2018年最值得期待的六項建筑業新技術

  多物理效應協同霧化水滅火系統

  要說2017年行業最為重視的安全問題，防火肯定是其中之一了，接下來我們就來關注防火的新技術。“多物理效應協同霧化水滅火系統關鍵技術及應用”項目由北京航空航天大學宇航學院院長楊立軍帶領的團隊完成，獲得了2017年國家技術發明二等獎。其創新內容主要有以下3點。

  （1）針對國際霧化水滅火中的“小火滅火難、低壓粒徑粗、細滴輸送難”3個核心技術瓶頸展開研究，解決了霧化技術領域“液滴直徑較大，則蒸發速度太慢，影響滅火速度；液滴直徑較小，則難以將液滴噴射到更遠距離，降低滅火效率”的技術難題；發明了低壓條件下將水超細霧化的噴嘴。

  （2）與國外最先進的噴嘴相比，該技術噴出的液滴直徑減小40%；以氣水霧系統代替原有高壓系統，用1/10的壓強提高3倍的噴射速度；形成氣-熱-霧多物理效應協同滅火關鍵技術及系統，成功解決技術矛盾，滅火時間僅為國外同類產品的1/10。

  （3）成果中大量使用航天設計思想和技術，突破民用滅火器單噴嘴，只能噴發同樣大小、方向、速度的液滴，保護面積受限的難題，將多噴嘴設計思想引入到噴霧滅火器噴嘴設計中，徹底解決了保護面積的問題。

  該技術是一項凝結先進航天技術的創新成果，在無毒無污染滅火技術領域處于國際領先水平。建筑行業中運用航天設計思想和技術的案例不勝枚舉，該技術未來在建筑行業中的應用前景值得關注。

  消能-承載雙功能金屬構件及減震結構

  說完防火，抗震技術在建筑安全技術方面也是另一重要內容。2018年1月8日，同濟大學土木工程學院李國強教授團隊的“消能—承載雙功能金屬構件及其高性能減震結構”項目榮獲了2017年國家技術發明二等獎。其技術突破主要包括以下幾點。

  （1）發明了消能-承載雙功能構件制造、安裝和防震斷技術，突破了工程應用瓶頸；發明了消能-承載金屬構件預張拉安裝及巨型雙功能構件分段制造和現場空間拼裝技術，有效釋放安裝階段附加應力，突破了消能構件與主體結構不能同步安裝的瓶頸發明了防震斷變形記錄和變位限制裝置，實現了減震結構失效預警及損傷控制。

  （2）形成了高性能金屬減震結構體系成套技術。這些技術從消能-承載雙功能理念出發，開發出基于多種線約束和單側面約束機制的屈曲約束鋼支撐、基于點-線-面結合的螺栓-骨架-面板夾層約束機制的屈曲約束鋼板墻等，同時根據分散承載、協同消能的工作機制，發明了消能-承載雙功能金屬構件與典型結構的連接節點，從而構建了損傷可控、剛度可調、消能可設定的高性能框-撐、框-墻、框-筒減震結構。

  該項目主要成果被國家標準《建筑抗震設計規范》等8部技術規范采納。項目成果在260多項工程中應用，取得了重大經濟和社會效益。

  土木工程結構區域分布光纖傳感與健康監測技術

  2017年結構方面的技術突破不只抗震技術，監測技術也有重大突破。“土木工程結構區域分布光纖傳感與健康監測關鍵技術”項目也獲得了2017年國家技術發明二等獎。其主要技術突破主要有以下幾點。

  （1）發明了高性能長壽命光纖區域分布傳感技術。率先研發了一專多能并具有損傷覆蓋能力的長標距光纖傳感單元，通過長標距化設計、剛度加強增敏等核心技術開發，實現了從傳統點式傳感到長標距-串聯成網-區域分布宏微觀監測的技術突破；通過玄武巖纖維封裝、光纖滑移機理揭示、錨固端變剛度防滑移防脆斷設計等發明，創新開發設計壽命為50年的光纖傳感器技術與產品，經疲勞蠕變等各類耐久性試驗顯示其長期性能變化小于0.8%，現場自然老化試驗證明其使用壽命超過20年。

  （2）發明了光纖光柵與光纖布里淵散射傳感相互融合的一體化解調技術，通過放大器前置化與光源復用等關鍵技術突破,實現了大型結構區域分布傳感網絡的多種光纖傳感系統實時共線監測，解決了現有光纖傳感裝置功能單一、兼容性差難題；發明光纖光柵解調技術與裝置，通過體全息光柵光譜分析、溫度自校準與誤差自補償技術實現了高解析度與低成本化，經鑒定較國際最先進產品分辨率提高10倍、成本降低50%；通過微波掃描鑒頻等原創性技術開發的光纖布里淵散射解調裝置，測速提高300倍，達到土木工程實用化水平。

  （3）建立了基于區域分布應變的結構動力分析新理論體系，基于所發明長標距傳感能揭示結構宏微觀信息的獨特優勢，實現了結構各類型參數及荷載的全面識別，結構宏觀損傷與微小損傷的精準探測，解決了傳統局部與整體傳感技術均難以識別大型結構微小損傷的難題；首次提出基于區域分布傳感的結構群協同監測與評估理念與方法，建立了結構群監測協同組網與系統構建等創新應用技術。

  該項目突破了現有監測系統耐久性差及現有技術無法進行結構“健康”評估的瓶頸，項目成果創新應用于30余處重要土建交通工程，建成世界最大規模的長江流域橋梁監測群，形成全國首個結構群監測數據中心取得了重大經濟和社會效益。

  建筑廢棄物再生骨料技術

  接下來我們來關注建筑材料方面。“建筑廢棄物再生骨料關鍵技術及其規模化應用”項目由深圳大學邢鋒主持完成，獲得了2017年國家技術發明獎二等獎，其創新內容主要有以下幾點。

  （1）發現再生骨料中水泥水化產物均為潛在活性可通過化學法激發的現象，揭示了納米-二氧化硅和二氧化碳碳化法激發再生骨料潛在活性的機理。發明了化學法提升再生粗骨料品質技術，解決了再生骨料混凝土工作性難以控制，力學性能和耐久性差的難題，突破了結構混凝土中再生骨料用量最高20%的限制，實現了大摻量再生骨料混凝土的高性能化。

  （2）發現再生砂砂漿的高干縮率可通過內養護法減低的現象，揭示了再生紅磚砂和鋸末“二元增濕降壓”的內養護機理，發明了添加再生添加劑制備干混砂漿技術，解決了干混砂漿開裂的難題。突破了再生砂在建筑砂漿中的應用限制，實現了大摻量再生砂干混砂漿無裂縫及高性能化。

  （3）發現多孔再生砂可吸附光催化劑和再生玻璃砂折射光可提高催化效率的現象，揭示了再生砂“吸附增效”和再生玻璃砂“折射增效”提高光催化效率的機理，發明了“二元增效”法制造可凈化空氣的混凝土鋪路磚技術。解決了再生骨料鋪路磚市場競爭力低的難題。實現了鋪路磚的環保功能。發明了移動式建筑廢棄物現場資源化利用系統，將項目發明的新技術應用于該系統，解決了建筑廢棄物占用寶貴土地、轉運過程污染環境等難題，實現了建筑廢棄物再生產品“零外運”及建筑廢棄物“零排放”。

  與傳統方法比較，該項目技術實現了建筑廢棄物再生骨料規模化應用及建筑廢棄物“零排放”，技術達到國際領先水平，在多項工程中得到了應用，取得了重大經濟和社會效益。

  水庫高壩/大壩安全精準監測與高效加固技術

  說到監測技術，在2017年取得重大突破的也不僅一項，近年來我國水利工程技術領域一直處于國際領先地位，由三峽大學蔡德所教授和哈爾濱工業大學凌賢長教授團隊共同完成的“水庫高壩/大壩安全精準監測與高效加固關鍵技術”項目也獲得了2017年國家技術發明二等獎。

  該項目自主發明了一種新型高效土壩堆石壩除險加固注漿材料，創新開發了混凝土壩除險加固的高性能膠粘劑／CFRP板材及其應用技術，創新開發了混凝土壩運行狀態監測的先進裝置與技術，建立了混凝土壩運行狀態與強震安全評估的理論方法。該項成果從根本上解決了大壩除險加固的技術難題，大幅提升了大壩運行狀態監測評估的理論水平，并成功應用于數十個工程。

  這項技術未來在水利工程中的應用前景值得期待。

  堆石混凝土壩

  說到水利項目，清華大學金峰教授帶領團隊完成的“堆石混凝土壩”項目也獲得了2017年國家技術發明二等獎。其主要技術突破包括以下幾方面。

  （1）通過堆石混凝土宏細觀性能研究，發明了RFCD新壩型。

  （2）發明了“堆石入倉+高自密實混凝土澆筑”新工藝，可顯著提高工效，建立相應的質量控制方法和標準體系。

  （3）在堆石混凝土施工原理研究基礎上，發明水下自護混凝土等一系列衍生技術，推動堆石混凝土技術應用范圍不斷擴大。

  （4）與常態混凝土壩相比，堆石混凝土壩與碾壓混凝土壩施工速度更快，綜合造價更低，環境效益更好；堆石混凝土壩新壩型的發明，實現了壩工核心技術的突破。

  該項研究成果為水利水電工程筑壩技術開拓了新的途徑，是混凝土筑壩方法的重大創新。取得了顯著經濟、社會和環境效益。成果達到國際領先水平。