摘 要:本文闡述了我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展中的經(jīng)驗(yàn)、問題和教訓(xùn),用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)及專業(yè)知識來分析國內(nèi)外已建工程的成敗得失。根據(jù)對國外著名工程案例爭論的剖析,分析了我國重大標(biāo)志性工程結(jié)構(gòu)體系中的問題,得出實(shí)事求是的科學(xué)結(jié)論,并對鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展提出切實(shí)可行和中肯的建議。
關(guān)鍵詞:科學(xué)標(biāo)準(zhǔn);結(jié)構(gòu)體系;可持續(xù)發(fā)展原則;健康發(fā)展
一、前言
目前,國內(nèi)外都處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)期。進(jìn)入21世紀(jì)前后,我國進(jìn)行了大規(guī)模的基本建設(shè),尤其北京亞運(yùn)會、北京奧運(yùn)會、十一屆全運(yùn)會、上海世博會、廣州亞運(yùn)會等國際大型盛會的舉辦,工程項(xiàng)目繁花似錦,豐富多彩。但是在大型鋼結(jié)構(gòu)工程輝煌成就的背后,還隱藏著少量體系繁瑣、施工艱難、耗資巨大的結(jié)構(gòu)另類。人類社會付出了巨大的資源消耗和浪費(fèi),國家和納稅人承載了巨大的財(cái)力、物力負(fù)擔(dān)。進(jìn)入2009年以后,我國又宣布幾十座城市進(jìn)入“資源耗竭城市”行列。面臨如此嚴(yán)峻的形勢和問題,是專業(yè)工作者認(rèn)真思考一下我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展中的不健康因素和存在問題的時(shí)候了,難道我們還能無動(dòng)于衷地漠視一些非科學(xué)發(fā)展觀的因素來影響我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展嗎?
如何正確理解國內(nèi)外著名工程建設(shè)項(xiàng)目上紛爭多年的分歧觀點(diǎn)和看法?那就是爭論雙方都應(yīng)以科學(xué)的判別標(biāo)準(zhǔn),實(shí)事求是的客觀態(tài)度去總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),去分析成敗得失。科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)并不難詮釋,它主要應(yīng)包括:科學(xué)發(fā)展觀、科學(xué)歷史觀、科學(xué)是非觀和科學(xué)人生觀等內(nèi)容??茖W(xué)標(biāo)準(zhǔn)也不難界定:它應(yīng)是全面反映自然規(guī)律和人類發(fā)展進(jìn)步的客觀準(zhǔn)則,它能有效地促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展和人類進(jìn)步。換句話說,它能充分地體現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的原則,豐富和提高人類的生命價(jià)值。
二、用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)回顧過去、審視現(xiàn)在、展望將來
(一) 專業(yè)知識是科學(xué)是非觀的依據(jù)
對一項(xiàng)綜合性工程得失的判斷也應(yīng)由多種專業(yè)共同參與和審評,以往的建筑中也曾有過成功的建筑和失敗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),或蹩腳的建筑、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)等工程。結(jié)構(gòu)工作者應(yīng)以社會責(zé)任感、敬業(yè)精神和專業(yè)知識去評說工程得失就更體現(xiàn)準(zhǔn)確性、可信性和科學(xué)性。那么工程結(jié)構(gòu)專業(yè)知識的理論基礎(chǔ)是哪幾門學(xué)科?即力學(xué)系列(理論力學(xué),材料力學(xué),結(jié)構(gòu)力學(xué),巖土力學(xué),流體力學(xué),彈塑性力學(xué),斷裂力學(xué)等),材料學(xué),營造學(xué)等。具體判斷的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)常體現(xiàn)在下列的技術(shù)信息中:
1.結(jié)構(gòu)體系的正確性與資源效益的最大化程度成正比;
5.結(jié)構(gòu)體系的制造:多用軋材,少用焊材。桿件規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化、批量化是設(shè)計(jì)的方向,加工上實(shí)現(xiàn)流水化、自動(dòng)化、工業(yè)化、商品化。
6.結(jié)構(gòu)體系的安裝:擴(kuò)大拼裝單元,塊體或整體吊裝,采用平行滑移施工,多點(diǎn)同步施工,機(jī)械化施工。
(二) 對國外歷史著名工程進(jìn)行科學(xué)分析
進(jìn)行了極限設(shè)計(jì)。巴黎上流社會及士紳名人等保守勢力反對突兀的鐵塔破壞城市的風(fēng)格與景觀,實(shí)質(zhì)上為工業(yè)革新力量與社會保守舊勢力之爭。歷史證明后者是錯(cuò)誤的。
2.悉尼歌劇院(1957-1973,圖2)——為建筑師伍特重設(shè)計(jì)。由于懸臂空間薄殼的計(jì)算和施工難以實(shí)現(xiàn),1963年改為Y形和T形高肋混凝土拱后才解決結(jié)構(gòu)方案。加以外形與內(nèi)部空間無合理聯(lián)系,冗余空間大,實(shí)用舞臺小;但建筑造型優(yōu)美,組成的獨(dú)特景觀又為一部分人欣賞,所以,形成毀譽(yù)參半的建筑物。工程建設(shè)歷時(shí)16年,耗資超預(yù)算14倍,撤換建設(shè)部長一名。爭論源于原設(shè)計(jì)脫離當(dāng)時(shí)科技水平及違背實(shí)際情況,批評了空想唯美主義不重功能的思想等。事實(shí)證明批評者的科學(xué)態(tài)度和務(wù)實(shí)精神是正確的。
4.盧浮宮廣場金字塔(1988,圖4)——華裔建筑師貝聿銘設(shè)計(jì)。塔高H=22m,由鋼結(jié)構(gòu)和666塊玻璃組成的金字塔完成了盧浮宮博物館擴(kuò)建工程,改進(jìn)了混亂的人流交叉缺陷。在不損害歷史建筑和影響廣場古典氛圍下,構(gòu)成地下入口大廳簡潔的基本幾何形體——金字塔,作為采光頂是主從關(guān)系和諧的絕佳選擇。為此法國總統(tǒng)密特朗親授法蘭西共和國勛章給貝聿銘。部分守舊勢力認(rèn)為金字塔干擾了盧浮宮古典形象的呼聲很快被金字塔完善的建筑功能和廣場上新添的絢麗與活力而掩蓋,金字塔終成為盧浮宮廣場上一朵奇葩。
綜觀上述國外有過爭議的著名工程,1、4是審美觀念之爭,2、3是技術(shù)是非之爭。觀念之爭會在社會的前進(jìn)中做出歷史的公正裁決,而是非之爭卻要在摒除權(quán)利的干擾后,在科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)下得出符合發(fā)展規(guī)律的技術(shù)結(jié)論。
(三) 對我國現(xiàn)代標(biāo)志性工程的專業(yè)評論
1.國家體育場(圖5)——主承重結(jié)構(gòu)體系由24榀不同尺寸、形狀的格構(gòu)式平面框架組成,跨度在百米以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出框架體系的最佳跨度范圍30~40m,形成巨大彎矩,需求超常超厚板件,形成超重巨型、扭曲構(gòu)件。因而,產(chǎn)生前所未有的制造、安裝、維護(hù)、保養(yǎng)等難題。幾經(jīng)優(yōu)化后的鋼結(jié)構(gòu)自重仍達(dá)5.2萬t,但承擔(dān)的屋面荷載總重才0.5萬t。屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)由雙層膜面組成,屋頂上形成2400個(gè)封閉的“水池”,不得不安裝1800臺水泵進(jìn)行雨后排水,成為建筑屋蓋設(shè)計(jì)中無人會仿效的劣品。2008年8月8日奧運(yùn)會兩個(gè)月后,就開始對建筑物膜面進(jìn)行維修清洗。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的先天隱患及結(jié)構(gòu)內(nèi)未知的高額殘余應(yīng)力等弊端尚待顯現(xiàn)。六十大慶后在“鳥巢“中展出的大型演唱會,其功能轉(zhuǎn)變的工程量巨大,服務(wù)期短暫,投資效益低下,造成人力財(cái)力及資源的浪費(fèi)。“鳥巢”的耗鋼量達(dá)650kg/m2,為奧運(yùn)會其他場館的幾倍至十幾倍。創(chuàng)建了歷屆世界奧運(yùn)會主場館用鋼量之最,耗資31億元。復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)中高額殘余應(yīng)力及材料硬化等危險(xiǎn)隱患尚未顯現(xiàn)。“鳥巢”剛剛服役一年多,其“三高”支付(投資高,運(yùn)營高,維修高)的本質(zhì),暴露無遺。這真是一項(xiàng)耗資耗材超大,結(jié)構(gòu)華而不實(shí)、弄巧成拙的“手工藝品”工程。
2.CCTV新樓(圖6)——是布哈斯為荷蘭商業(yè)街設(shè)計(jì)的35m高層建筑的放大版。建筑造型傾斜扭曲,違反自然法則和抗震原理。環(huán)形建筑空間不利于防火防震,隱患叢生。為新奇怪誕付出的代價(jià)達(dá)50億元,超過第11屆全運(yùn)會對全部體育設(shè)施及新建場館的投資總合46億元。國家需要對此承擔(dān)超級財(cái)力、物力、人力的長期投入,僅建筑物混凝土基礎(chǔ)底板厚度就達(dá)7~10m,大量物資材料深埋地下,并要對CCTV大樓可能的災(zāi)難重演進(jìn)行防范。理所當(dāng)然地“大褲衩”在北京十大現(xiàn)代優(yōu)秀建筑物評選中落敗。設(shè)計(jì)人布哈斯在清華大學(xué)發(fā)表的“名言”,更證實(shí)了CCTV大樓是他奇特構(gòu)思的國外試驗(yàn)場。最近,他又爆出自己怪誕的性崇拜設(shè)計(jì)意圖,激起我國廣大人民的義憤。這一工程開辟了怪誕高層建筑在中國大地上成功進(jìn)軍的先例。這是繼沙特利亞德國際體育場之后,中國又成為第二個(gè)為外國技術(shù)提供無償試驗(yàn)場地的富有發(fā)展中國家,影響深遠(yuǎn)。
3.國家大劇院(圖7)——建筑造型與地理環(huán)境的錯(cuò)位和建筑設(shè)計(jì)與建筑功能的錯(cuò)位是這個(gè)“政績工程”的兩大要害。建設(shè)投資與市場經(jīng)營也是一個(gè)難解的矛盾。巨殼下的建筑群設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師安德魯1993大阪海洋館設(shè)計(jì)的再版,但位于紅墻綠瓦的中華古建筑群中心的光亮圓殼卻破壞了此項(xiàng)世界文化遺產(chǎn)的風(fēng)格與和諧。六十國慶聯(lián)歡夜景顯示“鳥蛋”因?qū)?ldquo;另類”,其建筑輪廓被迫黑化屏蔽,雖被命名為北京十大優(yōu)秀建筑之一,奈名不副實(shí),亦難現(xiàn)“風(fēng)采”。零功能的單薄巨殼又埋下了災(zāi)害下的結(jié)構(gòu)隱患。昂貴的造價(jià)(21億元)及高額的運(yùn)營維修費(fèi)用以及三個(gè)劇場的斷續(xù)演出能力使“自負(fù)盈虧”的中央批示難以實(shí)現(xiàn)。
4.北京電視中心新樓(圖8)——雖然日本人設(shè)計(jì)H=236m的全鋼框架結(jié)構(gòu)的用鋼量(400kg/m2以上)并不小,但我國的設(shè)計(jì)與施工單位成功地優(yōu)化改造原設(shè)計(jì),創(chuàng)造性引入了預(yù)應(yīng)力技術(shù),采用“強(qiáng)迫位移法”對立柱截?cái)嗍┕ひ哉{(diào)節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力,節(jié)約鋼材達(dá)20%左右。體現(xiàn)了我國設(shè)計(jì)人員對待國外中標(biāo)方案的科學(xué)態(tài)度和成功優(yōu)化,顯示了中國人的聰明與才智。
1、2、3三項(xiàng)工程的根本問題在于:一。不可重復(fù)性(極端的個(gè)性化設(shè)計(jì)),二。三高投資(建造、運(yùn)營、維修),三。違背社會發(fā)展方向(與可持續(xù)發(fā)展原則逆行等)。因此,對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響,浪費(fèi)自然資源和國家財(cái)富,應(yīng)引以為鑒。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國應(yīng)該建設(shè)一批高標(biāo)準(zhǔn)、高科技的大型現(xiàn)代建筑顯示國威,但是也應(yīng)該對新奇怪誕違反自然法則而浪費(fèi)財(cái)富揮霍資源的一切工程說不;隨著改革開放的深入,我國應(yīng)以海納百川的胸懷接納學(xué)習(xí)世界先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。但也應(yīng)該以科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)警惕和制止崇洋媚外思想的抬頭。
(四) 對今后工程結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的理性期盼
根據(jù)預(yù)測21世紀(jì)鋼材和混凝土仍就是承重結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)建筑材料,但鋼材將擴(kuò)大應(yīng)用范圍和領(lǐng)域,混凝土將固守其面積和體積結(jié)構(gòu)陣地,并出現(xiàn)更多類型的鋼-砼組合結(jié)構(gòu)及創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系和新施工方法。
1.建筑材料:應(yīng)該選用消耗資源、消耗能源和CO2排放量的比值較低的材料(鋁材為鋼材比值的2.5~4倍);還應(yīng)選用性價(jià)比,再生利用率和加工制造率較高的材料。鋼材的綜合指數(shù)均位于前茅。對鋼材品種的預(yù)期:研制特種鋼,超強(qiáng)鋼,超厚鋼,異形薄壁鋼,變截面鋼索等新材料品種。
2.結(jié)構(gòu)體系:按照國際上大型建筑工程向輕型化的發(fā)展方向,現(xiàn)代大型結(jié)構(gòu)發(fā)展已呈現(xiàn)出圍護(hù)材料輕型化、高強(qiáng)化;承重結(jié)構(gòu)空間化、張力化;制造加工自動(dòng)化、工業(yè)化;施工安裝集成化、整體化的明顯趨勢。在設(shè)計(jì)上簡約劃一,在構(gòu)造上兼并功能、在結(jié)構(gòu)上采用張力體系(具有最多數(shù)量軸拉桿,最少數(shù)量軸壓桿及零受彎桿的體系,圖9)及鋼-混凝土組合體系,在材料上選用薄壁和索繩高強(qiáng)鋼材等。所以預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu),尤其在創(chuàng)新性預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)(零強(qiáng)度、零穩(wěn)度、零剛度結(jié)構(gòu))、預(yù)應(yīng)力塊狀整體鋼結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力薄壁型材鋼結(jié)構(gòu),和預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(圖10)等方面將會得到大力發(fā)展。
3.制造安裝:自動(dòng)化、流水化、大型化、機(jī)械化是行業(yè)的制造和施工發(fā)展方向。工廠應(yīng)成為結(jié)構(gòu)體系的組裝基地,工地應(yīng)成為承重結(jié)構(gòu)的架設(shè)安裝基地。傳統(tǒng)的許多安裝工序?qū)⒂晒さ匾葡蚬S,施工中大量空中作業(yè)將轉(zhuǎn)為地面操作,從而提高施工的整體科技水平,加大施工對象的幅度及體量等。
三、用科學(xué)發(fā)展觀引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展
(一) 回歸“適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”建設(shè)三原則
不同地區(qū)、不同條件、不同時(shí)代可以對三原則其一有所調(diào)整和側(cè)重,但不可或缺。近期,我國某些大型公共建筑的興建中追求新奇忽視節(jié)約的現(xiàn)象嚴(yán)重,被稱為“燒錢建筑”。這不僅不符合我國國情、民情,而且違背珍惜自然資源的“可持續(xù)發(fā)展”原則。至于美觀,它更是反映民族文化及時(shí)代色彩的藝術(shù),抄襲西方的審美觀,堆砌超額的物資與材料絕對構(gòu)不成民族美。一座優(yōu)秀的建筑必然是力學(xué)與美學(xué)的和諧統(tǒng)一、技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合及結(jié)構(gòu)與建筑兩專業(yè)協(xié)作的產(chǎn)物。1960年羅馬奧運(yùn)會上鋼筋混凝土的大、小體育宮和1972年慕尼黑奧運(yùn)會上鋼索網(wǎng)體育建筑群均為世人提供了兩種結(jié)構(gòu)類型的技術(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合的優(yōu)秀范例。目前鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中,尤其應(yīng)當(dāng)找回散失和漠視多年的“經(jīng)濟(jì)”原則。
(二) 建立大型工程評審決策新機(jī)制,為建筑立法
所有遭到非議的大型公共建筑都經(jīng)過“合法”的程序?qū)徟?,看來有必要重新建立更合理、更全面、更公正、更公平的評審機(jī)制,使工程的立項(xiàng)、籌備、招投標(biāo)、設(shè)計(jì)及施工等環(huán)節(jié)更公開、更透明,真正接受納稅人的監(jiān)督與質(zhì)詢。近年來剛建成十幾年的大型建筑物屢遭爆破拆除:服役16年的杭州西湖畔浙大醫(yī)學(xué)院大樓(22層)、16年工齡的青島鐵道大廈(22層)、18年工齡的沈陽五里河體育場、尚未竣工的長江三峽明珠觀光塔(已建12層)以及15年工齡的沈陽水上娛樂中心“夏宮”(大跨穹頂建筑)等相繼被爆破拆除。一系列的大型公共工程被爆破事例令老百姓迷惑不解,納稅人心痛,令業(yè)內(nèi)人士扼腕痛惜。盡管今日拆除的決策者們振振有詞,但昔日建設(shè)的決策者們也曾信誓旦旦。我們摧毀的建筑都是國家的財(cái)富,納稅人的血汗,自然界的不可再生資源啊!怎么能如此輕率地出爾反爾?所以,國家重大建筑工程的立項(xiàng)、籌備、招投標(biāo)、設(shè)計(jì)、施工與驗(yàn)收等決策環(huán)節(jié)都應(yīng)在一定的法規(guī)下運(yùn)行,避免任意性、主觀性及人為干擾。國家級大型工程的技術(shù)評判權(quán)應(yīng)由我國的最高技術(shù)部門——中國工程院來承擔(dān),既名正言順,又責(zé)無旁貸。看來主管部門應(yīng)該盡快對大型公共工程的立項(xiàng)與興建進(jìn)行立法與管理了。
(三) 開展學(xué)科及行業(yè)中的點(diǎn)評工作,明確是非不斷前進(jìn)
在經(jīng)濟(jì)建設(shè)大潮中,少數(shù)工程出現(xiàn)紕漏與失誤在所難免,應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),明確得失是非,不斷完善改進(jìn),促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。以偏概全是錯(cuò)誤的,但以瑜掩疵也是不科學(xué)的。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的目的是促使行業(yè)健康發(fā)展,明確是非的結(jié)果是告誡后人勿蹈覆轍。有時(shí)可能是“當(dāng)事者迷”、“身不由主”,由他人作出科學(xué)的分析和善意的評論也是必要的。不辨是非的前進(jìn)會使我們浪費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力,誤導(dǎo)行業(yè)發(fā)展方向,延緩社會發(fā)展進(jìn)程。最近出現(xiàn)的貴陽花溪CBD高樓群的“群魔起舞”式設(shè)計(jì)和北京擬建的兩座“鳥巢”式建筑的事例,發(fā)人深省。。
(四) 對專業(yè)人員進(jìn)行科學(xué)發(fā)展觀和科學(xué)人生觀的教育
科學(xué)發(fā)展觀要求專業(yè)人員按事物發(fā)展規(guī)律辦事,尊重自然法則,恪守“適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”三原則,建筑設(shè)計(jì)中要注重質(zhì)量和效益,尤其近年來被淡化和冷落了的經(jīng)濟(jì)問題要特別關(guān)注。科學(xué)人生觀則要求我們敬業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)、公正,在各項(xiàng)專業(yè)活動(dòng)中都持有科學(xué)的態(tài)度,以自己的專業(yè)知識和工程經(jīng)驗(yàn)參加建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié),說真話,說實(shí)話,不隨波逐流,堅(jiān)持真理,恪守法規(guī)。這樣才能形成一支高素質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍,保證行業(yè)的健康發(fā)展。
四、后語
胡錦濤同志在中共十七大會議上指出:“著力轉(zhuǎn)變不適應(yīng)不符合科學(xué)發(fā)展觀的思想觀念,著力解決影響和制約科學(xué)發(fā)展觀的突出問題,把全社會的發(fā)展積極性引導(dǎo)到科學(xué)發(fā)展觀上面來,把科學(xué)發(fā)展觀貫徹落實(shí)到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展各個(gè)方面。”作為一個(gè)半個(gè)世紀(jì)從事鋼結(jié)構(gòu)學(xué)科的科技工作者,我愿盡力為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的科學(xué)發(fā)展和健康成長而努力。
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