文 / 高 蕾 解琳琳

李愛群教授（左二）在北京市科學(xué)技術(shù)獎勵大會現(xiàn)場

9月10日，北京市召開科學(xué)技術(shù)獎勵大會，北京建筑大學(xué)副校長李愛群教授帶領(lǐng)團(tuán)隊申報的“高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項目獲得2019年度北京市科技進(jìn)步一等獎，這是土木建筑領(lǐng)域唯一獲得一等獎的項目。

李愛群教授是國家級教學(xué)名師、國家杰出青年基金獲得者、北京學(xué)者，主要從事土木工程結(jié)構(gòu)抗震隔震減振、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評估和既有建筑性能提升改造等方向的研究工作?！拔覐?987年開始從事土木工程結(jié)構(gòu)抗震科研工作，深知這項工作意義重大，關(guān)乎人民生命財產(chǎn)安全和社會可持續(xù)發(fā)展，所以我們時刻不敢松懈。”回憶起30余年的工作經(jīng)歷，李愛群感觸頗深。

“以柔克剛” 有效抵御地震災(zāi)害

1998年12月，李愛群應(yīng)邀來到臺灣參加學(xué)術(shù)會議，同時考察和領(lǐng)略了寶島臺灣的美麗風(fēng)光。

時間在繼續(xù)，臺灣的迷人風(fēng)光和文化傳承，在他的心中還未散去。

1999年9月21日，臺灣南投發(fā)生20世紀(jì)末最大的地震，地震震級為里氏7.6級，震源深度8千米，全過程持續(xù)102秒，此次因車籠埔斷層錯動而造成的地震，在地表造成長達(dá)105公里的斷裂帶。

在新聞報道里看到阿里山被摧毀、日月潭被掏空、大量的房屋倒塌和人員傷亡……即便是沒有倒塌的建筑也發(fā)生了結(jié)構(gòu)開裂、變形和損壞，成了名副其實的“站立的廢墟”。這些都對矢志從事抗震研究的李愛群教授的內(nèi)心產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊。

“地震是自然現(xiàn)象，對于地震的預(yù)測是一個國際性難題?！崩類廴赫f，“面對不可預(yù)知的自然災(zāi)害，我們只有讓建筑具有抵御地震災(zāi)害的能力，才能避免類似的悲劇再次發(fā)生?！?/p>

于是，李愛群就帶領(lǐng)團(tuán)隊開始更加堅定、更加系統(tǒng)地研究土木工程結(jié)構(gòu)抗震隔震減振技術(shù)。團(tuán)隊先從關(guān)鍵隔減震裝置研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化入手，研發(fā)出具備國際領(lǐng)先水準(zhǔn)的隔震支座系列產(chǎn)品和功能可調(diào)控的系列黏滯阻尼器。

隔震建筑

隔震建筑的主要原理是在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震支座和耗能裝置，形成隔震層，將建筑物與地面隔離。由于隔震層相比于其他樓層更“柔”，因此隔震技術(shù)被譽(yù)為“以柔克剛”抵御地震災(zāi)害的有效手段。2011年，上海綠地集團(tuán)在成都建設(shè)10棟高層住宅樓群項目，考慮到2008年5月汶川大地震對成都造成的巨大恐慌影響，集團(tuán)在全國尋找建筑結(jié)構(gòu)隔減震設(shè)計團(tuán)隊，李愛群教授團(tuán)隊脫穎而出，受邀主持該建筑群的設(shè)計，并提供關(guān)鍵性減震裝置產(chǎn)品。這個使用了高性能減震技術(shù)的樓盤內(nèi)部裝修完工的時間是2013年4月。

2013年4月20日，雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震。震源深度13千米。四川省成都市、雅安市、樂山市，陜西省寶雞市、漢中市、安康市等地均有較強(qiáng)震感。這個樓盤周圍的許多建筑都出現(xiàn)了不同程度的結(jié)構(gòu)開裂、變形、損壞，而這個樓盤從建筑到結(jié)構(gòu)到內(nèi)部裝修均毫發(fā)無損。這一實際工程案例，讓李愛群深感欣慰，也讓團(tuán)隊更加堅信隔減震技術(shù)對于提升建筑物抗震能力的功效。

經(jīng)實際地震檢驗，采用隔震技術(shù)的建筑物在地震發(fā)生時，建筑物主要發(fā)生水平方向的平動，結(jié)構(gòu)受到的地震作用僅相當(dāng)于未采用隔震技術(shù)時的1/5～1/6，建筑物及其附屬人員和設(shè)施的安全可以得到有效保障。地震時和地震后，隔震建筑均完好無損，保證了人民群眾生命財產(chǎn)安全，保障了社會的平穩(wěn)安全運(yùn)行。

“突破局限” 隔震技術(shù)升級迭代

高性能隔減震技術(shù)經(jīng)歷了實際地震的檢驗，這也更加堅定了團(tuán)隊持續(xù)深化相關(guān)研究，并應(yīng)用于實際工程的信心。在接下來的科學(xué)研究和工程實踐中，他們發(fā)現(xiàn)目前的隔震技術(shù)應(yīng)用范圍局限于多層常規(guī)建筑，難以滿足現(xiàn)代城市發(fā)展所催生的超高、超限、超大規(guī)模的大型復(fù)雜建筑的建設(shè)需求。

面對城市群建設(shè)的快速發(fā)展提出的一系列實際難題，團(tuán)隊在李愛群的帶領(lǐng)下，在大型復(fù)雜隔震建筑的設(shè)計理論、設(shè)計方法、裝置研發(fā)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行持續(xù)科研攻關(guān)，構(gòu)建了高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)體系，實現(xiàn)了隔震技術(shù)的全方位升級迭代。

系列高性能隔震裝置

項目組首次研制了處于國際領(lǐng)先水平的高性能橡膠支座；研發(fā)了性能參數(shù)可調(diào)控的黏滯阻尼器，可有效控制建筑物在地震中的變形；首次提出了隔震層柔性管道參數(shù)設(shè)計方法，并編制了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白；實現(xiàn)了上述技術(shù)裝置的產(chǎn)業(yè)化，支撐相關(guān)企業(yè)成為“國家火炬計劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”。同時，項目組還主編了《建筑隔震橡膠支座》《建筑隔震柔性管道》和《建筑隔震工程施工及驗收規(guī)范》3部國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)成果被7部國家級和省部級標(biāo)準(zhǔn)采納，解決了行業(yè)缺乏隔震建筑施工驗收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的瓶頸問題，促進(jìn)了高性能隔震建筑的高質(zhì)量建設(shè)。

除此之外，項目組還在國際上首次提出了高層隔震建筑的高精度、少迭代、整體設(shè)計方法，解決了復(fù)雜高層隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計中面臨的隔震層高效設(shè)計的難題。這些設(shè)計方法是結(jié)構(gòu)設(shè)計師的有力法寶，設(shè)計師采用這些方法可以可靠、精確、高效地完成各類大型復(fù)雜隔震建筑的設(shè)計工作。

“大顯身手” 服務(wù)國家和首都建設(shè)

隨著國家城鎮(zhèn)化步伐的不斷邁進(jìn)、京津冀地區(qū)的快速發(fā)展，超限超高、超大規(guī)模的地鐵上蓋建筑應(yīng)運(yùn)而生。因此對超高、超限、超大規(guī)模建筑的減震隔震技術(shù)需求也愈加迫切，項目組完成的高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)在服務(wù)國家和首都城市建設(shè)、維護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全方面大顯身手，發(fā)揮了不可替代的作用。

地鐵上蓋是以公共交通為導(dǎo)向開發(fā)、實現(xiàn)城市集約用地的有效手段，既可高效提高土地使用效率、緩解日趨緊張的城市土地資源，又能夠密切聯(lián)系軌道交通與上蓋物業(yè)，不僅能解決城市交通難題，還能夠拉動城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、增強(qiáng)城市整體競爭力，是未來城市集約發(fā)展的必然趨勢。

數(shù)據(jù)顯示，我國目前有26個城市開通城市軌道交通，共計116條線路，運(yùn)營線路總長度達(dá)3618公里，在建城市軌道交通線路長度達(dá)4448公里。

車輛段是指每條地鐵線路中專門修建用于車輛停放、維護(hù)的地方，一個地鐵車輛段占地面積約為20～30公頃。以北京市為例，目前大部分地鐵車輛段都在地面，土地?zé)o法利用，用地總量預(yù)計為750公頃。

代表性應(yīng)用——北京地鐵上蓋層間隔震建筑群

代表性應(yīng)用——國際上最高抗震設(shè)防要求的高層隔震住宅群

地鐵上蓋隔震建筑多目標(biāo)一體化設(shè)計

地鐵上蓋建筑的特征是在大規(guī)模的單體地鐵車庫建筑上修建若干高層建筑，由于其功能的特殊性，需要實現(xiàn)“上部建筑無損傷、下部車庫建筑損傷可控、多座上部建筑免碰撞和震后變形可復(fù)位”的4大抗震性能目標(biāo)，設(shè)計難度很高。為此，項目組在國際上首次建立了地鐵上蓋層間隔震建筑的多目標(biāo)一體化設(shè)計方法和精細(xì)化設(shè)計控制體系，實現(xiàn)了這類復(fù)雜隔震建筑的多目標(biāo)一體化設(shè)計。

北京地鐵6號線琨御府（五路居車輛段）、8號線公園悅府（平西府車輛段）和16號線北安河上蓋等地鐵上蓋隔震建筑項目都應(yīng)用了這一技術(shù)，是國際上總面積最大的地鐵上蓋層間建筑群，有效提升了地鐵上蓋建筑的日常使用性能和抗震能力，實現(xiàn)了宜居和防災(zāi)的高效結(jié)合。

北京建筑大學(xué)高性能隔震建筑系列關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用項目組發(fā)揮學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢，適應(yīng)國家和首都城鄉(xiāng)建設(shè)的需求，因勢而動、順勢而為，研發(fā)的隔震建筑設(shè)計方法和隔震裝置達(dá)到國際領(lǐng)先水平。項目組共發(fā)表論文126篇，獲發(fā)明專利22項，出版著作4部。成果應(yīng)用于國際上總面積最大的地鐵上蓋層間隔震建筑群、國際上最大面積的高層隔震住宅群——約114萬平方米的河北燕郊天洋創(chuàng)新城和國際上最高抗震設(shè)防要求的高層隔震住宅群——四川西昌領(lǐng)地項目等50余項重要工程，總建筑面積約311萬平方米，直接經(jīng)濟(jì)效益約16.8億元，為北京建設(shè)國際一流和諧宜居之都、實施京津冀協(xié)同發(fā)展重大國家戰(zhàn)略提供了安全保障，讓人民真正居住在“安心的家園”。