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【重庆创新故事】周绪红:智能建筑是未来发展方向

【重庆创新故事】周绪红:智能建筑是未来发展方向 创新重庆
2020-12-31
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导读:30余年来,周绪红带领团队开辟一个个创新理论和体系


视频来源:重庆日报


重庆创新故事


本期为大家带来

中国工程院院士、重庆大学教授

周绪红的故事


周绪红


中国工程院院士、日本工程院外籍院士、英国皇家结构工程师学会会士、重庆大学教授。长期致力于结构工程、桥梁工程学科钢结构和钢-混凝土组合结构方向的教学与科研工作


30年潜心研究,主持完成国家“十五”科技攻关重大项目与“十一五”科技支撑重点项目等研究与开发项目50余项。他带领团队在钢结构和钢-混凝土混合结构等新型结构领域进行体系研发、理论研究和工程应用,推动我国高层建筑和大跨桥梁结构的发展,推动房屋建筑的装配化与绿色化发展,是我国在该领域的学科带头人之一



从传统的钢筋水泥建筑,到绿色、智能的装配式建筑,30余年来,周绪红带领团队深耕土木工程领域,开辟一个个创新理论和体系,推动行业科技进步。



 重庆大学振动台实验室的六层冷弯薄壁型钢结构房屋。重庆日报卢越 摄\视觉重庆


30年前,提出建可拆卸的
绿色智能房子




在周绪红的记忆里,他大学时班里学习氛围浓厚,宿舍有每晚熄灯后辩论的习惯,这使周绪红养成了质疑和批判的思维模式——一个理论力学题他会采用多种方法求解,有的题目甚至做到一题八解。


周绪红勤奋到什么程度?大学的图书馆、教学楼,每晚大约10点熄灯、闭馆。可常常,周绪红和同学在自习室里画图、讨论,忘了出去。于是,就留在里面继续画图、学习,困了就在自习室里睡觉。


本科阶段扎实的学习为周绪红后来的科研奠定了基础。在他看来,数学是从事结构工程科研(需要大量的力学计算和分析)的基础,并为应用科学研究提供创新思路与方法;而外语,则是了解国际科研前沿、合作交流的工具。




本科毕业后,周绪红继续在湖南大学攻读硕士、博士。让周绪红记忆深刻的是,当时辗转好几个月,花了300美元从美国买回来一本讲结构稳定的书籍,这本书,让周绪红进一步了解国际前沿建筑发展的方向。读博期间,他就开始思考用冷弯薄壁钢结构建造房子。


起因很偶然,是因为周绪红和同学去张家界玩,游客很多,但景区里没有住的地方。于是他就想,能不能设计一种可以像搭积木一样建造的房子?可以拆卸、重装,还很轻便、少污染。


30年前,这样的想法简直是天方夜谭。但周绪红沿着自己思考的方向,锲而不舍。




周绪红(左一)与团队成员在实验室 图 | 重庆大学


在世界上首次做交错桁架试验


历经30年的研究,周绪红带领团队已在钢结构和钢-混凝土混合结构等领域提出若干个创新的理论研究和体系研发等


去年1月,重庆大学“高层钢-混凝土混合结构的理论、技术与工程应用”获国家科技进步一等奖,项目成果广泛运用于30多个国家的300多个项目中,深圳600米的平安金融中心和卡塔尔800多米的多哈塔也借鉴了项目的成果。


周绪红回忆,上世纪70年代,美国就出现纽约世贸大厦等摩天大楼。在建筑领域,100米是高层建筑,超过100米就是超高层建筑。超高层建筑代表一座城市的形象,是国家技术、水平的象征,但那时我国还没有超高层建筑。


随着国家社会经济的快速发展,最大的坝、最长的桥相继在我国出现,这也促进土木工程领域理论和技术的发展以及行业的进步。但国内100米以上的超高层建筑,主要采用现浇混凝土的方式,污染比较严重,抗震安全性也难保证;国外则采用纯钢结构,但造价很高,难以大规模采用。


钢材耐拉、混凝土受压

有没有方式可以结合

钢材和混凝土各自的优点?




建造一座高楼,得首先有骨架。运用力学分析、建模等方式,针对不同高度的楼房,将两种材料进行不同比例的合理搭配,从而建立整套的设计理论、国家规范、建造技术等,让不同高度的建筑采用合适的体系,从而把楼建得更高,这就是周绪红团队数十年来的工作。


项目主要包括4种结构体系,其中,支撑巨型框架-核心筒体系主要适用于300-800米的地标性高层建筑;钢管约束混凝土体系则特别适合100米至300米的建筑,或者大型桥梁、地下工程等;钢管混凝土异形柱框架体系适用100米以下的住宅;交叉桁架结构体系适用于100米以下的公共建筑。




运用非常广泛的是交错桁架(桁架的交错布置)结构体系,学校、医院、宾馆、办公楼大多采用这种构造,可用低成本轻松实现大跨度建筑但上世纪90年代,世界上没有人做过交错桁架的试验。周绪红在长安大学当校长时,好不容易筹了5万元,在2000年初建起第一个相关实验室,获得大量数据。后来成果在宝钢、宁波相继运用。2012年,国家将团队成果纳入了第一个交错桁架建筑的相关标准。


如今,与国外在该领域的技术相比较,周绪红牵头的“高层钢-混凝土混合结构的理论、技术与工程应用”体系,在纯混凝土结构的100-300米建筑领域,可降低40%的砂石使用量;与纯钢结构的同类建筑相比,可降低用钢量30-40%,综合成本也降低约30%



周绪红 重庆日报万难 摄\视觉重庆


推动技术创新
组建交叉学科团队攻关智能建造



建筑智能化、海上风电场、冷弯薄壁钢建筑……

如今,周绪红带领的团队共有8个研究方向


位于重庆大学建工馆附近的土木工程实验室里,各团队成员各司其职,有的在调控智能系统,有的在试验海上风电振动台、有的在调试机器人手臂。


周绪红介绍,随着社会经济的发展,土木工程也必须走信息化、智能化引导的新型工业化道路,重视绿色环保和生态文明的建设。于是,在周绪红团队目前研究的未来建筑中,一些拧螺钉和焊接的工作,可以由机器人来完成;同时,太阳能和风能设备将随着房屋建设进行一体化修建。未来的房子,将是智能环保的。


周绪红院士(左一)在试验现场 图 | 重庆大学



2016年,世界围棋冠军李世石与机器人阿尔法狗围棋大战,阿尔法狗获胜时,周绪红就和大家讨论,人工智能这么强大,是不是可以改变建筑业很多落后的技术?


于是,团队对企业的需求、人工智能的能力等进行了近一年的全面了解,结合国家的要求,周绪红决定成立土木工程智能建造学科交叉团队,开展智能建造研究。数学、计算机、自动化……目前已组成20多人的智能建造学科交叉团队。周绪红表示,只有通过深度的学科交叉,才能有重大的创新,才能对土木工程行业有重要的技术推动作用。团队成员石宇教授介绍他们多只关注自己研究的领域,但周院士对很多领域都融合交叉。这更加能推动融合、交叉、创新。


目前,团队已在国际顶级期刊上发表了土木工程与人工智能交叉的10余篇论文,并拟出版专著1部,相关成果已开始推广应用。周绪红带领的智能建造团队将陆续推出研究成果,持续推动我国土木工程建设技术向前发展。








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来源:重庆日报

记者:李星婷

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