


团队简介: “工程结构安全与建筑工业化”团队负责人为薛建阳教授。团队研究方向主要有四个:高性能材料及组合结构方向、古建筑保护与传承方向、绿色装配式结构方向、建筑垃圾资源化再生利用方向。
近年来,团队入选陕西省科技创新团队、陕西省“三秦学者”创新团队。团队成员1人入选国家“百千万人才工程”,5人获得“陕西省杰出青年科学基金”,5人获“陕西青年科技新星”,2人获“陕西省教学名师”,4人获“陕西省中青年科技创新领军人才”“陕西省科技创业领军人才”“陕西省青年五四奖章”“霍英东教育基金青年教师奖”等荣誉称号。
关于科研历程和研究方向
自1999年开展古建筑研究工作以来,我和我的团队对木结构古建筑进行了系统研究,揭示了古建筑基础摩擦滑移隔震、榫卯节点耗能减震、铺作层消能减震等抗震机理,建立了古建筑木结构的抗震分析理论与方法;提出了古建筑木梁、木柱、榫卯节点、斗拱及整体结构的抗震加固理论与方法。
当前,我们团队主要有四个研究方向。高性能材料及组合结构方向,目前正面向风电和水电基础设施的高性能水泥基复合材料研究、轻型高延性复合材料叠合板体系开发、面向超高层建筑的高性能钢-混凝土组合结构以及预制装配式组合结构的防灾减灾研究等开展研究工作;古建筑保护与传承方向,包括古建筑木构斗拱抗震性能精细化分析及自复位耗能增强研究、高台基古建筑大屋盖木结构抗震性能精细化分析以及砖石质古塔基本性能及劣化损伤检测方法研究等;绿色装配式结构方向,主要是以土木工程、矿业工程、材料科学与工程、建筑技术等多学科交叉为特色,专注于“双碳”目标的“尾矿大宗固废消纳—绿色结构材料性能提升—轻量化预制部品部件研发—低能耗绿色装配式结构应用”的全链条技术交叉融合研究;建筑垃圾资源化再生利用方向,主要开展再生骨料和再生砂浆资源化利用,低成本胶凝材料,煤矸石尾矿充填,矿井疏干水软化污泥路基,尾矿渣、磷石膏等工业固废制造混凝土制品等方面的研究。
科研历程中印象最深的是团队曾于2017年对应县木塔进行残损调查。该塔是世界上现存最古老、最高的木塔。当时,在零下20℃的严寒下,我们克服种种困难,经过两个月的研究,先后对木塔11万余个构件完成了拍照、测量、定损、绘图工作,并建立了三维数据库和残损信息库。这是应县木塔有史以来最全面系统的调查建档,为木塔的进一步维修加固提供了最直观可靠的第一手资料。目前,我们依然对木塔进行着相关研究,坚信在众多文物保护部门和古建筑研究工作者的努力下,这一古建筑一定能得到很好的保护,让我们的后代感受古建沧桑,目睹岁月留痕,留住文化根脉。
过去的一年,团队成员获批“新能源工程组合结构”陕西省科技创新团队和秦创原“科学家+工程师”队伍各1项,1名成员入选陕西省“三秦英才特殊支持计划产业领军人才”,团队科研成果获得新疆维吾尔自治区科技进步一等奖、陕西省科学技术进步奖一等奖各1项。团队成员转让专利10项,特别是在轻型高延性复合材料叠合板体系,已经依托校企实现了产品工业化生产,预计在2024年能实现大约200万平方米的工程应用;此外,综合固化成本与利用范围考虑,开发研制出一种将电厂无机软化污泥固化的方法,将西热水务环保有限公司生产过程中产生的大量无机软化污泥进行了资源化利用。该项目将软化污泥进行浓缩和脱水后采用自行研制的配方和方法固化,生产的复合胶结材料固化土拟作为道路基层或底基层应用于高速公路和一级公路。
关于“新质生产力”解读
结合我们团队的主要研究方向,我认为“新质生产力”的内涵主要是对“新、质、力”三个字的解读。“新”就是新理念、新需求、新突破、新技术、新方法。“质”就是实质、硬质、品质。作为土木工程领域,一定要解决实际问题、产生实际效益;要有硬科技、硬实力,要经得起业主、设计、施工以及各种灾害的考验;要把成果技术做成一流品质。“力”就是创新力、竞争力、推动力,要敢为天下先、敢为天下新。
对于我们的研究领域来说,比如,为了实现古建筑预防性保护与传承领域的新质生产力高质量发展,应基于大数据技术和人工智能算法研发古建筑检测监测新技术、新方法,应用前沿新材料对已经严重损伤的古建筑进行性能提升和修缮加固。再如,新质生产力可以体现在对土木工程结构的信息化技术应用上,基于BIM技术的装配式建筑设计施工运维研究,通过信息化手段提高建筑设计的精确性和效率,实现建筑全生命周期的信息集成和管理。这种信息化技术的应用有助于提升建筑行业的智能化水平,推动建筑行业的数字化转型。此外,在建筑固废资源化发展方面,新质生产力旨在通过技术创新和产业升级,实现对建筑固废的有效回收、再利用和资源化利用,推动建筑行业向绿色、低碳、循环发展方向转变。
目前,一些“卡脖子”难题的突破对于推动形成新质生产力、实现建筑行业的可持续发展具有重要意义。比如,传统建筑保护形式已从早期的抢救性保护、抢救性和预防性保护兼顾发展成为预防性保护,全国许多重点文物建筑已经建成了结构变形、损伤劣化等各种形式的监测系统,能够获取大量宝贵的第一手数据和资料,但基本处于“只监测损伤,不预警风险”的现实状况,无法准确建立监测系统数据与传统建筑损伤现状、演化趋势和稳定性指标之间的科学关系。
再如,尾矿大宗固废的资源化利用技术需要进一步突破。尽管已有一些尾矿砂加气混凝土材料性能优化及轻量化部件的研发成果,但如何实现更高效、更环保的尾矿固废利用,提高其在建筑材料中的掺量和应用范围,仍是一个重要难题。
还有,建筑固废资源化利用仍存在一些难点。首先,建筑固废类型的多元化。多种材料(包括混凝土、砖瓦、钢材、木材等)的处理和利用方式各异,需要针对不同类型的固废制定相应的资源化利用方案;其次,资源回收技术的不成熟。当前,建筑固废资源化利用技术尚处于探索阶段,存在着诸多技术难题,如固废分选、破碎、再生利用等环节的技术不成熟,需要进一步研发和改进。最后,成本和效益的平衡。建筑固废资源化利用需要投入大量的人力、物力和财力,但目前资源回收市场尚未完全成熟,资源回收后的产品销售和利润空间有限,导致企业在资源化利用过程中难以实现良好的成本效益平衡。
我们目前的研究方向中,在高性能建筑材料及装配式结构方面,关于尾矿大宗固废消纳与资源化利用的研究,不仅能够有效解决尾矿固废堆积问题,还能够推动循环经济和新材料产业的发展。通过技术创新,可以开发出更多性能优异、环保节能的新型建筑材料,为建筑行业提供可持续发展的动力。另外,对于基于BIM技术的装配式建筑设计施工运维研究,将推动建筑行业向数字化、智能化方向转型,提高设计、施工和运维的效率和质量,也将催生建筑信息化、智能化服务等相关新兴产业的发展,为建筑行业带来新的增长动力。最后,针对装配式减隔震技术的研究,旨在提高建筑结构的抗震性能和安全性。如果此项目能够取得突破,将有助于提高建筑行业的整体安全水平,减少地震等自然灾害对人类社会的影响,也将推动减隔震技术产业的发展,为建筑行业提供更多的安全保障手段。
在大宗工业固废处理方面,大宗工业固废协同制备低成本胶凝材料及应用技术项目已经落地转化,在多地建设了示范工程。大宗工业固废协同制备低成本胶凝材料,是推动新质生产力发展的重要举措。通过有效整合资源,实现工业固废资源化利用,可以降低生产成本,提高资源利用率,减少环境污染,推动经济可持续发展。同时,低成本胶凝材料的制备与应用,将为建筑材料行业注入新的活力,促进行业技术升级与创新发展。当前,建筑业的传统生产方式仍然占据主导地位,其升级主要有两条路径。首先,推动传统产业的高端化、数智化和绿色化。通过实施重要的技术装备研发项目、智能制造工程,利用创新联合体、原创技术策源地等平台,推动新技术、新材料、新装备、新工艺在传统产业中的应用,推动其向高端化发展。同时,利用大数据、云计算、人工智能、数字孪生等数字技术,促进智慧施工,实现传统产业的数智化。此外,我们还要加快绿色低碳技术的研发和应用,改变高投入、高耗能的生产方式,使建筑业成为碳达峰碳中和的重要领域,实现其绿色化。
关于团队未来发展
未来,我们一是要加强跨学科合作与交流,充分利用不同学科的优势和资源,形成合力推动研究进展,联合信息类专业,加强土木工程结构数字化及智能化的相关研究,比如,提出基于智能算法的高性能钢材与高性能混凝土的相互作用预测方法、构建古建筑木结构的数字化监测与运维平台等;二是要注重理论与实践相结合,通过实地调研和实验验证,确保研究成果的可靠性和实用性;三是要关注市场需求和技术发展趋势,及时调整研究方向和重点,确保研究成果的市场应用前景广阔。最终通过一系列具有创新性和实用性的研究成果,推动中国古建筑的传承事业发展,推进固废材料和绿色装配式结构技术的发展和应用,为相关产业的转型升级和新兴产业的发展提供有力支持。
在科学研究领域,不断进取、探索未知是推动科学发展的动力。如果用一个关键词来形容团队的工作状态,那就是:积极进取。积极进取的科研精神对于科研工作者来说至关重要。只有保持积极的态度和进取精神,才能不断突破自我,取得更多的科研成果。我们将保持积极的学习态度,不断吸收新知识,拓宽自己的学术视野,从而为科研工作提供更多的思路和方法。勇于挑战现有的学术观念和方法,敢于进行创新性的研究工作,从而取得突破性的科研成果,激发团队成员的工作激情和创造力,使团队成员在科研工作中能够充分发挥自己的专长和优势。
策划:党委宣传部新闻中心
本期文字整理:王俊