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刘航:城市更新领航人

时间:2023-08-31           浏览次数:1,111

刘航,澳门京葡研究院技术总监、副总工程师、研究中心主任。作为国企楷模、北京榜样,他长期从事建筑工程预应力技术、既有建筑加固与改造技术、装配式结构技术等领域的科技创新工作。多年来,他聚焦城市更新,实现技术引领,科研攻关,著书立说,躬行实践,破解难题。十余项科技进步奖,五十余篇论文,百余项更新改造工程,是他为城市发展交出的满意答卷。

 

 

结缘建筑加固 突破技术困境

 

刘航与建筑加固与改造技术的缘分,还要从汶川抗震救灾说起。2008年5月22日,汶川震后十天,作为建筑专家的刘航奉命赶赴灾区。顶着随时发生的余震,踏着布满裂缝的楼梯,他带着同事在绵阳灾区的现场穿梭。“这个房屋墙面地震后没有出现新的结构性裂缝,您可以搬回去住。”在来不及用仪器检测的情况下,刘航凭借丰富的工程经验肉眼进行鉴定,给百姓吃了定心丸。正是这次抗震经历,让刘航将目标锁定在砖混建筑上,这类房屋自重大,抗震性能差,在民房中占很大比例。汶川地震后,国家对提升既有建筑安全性有了更高要求,北京市曾主要采用传统加固技术对近600万平米的中小学校舍进行改造,但由于钢筋混凝土板墙加固法、钢筋网砂浆面层加固法等传统技术造价高、工期长、污染大,加固效果差强人意,市场急需一种性能更加优异的加固技术为“高危”建筑延年益寿。

 

 

 

它山之石可以攻玉。凭着科研人员特有的敏感和大胆假设,刘航头脑中闪现出在美国参加学术会议时接触到的预制装配式技术,外国人将预应力筋串到预制构件中以提高其抗震性能。虽然砖混结构与预制混凝土结构有着天壤之别,但结构受力的原理放之四海而皆准,能否借鉴这一思路,通过布置钢绞线的方法,给砖混墙体加上“紧箍”,把砖块像“串糖葫芦”一样固定起来,从而提升抗震性能呢?为此刘航查阅了大量文献记录,国内尚无此先例,但国际上新西兰等国家对此有少量应用,多用于加固巴洛克式教堂等古老建筑。通过与奥克兰大学教授的深入沟通,刘航了解到应用了此种加固方法后的建筑在日后的地震中表现完美,他更加坚定了要在中国“砌体建筑后张预应力抗震加固”领域中迈出第一步。

 

完成国内首创 形成成套技术

 

在多项国家和北京市科技计划的支持下,刘航带领团队针对既有砖砌体建筑的低干预加固关键技术开展攻关,并在国内首次提出了预应力加固砖混墙体的新办法。砖混墙体被加上预应力这个“紧箍”后,不仅整体性提高了,砖块也被一皮皮的压紧,抗剪承载力也大大提高。为检测加固效果,刘航在中国地震局实验室进行了一次大型拟动力实验。

 

他们按照1:1的比例建造了一栋两层高、二百平米大的房屋模型,采用新型预应力加固法进行加固,并接受作动器模拟地震的考验——这是国际上首次进行如此大型的试验。随着模拟地震波的持续输入,8度小震、8度中震、8度大震……房屋丝毫无损,实验人员又进行了国际最高等级9度大震试验,房屋仍只有微小变形。试验结果充分证明了该加固技术的有效性:加固前设防烈度不足8度的房屋,在加固后经受住了相当于10度半到11度地震作用的考验!

 

从思路形成到加固体系构建,刘航带领团队完成了从实验、到理论、到简化设计计算方法、最终编入规范标准、形成成套技术的全过程。他们首次将智能钢绞线用于砌体结构房屋的预应力加固,创建了预应力加固砌体结构房屋的全套设计和施工关键技术。“后张预应力加固既有砖砌体结构施工工法”获评北京市级工法,并编入北京市地方标准《建筑抗震加固技术规程》。该项技术只需要在墙面指定位置抠出线槽,进行钢筋埋入并施加预应力即可,不缩小居室面积,施工过程绿色环保,把对居住者生活造成的影响降到最低。同时可以大量节省加固材料,工程造价较传统技术节省30—40%。

 

聚焦城市更新  打造韧性建筑 

 

在中石化北京化工研究院机修车间,刘航团队将“一种砌体建筑竖向无粘结预应力抗震加固结构”专利应用此项老旧工业园区改造工程。根据新的设计要求,这个上世纪60年代的厂房改造后不仅要承担会展中心的职能,还要保持老建筑的原汁原味,使人既感到舒适宜居,又感到岁月痕迹。刘航用手轻轻敲着外墙加固的钢绞线,这种淡淡留痕的加固方法犹如给老旧厂房加上了一副“现代眼镜”,不仅无损于建筑原貌,反而实现了古朴与现代的完美融合。而在原有木屋顶下施加的预应力,不仅使木屋顶每平方米的承载力提高了200kN,可供灯光、通风、音响等现代化设施的吊装,同时改造后依旧可以清晰的看到木质原貌,实现了修旧如旧,保护了历史建筑。

 

 

十年来,刘航团队在城市更新既有建筑加固改造技术领域不断耕耘,承担省部级以上科技项目10余项,与北京建筑大学、北京工业大学等高校开展产学研联合攻关,研发了砌体建筑低干预抗震加固技术等多项技术,实现了结构安全性提升技术的高效率、低干预和低碳排放,成功完成人民大会堂、贵宾楼饭店等百余项城市更新改造工程。团队于2019年承担的工业遗址加固改造项目——秦皇岛电力博物馆,现已成为当地著名的文创旅游景点。

 

 

2020年,十九届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中首次提出建设“韧性城市”,而建筑作为韧性城市的重要组成部分,在未来不仅要达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”这一基本要求,还要实现“功能快速恢复”的更高目标。“韧性建筑”在时代的召唤下呼之欲出,而这无疑需要更加丰富的加固改造体系来支撑。

 

2022年12月,刘航主持的“既有钢筋混凝土框架结构抗震韧性提升关键技术研究”通过北京市住建委组织的专家鉴定,以杜修力院士为主任委员的专家委员会对课题成果给予了高度评价,课题主要研究成果达到国际领先水平。该项目在国内首次提出了采用外附自复位构件、附加交叉拉杆支撑对钢筋混凝土框架结构进行抗震加固,从而提升结构抗震韧性的两种新技术。该项技术如能进一步在更广泛的工程中推广应用,可大幅度提高震后可修复性,显著降低建筑的震后修复成本和周期,提升既有建筑的抗震韧性,从而尽快实现提高老旧房屋安全设防等级的目标,是一种值得大力推广的抗震加固新技术。目前已在中石化北京化工研究院燕山分院机修车间等改造工程中得到成功应用。

 

 

心心在一艺,其艺必工;心心在一职,其职必举。科研之路永无止境,美好城市的建设永远在路上。怀着科技工作者的满腔赤诚,刘航将在城市更新领域继续探索,厚积薄发,提升建筑韧性,降低碳排放,助力实现可持续发展。