建筑结构设计领域的第三次革命

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陈青来：男,山东大学教授.建筑结构设计：方向为结构设计的系统与整合方法（平法）；国家建筑标准设计：方向为结构设计的广义标准化；建筑减震减灾：方向为建筑结构的隔震、消震与制震.

获得主要荣誉：1996年为建设部科技成果推广先进工作者,1996年为山东省“八五”建设科技先进工作者,1996年获山东省科技进步二等奖（首位）,1997年荣获国务院政府特殊津贴,1997年获建设部科技进步二等奖（首位）,他的科技成果“平法”1997年列为国家级“九五”科技成果重点推广项目,1999年为山东省科技拔尖人才,1999年荣获我国最高设计奖“全国工程建设标准设计金奖”（首位）.

做建筑设计的人都知道,目前我国建筑结构设计领域广泛使用的“建筑结构施工图平面整体设计方法”（下简称“平法”）,与传统方法相比可使图纸量减少65～80%；若以工程数量计,这相当于使绘图仪的寿命提高了三四倍；而设计质量通病也大幅度减少；以往施工中逐层验收梁的钢筋时需反复查阅大宗图纸,现在只要一张图就包括了一层梁的全部数据.

为广大设计人员带来福音的就是“平法”的创始人,山东大学教授陈青来先生.

记者：陈教授,请您谈谈当初萌生“平法”构想的情况好吗?

陈教授：我国的建筑结构施工图设计经历了三个时期：一是建国初期至90年代末的“详图法”（又称配筋图）；二是80年代初期至90年代初的“梁表法”；三是90年代至今普及的“平法”.

1982年,我从湖南大学工业与民用建筑专业毕业后,分配到山东从事结构设计的研究工作.在实际运用中我逐渐感到,作为“梁表法”的配套软件,我国1986年开发的结构CAD软件存在以下弊病：建筑结构设计人员的工作量剧增,其中70-80%用于画图；计算机的普遍使用表面上将设计人员从繁重的计算工作中解放出来,但从整体看,全国大多数设计项目仍以人工制图为主；即使利用计算机绘图,由于现有的CAD软件依据传统设计方法编写,表达繁琐,图纸量比手工绘制还多,设计成本反而更高.也是因为这个原因,设计中的“错、漏、碰、缺”成为质量通病.另外,建筑专业经常半路调整和修改平面,结构设计不得不作相应改变,而框架、剪力墙等是竖向表达的,由于各个专业间的表达不一致,变更设计时牵一发而动全身.如若在紧张状态下出图,往往顾此失彼,形成新的“错、漏、碰、缺”.而大量的“同值性重复”和“同比值性重复”的出现,使得设计效率极低,质量难以控制.

也就从那时起,“平法”的概念便在我的头脑中萌芽了.

记者：“平法”的产生,也借鉴了国外的先进经验了吗?

陈教授：1991年,我在日本、挪威等国研修、留学和考察期间发现,发达国家设计事务所完成的结构图纸通常没有节点构造详图,节点构造详图是由建筑公司（施工单位）进行二次设计,设计效率高、质量得以保证；有些结构设计甚至只给出配筋面积,具体配筋方式由建筑公司搞,出图效率更快.这对我的启发很大.

反观我们的构造做法,构件节点构造和构件节点外的杆件构造两大部分均不属于设计工程师的创造性设计内容,通常只要直接遵照规范和借鉴某些版本的构造设计资料来绘制即可,因此,传统设计中存在大量重复,且大部分是离散的信息中构造做法的简单重复也就不足为奇了.如果改变传统的“构件标准化”为“构造标准化”,不仅能够大幅度提高标准化率和减少设计工程师的重复性劳动,同时,由于设计图纸中减少了重复,从而相应地会大幅度降低出错概率.

基于上述的认识,我认为应该有一个不存在任何完整的标准化构件,但却包罗结构必须存在的节点构造和节点外构造标准设计的新方法.这两大类构造可适用于所有的构件,但却与构件具体的净跨度、净高度、具体截面尺寸无限制性的关系；与构件所承受的荷载无直接关系；与构件截面中的内力无直接关系；与设计师根据承载力要求所配置钢筋的规格数量也无直接关系.于是,我将具体工程中大量采用,理论与实践均比较成熟的构造做法编制成建筑结构标准设计,对各类结构构件的节点内和节点外的构造做法实行大规模标准化.这样的标准化方式不仅适用范围广,而且不替代结构设计工程师的责任与权利,完全尊重结构设计工程师的创造性劳动.这种新型标准化方式,相对于“构件标准化”可定义为“广义标准化”方式.对于现浇钢筋混凝土结构,其标准化率可高于30%.

记者：“平法”首次在实际应用中大显身手是在什么时候?

陈教授：1991年10月初,山东省济宁市工商银行因为要将营业楼的建设纳入本年度的资金使用计划,要求山东省建筑设计研究院必须在三个月内完成设计.当年,以三个月不到的时间完成16000m2的结构设计相当困难.按照惯例,即使是最优秀的设计师平均每天最多也只能完成100m2的工作量,也就是说,16000m2由一人做最快也要160天才能完成.

我在看过对方提供的各项资料后,感到这是实践“平法”的一次良机.因此,我不仅欣然接受了任务,并承诺能够按时完成任务.

之后我利用自创的“平法”进行操作,仅40天时间就完成了任务.一位负责图纸审核、1958年毕业于同济大学的高级工程师在经过认真的审核后,对没有一处“错漏碰缺”非常惊叹：“真是天衣无缝!”

就这样,“平法”技术不胫而走!此后的3年,“平法”先后在几十项工程设计上得到了成功实践.1994年底,受北京有关部门邀请,我为在京的100所、地方和部队大型设计院做“平法”讲座,首场便引起轰动效应,随之业界也对“平法”重视起来.而至今为止,我已在全国各地做“平法”推广讲座近百场次.

记者：权威部门对“平法”是如何评价的?

陈教授：1995年7月26日,由建设部组织的“《建筑结构施工图平面整体设计方法》科研成果鉴定”在北京举行.会上,我国结构工程界的众多知名专家对“平法”的六大效果一致认同：

够简单,“平法”采用标准化的设计制图规则,结构施工图表达数字化、符号化,单张图纸的信息量较大并且集中；构件分类明确,层次清晰,表达准确,设计速度快,效率成倍提高；“平法”使设计者易掌握全局,易进行平衡调整,易修改,易校审,改图可不牵连其它构件,易控制设计质量；“平法”能适应业主分阶段分层按图施工的要求,亦可适应在主体结构开始施工后又进行大幅度调整的特殊情况.同时,有利于施工质量的管理.

易操作,“平法”采用标准化的构造详图,形象、直观,施工易懂、易操作；标准构造详图可集国内较成熟、可靠的常规节点构造之大成,集中分类归纳后编制成国家建筑标准设计图集供设计选用,可避免构造做法反复抄袭及伴生的设计失误,保证节点构造在设计与施工两个方面均达到高质量.

低能耗,“平法”施工图是有序化、定量化的设计图纸,与其配套使用的标准设计图集可以重复使用,与传统方法相比图纸量减少70%左右,综合设计工日减少2/3以上,每10万m2设计面积可降低设计成本27万元,在节约人力资源的同时还节约了自然资源.

高效率,在推广“平法”比较早的建筑设计院,建筑设计人员与结构设计人员的比例已明显改变,结构设计人员在数量上已经低于建筑设计人员,有些设计院结构设计人员仅为建筑设计人员的1/2至1/4,结构设计周期明显缩短,结构设计人员的工作强度已显著降低.

改变用人结构,使用“平法”可使设计单位对工民建专业大学毕业生的需求量明显减少,为施工单位招聘结构人才留出了相当空间,从而促使设计人才分布趋向合理.

促进人才竞争,“平法”的使用可以促进设计行业的人才竞争,促进结构设计水平的提高,使许多优秀的人才有较多机会进入设计单位,长此以往,可有效提高结构设计队伍的整体素质.

记者：“平法”已经在建筑结构设计领域得到普遍推广使用了,下一步您的期望是什么?

陈教授：“平法”追求的是合理,而不是完美.因为从某种意义上讲,完美意味着终结.因此,“平法”追求的是一个过程,而非目标.在这个过程中“平法”会不断地否定自身,这也符合技术科学在否定之否定中前进的自然法则.在“平法”基本理论和方法中,集成化的标准构造设计是非常重要的组成部分,当“平法”将来得以进入大学课堂,土建专业的学生开始普遍应用“平法”进行课程设计和毕业设计时,我国的结构设计才会称得上全面进入了“平法”时代.

要说期望,这就是我对“平法”的期望!