一、研究水平与贡献
1.1 主要研究成果与贡献
本年度实验室在以下4个方面取得了重要研究成果与进展。
(1) 既有建筑及社区综合防灾减灾改造与韧性提升关键技术
针对既有建筑及社区改造中的突出问题和技术瓶颈,依托国家“十三五”重点研发计划课题开展技术攻关,形成了既有建筑灾害风险诊断与韧性评估、性能化综合防灾减灾改造、耐久性评估与寿命提升、既有社区防灾能力评估与避难应灾资源优化、综合防灾减灾改造可视化评估等关键技术,构建了覆盖改造前目标选择、改造关键技术实施、改造效果评估全过程,且统筹兼顾既有建筑与社区的综合防灾减灾改造与韧性提升技术体系。项目引入风险评估理论控制改造工程量和经济投入,通过主体结构与围护结构性能化防灾提升、社区应急疏散及避难应灾资源的韧性提升、可视化的改造效果展示,为城市更新提供了新的技术经验与改造模式。项目授权发明专利31项,发表学术论文71篇(其中SCI/EI收录37篇),获得软件著作权3项,主参编国家标准1部、地方标准4部、中国工程建设标准化协会标准2部、专著1部。研究成果在上海、北京、山东、四川、广东、陕西等地200余项既有建筑及社区改造项目中得到成功应用,总应用面积超过200万平方米,取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。研究成果获2023年度华夏建设科学技术奖一等奖。
(2) 高层建筑物纠倾成套关键技术及工程应用
针对高层建筑掏土纠倾法破坏机制、精确纠倾控制方法、监测与控制系统等关键科学技术问题,通过系统地研究,创新性发明了桩侧扰动降阻纠倾施工控制技术,通过研究桩侧扰动对地基承载力的影响分析,合理确定桩侧扰动范围(扰动角度和深度),进一步建立了止倾加固中采用全过程跟踪监测及动态调整成套控制技术。
针对合肥某项目两栋钢筋混凝土剪力墙结构高层住宅(建筑层数分别为26层、33层,建筑高度分别为75.7 m 、96 m,建筑面积分别为13432.17 m2、10710.34 m2),倾斜率大(倾斜率分别为3‰、4‰)、基桩为高强预应力管桩导致纠偏风险控制难度大的关键难题,采用桩侧扰动降阻迫降纠偏、微型钢管桩地基基础加固方法,成功实现了高层建筑纠偏,纠偏后倾斜率约为1‰,解决了工程建设中的特种专业难题,直接保障了超高层住宅项目的“保交楼、稳民生”任务目标。
(3) 复杂环境基坑工程支护技术研究与应用
在城市核心区域地下工程建设环境效应与控制技术研究方面,聚焦城市核心区域地下空间开发,针对明挖、顶管、浅埋暗挖、盾构等施工对周边既有建构筑物影响,揭示了不同施工方式下地下空间施工力学转移机制及环境效应,建立了地下空间施工对周边环境影响分区,创新性的提出了既有结构增(拓)建、地下空间近接与密接理论基础与技术体系。
在地下空间结构病害整治技术研究方面,针对老旧地下空间提质改造需求,聚焦地下空间渗漏处治、既有结构抗浮、地基承载力补强等领域研究开展了系统研究。针对细小微裂缝,开展了水性环氧树脂改性超细水泥基防水堵漏材料研究,揭示了材料配比对堵漏能力的影响;针对既有地下结构上浮问题,提出了新型抗浮锚杆,揭示了新型抗浮锚杆对地下结构的锚固机制,并形成了成套的施工技术;针对地基承载能力不足引发的既有地下空间系统性灾害,提出了微型桩、大直径管桩的补强措施,掌握了既有结构精准纠倾与改造技术。
(4) 富水软土地下工程明挖突涌与结构病害防控关键技术及工程应用
针对承压强富水软弱地层地下工程明挖突涌灾害问题与地下结构运维阶段面临的开裂、渗漏水、非均匀沉降等病害问题,提出了富水软土地下工程明挖基坑突涌灾害预测理论方法与分区锚固-注浆一体化封底加固工艺,实现了承压软土地层基坑突涌灾害的稳定控制;构建了地下结构病害分类防控技术体系与运维期地下结构健康状态自动化监测系统(已编制标准),研发了地下结构裂损渗漏病害高性能堵水加固材料及工艺,实现了运维期地下结构安全与长久稳定。研究成果在济南轨道交通集团有限公司、中铁十四局集团隧道工程有限公司、济南城建集团有限公司等单位承担的多个管廊或地下工程项目成功应用,累计创造经济效益1.2899亿元,为富水软土地层基坑突涌稳定控制与地下结构主体病害防控提供了理论和技术支撑。技术成果总体达到国际先进水平,获2023年度中国施工企业管理协会工程建设科学技术进步奖二等奖。
1.2 承担科研任务总体情况
实验室聚焦国家重大战略需求,服务区域和行业发展需要,紧紧围绕建筑结构加固改造与地下空间工程领域的科学技术问题,突出科技创新和工程应用的融合发展,推动科研成果落地,持续落实“将论文写在祖国大地上”的科研精神。2023年度,实验室新增国家自然科学基金4项,企业委托重要横向科研课题46项,累计到账科研经费1589.4万元,发表高水平科研论文83篇,授权发明专利43项,主编山东省工程建设标准DB37/T 5246-2023《建筑消能减震与隔震技术规程》,参编中国工程建设标准化协会标准T/CECS 1352-2023《既有建筑地下增层技术规程》、T/CECS 295-2023《建(构)筑物托换技术规程》等8部。
实验室坚持基础研究与成果转化并重,在珍贵文物建筑平移与隔震保护及高层建筑物纠倾关键技术成果转化及工程应用方面取得突破性进展,建筑物平移托换及隔震成套关键技术成功应用于西安碑林珍贵文物保护工程,建(构)筑物纠倾成套关键技术成功应用于合肥某项目两栋钢筋混凝土剪力墙结构超高层住宅的纠偏(纠倾前倾斜率4‰,纠偏后倾斜率约为1‰)。
二、学科发展与人才培养
2.1 学科发展建设情况
土木工程学科自1995年以来作为省强化建设重点学科,现有土木工程、城市地下空间工程、智能建造三个本科专业。1998年获硕士学位授予权,2006年获一级学科硕士授予权,具有推荐优秀毕业生免试就读硕士研究生资格。2012年作为核心支撑学科获批“绿色建筑技术及其理论”服务国家特需博士人才培养项目,2018年入选山东省一流学科。2022年建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室验收通过,强力支撑学科内涵建设,土木工程一流学科考核通过,特色研究方向竞争力显著提升。
2023年7月,实验室依托的土木工程专业顺利通过工程教育认证中期审核,审核结论为“继续保持有效期”,本轮认证有效期为2020年1月至2025年12月。土木工程专业自2020年通过工程教育认证以来,牢固树立“以学生中心、产出为导向、持续改进”的认证理念,完善面向产出的内部评价机制,深化专业改革和课程内涵建设,促进学生实践能力和创新能力的不断提升。
2.2 科教融合推动教学发展
(1) 科教融汇,持续推动教学教育改革创新
坚持教育为本,以持续的成果产出推动本科及研究生教育模式的创新。实验室研究人员持续承担土木工程、地下空间工程等专业的本科及研究生教学教育工作,同时承担各类教学活动及教学改革任务。2023年,《基础工程设计》《结构力学A1》等课程获批国家级一流本科课程建设,指导本科生毕设(论文)及参加科创项目和科技竞赛获奖28项,撰写教研论文11篇,立项教改项目3项。以科研成果与教育教学的深度融汇为目标,用科学研究助推教育教学高质量发展,提升人才培养质量,持续深化协同育人理念。
(2) 久久为功,创新搭建科教融合新范式
实验室始终遵循学科建设、科技研发、技术推广协调创新的产学研一体化发展模式,在协同发展中探索高层次应用型人才培养新模式。注重结合实际工程凝练科学问题和关键技术,科学研究成果通过技术推广平台直接转化为社会生产力,同时,在工程实践中提炼新的关键科学技术问题,成果转化反向促进科学研究及技术创新,持续推动课题研究的前瞻性及创新性。2023年,实验室成果转化平台—山东建筑大学工程鉴定加固研究院成功召开庆祝成立三十周年系列学术活动,以此为契机进一步总结凝练了产学研一体化发展机制的特色优势,推动科研、教学深度融合,促进学以致用,实现产学研贯通互联。
2.3 人才培养总体情况
依托实验室主要研究方向,进一步加强导师梯队建设,在长期的科研协作中逐步形成了具有成熟协作机制的“老中青”梯次结构的学术研究团队,高层次人才学术影响力持续提升,自主培育人才梯队进一步巩固。2023年,实验室主任张鑫教授入选山东省“筑峰计划”领军人才,实验室地震动与结构抗灾加固方向带头人赵兴权教授同时入选全球前2%顶尖科学家“终身科学影响力”榜单和“年度科学影响力”榜单,进一步提升实验室的国际学术影响力。周学军教授荣获“济宁市科技创新领军人才”称号,杨大彬教授获2023年度中国钢结构协会“创新人才奖”,邱大鹏副教授、李书蓉副教授入选2023年山东省高校青创团队计划,创新人才培育成果逐步显现。
充分利用实验室内外资源强化研究生教育,通过访企拓岗、党团联建、创设实践基地等方式,不断深化三全育人,先后与中铁十四局集团、济南轨道交通4号线09工区项目部、中建土木山东公司等开展研究生创新实践教育及联合培养,提升开放运行理念、推动搭建高水平校企合作育人新平台。实验室坚持按年度遴选优秀本科生进入实验室,开展科研实习或自主创新。2023年度,培养博士研究生5名,硕士研究生90余人;招收硕士研究生约100余人,博士研究生3人。部分硕士毕业生同济大学、东南大学等国内外知名院校继续攻读博士学位。
三、开放交流与运行管理
3.1 国内外学术交流与合作情况
实验室坚持推进国际学术交流合作,扩大学术研究领域内的国际影响力。2023年度参加国内外学术会议共计80多人次;主办“既有结构加固改造与城市更新学术论坛”“第七届全国高校土木工程专业实践教学研讨会”“CHINA ROCK 2023中国岩石力学与工程学术年会卫星会议(青岛中心会场-山东建筑大学卫星会场)”等。实验室主任先后受邀在全国建筑物鉴定与加固改造第十六届学术交流会议、第十二届全国防震减灾工程学术研讨会、2023绿色低碳建筑设计论坛暨天府农业博览园建筑观摩等上作大会报告。本年度实验室邀请清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学等国内外本领域的知名学者来实验室讲学17人次,实验室成员在国内外主要学术期刊任职12人,派出固定人员对外短期交流共计20余人次。通过持续的国内外学术交流合作,及时把握本领域的发展前沿动态,进一步增强实验室的学术影响力。
2023年9月,实验室共同发起并牵头成立山东省城市更新学会,紧紧围绕山东省委省政府关于贯彻落实城市更新国家战略行动的相关要求,以党的建设和创建5A级社会组织目标为引领,组织开展城市更新相关专业学术活动,提升学术专业能力和学术品位,规范和提升学会运行管理,不断提升城市更新学会的行业影响力和服务经济社会发展的能力。实验室成员于德湖教授当选山东省城市更新学会首任会长。2023年11月,实验室成员于德湖教授率团赴印度尼西亚参加“一带一路”建筑类大学国际联盟2023年会议暨展览并访问印度尼西亚泗水理工学院和乌达雅纳大学,并作“发挥土木建筑学科优势,携手推进‘一带一路’建筑类大学之间交流与合作”的主旨交流。
实验室持续开展与澳大利亚格里菲斯大学土木工程中外合作办学的人才培养、科研项目联合研发等学术交流合作;持续与同济大学、清华大学、石家庄铁道大学、中国林业科学研究院、中国建筑设计研究院、中国绿发投资集团有限公司等高校、科研院所及企业,开展理论研究与技术开发,促进成果转化,推动产学研一体化发展。
3.2 开放课题设置情况
实验室2023年度开放基金项目重点资助四个方向:城市更新视角下的既有结构提升与改造、绿色低碳建材研发及新型结构体系、既有结构抗震加固(减隔震方向)、城市浅层地下空间结构安全与抗灾。共收到有效申报书20份,经专家评审,确定推荐排序后拟资助其中12项课题立项申请,总计开放课题经费30万元,研究年限均为2年。
3.3 科学传播
实验室持续开展研究领域内的科普工作,抗震防灾科普基地全天候对外开放,通过继续教育培训、大学生科技创新赛事、学术研讨持续普及建筑消能减震技术、既有建筑物抗震鉴定及抗震加固方法、地震应急避险等科学知识,结合深入浅出的原理简述及典型案例分析,为社会公众提供研究领域内的专业技术支撑。
建筑平移技术展馆持续对外全天候开放,持续展出优秀历史建筑平移及保护新技术,全年接待中小学生参展科普70余次,实验室主任张鑫教授以“复杂建筑长距离平移关键技术研究及应用”为题开展科普讲座10余次。此外,实验室固定成员不定期采用学术交流、受邀访谈等方式宣讲本领域内的科普知识,持续为大众科普贡献专业力量。
四、学术委员会工作情况
2024年5月6日,根据中国工程院的相关规定,清华大学聂建国院士不再担任建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室学术委员会主任委员,实验室聘请原学术委员会副主任委员同济大学吕西林院士担任主任委员,聘请聂建国院士担任学术委员会顾问,聘请北京工业大学杜修力院士、哈尔滨工业大学李惠院士担任副主任委员,增补清华大学樊建生教授为学术委员会委员。
2024年7月9日,通过线上线下相结合的方式在实验室2楼会议室召开了2023年度学术委员会,学术委员会全员参加会议。实验室主任张鑫教授向学术委员会进行工作汇报,重点汇报了建设验收通过后一年来的主要研究成果、研究队伍建设、学科发展与人才培养、开放交流与运行管理等工作情况。学术委员会对实验室取得成绩给予充分肯定,从进一步提升实验室的学术影响力等方面提出了建设性意见和建议。
五、实验室安全
实验室制定了完善的实验室安全制度,指定实验室安全专责人,定期进行安全隐患排查及试验安全培训教育,避免试验事故发生。本年度实验室未发生任何安全事故。
初稿:赵而年
审稿:岳庆霞
终审:张 鑫