“黑科技”大展身手引领西安建筑业由“建造”迈向“智造”

2024年05月27日

研究人员讲解隔震结构建筑模型记者杨力摄

跟随工业化、智能化、绿色化浪潮，建筑业不断加快转型升级。四天盖一层楼的造楼机、像搭积木一样盖房子的装配式建筑、智慧工地监测系统、项目施工现场的机器人“工友”、会“自主呼吸”的超低能耗房子……如今在西安的建设项目中，多种智能建造“黑科技”大展身手。

在建筑业由“建造”迈向“智造”的过程中，含“新”量不断提升。当越来越多新技术、新材料、新工艺从理论变为现实，不仅使现场施工的安全性得到提高，而且让建设步伐和节能降碳跑出了“加速度”，支撑整个行业向“新”发展。

给高楼大厦穿上“溜冰鞋”

隔震技术支撑建筑“以柔克刚”

“咔”——连通电源，一场模拟地震在陕建集团未来城市创新科技有限公司的展厅内开始了。

在同样剧烈的晃动中，展台上三个建筑模型的状态却不尽相同。传统结构建筑模型及上方的水杯均出现剧烈晃动；采用减震技术的建筑模型出现了左右摇摆，杯中的水也晃动明显；而隔震结构建筑模型，只见地下部分一个看上去极像弹簧的装置左右扭来扭去，但地上楼体部分仅出现极小幅度的平行移动，肉眼几乎分辨不出来，杯中的水甚至也没有任何涟漪。

隔震结构建筑为何会如此稳固？“因为采用隔震技术的建筑安装了隔震支座，就好比是人穿上了‘溜冰鞋’，在运动中只是脚下移动，整个身体并未受到较大影响。”来自陕建集团未来城市创新科技有限公司工程抗震研究中心技术人员王佳佳介绍，“传统建筑抗震理念是硬碰硬，‘以刚制刚’，主要手段是凭借钢筋混凝土增加构件的刚度；而隔震技术的核心理念是‘以柔克刚’，在建筑物的基础或下部结构同上部结构之间设置隔震装置，减少输入到上部结构的地震能量，这样可以把地震作用大大降低。同时节约钢筋混凝土用量，节约建筑综合造价10%，每平方米建筑可节碳30～80千克。

在模型一旁，记者看到一个由橡胶、钢板、铅芯层层黏合组成的圆形“黑疙瘩”，这便是使建筑隔震的“奥秘”所在。它是由一层橡胶一封钢板硫化而成叠层橡胶支座，数量、规格都需按照不同的建筑物结构来“排列”。从专业角度而言，每个隔震支座的生产，都得按照建筑物的所在地质条件、建筑物结构整体特性和结构布置、结构刚度等各种因素精确计算、量身定做，既要做到符合建筑物的垂直承载力及垂直刚度，又要实现有稳定的复位能力、抗老化性、耐久性、防火性、耐酸碱等，以达到建筑物减少地震反应的目的，采用该装置的房屋能减少地震力50%～80%，抗震能力是传统建筑的8～10倍，能达到“中震不坏，大震可修，特大震不倒”的效果。

建筑隔震技术除了在建筑的地基部分增加特别的隔震装置，形成隔震层外，在建筑物内部的重要连接部位，例如通风管道、天然气管道、桥架等也会增加一些柔性连接模块，这样可以让建筑内的管网设施，在地震中免遭损毁，避免引发次生灾害。

记者了解到，目前建筑隔震技术已成功应用于西安市碑林博物馆改扩建工程，92套隔震橡胶支座，54套弹性滑板支座……保证建筑安全的同时，也为馆藏珍贵文物提供全生命周期的抗震保护。此外，正在施工中的西安戏剧学院等也都采用了这项新技术。

“碳”路未来

节能减排让建筑“绿”起来

一直以来，预拌混凝土、水泥制品一直都是高排放和高能耗的大户，如何让建造过程节能减排，使建筑达到绿色标准，建筑行业近几年来不断摸索。

“基于混凝土碳排放的构成，混凝土的碳减排技术路线很清晰，一个方向是在混凝土中通过减少水泥的使用，从而降低碳排放；另一个方向是提高混凝土的性能。”陕建集团未来城市创新科技有限公司联合研究中心技术人员刘康宁说。

在刘康宁的引导下，记者在展厅内看到了一个微型混凝土搅拌站模型。与以往混凝土搅拌站不同的是，这个新设备上多了几个像马达一样的装置。“这就是我们的‘秘密武器’——高频振动+定向消能装置。”刘康宁说，有了这个装置，混凝土搅拌机搅拌轴低速搅拌的同时还以每分钟1500～1600的频次高频次振动，实现各种物料间相互碰撞，对流扩散，从而促使物料颗粒，尤其是水泥颗粒弥散分布达到混凝土结构匀质。在保证强度和其他性能的前提下，与传统搅拌技术对比，这种混凝土振动搅拌技术，每生产1立方米的混凝土可节约水泥5%左右，约15千克，即生产成本降低7.5元，同时减少二氧化碳排放11千克。以2021年陕西省水泥产量6678.82万吨计算，可节省水泥约334万吨，节约成本约16.7亿元，减少碳排放约250万吨，当于新植树2000余万株。

除此之外，目前大部分现有混凝土配料设计较粗放，并未达到原料组成与结构的最优化，一方面造成材料浪费，另一方面混凝土结构较易形成内部孔隙等缺陷，造成耐久性能劣化。利用混凝土振动搅拌后，在配料相同的情况下，其强度能提升8%，搅拌时间缩短20%，混凝土含气量得到改善，微气泡孔径分布得以优化，有利于打造长寿命预制构件和大型构造物，能大幅提升建筑物的使用寿命。

“科学家+工程师”模式

实现产研融合无缝对接

建筑行业步入绿色、节能、可持续的发展阶段，离不开大量的专业技术人才。在传统粗放建造方式向新型工业化建造方式转变的过程中，大力发展新质生产力，最直观的表现即是，企业研发投入持续增加，竞争力不断提升。“科学家+工程师”模式就是推动技术革新和产业发展“双向奔赴”。

2021年，陕西省科技厅制定了秦创原“科学家+工程师”队伍项目方案，设立专项资金支持我省“科学家+工程师”队伍项目。陕建集团抓住机遇，与西安交通大学共同成立了未来城市建设与管理创新联合研究中心，创建了独具特色的“三位一体”科技革新驱动阵地。

陕建集团未来城市创新科技有限公司综合管理部部长王启泽告诉记者，该中心通过组建“科学家+工程师”团队，科学运用“揭榜挂帅”的创新模式，对项目建设过程中遇到的“卡脖子”专项技术难题，开展定向科研攻关，建筑隔震技术、混凝土振动搅拌技术、装配式建筑、垃圾发电、光伏源网荷储一体化新兴产业、项目均是由各个工程项目部提出的“考题”，交由“三位一体”科技创新驱动平台，面向中国建筑科学研究院、清华大学、同济大学等国内顶级建筑技术研发机构征集“答案”，最终将“最优解”应用于实际的建筑施工中，将科技创新“最大变量”，转化为促进建筑业高质量发展的“最大增量”。通过这样的科研、开发、应用于一体的创新体系，为行业提供了源源不断的创新活力和技术支持，推动了科研成果的转化和应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。

当绿色低碳理念融入设计、施工、运营的全过程，我市建筑业逐步释放出巨大的发展潜力，将实现良好的资源和环境效益。一砖一瓦筑广厦，西安正在谱写建筑业高质量的新篇章。