2021年是唐山大地震45週年。在過去的半個世紀當中，為了應對地震給我國造成的挑戰，保障人民生命財產安全，科技界和產業界付出了巨大努力。20世紀90年代以來，隔震逐漸成為減災抗災領域的重要概念之一。
在日前召開的2020年度國家科學技術獎勵大會上，“高效能隔震建築系列關鍵技術與工程應用”專案獲得了國家科學技術進步獎二等獎。該專案由北京建築大學、東南大學、中國建築科學研究院、北京建築設計研究院、中國建築標準設計研究院、北京基礎設施投資有限公司和江蘇鴻基節能新技術股份有限公司等單位共同完成。專家委員會鑑定表明，該專案成果總體達到國際先進水平，其中高效能隔震建築設計方法和高效能隔震裝置達到國際領先水平。專案成果已應用於多項重大工程。
何為隔震，專案中的“高效能”應該如何理解，哪些重大民生工程已經應用了高效能隔震技術？科技日報記者聯絡到多家相關單位，請他們對這些問題做出了專業解答。
隔震核心特點是“以柔克剛”
“隔震就像是讓建築踩上了‘溜冰鞋’。”在2021年7月舉辦的防災減災救災應用技術成果展上，來自減隔震製造業商家震安科技的工作人員向科技日報記者介紹了隔震技術的特點。“傳統建築抗震理念是硬碰硬，‘以剛制剛’，主要手段是增加構件的物理強度，這樣會導致上部結構的地震作用更強。而減隔震技術的核心理念是‘以柔克剛’，在建築物的基礎或下部結構同上部結構之間設定隔震裝置，如橡膠支座、阻尼器等裝置，減少輸入到上部結構的地震能量，這樣可以把地震作用降低到原來的1/4到1/8。”
現場演示的實物模型表明，當“地震”發生時，採用了隔震裝置的上層建築只發生了相對較小幅度的平行移動，而未採用隔震技術的建築出現的甩動則劇烈得多。“這就是隔震的基本原理。”工作人員介紹說。
但是，這個簡單的模型並不足以呈現隔震技術的完整內涵。現實當中的技術應用必須應對各種複雜的需求和場景，例如高層住宅、醫院、地鐵、歷史建築等都對隔震技術有不同的條件和要求。在隔震建築的設計和建設中，國際上長期存在設計理論缺乏適用性、設計技術缺乏系統性、關鍵裝置缺乏高效性和質量控制缺乏規範性等四大問題。為此，“高效能隔震建築系列關鍵技術與工程應用”專案應運而生，旨在解決關於高效能隔震技術的一系列關鍵問題。
既有理論突破也有現實應用
針對長期存在的四大問題，專案主要實現了四大創新，分別是高效能隔震結構設計理論、隔震結構多目標一體化設計技術、系列功能可調控高效能隔震裝置、隔震建築建設質量控制技術並主編系列標準。
“我們這個專案歷時二十多年，產出了大量成果，內容十分豐富。”在接受科技日報專訪時，獲獎專案第二完成人、東南大學土木工程學院教授郭彤解讀說，該專案共發表論文166篇，獲發明專利30項，出版著作5部，成果應用於60多項重要工程。
“舉例來說，我們研發了多種高效能隔震支座，例如超低模量、高阻尼的橡膠支座，可調控、頻率低敏感型複合隔震支座，新型受拉可控隔震支座等。除了支座，還有其它裝置，例如可調控黏滯阻尼器和大變形柔性管道，這些都是我們在裝置研發方面取得的成果。但是專案成果不只有裝置，設計理論、設計技術、質量標準都很重要。”郭彤補充說。
作為獲獎專案的第二完成單位，東南大學牽頭完成了多個專案成果，涵蓋了以上四個創新的主要方面。除了設計、理論等方面的創新，專案在工程應用與推廣方面也有許多成果，而這些成果有許多業已落地，成為百姓日常生活中民生工程的一部分。
已經廣泛應用於民生工程
為古建“添底”，給地鐵“加蓋”……在“高效能隔震建築系列關鍵技術與工程應用”專案的應用成果當中，不乏這樣的“神來之筆”。
1933年，在蔡元培等人的倡議下，國立中央博物院人文館在南京落成，即今天的南京博物院。在隔震技術成果的幫助下，這座八十餘歲的全國重點文物保護建築變得更加“年輕”了——憑藉整體提升（3米）、隔震加固等先進技術，建築的抗震水平得到了有效提升，外觀風貌也沒有遭到損害，建築的內部空間也擴大了，給了文保單位和參觀遊客更多餘裕。工程完成之後，住建部防災研究中心把南京博物院的這次加固收錄為經典案例，還選為出版叢書的封面。
在千里之外的另一座歷史文化名城北京，隔震技術成果同樣大顯身手。比起南京，北京的部分自然人文條件更加複雜：處於地震多發地區，自古以來地震頻繁；擁有全世界執行長度最多的地鐵系統；人口眾多且交通樞紐集約用地緊張。在建設高效能建築的工程當中，隔震技術發揮了關鍵作用。在北京地鐵6號線琨御府、8號線公園悅府和16號線北安河上蓋等專案中，複雜高層隔震結構系列關鍵技術得到推廣應用，應用面積高達89萬平方米，是目前國際上總面積最大的蓋層間隔震建築群。
除了上述地鐵上蓋隔震建築，北京還有一項重大基礎設施工程採用了專案成果。專案第五完成單位，中國建築標準設計研究院提供的資料顯示，由該單位主編的《建築隔震柔性管道》國家行業標準已經應用於北京大興機場的高效能隔震裝置。位於北京中軸線南方延長線上的大興機場是目前世界上最大的單體隔震建築，航站樓總共使用了1152套隔震裝置，採用的橡膠隔震支座，無論是體量還是單個支座的噸位都創下國內之最。
大興機場的一大特點就是可以實現不同交通工具同站換乘，航站樓的負二層供高鐵、地鐵和城際列車通行。列車的高速出入會產生較強的震動和較大的風壓，這也是我國隔震技術業已克服的困難之一。
郭彤介紹說，除了古建築、交通基礎設施，專案成果還應用於許多其他民生工程，如中小學校舍、醫院等重要建築的隔震加固工程，以及高層隔震住宅區的建造工程，例如總面積約114萬平方米的河北燕郊天洋創新城專案，以及位於9度區近斷層（地震放大係數為1.5）的四川西昌領地專案。各類別的專案合計已有60餘項，總建築面積約336萬平方米，直接經濟效益達到15.4億元。
四川省地震局資料顯示，早在2015年，我國應用隔震技術的樓房總數就已經超過6000棟，總數佔到世界一半，多於日本的5000棟，位居世界第一。震安科技工作人員表示，目前我國應用隔震技術的樓房已經超過1萬棟。
郭彤評論說，作為一種高效的結構防震手段，隔震技術有著廣闊的未來應用前景，技術人員仍在不斷開發各種效能優異的隔震裝置和拓展其應用範圍，為提高城市的防災能力貢獻力量。（記者 孫明源）
來源： 科技日報
