝土振動攪拌技術(shù)、裝配式建筑、垃圾發(fā)電、光伏源網(wǎng)荷儲一體化新興產(chǎn)業(yè)、項(xiàng)目均是由各個(gè)工程項(xiàng)目部提出的“考題”，交由“三位一體”科技創(chuàng)新驅(qū)動平臺，面向中國建筑科學(xué)研究院、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等國內(nèi)頂級建筑技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)征集“答案”，最終將“最優(yōu)解”應(yīng)用于實(shí)際的建筑施工中，將科技創(chuàng)新“最大變量”，轉(zhuǎn)化為促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的“最大增量”。通過這樣的科研、開發(fā)、應(yīng)用于一體的創(chuàng)新體系，為行業(yè)提供了源源不斷的創(chuàng)新活力和技術(shù)支持，推動了科研成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

當(dāng)綠色低碳理念融入設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的全過程，我市建筑業(yè)逐步釋放出巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢?shí)現(xiàn)良好的資源和環(huán)境效益。一磚一瓦筑廣廈，西安正在譜寫建筑業(yè)高質(zhì)量的新篇章。