2018年度陕西省科学技术奖公示信息

来源：日期：2018-04-04 浏览次数：

一、项目名称

古建筑抗震及振动控制关键技术研究与应用。

二、项目简介

本项目属于众多学科交叉的领域，涉及古建筑保护、岩土工程、结构工程、车辆工程、隧道工程等多个学科领域，需要用土动力学、结构动力学、疲劳力学、波动理论、车辆动力学、振动工程测试、数值计算方法、防震隔振技术与材料等综合知识去解决古建筑抗震与振动控制的复杂难题。

本项目的技术内容和创新主要包括：

(1)建立古建筑结构系统的无损勘察、结构损伤识别关键技术。将三维激光扫描、地质雷达、模态测试等新技术成功应用到古建筑地基、结构或构件动力参数及特性无损检测、损伤程度鉴定中，为古建筑振动控制和震害防御技术提供科学、准确的依据。

(2)发展和完善了古建筑抗震性能与性能退化理论。基于典型古建筑结构大型模型振动台试验，揭示了古建筑结构地震损伤机理、地震响应机理及抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震评估方法。通过古建筑结构抗震加固方法及其加固后的性能研究，提出了古建筑结构的抗震加固设计理论与方法。

(3)研究并提出了古建筑振动容许标准。基于大量古建筑的结构和材料疲劳特性试验研究，获得了古建材料疲劳寿命S-N曲线，结合整体疲劳损伤数值仿真与振动响应实测结果分析，得到合理的古建筑容许振动标准。以该标准去评估和治理古建筑受振动影响，科学合理，可操作性强，可达到确保古建筑安全和节约社会资源的目的。

(4)建立了轨道交通长期振动对古建筑影响的三级动态预测评估方法。采用不同的方法和精度解决工程建设不同阶段的预测评估需求，尤其通过振源-传播介质-古建筑的大型三维动力数值模型，分析了不同减振方式、列车运行速度、本体加固措施等多种因素下古建筑的振动响应规律。提出的基于实测数据的两级校准定量预测方法及实测动态参数反演模型分析方法，对古建筑的振动响应进行了精准的预测，后期系统振动监测结果与预测结果在规律和数值上高度吻合，解决了复杂振源影响下的古建筑振动影响评估方法预测精度不足、缺乏系统科学性的难题。

(5)首次提出并建立了基于振源减振、屏障衰减、本体加固的“多道防线综合振动控制技术”。空间减振设计方法、钢弹簧浮置板道床技术、屏障隔振技术等成功应用于西安、北京地铁中多处重要古建筑的保护工程中，有效控制了复杂交通作用下的对古建筑振动影响，促进了城市建设和文物保护的和谐发展。

根据最新的科技查新报告，国内外古建筑抗震及振动控制领域未见以上创新成果的报道。

三、客观评价

本项目经中国建筑学会组织鉴定，专家组一致认为该项目通过调研、现场勘查、模型试验、理论研究、工程实践等手段，对古建筑勘查评估、震害灾变及性能退化、振动传播及响应、抗震加固与振动控制等进行了系统研究，取得了以下主要创新性成果：

1.建立了古建筑结构损伤模态识别和地质雷达探测方法，并从营造方式、残损程度、结构变形等角度，提出了古建筑木结构安全性评估分级标准，对抗震加固和振动控制提供了依据；

2.开展了古建筑结构大型模型振动台和残损构件动力试验，揭示了古建筑结构抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震性能评价方法，提出了砖石结构的高延性纤维混凝土抗震加固技术和榫卯节点的形状记忆合金抗震加固技术；

3.提出了轨道交通长期振动对古建筑影响的三级动态预测评估方法、基于实测数据的两级校准定量预测方法以及动态参数反演模型分析方法，实现了对古建筑振动响应的精准预测；

4.开展了砖木结构古建筑材料疲劳特性试验及整体结构疲劳损伤仿真分析，提出了容许振动标准。建立了基于振源减振、屏障隔振与结构加固的多道防线振动控制成套技术，有效控制了古建筑在复杂振源作用下的振动。

研究成果已成功应用于西安钟楼与城墙等重要古建筑交通振动防护与抗震工程，为我国古建筑保护提供了重要的理论和技术保障，促进了该领域的科技进步，获得了显著的社会效益与经济效益。

在项目评审中，鉴定委员会一致认为该成果总体达到国际先进水平，其中砖木结构的抗震及振动控制达到国际领先水平。

四、主要知识产权目录

五、推广应用情况

本项目基于现状勘查、测试、评估-灾变机理与响应机制-预测方法与评判标准-加固措施与控制方法的整体研究思路，采取数值仿真、模型试验、理论分析、现场实测、综合参数反演等多种手段，开展了系列专题研究。掌握了典型古建筑的基本力学参数，明确了古建筑结构等疲劳损伤特性，提出了复杂叠加振源引起古建筑的振动响应的计算分析及评估方法，建立了科学合理的振动容许标准，并开展了卓有成效的抗震、减振、隔振措施研究，最终形成古建筑抗震及振动控制的关键技术，并将其成功运用于北京、西安等地的多处重要古建、文物保护工作中，成为同类领域研究的典范。

该成果在同类项目中得到推广和应用，在西安建筑科技大学、西安交通大学、北京交通大学、机械工业勘察设计研究院等单位和多次技术交流会上进行专题讲座30余次，广泛宣传本课题的研究成果和技术创新。同时，建立了集老中青为一体的科研团队，包括国家勘察大师2名，教授和教授级高工9名，副教授6名，高级工程师5名，培养博士及硕士研究生20余人。

2014年10月成立了以机械工业勘察设计研究院有限公司为依托单位的中国工程建设标准化协会建筑振动专业委员会文物建筑保护分会，并成功举办了两次学术会议，为从事古建筑抗震及振动控制的广大专业科技人员提供了交流和学习平台，促进了行业技术的发展。

目前本项目的成果在文物评估、保护工程、测试监测等相关行业中进行了推广应用，推广应用项目63项，合同额1.01亿元。

六、主要完成人情况

姓名	郑建国	排名	1
行政职务	副总经理总工程师	技术职称	教授级高级工程师
工作单位	机械工业勘察设计研究院有限公司	完成单位	机械工业勘察设计研究院有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	全面负责本项目技术工作，主要贡献：（1）负责指导并研发古建筑结构系统的无损勘察、结构损伤识别关键技术，提出古建筑木结构安全性评估思路；（2）揭示了古建筑结构地震损伤机理、地震响应机理及抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震评估方法；（3）提出了古建筑容许振动标准；（4）提出了轨道交通长期振动对古建筑影响的“三级动态预测评估方法”；（5）建立了古建筑的“多道防线综合振动控制技术”，技术成功应用于西安、北京地铁中多处重要古建筑的保护工程中，将古建筑在多源交通叠加影响下的振动响应降至容许范围内，有效解决了往复交通荷载对古建筑振动影响的难题。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（1）、（2）、（3）、（4）及（5）；
姓名	徐建	排名	2
行政职务	总经理总工程师	技术职称	教授级高级工程师
工作单位	中国机械工业集团有限公司	完成单位	中国机械工业集团有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	负责项目振动控制研究部分技术指导，主要贡献：（1）指导研究古建筑容许振动标准；（2）提出了古建筑的“多道防线综合振动控制技术”研究思路。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（3）及（5）；
姓名	钱春宇	排名	3
行政职务	环境工程院院长	技术职称	教授级高级工程师
工作单位	机械工业勘察设计研究院有限公司	完成单位	机械工业勘察设计研究院有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	全面负责项目振动控制研究部分工作，主要贡献：（1）负责研究古建筑容许振动标准；（2）研究轨道交通长期振动对古建筑影响的“三级动态预测评估方法”；（3）研究古建筑的“多道防线综合振动控制技术”。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（3）、（4）及（5）；
姓名	谢启芳	排名	4
行政职务	无	技术职称	副教授
工作单位	西安建筑科技大学	完成单位	西安建筑科技大学
对本项目主要学术和技术创造性贡献	全面负责项目抗震加固研究部分工作，主要贡献：（1）提出从营造方式、残损程度、结构变形等不同角度对古建筑木结构进行安全性评估的思路；（2）揭示了古建筑结构地震损伤机理、地震响应机理及抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震评估方法。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（1）、（2）；
姓名	马蒙	排名	5
行政职务	无	技术职称	副教授
工作单位	北京交通大学	完成单位	北京交通大学
对本项目主要学术和技术创造性贡献	负责模型建立及计算研究部分工作，主要贡献：（1）研究建立地铁中轮轨系统的激励模型和激励引发古建筑振动的预测模型，并对地铁振动的传播过程进行了理论推导，此基础上建立了西安地铁二号线、六号线穿越钟楼的大型有限元预测模型；（2）负责建立振源-传播介质-古建筑的大型三维动力数值模型，分析不同减振方式、列车运行速度、本体加固措施等多种因素下古建筑的振动响应规律，对减振隔振设计提供了理论依据。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（4）及（5）；
姓名	尹学军	排名	6
行政职务	总经理	技术职称	教授级高级工程师
工作单位	隔而固（青岛）振动控制有限公司	完成单位	隔而固（青岛）振动控制有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	负责古建筑振动控制关键技术研究工作，主要贡献：针对古建筑减振的多道防线研发了钢弹簧浮置板道床技术，并将其成功应用于西安、北京地铁中多处重要古建筑的保护工程中。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（5）；
姓名	胡明掉	排名	7
行政职务	工程振动控制技术研究中心主任	技术职称	高级工程师
工作单位	中国机械工业集团有限公司	完成单位	中国机械工业集团有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	负责古建筑减振机理及振动控制措施研究工作，主要贡献：研究了多种工业振源引发周边建筑产生振动的机理，并对古建筑的隔振、减振机理进行了理论推导，在此基础上针对多道防线分别提出了相应的隔振、减振方法。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（4）及（5）；
姓名	李俊连	排名	8
行政职务	环境工程院总工程师	技术职称	教授级高级工程师
工作单位	机械工业勘察设计研究院有限公司	完成单位	机械工业勘察设计研究院有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	全面负责古建筑勘查技术及现状评估研究工作，主要贡献：负责研发古建筑结构系统的无损勘察、结构损伤识别关键技术，提出从营造方式、残损程度、结构变形等不同角度对古建筑木结构进行安全性评估的思路。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（1）；
姓名	曹杰	排名	9
行政职务	无	技术职称	高级工程师
工作单位	机械工业勘察设计研究院有限公司	完成单位	机械工业勘察设计研究院有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	负责古建筑振动响应机理研究工作，主要贡献：研究轨道交通长期振动对古建筑影响的“三级动态预测评估方法”。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（4）；
姓名	隋䶮	排名	10
行政职务	无	技术职称	高级工程师
工作单位	西安建筑科技大学	完成单位	西安建筑科技大学
对本项目主要学术和技术创造性贡献	全面负责古建筑动力响应特性研究部分工作，主要贡献：通过模态测试，研究古建筑结构地震损伤机理、地震响应机理及抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震评估方法。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（2）；
姓名	张凯	排名	11
行政职务	无	技术职称	工程师
工作单位	机械工业勘察设计研究院有限公司	完成单位	机械工业勘察设计研究院有限公司
对本项目主要学术和技术创造性贡献	项目主要参与者，主要贡献：（1）研究古建筑结构系统的无损勘察、结构损伤识别关键技术；（2）研究古建筑容许振动标准；（3）研究古建筑的“多道防线综合振动控制技术”。主要贡献对应第二部分“主要科技创新”中的（1）、（3）及（5）；

七、完成人合作关系说明

项目参与人郑建国、徐建、钱春宇、谢启芳、马蒙、尹学军、胡明掉、李俊连、曹杰、隋䶮、张凯共11人在该项目研究期间以共同参与项目立项、撰写研究报告、合著论文、交流沟通、协作开展调研工作等多种方式参与该项目的理论框架构建与实证分析，形成包括研究报告、论文、专著、专利等多种形式的研究成果。这些成果为古建筑抗震及振动控制提供了科学依据，有力地促进了科技进步和社会发展。

八、主要完成单位排序及贡献

单位名称	机械工业勘察设计研究院有限公司
排名	1
所在地	陕西西安
对本项目主要贡献：
研发了古建筑结构系统的无损勘察关键技术。将三维激光扫描、地质雷达、模态测试等新技术成功应用到古建筑地基、结构或构件动力参数及特性无损检测、损伤程度鉴定中，为古建筑振动控制和震害防御技术提供科学、准确的依据。研究并提出了古建筑振动容许标准。基于大量古建筑的结构和材料疲劳特性试验研究，获得了古建材料疲劳寿命S-N曲线，结合整体疲劳损伤数值仿真与振动响应实测结果分析，得到合理的古建筑容许振动标准。提出了轨道交通长期振动对古建筑影响的三级动态预测评估方法、基于实测数据的两级校准定量预测方法以及动态参数反演模型分析方法，实现了对古建筑振动响应的精准预测。在此基础上针对古建筑提出并建立了基于振源减振、屏障衰减、本体加固的“多道防线综合振动控制技术”。
单位名称	中国机械工业集团有限公司
排名	2
所在地	北京
对本项目主要贡献：
研究了多种工业振源引发周边建筑产生振动的机理，并对古建筑的隔振、减振机理进行了理论推导，在此基础上针对多道防线分别提出了相应的隔振、减振方法。
单位名称	西安建筑科技大学
排名	3
所在地所在地	陕西西安
对本项目主要贡献：
基于典型古建筑结构大型模型振动台试验，揭示了古建筑结构地震损伤机理、地震响应机理及抗震性能退化规律，建立了古建筑结构抗震评估方法。并在古建筑结构抗震加固方法及其加固后的性能研究的基础上，提出了古建筑结构的抗震加固设计理论与方法。
单位名称	北京交通大学
排名	4
所在地	北京
对本项目主要贡献：
研究了地铁中轮轨系统的激励模型和激励引发古建筑振动的预测模型，并对地铁振动的传播过程进行了理论推导，此基础上建立了西安地铁二号线、六号线穿越钟楼的大型有限元预测模型。通过建立振源-传播介质-古建筑的大型三维动力数值模型，分析了不同减振方式、列车运行速度、本体加固措施等多种因素下古建筑的振动响应规律，对减振隔振设计提供了理论依据。
单位名称	隔而固（青岛）振动控制有限公司
排名	5
所在地	山东青岛
对本项目主要贡献：
针对古建筑减振的多道防线研发了钢弹簧浮置板道床技术，并将其成功应用于西安、北京地铁中多处重要古建筑的保护工程中。

九、完成单位合作关系说明

本课题研究由机械工业勘察设计研究院有限公司联合中国机械工业集团有限公司、西安建筑科技大学、北京交通大学、隔而固（青岛）振动控制有限公司组成课题组。课题实施过程由牵头单位机械工业勘察设计研究院有限公司负责总体把控，各子课题分工细致，参与单位任务明确。项目具体组织分工见下表。

课题组织分工表

序号	各课题研究概要	参与单位
1	古建筑病害勘查与评估技术研究	机械工业勘察设计研究院有限公司
1	古建筑病害勘查与评估技术研究	西安建筑科技大学
2	古建筑结构抗震性能与性能退化研究	西安建筑科技大学
2	古建筑结构抗震性能与性能退化研究	机械工业勘察设计研究院有限公司
3	振动引起的古建筑响应机理及预测、评估方法研究	机械工业勘察设计研究院有限公司
		北京交通大学
		中国机械工业集团有限公司
4	古建筑振动容许标准研究	机械工业勘察设计研究院有限公司
5	古建筑抗震加固及振动控制措施研究与应用	中国机械工业集团有限公司
		机械工业勘察设计研究院有限公司
		隔而固（青岛）振动控制有限公司
		西安建筑科技大学

十、主要论文专著目录

十一、知情同意证明

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