南工要聞 NAVIGATION
[通訊]我校現代木結構研究團隊：十五年磨一劍 揚眉出鞘閃鋒芒
時間：2018-04-28
來源：
作者：楊芳
攝影： 編輯：
上傳：
我校現代木結構研究團隊：十五年磨一劍 揚眉出鞘閃鋒芒
2011年，成功設計世界最大跨度75.7m木拱橋——蘇州市吳中區胥口鎮胥虹橋；
2016年，作為唯一高校主持研編工程建設領域38本規范之一《木結構通用規范》；
2016年，成功設計建造國內最大面積和跨度的木結構游泳館——貴州榕江游泳館；
2017年，主持木結構領域唯一國家重點研發計劃“綠色生態木竹結構體系研究與示范工程” ；
2017年，“現代木結構關鍵研究與工程應用”項目獲江蘇省科學技術一等獎；
……
近五年來，我校土木工程學院現代木結構研究團隊取得一個又一個令人矚目的突破，在現代木結構研發與工程應用領域，取得了顯著的經濟和社會效益。
篳路藍縷，打造一支一流學科團隊
“‘文章合為時而著，歌詩合為事而作’，科學研究必須也只有與社會需求結合在一起，才能具有持久力與勃發力。”談及從事現代木結構方向的研究，劉偉慶教授介紹道。劉偉慶博士畢業工作后，一直從事結構減震控制、結構復合材料方面的研究。2001年在日本考察抗震減震項目時，對日本大跨度木結構可持續發展建筑結構產生了濃厚的興趣，回國后，便著手組建團隊進行研究。
“2009年，劉老師把我從建筑抗震研究方向調整到現代木結構研究方向，當時我還是有些疑慮的，現在看來這個決斷是非常正確而有意義的。”談及團隊組建時的情景，現代木結構研究中心常務副主任陸偉東教授表示。“2001年，我從煙臺大學考取南工研究生后，便進入了劉老師課題組，這種綠色生態結構的研究深深吸引了我，所以博士畢業后便義無反顧地投身團隊作進一步研究。”中心標準與培訓部主任楊會峰教授笑著說，“我是和現代木結構團隊一起成長起來的。”
十五年彈指一揮間，劉偉慶教授領銜的現代木結構團隊已從破土發芽的小苗，發展壯大為國內該領域的一流團隊。“植有梧桐樹，引來金鳳凰。團隊創建后，來自南京林業大學木材科學與工程專業的岳孔、湯麗娟博士等紛紛前來，團隊不斷壯大。”劉偉慶自豪地說，“團隊現有教授、副教授十多人，碩、博士研究生六十多人，還有多位技術工人，團隊成員的專業方向涵及木材科學、結構工程、工程設計、建筑構造、材料化學等方向，是一支真正學科交叉，跨界融合的隊伍。”
頂天立地，肩負現代木結構研究時代使命
“工程學科既要有登攀科研高峰的‘頂天’氣魄，又要有服務區域的‘立地’追求。”劉偉慶指出，“科研最終要為經濟社會發展服務。”
較之傳統鋼結構、混凝土結構等材料不可再生、能耗大的弊端，木結構降低能源消耗、溫室效應、固體廢料、水污染和保護生態資源等五大“利好”，使其成了建筑工業化發展中的“香餑餑”。“在現代三大建筑結構體系中，我國混凝土結構、鋼結構均已處于國際前列，唯有木結構發展明顯滯后。”劉偉慶感慨道，“目前，美國木結構住宅占有率為85%、日本住宅占有率為65%，我國至2016年，木結構住宅占比不足0.1%。”而我國歷史上曾是木結構王國，早在公元1103年宋代，就出版了古代最完整的木建筑技術著作《營造法式》；公元1056年建成的山西應縣木塔是世界現存最高、最古老的純木結構佛塔；北京故宮是世界最大木結構建筑群。
古代的精湛技藝需要傳承，但是針對木結構的連接、防火、防腐及裝配化等關鍵技術發展，還需要不斷地突破。于是交叉融合的團隊“八仙過海，各顯神通”有效地發揮木結構的長處，規避短處，大大提升相關性能，迎來了木結構發展的春天。“我們研發的滲透型樹脂阻燃劑，能使木材燃燒性能由B3級易燃提升至B1級難燃。” 科研所所長王璐副教授介紹道。“使用鋼筋植入等方法，可以解決大跨木結構變形控制難題，使木材極限承載力與剛度提高幅度達80%和30%。” 設計所所長程小武副教授表示。“研發的木材用熱固型樹脂耐久改性劑，可大幅提升木材抗腐朽和抗蟲蛀性能，木材防腐等級由不耐腐III級提升至強耐腐I級。”中心研發與制造部主任岳孔副教授表示。
沒有基礎研究的支撐就無自主創新的可能，沒有工程應用的實踐工科就成了走不出象牙塔的空中樓閣，因此，現代木結構團隊“劍”無虛發，直指技術更新與創新，既搭建了“頂天”的云梯，又夯實了“立地”的根基。他們對現代木結構進行了五大技術更新和創新，研發了木結構構件工業化制造工藝，研發了系列木結構構件及其連接技術；研發了木結構防火、抗震、防腐、防蠕變等新技術；構建了集成綠色節能技術、BIM技術和安全智能技術的現代木結構建筑成套技術體系，開展了大量工程應用和示范。
傳承創新，唱響現代木結構生態和諧之歌
“國家正在加大政策扶持力度，力爭用10年時間使裝配式建筑占新建筑的比例達到30%，作為木結構的研究者任重而道遠！”劉偉慶表示。
現代木結構建筑還自然以寧靜、和諧、美麗，是一種綠色發展方式和生活方式，促使人與自然和諧共生。木結構建筑能通過其物理性能調節室內溫度和濕度，其釋放出的芳香氣體能調節情緒、緩解壓力，有益于身心健康，國際上幼兒園就常用木結構建造。此外，在游泳館、化肥廠、馬廄等建筑中，鋼結構耐久性差、易腐蝕，而木材反之。“大型木結構一旦著火，其燃燒形成的碳化層會阻止氧氣進入，形成天然的自滅層。研究表明，大斷面木結構構件燃燒1小時燒蝕深度約36mm，而其內部木材仍能承重，為撲救贏得時間，而鋼結構一旦防火涂料失效容易變形坍塌。”王璐補充道。
“這是一種大尺寸的異型膠合木制造工藝，廟宇、大殿等場合需要大斷面木柱營造莊嚴肅穆的氣氛。”指著現代木結構工程技術研究中心內一根根矗立著的木質紋路清晰的木柱，岳孔副教授笑著介紹道。膠合木結構加工工藝采用機械化、全自動的生產線，由機器伐木、去枝、切段，然后在窯里干燥，銑齒指接，最后進行膠疊合。“膠合木結構有效地發揮了木材的長處，彌合了它的短板缺陷，尺寸穩定性強，承載能力穩定。”
相較于國內常用的混凝土結構建筑而言，木結構建筑采用裝配式安裝，施工過程十分環保。“只要將我們按BIM模型設計、加工的部件裝運到工地，產業工人如同搭積木般就可以完成裝配施工，沒有普通工地的塵土飛揚和噪音轟鳴。”陸偉東教授形象地介紹道。“現代木結構與普通家具不一樣，涉及到建筑安全和耐久，其構件和部品部件的質量影響重大，借鑒國外成熟經驗，結合我國實際，我們正在構建從木結構加工制造、運輸安裝到使用維護的全過程產品質量認證體系。” 檢測與認證部主任孫小鸞博士補充道。
從亭臺軒榭到廟宇殿堂，中國古建筑一榫一卯、一轉一折之間，無不凝結著歷史、文化、藝術等傳統文化的精粹。“我們做現代木結構研究，既是科研工作，也是文化傳承工作，讓中國木結構建筑重登歷史巔峰也是文化自信題中應有之義吧！”劉偉慶笑著說。
勇攀高峰，繪就現代木結構美好明天
從2002年“采用單元重組速生木材的新型木結構基礎研究”獲國家973項目前期資助到2017年“現代木結構關鍵研究與工程應用”項目獲江蘇省科學技術一等獎，劉偉慶領銜的現代木結構團隊從無到有成長為國內最大的跨學科交叉團隊，從最初舟車勞頓地前往工廠進行構件裝配到現在獲得國家級裝配式建筑產業基地認定……一路走來，現代木結構團隊收獲了累累碩果：主編現代木結構領域國家標準4部、行業標準1部；參編國家標準7部；獲國家發明專利授權50余項；完成國內最高的6層木結構辦公建筑設計等100余項工程項目應用。
“為人父母，當計之深遠。”作為現代木結構研究團隊的創建人、領銜者，劉偉慶也為之考慮良多，培養團隊成員國際一流的前瞻視野便是其中之一。加拿大林產工業研究院、加拿大木業協會、歐洲木業協會、美國工程木協會等木結構領域的董事長和CEO都曾來我校訪問交流，我校現代木結構研究團隊成員也常態參加國際交流學習。可“怎么消除木結構踩上去的‘吱吱’聲”“怎么培植抗病蟲、挺拔的速生樹種”“怎樣設計建設更高高度、更大跨度的木結構建筑”等問題，一直是他們為之思索與研究的方向。
“樹木幾十年的生長周期顯然不利于木結構產業的可持續發展，所以我們會沉下心來與林木遺傳專家合作，好好做優質速生樹種。”劉偉慶表示。令劉偉慶欣慰的是經過十五年的發展，一支可持續發展的學術梯隊已經形成，陸偉東、楊會峰、岳孔、王璐、程小武、孫小鸞等一批中堅力量已完全能獨當一面。
藍天白云之下，木質小屋坐落于草木蔥蘢的大地上，近處繁花朵朵、流水潺潺，遠處林木蔥蘢、鳥雀歡鳴……這一幅充滿自然趣味與生態和諧的畫面是劉偉慶及其團隊一直在追求的國人宜居生活，而為此，他們在不懈奮斗！
作者：楊芳；單位：黨委宣傳部；審核：張健
