楊秀仁

 

　　隨著我國經(jīng)濟向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)型，需要大力推動軌道交通建造向智能化、綠色化轉(zhuǎn)變。“把裝配式建造技術(shù)引入軌道交通的建設(shè)中，則是我們軌道交通產(chǎn)業(yè)向智能化、綠色化發(fā)展邁出的堅實腳步。”對于全國工程勘察設(shè)計大師楊秀仁而言，這也是他近些年不斷探索、努力開拓的軌道交通創(chuàng)新技術(shù)方向。

 

　　作為北京城建設(shè)計發(fā)展集團總工程師，楊秀仁帶領(lǐng)著團隊日夜拼搏、迎難而上、大膽創(chuàng)新，經(jīng)過多年大量的試驗和理論研究以及實際工程應(yīng)用，首創(chuàng)了地鐵車站100%全預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)模式；首次提出并研發(fā)了裝配式軌道關(guān)鍵技術(shù)及全系列配套施工裝備；首次研發(fā)復(fù)合強化超輕墻體材料并應(yīng)用于車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用房的裝配化建造技術(shù)。這一系列的創(chuàng)新研發(fā)成果在為我國軌道交通提供更加環(huán)保、智能的建設(shè)方案同時，也進一步推動了軌道交通產(chǎn)業(yè)升級。楊秀仁滿懷信心地告訴記者：“目前我們研發(fā)的裝配式建造技術(shù)已在長春、青島、深圳等城市的軌道交通建設(shè)中得以應(yīng)用，相信在不久的將來，還會有更多的城市加入其中。”

 

　　裝配式建造技術(shù)是怎樣引入軌道交通領(lǐng)域的？裝配式建造技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用情況如何？裝配式建造解決了傳統(tǒng)建造的哪些難點？未來軌道交通智能化、綠色化建造的發(fā)展方向在哪里？帶著這些問題，近日《世界軌道交通》記者對全國工程勘察設(shè)計大師、北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司總工程師楊秀仁進行了一次專訪。

 

 

　　裝配式建造技術(shù)是以工廠化、批量化、模式化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件為主,通過工業(yè)化、機械化施工技術(shù)在現(xiàn)場工地將構(gòu)件連接為整體的新一代建造方式。目前裝配式建造技術(shù)已應(yīng)用在了建筑工程、橋梁工程以及盾構(gòu)隧道工程等領(lǐng)域。

 

　　談起裝配式建造技術(shù)是如何與軌道交通“結(jié)緣”時，楊秀仁談到，早在上世紀90年代他擔任北京地鐵5號線項目負責人時，第一次將盾構(gòu)建造技術(shù)引進北京軌道交通區(qū)間隧道工程建設(shè)，隨著北京地鐵盾構(gòu)隧道試驗段工程研究和建設(shè)的開展，受盾構(gòu)隧道裝配式襯砌的啟發(fā)，他對裝配式技術(shù)建造地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣，之后還出版了專著《北京地鐵盾構(gòu)法隧道設(shè)計與施工》，并主編了國標《盾構(gòu)隧道設(shè)計標準》，不斷的總結(jié)和探索之后，裝配式情結(jié)便深深烙印在了他的心底，并產(chǎn)生了更大的憧憬。隨即，楊秀仁拿出了一疊長春地鐵2號線的照片，這是他“裝配式車站”之夢的開始。他興奮地告訴記者：“長春地鐵2號線是國內(nèi)首個采用裝配式技術(shù)建造車站的軌道交通線路，也是我們團隊攻克的首個裝配式項目。”

 

　　長春市地處我國東北的嚴寒氣候區(qū)域，軌道交通建設(shè)每年有4～5個月的冬歇期，這對工程進度產(chǎn)生了極大的影響。為了解決東北冬季施工難題，楊秀仁提出了搭建“裝配式車站”計劃，即采用預(yù)制裝配技術(shù)，讓地鐵車站完全像搭積木一樣拼裝而成。從2012年開始，他便率領(lǐng)研究團隊以長春地鐵2號線袁家店站為試驗段，在國內(nèi)首次對明挖條件下的地鐵車站預(yù)制裝配技術(shù)進行了系統(tǒng)研發(fā)。

 

　　地鐵車站采用裝配式技術(shù)是一個巨大的系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計、生產(chǎn)、施工、驗收、使用、政策引導與規(guī)范支持等多個領(lǐng)域，需要扎實做好各項前期研究工作。為此，楊秀仁和團隊專門在當?shù)氐念A(yù)制構(gòu)件廠搭建了用于預(yù)制構(gòu)件接頭結(jié)構(gòu)試驗的工程試驗室和試驗坑。經(jīng)過兩年的前期技術(shù)研究，進行了大量的試驗和數(shù)據(jù)分析，最終確定了關(guān)鍵技術(shù)方案。又經(jīng)過兩年多的系統(tǒng)性研發(fā)，才開始在地鐵實際工程建設(shè)中應(yīng)用。

 

　　“我們做的事情沒有太多經(jīng)驗可以借鑒，索性大膽探索，研發(fā)了多項突破性創(chuàng)新技術(shù)。”楊秀仁翻著一張張照片，熱情地向記者介紹。比如裝配式結(jié)構(gòu)最為關(guān)鍵的接頭技術(shù)，提出并成功應(yīng)用了一種新型的“注漿式榫槽接頭”，采用“榫卯結(jié)構(gòu)”技術(shù)，利用接頭凹凸之間的結(jié)合，加上填充縫隙的高性能漿液，成功解決了如何將構(gòu)件嚴絲合縫拼裝起來的難題；揭示的接頭“變剛度”特征及承載能力特性，使裝配式地下結(jié)構(gòu)的靜力和地震力作用承載能力和抗變形力學行為的優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)；在構(gòu)件接頭接縫處采用兩道橡膠墊密封墊，與接縫注漿層一起，完美實現(xiàn)了拼裝接頭的高性能防水，徹底取消了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的全外包防水層；為了保證接頭對位的精確度，研發(fā)團隊在構(gòu)件接縫部位設(shè)計了一組紡錘狀的導向定位銷棒，如同給構(gòu)件加上了一個尖頭的插銷，拼裝時只要尖頭對準另外一構(gòu)件端的開孔，就可以保證巨大的混凝土構(gòu)件對接到位，不會出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象；開發(fā)了新型接頭專用注漿設(shè)備，完美解決了注漿時間長漿液提前凝固、注漿漿液凝結(jié)堵塞管路、注漿材料精確自動配比等難題。

 

　　接頭技術(shù)很關(guān)鍵，但也僅僅是裝配式車站結(jié)構(gòu)建造技術(shù)體系中的一小部分，結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件輕量化、構(gòu)件生產(chǎn)與檢測、拼裝工藝和裝備、技術(shù)標準等等，涉及裝配化一整套技術(shù)體系。經(jīng)過5年的研發(fā)建設(shè)，2018年8月，長春市地鐵2號線正式通車運營。2號線上的袁家店站（后改名為雙豐站）、西湖站、興隆堡站、西環(huán)城路站、建設(shè)廣場站和捷達大路站等6座車站成為了我國乃至全球首批采用全預(yù)制裝配式技術(shù)建造的地鐵車站。

 

　　楊秀仁感慨道：“這些‘裝配式車站’的成功建設(shè)給了我們極大的信心，讓我們可以甩開膀子加油干，進一步將裝配式建造技術(shù)延伸到軌道交通建設(shè)的其他領(lǐng)域中，為軌道交通的綠色化建造升級打下了堅實的基礎(chǔ)。”

 

　

 

 

　　在“裝配式車站”大獲成功并取得多個“第一”后，楊秀仁和團隊又在此基礎(chǔ)上提出了“裝配式軌道”和“裝配式內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用房”的理念，將裝配式建造技術(shù)擴大到軌道交通的其他領(lǐng)域。經(jīng)過多年不懈努力，研究團隊完成了從技術(shù)方案、產(chǎn)業(yè)實用性到生產(chǎn)加工、智能化建造的一整套軌道交通裝配產(chǎn)業(yè)體系研發(fā)設(shè)計。楊秀仁向記者詳細介紹了研究團隊在裝配式建造技術(shù)上取得重要成果。其中：

 

　　構(gòu)件拼裝自動控制系統(tǒng)是將人工操作和控制的拼裝工作，交由自動控制系統(tǒng)替代。以往人工控制很難兼顧的“拼縫寬度”、“千斤頂拉力”、“液壓站壓力”、“多點同步控制”等多各環(huán)節(jié)，構(gòu)件拼裝自動控制系統(tǒng)可以將這一系列工作進行自動化控制，在提高施工質(zhì)量的同時，也大大提高施工效率。

 

　　激光點云式構(gòu)件自動測量系統(tǒng)是對制造好的構(gòu)件進行高精度自動掃描檢測系統(tǒng)。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)對構(gòu)件有很高的精確度要求，由于大型預(yù)制構(gòu)件體積較大，難以有效保證制作精確度，從而增加了施工建設(shè)難度。為此，楊秀仁率領(lǐng)團隊專門開發(fā)了該套系統(tǒng)，在對構(gòu)件進行自動掃描檢測，確保每個構(gòu)件精確度的同時，也能自動生成出廠檢測報告，為施工建設(shè)維護提供準確可靠的依據(jù)。

 

　　裝配式軌道建造關(guān)鍵技術(shù)體系是以裝配式板-墊復(fù)合減振軌道、無軌化施工、自動化精調(diào)、兩步逆作法、互換修運維等技術(shù)為核心，以覆蓋運輸、鋪設(shè)、精調(diào)、灌筑、運維全系列裝配式軌道施工專用裝備為支撐的綠色軌道建造技術(shù)。該技術(shù)體系在提高線路平順性、減振降噪、實現(xiàn)機械化、提高施工效率、減少軌道病害和方便運維等方面實現(xiàn)了重大技術(shù)創(chuàng)新和突破。以“預(yù)制板+隔振墊”復(fù)合結(jié)構(gòu)為載體的無損接觸、柔性限位、減振等級可調(diào)的裝配式軌道結(jié)構(gòu)，消除了軌道板變形、離縫和起拱等病害，實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的多型式局部減振轉(zhuǎn)化為全線環(huán)保水平的整體提升；以自適應(yīng)和自變形模式車輛走行系統(tǒng)，攻克了施工裝備在矩形、圓形、馬蹄形等不同型式隧道內(nèi)無軌行走的技術(shù)難題，實現(xiàn)隧道內(nèi)無軌化施工；“測-控-調(diào)”自動精調(diào)技術(shù)實現(xiàn)了軌道板高精度、快速精準到位，全面取代人工調(diào)板工藝；逆作法由傳統(tǒng)17道工序減為2道；互換修技術(shù)徹底解決了大修更換的世界性難題；綜合施工效率提高100%，用工量減少70%。該體系提供的裝配式軌道整體技術(shù)，可以輻射到全國各個城市，特別是對環(huán)境保護要求較高的城市，有效助力城市實現(xiàn)綠色化建造。

 

　　一系列的研究成果讓裝配式軌道交通建造技術(shù)體系由理念變成了現(xiàn)實。楊秀仁激動地告訴記者：“裝配式建造技術(shù)給軌道交通行業(yè)打開一扇新大門，在為我國軌道交通建設(shè)提供全新方案的同時，也有望引領(lǐng)一場軌道交通綠色化、智能化的新技術(shù)革命。”

 

　

 

 

　　裝配式建造技術(shù)作為新一代的軌道交通建設(shè)方式，在加快建設(shè)速度、減少勞動力投入、節(jié)能環(huán)保、降低施工風險、提升工程質(zhì)量、一體化建設(shè)等方面解決了當前傳統(tǒng)建造技術(shù)所面臨的難題，并在助力軌道交通高質(zhì)量發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟與社會效益，推進城市的和諧可持續(xù)發(fā)展。楊秀仁向記者詳細介紹：

 

　　一是提高工作效率，縮短工期。隨著城市軌道交通向著大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)工期日趨緊張。一座明挖標準車站，采用裝配式建造技術(shù)可以使工期節(jié)?。?-6）個月，不僅能有效地支持軌道交通工程的建設(shè)周期，還能將軌道交通工程施工對城市交通、周邊環(huán)境的影響時間降到最低。

 

　　二是減少勞動力投入。傳統(tǒng)建造對人工作業(yè)的依賴性較高，隨著人口老齡化和勞動力成本不斷增加，建設(shè)施工現(xiàn)場面臨著嚴重的勞動力緊缺問題。裝配式建造的大量構(gòu)件由工廠車間生產(chǎn)加工完成，施工現(xiàn)場主要工作為鋪助構(gòu)件拼裝就位，張拉作業(yè)等，可以將大幅度減少勞動力的投入。明挖車站傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工技術(shù)，現(xiàn)場施工人員每班班需要（130-150）人，而采用裝配式建造技術(shù)，每班可減少為（20-30）人。

 

　　三是節(jié)能環(huán)保，減少材料浪費及污染環(huán)境現(xiàn)象。傳統(tǒng)建造技術(shù)材料浪費現(xiàn)象十分嚴重，并且建造過程還伴有粉塵、噪音、建筑垃圾等污染環(huán)境現(xiàn)象。裝配式建造需要在現(xiàn)場進行操作的工程項目極少，現(xiàn)場無火、無水、無塵、無味，并且整個工地幾乎看不到建筑垃圾，這對周邊環(huán)境起到較大保護作用，可以有效地減少能源消耗和環(huán)境污染，更符合綠色建造要求。

 

　　四是降低軌道交通施工風險。傳統(tǒng)建造的現(xiàn)場工作環(huán)節(jié)有：綁扎鋼筋、澆筑混凝土、搭建外圍防護物和腳手架等，并且現(xiàn)場堆放的施工材料非常多，工作人員在進行施工時，容易發(fā)生意外事故，加大了施工風險。而裝配式建造的現(xiàn)場工作環(huán)節(jié)主要為預(yù)制構(gòu)件的拼裝作業(yè)，因此可以有效降低現(xiàn)場施工風險，保障現(xiàn)場施工安全。

 

　　五是大幅提升軌道交通工程質(zhì)量。傳統(tǒng)建造現(xiàn)場施工容易受時間、空間、環(huán)境、人員素質(zhì)等不可控因素影響，在保障工程質(zhì)量方面存在一定的難度。而裝配式建造的構(gòu)件在預(yù)制工廠中生產(chǎn)，不受各種因素影響，不僅有利于形成一整套規(guī)范化標準體系以確保工程質(zhì)量，還能在后期運營維護中減少大量的維護費用。

 

　　六是有利于形成裝配式軌道交通產(chǎn)業(yè)。裝配式建造可將設(shè)計、加工等工序一體化整合，帶動軌道交通產(chǎn)業(yè)升級。并在軌道交通建設(shè)領(lǐng)域大范圍應(yīng)用后，進一步提高軌道交通的綜合效益。

 

　　“裝配式建造所具備的這些優(yōu)勢在助力軌道交通高質(zhì)量發(fā)展的同時，也帶來了巨大的經(jīng)濟與社會效益。”楊秀仁介紹，在經(jīng)濟效益方面，現(xiàn)階段我國城市軌道交通行業(yè)處于快速成長期，全國城市軌道交通建設(shè)投資規(guī)模持續(xù)增長。在新建的城市軌道交通中，采用裝配式建造技術(shù)可以根據(jù)實際建設(shè)需要，合理安排預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)量，并且隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)能提升，規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，將有效地降低建設(shè)、維護成本，減少材料浪費，從而帶來巨大的綜合經(jīng)濟效益。

 

　　在社會效益方面，一是裝配式建造解決了傳統(tǒng)軌道交通建造存在的難題，為實現(xiàn)軌道技術(shù)的智能化、機械化、模塊化發(fā)展提供了全新的解決方案。二是降低了城市軌道交通沿線的振動及噪聲污染，減輕了線路開通運營對周邊居民的影響，從而減少了沿線居民投訴的概率，有利于社會的和諧發(fā)展。

 

　　裝配式建造技術(shù)所具備的這些優(yōu)勢能夠更快、更好、更安全的進行軌道交通建設(shè)，因此受到了許多城市的青睞。“以裝配式車站為例，目前，第一代‘樁(墻)+錨’體系下的裝配式車站技術(shù)在長春成功應(yīng)用于多座車站；第二代‘樁(墻)+內(nèi)支撐’體系下的裝配式車站技術(shù)也已經(jīng)研發(fā)完成，并準備在長春、青島和深圳投入實施。截止目前，全國范圍內(nèi)采用我們的技術(shù)已建、在建和待建的裝配式車站規(guī)模已達30座，相信在不久的將來，還會有更多的工程加入進來。”楊秀仁進一步強調(diào)：“應(yīng)用裝配式建造技術(shù)是軌道交通行業(yè)未來工業(yè)化發(fā)展的趨勢，它將有利于促進軌道交通與工業(yè)化信息化的深度融合，并培育新產(chǎn)業(yè)、新動能，從而實現(xiàn)軌道交通向高端制造業(yè)的轉(zhuǎn)變。”

 

　

 

 

　　智能化、綠色化、自主創(chuàng)新是我國軌道交通發(fā)展的新方向，對于楊秀仁而言，這也是他和團隊共同奮斗的目標。2021年是我國“十四五”開局之年，“十四五”也是我國建設(shè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，中國的軌道交通也迎來新一輪轉(zhuǎn)型發(fā)展階段。談到軌道交通建造未來發(fā)展時，楊秀仁從裝配式軌道交通建造規(guī)劃、新技術(shù)應(yīng)用、自主創(chuàng)新等方面向記者透露了自己的一些看法：

 

　　裝配式軌道交通建造規(guī)劃，首先應(yīng)該推行一體化建造。在研發(fā)設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工裝備、運營維護等環(huán)節(jié)實行一體化的生產(chǎn)建設(shè)管理模式，最大限度地發(fā)揮各種資源優(yōu)化配置作用，實現(xiàn)整體效益最大化。其次應(yīng)形成標準化、規(guī)范化的行業(yè)發(fā)展體系。要對裝配式構(gòu)件的多樣性進行合理統(tǒng)籌、控制，并對不同構(gòu)件進行標準化設(shè)計，形成適合我國國情的裝配式建造技術(shù)體系和規(guī)范體系。目前，城市軌道交通裝配式地下結(jié)構(gòu)和軌道技術(shù)設(shè)計、生產(chǎn)和施工系列行業(yè)規(guī)范已獲得城市軌道交通協(xié)會的批準，正在積極的編制過程中，隨著裝配式建造技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模越來越大，還需要政府建立相關(guān)的監(jiān)管體系，以助力裝配式建造軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

　　新技術(shù)應(yīng)用方面，數(shù)字化、智能化和信息化是軌道交通技術(shù)發(fā)展的方向。隨著新一代信息技術(shù)革命興起，5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)將在軌道交通建設(shè)、運營等各個領(lǐng)域得以應(yīng)用。對于裝配式軌道交通建造技術(shù)而言，需要通過新技術(shù)搭建一個可以整合裝配式軌道交通相關(guān)咨詢、規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和管理等各個環(huán)節(jié)的信息交互平臺，實現(xiàn)裝配式建造的全生命周期信息化數(shù)字轉(zhuǎn)變。此外，還要加強數(shù)據(jù)協(xié)同效應(yīng)，創(chuàng)建質(zhì)量責任可追溯管理模式，進一步提高軌道交通的裝配式建設(shè)管理水平。

 

　　自主創(chuàng)新方面，盡管我國軌道交通產(chǎn)業(yè)取得了一系列自主創(chuàng)新技術(shù)成就，但在某些領(lǐng)域，其相關(guān)研究仍然比較薄弱。對此，相關(guān)單位應(yīng)加大技術(shù)投入，加強聯(lián)合攻關(guān)，逐步提升我國軌道交通建造的技術(shù)水平和核心競爭力。

 

　　“經(jīng)過幾十年的建設(shè)，我國軌道交通產(chǎn)業(yè)取得了長足的進步，在滿足人民群眾交通出行、緩解城市交通擁堵、促進經(jīng)濟社會發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。接下來，我們軌道交通行業(yè)要準確把握新階段的歷史機遇，推動相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用，向新時代綠色化、智能化的軌道交通發(fā)展道路上大步前進。”關(guān)于軌道交通建造的未來，楊秀仁心中充滿了希望。

 

　　

 

　　記者采訪的過程中，楊秀仁始終透著一個資深技術(shù)研究工作者特有的謙虛和嚴謹，言語樸實卻更顯親切。在從事軌道交通工程設(shè)計和科研工作的35年里，他率領(lǐng)團隊以科研創(chuàng)新為力量，堅持奮斗在我國軌道交通建設(shè)的第一線上，用精湛的專業(yè)知識攻克一道道科研難關(guān)，為我國的城市軌道交通事業(yè)付出了青春和智慧，直到今日他仍然在挑戰(zhàn)自我、不斷創(chuàng)新，為實現(xiàn)“軌道交通強國”的夢想而奮力拼搏。

 

　　談到未來的工作發(fā)展時，楊秀仁鄭重而堅定地向記者表示，當前我國軌道交通正進入升級轉(zhuǎn)型的黃金發(fā)展時期，許多重大科學問題和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸亟待攻克，作為軌道交通的技術(shù)設(shè)計工作者，他愿意用自己的畢生所學和滾燙的汗水，為軌道交通建設(shè)化解一道道技術(shù)難題，當好“拓荒者”，為我國軌道交通高質(zhì)量發(fā)展，繼續(xù)勇往向前。