設計好壞,影響工程的成敗，這一淺顯的道理,往往不被一些人們所重視。工程立項之始，他們常被浮躁的激情、虛榮的妄想、奇異的構思和不小的財力所左右。形式上通過(guò)專(zhuān)家評審，草率地敲定設計方案。建設運行過(guò)程中，又屢屢修改方案，頻頻“優(yōu)化”設計，增設“攻關(guān)”課題，甚至被迫停工整頓。工程投產(chǎn)服役后，又遇產(chǎn)能不匹配，功能常調整，運營(yíng)成本高，維修保養難等系列困惑。這就是我國目前某些鋼結構工程中出現過(guò)或存在的問(wèn)題。
從現代學(xué)科分工以來(lái)，建筑與結構分屬兩個(gè)獨立但又緊密相依的專(zhuān)業(yè)。在20世紀中葉以前，建筑材料以磚、瓦、灰、沙、石為主的年代里，建筑工程的造型基本是上大下小、橫平豎直、平衡、穩定、對稱(chēng)、單調的形象。設計由建筑師負責構思，由結構師實(shí)施完成，分工負責，順理成章。近年來(lái)，新材料、新工藝、新技術(shù)、新體系不斷涌現，建筑造型絢麗多彩，曲線(xiàn)流暢，破折突變，不平衡、不對稱(chēng)、懸挑、突兀、傾斜、無(wú)序等各種建筑風(fēng)格層出不窮。在建筑不熟悉結構，結構又服從建筑的潛規則下，當代出現各種優(yōu)劣各異，成敗不同的建筑工程在所難免。
國內外的建筑史中都有過(guò)失敗的建筑，成功的結構案例。如悉尼歌劇院（圖1）。由于建筑設計的超前與不當，延誤竣工時(shí)間17年，投資提高了6倍。也有過(guò)失敗的建筑，失敗的結構實(shí)例，如蒙特利爾奧運會(huì )體育建筑群（圖2）。由于官方權勢干預下的設計、規劃及結構不合理，使工程造價(jià)增大3~4倍，30年后才償清債務(wù)，主體工程15年后才完工。國內類(lèi)似的工程也不少，如國家體育場(chǎng)（圖3）和中央電視臺（圖4）等建筑物，其奇特的造型，不合理的結構體系，高昂的建設成本等，自建設之始就是非纏身，批評不斷，并被列入世界怪異建筑物行列。成功的建筑和成功的結構實(shí)例，當屬慕尼黑奧運會(huì )體育建筑群（圖5）。由11根70~80米高的鋼柱撐起74800平米的索網(wǎng)，覆蓋了體育館、游泳館、體育場(chǎng)看臺等多座建筑。山巒起伏的造型，新穎透明的屋面，與城郊的遠山交相映輝。這個(gè)成功的設計是建筑與結構兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，自規劃之始就密切配合協(xié)作的結果。我國在80年代興建的吉林冰球館（圖6），采用了雙層錯位懸索結構屋蓋，鋸齒形斷面的屋面具有良好的采光功能，優(yōu)秀的承重體系（L=67.4m.）,其用鋼量?37公斤/平米。這一精品工程由哈爾濱工業(yè)大學(xué)兩位著(zhù)名的建筑和結構專(zhuān)家成功合作完成。所以說(shuō)，現代優(yōu)秀的建筑設計杰作必然是建筑師和結構師密切合作的結晶。
3．社會(huì )責任
我國目前鋼結構的設計概況是:：工程項目眾多，設計良莠不齊，創(chuàng )新工程不少，水平有待提高。好的設計方案是誕生優(yōu)秀建筑物的保證，而優(yōu)秀建筑物必然是采用先進(jìn)合理的鋼結構體系。所以，精心設計是促使鋼結構行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。設計方案的優(yōu)劣與設計思想、設計技術(shù)、和設計文化息息相關(guān)。下面結合工程實(shí)例探討一下我們的經(jīng)驗教訓，以科學(xué)的是非觀(guān)為武器，分析設計的成敗得失，努力承擔起專(zhuān)業(yè)工作者應盡的社會(huì )責任。
3.1端正設計思想
適用、經(jīng)濟、美觀(guān)是建筑工程設計的三項原則。時(shí)代前進(jìn)，文化不同，環(huán)境各異，財力厚薄，地域差別等個(gè)性因素只能對三項原則進(jìn)行補充或修正，而不能忽視或拋棄其一。一個(gè)優(yōu)秀的建筑工程應當具有漂亮清新的外觀(guān)造型，科學(xué)先進(jìn)的承重體系，舒適完美的建筑功能，和經(jīng)濟合理的投資與運營(yíng)成本。其實(shí)，這些也是人們衡量評定建筑物優(yōu)劣得失的基本科學(xué)依據。我們對宏大工程的歡呼振奮與向往追求，應控制在理性范圍之內。“鳥(niǎo)巢” 立項初始的狂熱與妄想，在“世界第一“、“前所未有”、“野性無(wú)序”、“回歸自然”等口號的鼓動(dòng)下，必然使招投標、設計、決策及輿論走向非理性。運作中的優(yōu)化、修改、變更、甚至 “叫停”，只不過(guò)是失敗方案的修修補補，難動(dòng)大局。我們?yōu)椴缓侠斫Y構方案確實(shí)付出了“世界第一”的投資和用鋼量，也帶來(lái)了“前所未有”的圍護、制作、安裝、維修、排水、使用及運營(yíng)中的困難，其根源都始自于非理性化的指導思想。但是，上海世博會(huì )的規劃設計思想及我國新建和改建項目，卻贏(yíng)得業(yè)內人士的好評。舊工業(yè)設施的改造利用，新建項目的多姿創(chuàng )新，以及精心規劃，精心設計，精心施工，產(chǎn)學(xué)研緊密結合等措施，成功地舉辦了上海世博會(huì )，在世界面前為我國爭得了榮譽(yù)。
錯誤的設計思想不僅敗壞了工程本身，還對其他工程設計及行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生惡劣影響。最近，國內新建了幾座大型鋼結構工程，它們體系奇特，構造復雜，濫用鑄鋼節點(diǎn)，無(wú)益地,增大結構自重與造價(jià)。例如，深圳大運會(huì )體育中心的鋼結構采用了140個(gè)鑄鋼節點(diǎn)，其中20個(gè)節點(diǎn)，單重98T, ?鑄鋼節點(diǎn)一項就耗鋼4200T。而鑄鋼價(jià)格又比型鋼價(jià)格高幾倍，大量的國家財富就這樣地被不合理的設計吞噬了。近年也興建了不少新火車(chē)站房，雖然結構的跨度都不大，但用鋼量都在200~360公斤/平米之間。當然與鳥(niǎo)巢相比，或有小巫見(jiàn)大巫之感，不顯浪費，但對國家物力與財力的無(wú)效消耗也是可觀(guān)的。下面列舉幾個(gè)受到鳥(niǎo)巢影響的工程，如鳳凰衛視中心（圖7），合肥創(chuàng )新展館（圖8），廣州歌劇院（圖9），甚至山西蒲城縣文化館的混凝土工程（圖10）都在努力“精心”仿效。這些問(wèn)題工程不僅揮霍了社會(huì )財富，浪費了自然資源，還誤導了鋼結構行業(yè)的健康發(fā)展方向。值得我們行業(yè)的領(lǐng)導層和同行們深刻反省與思考。
3.2 提高設計水平
“ 學(xué)無(wú)止境“、“學(xué)海無(wú)涯”應是我們大家的共識，專(zhuān)業(yè)知識的不斷更新與補充應是我們共同的追求。但是，有些已建和再建的工程項目，因為專(zhuān)業(yè)人員不熟悉、不掌握先進(jìn)技術(shù)而采用老舊的傳統做法。以
鋼結構設計中的預應力技術(shù)為例，有些設計中不是對它敬而遠之，就是錯用預應力鋼筋混凝土中的概念，使預應力鋼結構的效益大打折扣或適得其反。眾所周知，預應力鋼結構不僅節約鋼材，提高剛度，減輕自重，降低成本，還能夠擴大、反復利用鋼材強度，重復、循環(huán)使用鋼材，完全符合綠色建筑和可持續發(fā)展原則，也是大跨度鋼結構發(fā)展的方向。因此，鋼結構行業(yè)的同行們應該急起直追，盡快熟悉它，掌握它并廣泛應用它。20世紀80年代興建的北京西客站中央門(mén)樓鋼桁架（圖11），采用了不當的預應力方案。桁架跨度45。6米，高度8米，高跨比達到1/5.6，是普通桁架的兩倍。而桁架構件中的應力卻只達到設計值的1/3~1/2,。這與采用預應力技術(shù)的目的與效果背道而馳，適得其反。結構設計者對新技術(shù)陌生或不熟悉，在所難免，問(wèn)題在于工作是否科學(xué)嚴謹，虛心學(xué)習，認真設計。而首次在我國采用多次預應力鋼網(wǎng)殼的攀枝花市體育館（圖12），其設計、制作、安裝都一次成功順利完成。設計團隊的認真負責與專(zhuān)家學(xué)者的協(xié)助把關(guān)是科學(xué)采用新技術(shù)的關(guān)鍵。多次預應力鋼網(wǎng)殼的省鋼率達38%，用鋼量?49公斤/平米，成為現代鋼結構工程中的佼佼者。對結構工程師來(lái)說(shuō)，其實(shí)也不難判斷結構體系的合理性。從宏觀(guān)上來(lái)看，一個(gè)鋼結構建筑物的鋼耗量與荷載總量之比控制在0.2~0.3之間，可謂優(yōu)秀。在0.4~0.5之間，可謂平庸。如果這個(gè)比值在0.6~0.7之間或更高，那就屬于拙劣而不合理的設計，可以考慮優(yōu)化或更改設計了。再以輕型房屋鋼結構為例，它符合環(huán)保和綠色建筑的要求，又是國家大力發(fā)展推廣的項目?？删褪桥e步維艱，推廣困難。百姓看重的是它居高不下的成本問(wèn)題，但有些人就是不會(huì )采用新構件、新體系、新材料、新技術(shù)把用鋼量和成本降下來(lái)。所以設計人員學(xué)習、更新專(zhuān)業(yè)知識，不斷提高技術(shù)水平，是設計出高水平鋼結構工程的保證。
3.3改善人文素質(zhì)
鋼結構行業(yè)的積極發(fā)展不僅是專(zhuān)業(yè)人員的事，有關(guān)的高官、高管、老總、老董等決策人士的思想、認識和態(tài)度也影響、左右著(zhù)行業(yè)的發(fā)展。20世紀80年代攀枝花體育館因為領(lǐng)導人的不當決策，而將多次預應力技術(shù)的工程實(shí)踐推遲了5年。2010年全運會(huì )體育館中采用索穹頂新技術(shù)的事，又因領(lǐng)導的“謹慎”而否定。目前，還不知這一決策要延誤學(xué)科發(fā)展多少年。我曾寫(xiě)過(guò)一篇科普文章“預應力鋼結構十問(wèn)”，想對決策層宣傳一下高新技術(shù)的知識?，F在看來(lái)，這種努力對某些忙忙碌碌的群體是效果甚微的。對專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行科學(xué)人生觀(guān)和科學(xué)發(fā)展觀(guān)的教育也很必要。他們不僅參加設計、畫(huà)圖，還要擔負著(zhù)指導、優(yōu)化、變更、審批新技術(shù)工程項目的任務(wù)。在各種環(huán)境和條件下，都應根據自己掌握的專(zhuān)業(yè)知識去審評、詮釋和分析各類(lèi)結構。用自己的良知去說(shuō)真話(huà)，說(shuō)實(shí)話(huà)，不追風(fēng)，不唯上，實(shí)事求是地向領(lǐng)導，向社會(huì )、向公眾點(diǎn)評與詮釋工程的優(yōu)劣得失，促使鋼結構行業(yè)的健康發(fā)展。
4．健康發(fā)展
4.1 回歸建設“適用、經(jīng)濟、美觀(guān)”三原則
這是古今中外一直遵守的建設原則。也曾指導過(guò)我國建設健康、快速發(fā)展。近年來(lái)，一些
工程追求新、奇、特，攀比高、大、錢(qián)。在各地出現過(guò)一些超豪華、超怪異，但造型并不美
觀(guān)，結構并不安全的工程。希望我們在設計中對”經(jīng)濟“原則常有迷失的傾向，迅速得到糾
正。并將設計中的科技含量納入取費標準，籍“低碳經(jīng)濟”的號召，把經(jīng)濟指標重新列入設
計審評的重要內容。
4.2 工程建設法制化
國家級大型建筑是國家和社會(huì )的財富，時(shí)代和文化的象征。它不屬于那一屆政府，更不屬
于那一個(gè)人。因此，這種工程的立項、籌備、招投標、設計、施工、運營(yíng)以及短期服役后的
拆除等，都應在一定的法規或法律下進(jìn)行，避免任意性及人為影響。應盡早著(zhù)手建立適應我
國國情的大型工程決策與審批新機制及建設法規，讓國家級工程在法制軌道上運轉。
4.3 審評制度陽(yáng)光化
對立項、方案、招投標等環(huán)節的評估審核制度應規范化、陽(yáng)光化。評審組的組成人員應在
專(zhuān)業(yè)、資歷、比例等方面合理匹配。專(zhuān)家應具有代表性、權威性。評審過(guò)程要接受主管部門(mén)
及社會(huì )輿論的監督。當意見(jiàn)分歧嚴重時(shí)，應提交我國的最高科技部門(mén)——中國科學(xué)院和中國
工程院，進(jìn)行評定，杜絕個(gè)人或少數人的權勢裁定。以體現社會(huì )運轉中的公正、公平、公開(kāi)
的原則。
參考文獻
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第十屆全國現代結構工程學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集 2010.8上海
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： 77251500 、398693829