田鵬剛：做“外科手術(shù)”的工程師

李 桐

田鵬剛

近20年來，中國經(jīng)濟(jì)高速增長，城市化進(jìn)程加快，最高的年份城鎮(zhèn)化率增長速度可以達(dá)到4%，工業(yè)與民用建筑等新項(xiàng)目大量涌現(xiàn)，在眾多的建筑當(dāng)中，難免會有一些建筑因?yàn)樵O(shè)計(jì)、施工、使用以及后期改造等原因而面臨安全問題，這些“得了病”的建筑怎么診斷？怎么“開藥方”？怎么“治療”？這一連串的問題，誰能回答？陜西省建筑科學(xué)研究院古建文物與特種工程研究所所長田鵬剛正是能夠回答這個(gè)問題的人。

他笑稱自己是“醫(yī)生”，專門對建筑進(jìn)行“外科手術(shù)”，“建筑出了問題，拆掉不現(xiàn)實(shí)，但是不拆就有安全隱患，所以如何在不拆的基礎(chǔ)上解決安全隱患，提高建筑的安全質(zhì)量，就是我最重要的工作”。

現(xiàn)場

田鵬剛留著寸頭，臉圓圓的，總是帶著笑容。照片上他和一群小孩站在房子前，對著鏡頭開心地比“耶”。那是在2015年尼泊爾地震后，田鵬剛帶著房屋震害安全評估工作組前往當(dāng)時(shí)地震的重災(zāi)區(qū)——西藏自治區(qū)聶拉木縣、吉隆縣留下的合照。在那里，倒塌的房屋和看不見的裂痕帶來的安全隱患，時(shí)時(shí)刻刻牽動(dòng)著田鵬剛的心。

“當(dāng)時(shí)地震發(fā)生后，我們第一時(shí)間就和當(dāng)?shù)卣〉昧寺?lián)系。”12天，288個(gè)小時(shí)，田鵬剛帶著11個(gè)人的工作小組深入災(zāi)區(qū)排除房屋險(xiǎn)情，排查了商場、學(xué)校、醫(yī)院等300多棟公用建筑，為后續(xù)災(zāi)區(qū)的房屋重建提供了切實(shí)可行的方案。

對于田鵬剛來說，現(xiàn)場是學(xué)習(xí)最好的地點(diǎn)。只有去了現(xiàn)場，他才能知道房子在地震作用下是如何倒塌的。“一般來說，大型的震動(dòng)臺試驗(yàn)室和真實(shí)的地震是沒有可比性的。”在這個(gè)情況下，房子的破壞模式屬于哪一類？哪個(gè)構(gòu)建是最薄弱的？如果以后要重新設(shè)計(jì)或者加固，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注哪一塊結(jié)構(gòu)？田鵬剛能在真實(shí)的現(xiàn)場中找到實(shí)驗(yàn)室中無法得出的最準(zhǔn)確答案。“從2008年我來到陜西省建筑科學(xué)研究院后，2008年的汶川地震，2010年的玉樹地震，2015年的尼泊爾地震，我每次都要去現(xiàn)場看看。”

2017年7月26日，陜西省綏德縣發(fā)生了百年不遇的洪災(zāi)，來勢洶洶的洪水瞬間將這座縣城變成一片汪洋。田鵬剛接到陜西省住建廳的通知，帶著一行42人的專家工作組赴現(xiàn)場開展災(zāi)后救援工作。他帶隊(duì)深入受災(zāi)最嚴(yán)重的地方，仔細(xì)排查每一棟房屋的受損情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。田鵬剛每天工作近16個(gè)小時(shí)，最后完成所有的房屋安全問題排查花了36天的時(shí)間，他說：“只有確保房屋安全了，才能讓大家安心地回家，重新恢復(fù)正常的生活。”

成果

2001年，田鵬剛本科畢業(yè)，他選擇了一個(gè)比較冷門的考研方向，“工程事故處理這個(gè)方向，當(dāng)時(shí)報(bào)的人很少，但我當(dāng)時(shí)想著只要能錄取，至少能把我的人生軌跡改變一下”。田鵬剛抱著這樣的想法，成功考上了西安建筑科技大學(xué)，成為陳平老師的學(xué)生。

田鵬剛的積極努力讓陳平老師對他極為看重，只要遇到工程案例，陳老師第一時(shí)間給他打電話，讓他去現(xiàn)場。原來那些在書本上學(xué)得很模糊的知識，田鵬剛在現(xiàn)場見到之后，很快就能把理論和實(shí)際聯(lián)系起來，見得多了，經(jīng)驗(yàn)自然也就豐富了。“基本上就是從2001年開始，我參與到建筑問題的研判、維修設(shè)計(jì)的方案和后期施工的整個(gè)過程”。田鵬剛也沒想到，這一參與就是20年。

博士畢業(yè)后，田鵬剛當(dāng)過一段時(shí)間的大學(xué)老師，但他總感覺脫離了工程實(shí)踐，有點(diǎn)在空中飄的感覺。最后田鵬剛離開了學(xué)校，他選擇去陜西建筑科學(xué)研究院工作。

工作后，田鵬剛把自己所學(xué)的工程事故處理比作工程的醫(yī)院。工程和人一樣，它是有生命的，有時(shí)是在建造的過程中“生病”了，有時(shí)是在使用的過程中“生病”了。這個(gè)時(shí)候設(shè)計(jì)院和施工單位是沒有辦法來“看病”的，但田鵬剛可以，“我們這個(gè)方向，就可以很好地解決這個(gè)問題。建筑遇到問題了，是什么原因引起的？應(yīng)該用什么方法‘治療’？這就是我們主要的工作”。

他舉了一個(gè)例子，混凝土是一種非常重要的建筑材料，但是受地方商品混凝土生產(chǎn)水平、工程施工質(zhì)量控制水平的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)部分構(gòu)件甚至整個(gè)樓層混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不滿足設(shè)計(jì)的情況。“比如一棟33層的建筑，建好了以后，在驗(yàn)收的時(shí)候發(fā)現(xiàn)中間第6層、第7層的混凝土強(qiáng)度不夠怎么辦？”

這是一個(gè)非常令人頭疼的問題，如果直接把建筑拆了，不現(xiàn)實(shí)；但是不拆，人住進(jìn)去以后存在極大的安全隱患。針對這種情況，傳統(tǒng)的加固處理方法有增大截面法、粘鋼加固法、包鋼加固法，但這3種方法對房屋的后期使用會產(chǎn)生諸多不利影響。

為此，田鵬剛和團(tuán)隊(duì)從2013年開始著手研究，提出了“缺陷混凝土置換加固應(yīng)用技術(shù)”，簡單來講，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料，不改變原有空間和建筑結(jié)構(gòu)布置。“醫(yī)學(xué)上有一個(gè)術(shù)語叫股骨頭置換，我們這個(gè)方法大致同理。”2015年，該技術(shù)開始進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，正式應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中去。2017年，田鵬剛申請到了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，每年成果轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟(jì)收益至少有2000多萬元。

事實(shí)上，除了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，田鵬剛更多的時(shí)候做的是提前預(yù)判可能發(fā)生的問題。比如，現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)榫哂休p質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，鋼材的特性決定了空間桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)的輕巧靈活，但結(jié)構(gòu)的整體性卻給該類結(jié)構(gòu)桿件加固造成了牽一發(fā)而動(dòng)全身的不利影響。

“鋼結(jié)構(gòu)的桿系最怕火，由于高溫作用，鋼材會發(fā)生軟化變形，溫度達(dá)到一定程度，它會變彎曲。那么這個(gè)時(shí)候我們怎么界定它？到底是拆了重建，還是要局部更換，或者是用別的什么方法？”

田鵬剛預(yù)判到可能發(fā)生的情況，提出了“空間桿系結(jié)構(gòu)缺陷構(gòu)件加固處理技術(shù)”，該技術(shù)針對的就是空間桿系結(jié)構(gòu)全壽命周期的穩(wěn)定性檢測和診治。“我們必須提前預(yù)判，否則等建筑真的發(fā)生相關(guān)問題，再等研究出來，都過兩三年了。”

2015年尼泊爾地震，前往西藏救災(zāi)和孩子們合影。

力量

扶助農(nóng)村危房改造是田鵬剛近幾年最重要的工作。“過去農(nóng)村蓋房子，嚴(yán)格來說它屬于一個(gè)三無產(chǎn)品，沒有經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)，沒有正規(guī)施工，也沒有正規(guī)的監(jiān)理，存在很多的弊端。”

田鵬剛多次帶隊(duì)參與到陜西省的農(nóng)村危房鑒定中，農(nóng)村的房子沒有構(gòu)造柱，沒有圈梁，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，屬于不合格的房子。但是根據(jù)農(nóng)民的實(shí)際情況，他們不可能全部拆除重建。

“每一次地震發(fā)生的時(shí)候，倒塌的大部分都是農(nóng)房。”于是，怎么確保在發(fā)生地震、洪災(zāi)等自然災(zāi)害后，這些房子不倒塌，成了田鵬剛最迫切想要解決的問題。

此外，他還考慮到每個(gè)農(nóng)村的房屋建筑材料不一樣，建筑工藝不一樣，房屋建筑的造型也千差萬別。最終，田鵬剛選擇了陜西藍(lán)田縣的農(nóng)村房屋作為抗震改造的模型。

2020年11月，田鵬剛在西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)與抗震實(shí)驗(yàn)室的三維六自由度地震模擬振動(dòng)臺進(jìn)行了一次模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)持續(xù)了整整一天。“按照振動(dòng)臺的實(shí)驗(yàn)效果來說還是比較理想的，做完實(shí)驗(yàn)以后，用我們的方法對模型進(jìn)行加固，計(jì)算下來，比傳統(tǒng)的加固造價(jià)的費(fèi)用能降低百分之六七十。”

實(shí)驗(yàn)做完以后，田鵬剛馬上參與到下一步工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的編寫中。“各行各業(yè)的專家認(rèn)可我們的實(shí)驗(yàn)，有了具體的感性認(rèn)識，大家一塊來編制標(biāo)準(zhǔn)，有了標(biāo)準(zhǔn)，后面推行相關(guān)的工程建設(shè)方案才是合理的。”

農(nóng)房的加固問題是最復(fù)雜的問題，它牽扯到社會的方方面面，如果田鵬剛的農(nóng)村危房改造方案能夠真正推廣出去，幫助到更多的農(nóng)村居民，這大概就是他20年來用知識解決建筑問題的最大意義。