浅析高性能结构工程的问题与对策

吴涛

摘要：发展以高安全性能、高使用性能、高施工性能、高环保性能、高维护性能、高耐久性能等为特征的高性能結构工程是我国未来结构工程发展的核心战略，也是实现我国结构工程可持续发展的必由之路。文中分析我国结构工程面临的严峻挑战，提出以高性能结构工程为核心理念的发展战略，具体讨论制约我国高性能结构工程发展的一些主要问题，并从工程建造体系和科技研发体系两个方面提出实现高性能结构工程战略目标的对策建议。

关键词：高性能;结构工程;土木工程;可持续发展;发展战略;

1我国结构工程面临的严峻挑战

改革开放以来，我国大规模基础设施建设对结构工程产生巨大需求。随着一大批标志性重大土木工程在我国建成、结构规模以及复杂程度不断刷新，我国结构工程在材料、结构体系、结构设计与分析、以及施工等各个方面的科技水平取得了突飞猛进的发展，达到了前所未有的高度。

然而，我国土木工程建设虽然取得了巨大的成就，但在资源能源消耗、环境保护、使用寿命、安全可靠、抗灾能力等方面仍存在很多亟待解决的迫切问题，已成为我国结构工程领域当前面临的重大挑战。

2制约我国高性能结构工程发展的主要问题

2.1重建筑、轻结构，重外观、轻功能

近年来，我国完成了许多重大土木工程建设，很多项目由于过分注重视觉效果，盲目追求建筑方案的标新立异，产生了一批不合理的结构和奇奇怪怪的建筑。用极高的代价实现这些不合理的建筑，导致资源消耗大、能耗大、使用功能差、抗灾能力弱、施工难度大、工程隐蔽部分质量存疑、安全隐患突出等一系列问题，浪费的是全社会的资源，贻害的是子孙后代。重大土木工程建设影响重大，瞄准社会政治、经济、文化活动的重大需求，建成后对社会长期发展影响深远，必须以“百年大计”、“千秋大业”的高度论证实施。

2.2重结构施工图，轻结构方案

如果结构方案不合理，施工图做得再精细也于事无补，这就好比要使一个孩子健康成长，首先要做的就是“优生”，如果先天不足后天再怎么弥补可能也是徒劳的。结构方案的确定应当非常慎重，应经过反复推敲和科学论证，尽可能充分考虑可能遇到的各种问题，详细比较不同方案的优劣，一旦结构方案确定，后续的施工图设计就是一些按部就班的细化工作。

近年来，正交异性钢桥面在国内一些城市的立交桥中得到较多应用让人担忧。这种结构用钢量大，造价高，现场焊缝量大，尤其是U肋的拼接非常复杂，施工难度大，工期甚至比现浇混凝土桥还要长，外露焊缝景观效果差，桥面铺装和疲劳问题突出，维护费用高。优秀的钢结构设计，应当工厂制作，现场高强螺栓连接，尽可能避免现场焊接，因为现场焊接质量难以保证，现场焊接后涂装防护困难，涂装质量也难以保证。

2.3考虑施工的可行性和方便性不足，理论联系实际不够

结构工程师应当十分重视施工的可行性，因为结构工程的成果最终是要通过施工这个环节来具体实现，如果无法施工，再好的构想也只能是纸上谈兵。笔者在长期的结构工程实践中曾遇到许多工程设计，虽然理论上可行，但构造复杂、施工难度很大，如果不从设计上加以改进，不仅施工成本高，而且施工质量难以保证，从而给工程埋下安全隐患。许多结构形式之所以难以在工程界广泛推广，施工困难是其中的重要原因，所以不考虑施工的设计是不完整的设计。

2.4重投资、轻耐久，重建设、轻维护

凡是能经历历史长河考验而屹立不倒的著名土木工程作品，都是“精耕细作”的结果。悉尼歌剧院的混凝土薄壳结构从设计到施工总共耗时16年，竣工至今依然完好。而国内建造的许多结构，设计使用寿命50年甚至100年，但使用10年就出现开裂、破损等病害，不得不加固甚至推倒重建。我国结构工程所面临的耐久性问题与日俱增，反映的是“中国速度”的背后对“质量”的牺牲。耐久性问题的出现对结构工程师提出了更高的挑战，因为结构工程师必须熟悉从材料制备、到施工、再到维养的一系列知识，并应用到他的设计中，同时还需要设计、施工、运营、管理各方努力提高各自工作的精细化程度，因为任何一个环节的疏漏都可能导致结构使用寿命的大幅缩短。

3实现高性能结构工程战略目标的对策建议

3.1对我国工程建造体系的建议

首先，应尽快建立健全重大土木工程方案阶段的论证决策机制。重大土木工程建设涉及多个专业相互协同，目前的现状为：建筑专业为龙头，其他专业作配合，建筑方案首先确定，其他专业再围绕既定的建筑方案进行深化设计，那么一旦建筑方案不合理，其他专业再努力弥补也是杯水车薪。建筑方案如此重要，其甄选本应慎之又慎，但目前这个环节却缺乏科学严格的论证决策机制。

其次，应加速推进土木工程设计-施工总承包。当前我国土木工程的“设计”和“施工”分别独立承包、相互割裂，这种模式的弊端已日益突出：①直接阻碍从全寿命的角度评价项目的优劣，容易造成建造各环节的总体浪费。例如：设计方案只单纯控制设计阶段的材料成本，其施工措施费、建成后的维养费、以及工期等包含的隐性费用却可能很高，而许多更先进的方案虽然在设计阶段的材料成本较高，但全寿命造价却很低，而按目前的承包模式，这些先进方案均无竞争力;②直接影响项目建设的综合质量。

3.2对我国工程科技研发体系的建议

首先，应注重科研成果的创新性、系列性、系统性和完整性，坚持科研工作源于工程、服务工程、高于工程、指导工程、引领工程。当前，我国结构工程领域的科研成果主要存在如下问题：①只注重工程个性，简单围绕某类工程展开重复研究;②立项滞后于工程迫切需求，成果常常为设计施工过程的简单总结;③闭门造车，不结合工程需求，为了创新而创新;④原始创新不够，形式创新偏多。

其次，科研工作应紧密结合中国国情，突出中国特色，解决中国问题。与西方国家相比，我国社会文化不同、国土资源不同、地理环境不同、发展阶段不同、发展水平不同、经济基础不同，因此简单照搬国外经验是解决不了中国的问题，必须自力更生。

4结语

发展以高安全性能、高使用性能、高经济性能、高施工性能、高环保性能、高维护性能、高抗灾性能、高耐久性能等为特征的高性能结构工程将成为我国未来结构工程发展的核心战略，也是实现我国结构工程可持续发展的必由之路。土木工程属于社会作品，是人类的共同财富，结构工程从业人员应该以高度的社会责任感和使命感、高尚的职业道德以及对子孙后代高度负责的态度，履行自己的相关职责，使土木工程更安全、更适用、更经济、更绿色、更耐久、更美观。

参考文献：

[1] 中国工程院土木、水利与建筑工程学部.土木学科发展现状及前沿发展方向研究[M].北京：人民交通出版社，2012。

[2] 金伟良，吕清芳，潘仁泉.东南沿海公路桥梁耐久性现状[J].江苏大学学报：自然科学版，2007，28（3）：254-257.

[3] 雷切尔·卡逊.寂静的春天[M].恽如强，曹一林，译.北京：中国青年出版社，2015.