淺析高性能結構工程的問題與對策

吳濤

摘要：發展以高安全性能、高使用性能、高施工性能、高環保性能、高維護性能、高耐久性能等為特征的高性能結構工程是我國未來結構工程發展的核心戰略，也是實現我國結構工程可持續發展的必由之路。文中分析我國結構工程面臨的嚴峻挑戰，提出以高性能結構工程為核心理念的發展戰略，具體討論制約我國高性能結構工程發展的一些主要問題，并從工程建造體系和科技研發體系兩個方面提出實現高性能結構工程戰略目標的對策建議。

關鍵詞：高性能;結構工程;土木工程;可持續發展;發展戰略;

1我國結構工程面臨的嚴峻挑戰

改革開放以來，我國大規模基礎設施建設對結構工程產生巨大需求。隨著一大批標志性重大土木工程在我國建成、結構規模以及復雜程度不斷刷新，我國結構工程在材料、結構體系、結構設計與分析、以及施工等各個方面的科技水平取得了突飛猛進的發展，達到了前所未有的高度。

然而，我國土木工程建設雖然取得了巨大的成就，但在資源能源消耗、環境保護、使用壽命、安全可靠、抗災能力等方面仍存在很多亟待解決的迫切問題，已成為我國結構工程領域當前面臨的重大挑戰。

2制約我國高性能結構工程發展的主要問題

2.1重建筑、輕結構，重外觀、輕功能

近年來，我國完成了許多重大土木工程建設，很多項目由于過分注重視覺效果，盲目追求建筑方案的標新立異，產生了一批不合理的結構和奇奇怪怪的建筑。用極高的代價實現這些不合理的建筑，導致資源消耗大、能耗大、使用功能差、抗災能力弱、施工難度大、工程隱蔽部分質量存疑、安全隱患突出等一系列問題，浪費的是全社會的資源，貽害的是子孫后代。重大土木工程建設影響重大，瞄準社會政治、經濟、文化活動的重大需求，建成后對社會長期發展影響深遠，必須以“百年大計”、“千秋大業”的高度論證實施。

2.2重結構施工圖，輕結構方案

如果結構方案不合理，施工圖做得再精細也于事無補，這就好比要使一個孩子健康成長，首先要做的就是“優生”，如果先天不足后天再怎么彌補可能也是徒勞的。結構方案的確定應當非常慎重，應經過反復推敲和科學論證，盡可能充分考慮可能遇到的各種問題，詳細比較不同方案的優劣，一旦結構方案確定，后續的施工圖設計就是一些按部就班的細化工作。

近年來，正交異性鋼橋面在國內一些城市的立交橋中得到較多應用讓人擔憂。這種結構用鋼量大，造價高，現場焊縫量大，尤其是U肋的拼接非常復雜，施工難度大，工期甚至比現澆混凝土橋還要長，外露焊縫景觀效果差，橋面鋪裝和疲勞問題突出，維護費用高。優秀的鋼結構設計，應當工廠制作，現場高強螺栓連接，盡可能避免現場焊接，因為現場焊接質量難以保證，現場焊接后涂裝防護困難，涂裝質量也難以保證。

2.3考慮施工的可行性和方便性不足，理論聯系實際不夠

結構工程師應當十分重視施工的可行性，因為結構工程的成果最終是要通過施工這個環節來具體實現，如果無法施工，再好的構想也只能是紙上談兵。筆者在長期的結構工程實踐中曾遇到許多工程設計，雖然理論上可行，但構造復雜、施工難度很大，如果不從設計上加以改進，不僅施工成本高，而且施工質量難以保證，從而給工程埋下安全隱患。許多結構形式之所以難以在工程界廣泛推廣，施工困難是其中的重要原因，所以不考慮施工的設計是不完整的設計。

2.4重投資、輕耐久，重建設、輕維護

凡是能經歷歷史長河考驗而屹立不倒的著名土木工程作品，都是“精耕細作”的結果。悉尼歌劇院的混凝土薄殼結構從設計到施工總共耗時16年，竣工至今依然完好。而國內建造的許多結構，設計使用壽命50年甚至100年，但使用10年就出現開裂、破損等病害，不得不加固甚至推倒重建。我國結構工程所面臨的耐久性問題與日俱增，反映的是“中國速度”的背后對“質量”的犧牲。耐久性問題的出現對結構工程師提出了更高的挑戰，因為結構工程師必須熟悉從材料制備、到施工、再到維養的一系列知識，并應用到他的設計中，同時還需要設計、施工、運營、管理各方努力提高各自工作的精細化程度，因為任何一個環節的疏漏都可能導致結構使用壽命的大幅縮短。

3實現高性能結構工程戰略目標的對策建議

3.1對我國工程建造體系的建議

首先，應盡快建立健全重大土木工程方案階段的論證決策機制。重大土木工程建設涉及多個專業相互協同，目前的現狀為：建筑專業為龍頭，其他專業作配合，建筑方案首先確定，其他專業再圍繞既定的建筑方案進行深化設計，那么一旦建筑方案不合理，其他專業再努力彌補也是杯水車薪。建筑方案如此重要，其甄選本應慎之又慎，但目前這個環節卻缺乏科學嚴格的論證決策機制。

其次，應加速推進土木工程設計-施工總承包。當前我國土木工程的“設計”和“施工”分別獨立承包、相互割裂，這種模式的弊端已日益突出：①直接阻礙從全壽命的角度評價項目的優劣，容易造成建造各環節的總體浪費。例如：設計方案只單純控制設計階段的材料成本，其施工措施費、建成后的維養費、以及工期等包含的隱性費用卻可能很高，而許多更先進的方案雖然在設計階段的材料成本較高，但全壽命造價卻很低，而按目前的承包模式，這些先進方案均無競爭力;②直接影響項目建設的綜合質量。

3.2對我國工程科技研發體系的建議

首先，應注重科研成果的創新性、系列性、系統性和完整性，堅持科研工作源于工程、服務工程、高于工程、指導工程、引領工程。當前，我國結構工程領域的科研成果主要存在如下問題：①只注重工程個性，簡單圍繞某類工程展開重復研究;②立項滯后于工程迫切需求，成果常常為設計施工過程的簡單總結;③閉門造車，不結合工程需求，為了創新而創新;④原始創新不夠，形式創新偏多。

其次，科研工作應緊密結合中國國情，突出中國特色，解決中國問題。與西方國家相比，我國社會文化不同、國土資源不同、地理環境不同、發展階段不同、發展水平不同、經濟基礎不同，因此簡單照搬國外經驗是解決不了中國的問題，必須自力更生。

4結語

發展以高安全性能、高使用性能、高經濟性能、高施工性能、高環保性能、高維護性能、高抗災性能、高耐久性能等為特征的高性能結構工程將成為我國未來結構工程發展的核心戰略，也是實現我國結構工程可持續發展的必由之路。土木工程屬于社會作品，是人類的共同財富，結構工程從業人員應該以高度的社會責任感和使命感、高尚的職業道德以及對子孫后代高度負責的態度，履行自己的相關職責，使土木工程更安全、更適用、更經濟、更綠色、更耐久、更美觀。

參考文獻：

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