攀登摩天大厦的学科带头人——辽宁省勘察设计大师陈勇掠影

文/高 原

1992年，陈勇从哈建工硕士毕业入职中建东北院，一直从事结构设计与科研工作，主持设计项目100余个，完成国家级、省级超高层抗震超限审查建筑20余项。获辽宁省优秀设计一等奖2次、二等奖2次，总公司优秀设计一等奖2次；申请和完成国家自然科学基金项目1项、财政部科研课题1项。获得全国工程建设项目优秀设计成果二等奖1次，辽宁省科学技术进步三等奖3次。

2006年初，陈勇经过四年脱产学习，在获得工学博士学位后，继续回到东北院。2008年陈勇受命组建东北院科技研发中心，2011年又组建东北院BIM中心，将设计中遇到的技术难题作为系统的科研课题进行研究与解决，真正实现了“产、学、研”一体化的设计科研模式，充分体现出科研工作对设计的支撑作用，大大提升了单位的设计与科研水平；在其组织下，科研中心完成的ABAQUS的混凝土本构模型与前后处理程序，突破了国内该技术领域的瓶颈，简化了结构弹塑性时程分析难度、减少了计算成本，填补了东北院在结构抗震设计领域的空白，处于国内领先水平；考虑流固耦合的风洞数值模拟的风工程研究成果处于国内设计行业的先进地位，并在东北地区得以首次应用，弥补了中建总公司抗风设计研究领域的不足；其主持研究的《双向超长混凝土无缝设计与施工技术》科研成果，在辽宁省多项工程中的应用，为建设者节约了大量投资。

东北院科技研发中心是中建二级企业中首家成立的专门科研机构，旨在提高东北院整体科研水平与实力，是一个专门针对高端设计开展研究与技术储备的科研部门。目前有研究人员33人，其中，博士2人、硕士22人，国家一级注册建筑师1人、结构工程师5人、设备工程师2人、监理工程师1人、建造师1人；科技研发中心由超高层建筑研究室、大跨度建筑研究室、建筑计算与软件研究室、绿色建筑研究室、建筑产业化研究室等5个部门组成。

研发中心将设计中遇到技术难题进行提炼、整理，申请总公司、财政部课题进行系统研究解决，并将成果应用于实际工程的设计中，提升东北院的设计水平与实力。其研究成果“动力弹塑性时程分析前后导入程序和混凝土本构关系的二次开发”，已达到国内同行业先进水平，填补了东北院结构分析技术的空白，并将该技术应用于多个实际工程的抗震超限审查中，受到评审专家的好评。目前采用该技术进行抗震分析的建筑已近100万m2，取得了显著的经济和社会效益，使东北院结构设计水平由“大院”向“强院”迈出了坚实一步。

1998年陈勇作为结构专业负责人设计的辽宁大剧院

辽宁大剧院、辽宁省博物馆项目为大型建筑工程，建筑设计造型新颖别致，功能多样复杂。设计完成于1999年1月，竣工于2001年，建筑面积5.2万m2，地下1层，地上5层，基础深度7.8 m，建筑高度39 m，主体结构为框架结构体系。在结构设计中，遇到了超大结构平面、大跨度、大空间、楼层错落不齐、大悬挑梁等技术难题。通过对地质资料的研究、结构整体计算分析和多方案比较，选择了既节省费用又构造简单的独立基础加构造底板的基础形式；采用设置施工后浇带的方法，解决了超大平面设置永久温度缝给建筑使用功能带来的诸多不便；通过控制框架柱的轴压比、配筋率，满足了建筑大空间、错层对结构抗震设计的要求；通过设置斜向压杆及配置预应力筋的方式，解决了大悬挑梁及大跨度梁的设计难点。工程实践证明：辽宁大剧院的结构设计运用适当的设计手段，既满足了规范的要求，又达到了预期的各项建筑使用功能，同时还方便了施工，节约了建造成本。

风洞数值模拟技术需要深厚的流体力学的理论知识和对有限元分析的深入理解与编程技巧，一直是国内设计单位的一个禁区，国内开展该方向研究的单位几乎均在高校等科研机构，他们在分析中采用的大多数是“刚性（建筑）”模型，建筑物由于被假定为刚体，仅仅能考虑到建筑对风环境的影响，而不能考虑到风对建筑产生的影响（变形）。一般来说，对于低矮建筑数值模拟的精度还可以保证，但对于超高层建筑则存在不能考虑横方向风振效应的问题，而超过一定高度的建筑（如300 m以上），横方向风振的危害要远远超过顺风方向。科研中心提出的“风洞数值模拟的流固耦合技术”，摒弃了风洞数值模拟刚性模型的缺点，采用自主研发的可以考虑建筑模型刚度的新思路，突破了技术瓶颈，已达到国内同行业领先水平，并在东北院一些重要的实际工程中进行了尝试，取得了初步成果。目前采用该技术进行抗风分析的建筑已近50万m2。

近几年来，随着超高层建筑的增多，结构专业超高层建筑审查越来越频繁，而最繁琐的工作是结构计算分析完成后的成果整理与编制超限报告，研发中心为了能使设计人员从这些无意繁重的工作中解脱出来，自主编制了由计算结果直接提取相关数据形成超限报告的程序，由原来需要7～10天才能完成的编制报告的工作，变为仅仅需要1天的时间，大大提高了提取数据的准确性，节约了工作时间，减少了设计强度。

陈勇领导的BIM中心为了解决结构专业建模与出施工图的问题，编制了“由结构计算模型直接导入REVIT的结构BIM建模软件”和“由结构BIM模型直接调用结构计算数据生成施工图的软件”，有望解决结构专业BIM建模与出图的BIM应用难题；机电专业也编制了“由传统二维CAD施工图直接生成BIM施工图的软件”，此外，还开展了材料用量、声、光、电、节能、消防、区域环境等深入的BIM的研究工作。

作为建筑结构学科学术带头人，在陈勇的努力下，科技研发中心凭借东北院在超高层建筑设计领域的技术优势，还申请承担了“中国建筑千米级摩天大楼结构研究”课题。该课题是中建股份公司立项的大型研发课题“中国建筑千米级摩天大楼建造技术研究”的子课题。“中国建筑千米级摩天大楼建造技术研究”的研发，旨在通过对我国超高层建筑设计与施工技术的系统整理，形成“中国建筑”在超高层设计施工领域的技术优势，让“中国建筑”在国内同行业中具有重要的话语权，在行业竞争中处于优势地位。2015年3月，“中国建筑千米级摩天大楼建造技术研究”结构专业完成了千米建筑风洞试验工作。该次试验主要进行了刚性测压实验和大雷诺数实验，通过试验探索各重现期的风速，分析梯度风高度与风速间关系，获得千米建筑物的等效静力风荷载和建筑表面围护结构峰值风压，进行各高度平台风环境的舒适度与安全性分析，进行附加阻尼系统的研究，评估建筑的烟囱效应与建筑风致噪声。试验采用1∶450、1∶600 的比例模型，每个模型测点总数达

1994年陈勇设计的沈阳丽都喜来登大酒店（原华阳国际大厦）

沈阳丽都喜来登大酒店项目（原华阳国际大厦）为特大型建筑工程，设计完成于1994年5月，竣工于1996年，建筑面积14万m2，地下2层，地上29层，基础深度10.8 m，建筑高度99.8 m，采用天然地基筏板基础形式，主体为框支剪力墙结构，在沈阳地区首次采用高位框支梁悬挑设计技术，为当时我国在框支剪力墙结构技术中的领先水平，主体结构在投入使用后的近20年中，状态良好。

2006年陈勇作为结构专业审定人设计的沈阳中街恒隆广场

沈阳中街恒隆广场项目为特大型建筑工程，设计完成于2007年5月，竣工于2009年7月，建筑面积21.1万m2，地下3层，地上4层，基础深度18.9 m，建筑高度24 m，采用构造底板与独立基础形式，主体为框架结构体系，局部采用型钢框支转换柱与钢结构。该建筑平面尺寸为180 m×190 m，在沈阳地区同类设计中首次采用地上地下双向混凝土结构无缝设计技术，没有设置永久的伸缩缝，为建设方节约了较大使用面积与建造资金。该项技术在后来的多个工程设计中得到了广泛的应用，节约建筑面积近3千平方米，取得了8 000余万元的经济效益。

2000年陈勇作为结构专业负责人设计的中国医科大学图书、教学、科研楼

中国医科大学图书、教学、科研楼项目为大型建筑工程，设计完成于2000年7月，竣工于2001年12月，建筑面积5.9万m2，地下2层，地上19层，基础深度8.6 m，建筑高度95.0 m，采用天然桩筏基础形式，主体为无梁楼盖剪力墙结构体系。在该工程设计中，基础采用了梁式筏板技术，在保证结构基础受力合理的前提下，节约了大量的钢筋与混凝土用量；在楼层设计中，采用了预应力混凝土无梁楼盖技术，大大降低了层高，在建筑总高度不变的情况下，增加两个标准层的建筑面积，受到建设单位的高度赞扬。

2008年陈勇作为结构专业负责人设计的沈阳恒隆市府广场

沈阳市府恒隆广场塔楼一项目为特大型建筑工程，设计完成于2009年1月，2014年主体工程封顶，主楼与裙房总建筑面积40万m2，地下4层，地上68层，基础深度22.3 m，建筑高度350 m，采用桩筏基础形式，主体为框架-核心筒混合结构体系，属于全国抗震超限项目。该工程为沈阳金廊代表作，结构专业设计由东北院与奥雅纳合作进行，从结构整体计算、基础设计、施工图设计和节点设计等等均经过了全国及辽宁省专家的评审，该工程采用了LS-DYNA和ABAQUS两种大型计算软件进行了弹塑性时程分析。

沈阳市府恒隆广场塔楼二项目为特大型建筑工程，设计完成于2010年1月，主体工程在建，建筑面积23万m2，地下4层，地上76层，基础深度24.3 m，建筑高度380 m，采用桩筏基础形式，主体为框架-核心筒混合结构体系，属于全国抗震超限项目。该工程为沈阳金廊代表作，是目前沈阳在建的最高建筑，结构专业设计由东北院与奥雅纳合作进行，从结构整体计算、基础设计、施工图设计和节点设计等等均经过了全国及辽宁省专家的评审，该工程在辽宁地区首次采用了ABAQUS和FLUENT大型有限元程序进行了弹塑性时程分析和风洞数值计算。

2010年陈勇作为结构专业审定人设计的沈阳财富中心（三期）A座

沈阳财富中心（三期）A座项目为特大型建筑工程，设计完成于2010年10月，2014年主体竣工，建筑面积11万m2，地下6层，地上44层，基础深度21.2 m，建筑高度179.9 m，采用天然筏板基础形式，主体为框架－核心筒混合结构体系，属于辽宁省抗震超限项目。从结构整体计算、基础设计、施工图设计和节点设计等等均经过了辽宁省专家的评审，该工程采用了ABAQUS和FLUENT大型有限元程序进行了弹塑性时程分析和风洞数值计算。2 120个，采用格栅+挡板组合方式，在风洞中模拟了千米高度范围内的风速剖面，整个试验历时32天。试验为千米建筑结构抗风设计提供依据，为结构风洞数值模拟提供了基础数据。

2015年9月21日，中国建筑股份有限公司科技与设计管理部在北京组织召开“中国建筑千米级摩天大楼建造技术研究”科技成果鉴定与课题验收会议。该课题由中国建筑技术中心、中建东北设计院、中建三局、中建设计直营总部、中建一局、中建安装、中建装饰、中建钢构等12家单位共同完成，并顺利通过了成果鉴定和课题验收。该课题是国内外首个贯穿研发、设计、施工全过程的千米级超高层大型科研项目。鉴定委员会由两位中国工程院院士、5位国家工程勘察设计大师和4位行业知名专家组成。鉴定委员会认为：中建股份对千米级摩天大楼建造技术进行前瞻性研究，对于推动我国超高层建造技术的发展具有重大意义；课题组针对千米级摩天大楼的特点，在建筑、结构、机电、材料、施工等方面进行了系统研究，取得了一系列技术创新和研究成果，总体达到国际领先水平，同意课题通过技术验收。

东北院研发中心成立以来，在陈勇的组织下，共获得财政部课题立项1项、总公司科研课题立项9项、沈阳市科研课题2项，立项科研经费1 200余万元（获科研资助700余万元）；获沈阳市科研设计单位十大科技成果奖1次，辽宁省科技进步三等奖3次；几年来，研发中心承担了沈阳中街恒隆广场（200 m地上地下超长结构）、沈阳市府恒隆广场（350 m、380 m超高层建筑）、沈阳财富中心三期（180 m超高层建筑）、乐天中心（275 m超高层建筑）等20余栋国家级、省级抗震超限工作，获辽宁省优秀设计一等奖2项；辽宁省BIM优秀设计一等奖2项、二等奖2项、三等奖1项；主持完成了辽宁省建筑标准2部，沈阳市建筑标准2部，参编国家建筑标准3部；获发明专利授权4项、实用新型专利授权31项、获得著作权11项；发表核心期刊论文30余篇（核心期刊25篇，EI收录3篇）。

陈勇认为，建筑设计是设计企业生存发展的经济基础与技术基础，但仅仅按规范进行设计还没有到达建筑研究的水平，只有加强对建筑设计中遇到的技术难题、突破规范的地方进行研究，提出自己独到的见解、意见，才能形成具有创造力的核心技术。近年来，我国各专业的规范、规程修改的频率越来越高，究其原因主要是不断更新的技术、不断推出的研究成果所致，为此，设计院应该加强这方面的研究力度；但设计院的科研工作，应该以解决设计难点、难题为基础，并且要加强科研成果的转化，将研究成果及时应用于实际设计中，形成研究从设计中来、到设计中去，提升设计水平的良性循环，实现研究对设计的支持目的，强调科研源于设计，升华于设计，服务与设计的创新理念。