建设机械研发60年的历程回顾与前瞻

2014-11-24中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院

建筑机械化 2014年2期

中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院

1 初期创立和早期研发成果

1956年正值新中国建国初期，为加速国民经济建设，原苏联专家建议我国走建筑工业化和施工机械化道路，中国政府采纳了此项建议，由国家建筑工程部批准成立建筑机械及建筑机械化研究所（中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院前身）和机械施工总局设计室（建设部北京建筑机械综合研究所前身）。当时的中国工程施工设备奇缺，一方面受西方国家封锁无进口渠道；另一方面受经济条件制约无力购买国外装备，而百废待兴的新中国又缺乏技术，工程施工对设备的迫切需求为刚刚诞生的研究院提供了发展舞台。尽管当时条件很差，但却取得了丰硕的成果，即使从现代的观点来看也令人惊叹！这些早期成果初步奠定了我国现代建设机械发展的基础，并形成了中国产品系列和技术标准体系。

这一历史时期，具有代表性的主要成果有：

研发成功了后张法预应力混凝土钢筋张拉千斤顶，为我国预应力钢筋混凝土发展奠定了设备基础；

研发成功了起重量10t、跨度长达760m的平行式缆索起重机，成功应用于新安江水电站主坝的混凝土运输和浇注；继之又研制出20t平行式和20t辐射式缆索起重机，应用于湖南柘溪水电站和黄河刘家峡水电站坝体施工，为我国早期水电建设做出了重大贡献；

研发成功了TQ-10、TQ-45两种型号的快速架设塔式起重机，开创了我国快速架设塔机的先河，形成了快速架设塔机整套设计方法和计算模型，在设计理论和标准制订方面做出了突出贡献，TQ-45塔机获得首届全国科学大会奖；

研发出适应高寒地区的冻土层钻机，为青藏铁路在70年代初期做前期实验性研究、试验提供了关键设备；

研发成功双切削头黄土洞掘进机，可在土质地层下一次掘孔成型4m的拱洞，为我国军事工程施工提供了关键装备，也是我国研发出的第一代盾构设备，成果获得首届全国科学大会奖；

研发成功北京55型前铲后挖双功能全液压挖掘装载机，填补了国内空白，荣获首届全国科学大会奖；

研发成功GHP-250型混凝土喷射机，为矿山、冶金、隧道和国防工程坑道作业施工提供了关键设备，并获得首届全国科学大会奖；

研发成功的国内第一台汽车式混凝土搅拌运输车，为商品混凝土的应用创造了先决条件；

研发成功卧轴强制式混凝土搅拌机，结束了我国只能生产自落式混凝土搅拌机的历史，奠定了现代化搅拌站、搅拌楼的发展基础。

研发出建设机械关键部件单排球式回转支承，在国内外首次从理论上确定了回转支承的性能判定系数α、β，首次从应力分布、接触误差论证了各种结构形式的回转支承的寿命和承载能力，并制定了国家标准，为我国建设机械发展做出了重要贡献，其应用范围涵盖了起重机械、土方机械、混凝土机械、高空作业机械等领域，为此项目获得1989年国家科技进步三等奖；

与株洲市建委合作完成的中型空心砌块住宅建筑机械化施工成套技术，为我国推广机械化施工提供了理论依据和实践样板；

1980年《建筑机械化》杂志创刊，1981年《建筑机械》杂志创刊，1989年《中国电梯》杂志创刊，这三本杂志均为本领域最早创刊的综合性专业技术杂志，为行业发展做出了积极贡献。

2 近20年研发的关键产品和技术

2.1 概述

上世纪90年代初至今，是我国建筑业大发展的最好时期。建筑业空前繁荣，大型、特大型工业建筑相继问世，具有显著时代特色的大体量公共建筑、民用建筑层出不穷，新材料、新技术、新工艺的大量应用和新型建筑结构的创新使传统的建筑机械已无法满足现代施工的需求，迫使施工企业大量进口施工装备，一些国际著名厂商纷纷到中国投资建厂。国际先进设备的广泛应用，使我院科技工作者耳目一新，看到了与国际先进水平的差距，找准了研发方向和目标，即瞄准国际先进水平，结合我国建筑施工急需，集中力量重点突破，引领行业技术进步。

在此期间，国家在该领域也给予了大力支持，从“九五”国家重点科技攻关开始，到“十一五” 、“十二五”国家重点科技支撑项目，相继设立重点支持专项，建设机械技术和产品研发进入到黄金时期。中国建筑科学研究院在钢筋机械连接与钢筋加工机械、电梯与电梯安全技术、砂浆混凝土与混凝制品机械、装修与高空作业机械、起重升降机械、桩工机械产品和技术、建筑机械标准化等方面取得了突破性的成果，研发出了一批行业急需的技术和产品，并实现了产业化。除满足国内施工需要外实现了批量出口，为我国建筑施工行业的发展做出了重要贡献。

2.2 钢筋机械连接技术与设备

自90年代开展钢筋机械连接技术与设备研究开发至今已经20年,先后形成了钢筋径向冷挤压套筒连接技术和设备、钢筋锥螺纹连接技术与设备、钢筋直螺纹连接技术与设备，在国内外数千项工程中得到应用。1997年，中国建筑科学研究院开始钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术的研发，经过潜心研究和大量试验，1999年，钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接技术及设备研制成功。该项技术是钢筋等强度直螺纹连接技术的一种新形式，为国内外首创，获国家技术发明专利（ZL99 1 18912.4），被列入“建设部十项推广新技术”、“国家重点推广新产品”、 “国家级工法”。

2.3 钢筋加工机械及施工技术

1992年研制成功GWC1250型钢筋网焊接设备，填补了国内空白，并获得国家科技进步三等奖。在此基础上中国建筑科学研究院相继开发了GWC全系列钢筋网焊接设备，己形成完整的钢筋网焊接设备成套技术。

“十一五”国家科技支撑计划课题“智能化钢筋部品生产成套设备研究与产业化开发”和“钢筋工业化施工关键技术研究”两项课题的形成了一批具有国际先进水平的钢筋加工技术与设备，为我国钢筋加工配送行业的发展提供了装备与技术支撑。目前“十二五”国家科技支撑计划课题《工程钢筋加工自动化成型技术和设备研发与产业化》正在进行研发。

2.4 电梯及电梯安全部件

90年代初，我国电梯整机市场基本为外资企业占领，国内民族企业亟待技术支持，中国建筑科学研究院率先开发了中高速交流客梯、变频调速无机房电梯、公交型自动扶梯等五种整机技术，并将技术提供给国内三十多家生产企业，为民族电梯工业发展奠定了基础。目前我国具有自主知识产权的电梯整机产品已由90年代初市场份额不足3%上升到45%，并出口到世界90多个国家和地区。

在电梯关键部件方面，开发出具有国际先进水平的双向动作限速器、双向制动安全钳、电梯门系统、电梯控制柜等领先技术，为部件制造企业提供技术支撑。目前国内电梯制造企业的部件产品市场份额已超过60%，一些国际著名公司也采用民族企业产品。

电梯实验设备是保障产品质量的重要装备，研发的二合一限速器试验台、多功能限速器试验台、电梯控制柜性能调试和检测平台、电梯光幕性能调试和检测平台、电梯门机性能调试和检测平台、扶梯梯级间隙调试和检测仪、电梯门锁试验台、限速器动态拉力试验装置、瞬时式安全钳试验装置、安全部件试验塔架等20多种电梯专用检验检测装置在全行业得到广泛应用。

改革开放初期，我国电梯标准尚未形成体系，中国建筑科学研究院及时主持制定了与欧洲先进标准同步的《电梯制造与安装安全规范》、《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》、《液压电梯制造与安装安全规范》等三十多项国家标准，建立了我国电梯标准体系，由于中国电梯产业发展迅速，我国已成为全球电梯产量和电梯保有量最大的国家，中国建筑科学研究院在国际标准化组织中的影响和地位日益提高，为中国电梯行业争取到了更多的话语权和利益。

1992年中国建筑科学研究院在国内率先建成了国家电梯质量监督检验中心，承担电梯产品质量的国家监督抽查、评优认证、仲裁检验、制造许可的型式试验、鉴定评审及客户的委托检验等任务；接受有关单位和部门委托的各种第三方的检测任务；承担有关标准的编制工作和标准研究、检测技术和试验方法的研究，开展检测设备的研制以及电梯标准、检测等方面的人员培训工作等，为我国电梯产业的健康发展做出了重要贡献。

2.5 混凝土及制品机械技术与设备

90年代初期，由于粘土砖的烧制大量破坏了土地并造成环境污染，国家急需用建筑砌块替代粘土砖，而能否实现这一重大国策，砌块成型设备是关键，为此，国家科技部设立了“九五”国家重点科技攻关项目“QM-12砌块成型机”，中国建筑科学研究院根据我国的实际情况，在消化、吸收国内外先进技术的基础上，研制出适合我国国情的QM、QT系列砌块生产设备，有力地促进我国砌块建筑特别是多层和高层砌块建筑的发展。同时，主编了我国第一个《小型砌块成型机》和《混凝土制品机械术语》标准。

在建筑砂浆的连续搅拌、输送、喷射、抹平全部实现机械化施工方面，至今为止仍是世界难题，中国建筑科学研究院自上世纪70年代始，几代科技工作者坚持不懈致力于科技攻关，始终站在技术最前沿，取得了可喜的阶段性成果。80年代研发成功我国第一代砂浆搅拌、泵送联合一体设备，垂直输送突破100m、水平输送达到400m；在“九五”期间，该项目列入国家科技攻关计划，研发出系列产品，广泛应用于三峡工程、码头施工、岩土工程注浆、铁路基础注浆、大体量砂浆输送等施工，替代了进口产品。在“十一五”国家科技支撑计划项目课题《既有建筑改造注浆加固和表明防护喷涂设备开发》研发中，取得了突破性进展，实现了自动喷涂的功能，能够完成各种砖混和砌块结构建筑中抹灰作业的灰浆垂直或水平输送、喷涂作业，可无级调速，达到了国际先进水平。在此基础上，主编了我国第一本《机械喷涂抹灰施工规程》和《混凝土泵送施工技术规程》。

2.6 混凝土布料机械

混凝土布料设备是商品混凝土泵送到施工浇注层后将混凝土送达浇注部位的关键设备，中国建筑科学研究院在全国最早研发成功系列布料幅度为10～32m的液压式混凝土布料机，包括移动、固定、船载、内爬、楼板爬升、车载、轮式、履带式、快装等型式。其中，HGY10型混凝土布料杆获1999年建设部科技进步三等奖。承担了国家级课题《铁路现浇梁专用混凝土布料机》和“九五”科技攻关项目《起重、布料两用塔机的研究》，该成果达到国际先进水平，获建设部科技进步二等奖。

2.7 建筑装修和高空作业机械

中国建筑科学研究院在国内最早从事吊篮、擦窗机研发的单位,自上世纪80年代中期开始研制国产高处作业吊篮，相继研制开发了ZLD150～ZD1000型系列高处作业吊篮；2001年开发成功具有双倍安全性能的ZLP800型系列吊篮。这些产品为淘汰安全事故多发、频发的竹木脚手架和钢管扣件脚手架起到了关键作用，技术在全国普遍推广，目前中国已成为全球最大的吊篮生产国和产品出口国，彻底改变了依赖进口的被动局面。中国建筑科学研究院在主编了国家标准《高处作业吊篮》和《擦窗机》，1996年承担了国家“九五”科技攻关项目“墙面清洗维护装修设备”，在此基础上，结合近几年来国内各种高层建筑的形式研制了插杆式、滑车式、台车式、悬挂式、轨道式和轮载式擦窗机，完成了国家“十一五”科技支撑计划课题“异型建筑外立面施工、维护关键设备技术与产业化开发”、“建筑幕墙和电梯安装无脚手架施工作业装备技术与产业化”的研究，成果达到国际先进水平。

2.8 施工升降机械

九十年代初期，我国高层建筑开始大量涌现，人员和物料的垂直运输，尤其是施工人员的安全升降成为制约施工效率的难题，迫使施工企业以高昂的代价购买进口设备，此时急需国内自主研发，以替代进口设备满足施工需求。

中国建筑科学研究院及时研发了SC100系列施工升降机和核心安全部件，技术转让到国内50多个生产企业，迅速形成了批量生产能力，有效地替代了进口，为我国高层建筑施工做出了重要贡献。主编了我国第一套完整的《施工升降机》、《施工升降机技术条件》、《施工升降机安全规则》、《防坠安全器》、《施工升降机检验规则》等五项国家标准，奠定了行业发展的技术基础。目前我国已成为全球施工升降机第一生产和出口大国。

从上世纪90年代至今，电站建设中超高烟囱和双曲线冷却塔、气象观测塔、大跨度桥梁的桥塔、大跨越送变电铁塔、大型起重机械登机等专用升降设备逐年增多，这类升降设备技术难度大，安全性、可靠性要求高，还不得不依赖进口。为此中国建筑科学研究院在及时研发了曲线型施工升降机、斜线施工升降机、mini型施工升降机等新产品，应用于电站建设、三峡工程送变电长江跨越、黄河跨越、珠江跨越、中科院大气物理观测塔、香港HIT港、深圳盐田港等重大项目。

“十一五”期间，又成功地完成了“十一五”国家科技支撑计划《异型高耸建筑主体施工多功能升降机研究与产业化开发》课题，该成果为国内外首创，技术水平国际领先，荣获河北省科技进步三等奖。产品在国内大批量应用，并出口到十多个国家和地区，取得了显著的经济效益和社会效益。

针对电站冷却塔的淋水面积和体量越来越大，一般设备已无法完成施工的难题。中国建筑科学研究院开发出了国际首例液压顶升平桥。该产品解决了顶升、柔性附着、平台空中变长度、调节施工面对接、物料运输、人员升降、混凝土泵送、配重自调平等一系列重大难题。列入国家“十一五”科技支撑计划，成果达到国际先进水平。

2.9 塔式起重机、特殊起重机械及安全技术

中国建筑科学研究院是我国塔式起重机技术研发的重要基地，技术市场占有率达到30%以上。近20年，先后成功研发QTK10～40吨米快架式起重机、QTZ20～350吨米组装式、附着式、内爬式起重机和大型动臂式起重机。在“十一五”期间成功研发的TC7050型大型动臂起重机，达到国际先进水平，荣获河北省科技进步三等奖。除服务于建筑施工领域之外，中国建筑科学研究院还为我国特殊工程做出了重要贡献，主编了《塔式起重机设计规范》、《塔式起重机安全规程》、《塔式起重机》等国家标准。其中，国家标准GB/T 5031-2008《塔式起重机》获部级科技进步三等奖。

1）36吨级环形起重机环型起重机是电子加速器安装检修必用的关键装备，因其圆形双轨道运行和跨度大、建筑温变引起的随机误差无法控制等难题，全世界只有俄罗斯和芬兰两个厂家能够生产，但又是禁止出口的产品。中国建筑科学研究院解决了驱动环形同步、适时适应温变引起的变形等技术难点，设备的成功研制打破了国外技术封锁，为国家重大工程提供了关键设备。

2）月球车地面模拟六分之一微重力实验装置月球车在地面进行1/6微重力实验装置是决定月球车能否在月面实现运动的关键实验装备，国内外均无资料可供参考，中国建筑科学研究院创造性地解决了此项难题，为国家航天事业做出了贡献。

3）桥梁检测维护设备 “桥梁检测维护车”是“十一五”国家科技支撑重点计划课题，成果达到国际领先水平，填补了国内空白。

4）起重机械安全监控管理系统起重机械安全事故多发、频发是我国多年来久治不愈的顽疾。中国建筑科学研究院承担了“十一五”国家科技支撑重点课题“起重机械安全监控管理系统的研发与产业化”，成果达到国际先进水平，填补了国内空白，实现产业化后，已成功应用3000多台套，为降低安全事故起到了关键作用，同时将起重机配套出口到二十多个国家和地区。成果荣获河北省科技进步三等奖，并被列为国家级重点新产品。

2.10 桩工机械

地下连续墙施工用三轴钻机（SMW工法用）和液压抓斗是地下连续墙施工的主力设备。中国建筑科学研究院是我国桩工机械技术开发的基地，1993年与日本车辆制造株式会社合作建立了基础施工机械开发中心，重点开发桩工机械和履带式起重机等建设机械，针对全液压履带式旋挖钻机、地下连续墙施工用三轴钻机和液压抓斗、电动振动桩锤和液压振动桩锤、回转冲击式全液压履带锚杆钻机和多功能钻机等，研发了一批适用性强的先进产品和技术。承担了MG130A全液压履带式锚杆钻机、全液压履带式多功能施工钻机等国家“十一五”科技支撑计划课题和国家级课题，其中回转冲击式全液压履带锚杆钻机为国内首次研发成功的产品。主编了《旋挖钻机》、《建筑施工机械与设备钻孔设备安全规范》、《振动桩锤》、《打桩设备安全规范》《锚杆钻机》等国家和行业标准。

2.11 标准化技术工作

中国建筑科学研究院自1979年开始负责电梯、建筑施工机械与设备、升降工作平台、塔式起重机、建筑施工安全等领域的国家和行业标准的标准化技术归口管理工作，目前由我院承担秘书处的建筑机械、电梯技术相关的全国和部级标准化技术委员会共有6个：全国电梯标准化技术委员会（SAC/TC196，1992年成立）、全国建筑施工机械与设备标准化技术委员会（SAC/TC328，2008年成立）、全国建筑施工机械与设备标准化技术委员会基础施工设备分技术委员会（SAC/TC328/SC2，2008年成立）、全国升降工作平台标准化技术委员会（SAC/TC335，2008年成立）、全国起重机械标准化技术委员会塔式起重机分技术委员会（SAC/TC227/SC1，2008年成立）、住建部建筑施工安全标准化技术委员会（2012年成立）。经过几代标准人多年的努力，上述标委会已建立了科学的标准体系，完善了标准体系的管理机制，保障了本行业标准化工作的开展，得到了行业的认可和上级主管部门的肯定。

自2012年起，中国与德国联合承担ISO/TC 195建筑施工机械与设备技术委员会秘书处。受国家标准化管理委员会的指派，中国建筑科学研究院派人出任该委员会的中方主席和秘书。

2004～2012年，中国建筑科学研究院承担了5国家标准化方面的公益性科研项目，如建筑基础施工机械安全标准研究、建筑施工机械与设备标准体系研究、残障人员电梯标准研究、电梯控制系统电磁兼容标准研究等主编国家和行业标准115项，其中已发布实施67项，报批25项，在编23项。