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建大故事

【建苑】让城市的“生命线”畅通无阻——记能源与动力工程系科技创新服务首都城市综合管廊建设

部门:党委宣传部 供稿:汪洋海容 审核:高蕾 发布时间:2019-03-25
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编者按:师者,传道授业解惑。教师的一言一行是学生学习的榜样。他们无私,把自己的广阔学识毫无保留地传授给学生。他们博爱,在学校辛勤栽培,只为学生终有一天能够成为栋梁之才。他们可敬,举手投足之间饱含修养,传递为人处事之道。党委宣传部(新闻中心)开设“建苑”专栏,聚焦学校优秀教师榜样,记录他们的事迹,彰显建大教师的风采。

 

  腊月凌冬,天还未亮,环能学院能源与动力工程系副教授徐荣吉早早地已经检查好仪器设备,带着自己的研究生踏上路途,前往延庆,他们承接的是冬奥会综合管廊通风及电力舱散热特性研究项目。

 

徐荣吉团队在冬奥会延庆赛区综合管廊项目施工现场

 

  注定是忙碌的一天,这是国内首条在山岭隧道中建设的综合管廊,全长7.5公里,分为两段,目前刚刚实现结构上的贯通。如何保证管廊通风策略完备有效,大量的实测工作等待他们去完成。作为冬奥会延庆赛区的基础性保障工程,这条综合管廊将为国家高山滑雪中心、国家雪车雪橇中心、奥运村、媒体中心提供造雪用水、生活用水、再生水、电力、电信及有线电视等市政能源支持,被视为冬奥会场馆的“生命线”。“我们今天面对的不再是城市平坦地域下的管廊,山区复杂多变的地理环境和气候条件给我们带来更多的挑战。”徐荣吉告诉学生。

  到达现场时天蒙蒙亮,此时的气温是一天当中最低的时刻。零下十五度,寒冷的作业环境给刚走进山区的师生来了一个“下马威”。可是时间不等人,管廊施工工作仍在继续,留给师生们进行测量工作的时间都是在项目参建各方单位的积极协调下争取来的,机会难得。徐荣吉按照事先制定的计划将学生分成两组,各自安排好职责分工,很快地投入工作。

  

  攻坚克难,助力冬奥赛区管廊建设

  综合管廊在城市建设领域属于一个新兴的方向,由于刚刚起步,缺少可以参考的行业标准规范,给从事相关研究和施工带来不小的挑战。加之山区地形起伏不定,所以在测量点的选择、仪器设备的摆放等方面,团队都需要依照地形地势进行操作。虽然在学校实验室里已经根据工程图纸做了详细的测量规划,但是走入实际的工程环境,团队师生仍需要不断摸索着完善早先的设定。

 

 

团队成员在管廊内进行测量工作

 

  管廊里没有手机信号,师生就通过灯光示意和大声喊话传递讯息;尚未完全贯通的区域无法通行,学生就主动在管廊外沿着山体绕到另一端的洞口……就这样,管廊通风策略需要的风速、风量、温度、阻力等等这些宝贵的一手数据都是凭着师生的脚步,一点点搜集起来。研究生三年级的张超在准备毕业设计的同时,也来到了这条冬奥赛区的综合管廊,他手持温度测试仪在3公里长管廊主廊道徒步前行测量,数着步子每500步算作一个测量点,完成整个测试过程用了两个多小时的时间。

  参照冬奥会标准建设的综合管廊相比城市管廊内部承载的功能更加复杂,这对管廊通风提出更多要求。供水管路即要在寒冷的气候条件下不结冰,也不能温升太高,能够保证全天候进行人工造雪;场馆电力供应要求极高,其电缆负荷远超日常生活需求,需要良好通风条件排出热量;管廊设计还要符合消防要求,满足施工即运维人员需求。“小到管廊中的每一扇门、每一个支柱,大到山区管廊两个端口有上百米的高差形成自然风,这都会对管廊的通风产生影响。”徐荣吉说。如何在这些众多的影响因素中寻找一个平衡点,团队结合数据多次在试验台上模拟复杂工况进行精确测算。最终,团队提出“入口自然进风,出口机械排风”的策略,让管廊内部保持负压状态,这样既为各舱室提供了正常的运转环境,又能在遇到火灾等事故工况时不会助长险情,将损失降低。

  随着施工进度的不断推进,团队还有很多的测量工作要在不同时间节点逐步完成,项目勘察设计单位北京市水力规划设计研究院希望徐荣吉团队能够为管廊提供一份后期实测运维方案。从先前通风系统的设计计算,到对管廊通风系统的阻力、冬夏季电力舱散热等进行详细的实测分析,再到最终完成通风系统设备的选型,徐荣吉和他的团队全程参与管廊通风策略技术指导。他们根据仿真计算及实测数据并提出的方案为项目牵头方完善图纸、保证管廊安全高效运营贡献了“建大智慧”。

  

  创新发展,为城市副中心保驾护航

  事实上,在延庆冬奥赛区综合管廊项目之前,徐荣吉团队所在的学校“城市地下空间与综合管廊研究中心”,就与北京市市政工程设计研究院、北京市水利规划设计研究院、中冶京诚工程技术有限公司等活跃在重大项目工程一线的科研院所、企业公司等开展了一系列密切的合作。特别是在北京城市副中心建设过程中,环能学院牵头北京市科委项目,参与完成综合管廊安全技术研究课题,并在北京城市副中心进行应用示范。

  通州城市副中心建设目标要打造现代化国际新城,副中心的城市综合管廊也要成为具有世界先进水平的“智慧”综合管廊。项目建设之初,设计和施工主要依据的是每个管线各自的安全标准和施工要求,这不仅无法将诸多市政资源集中到城市综合管廊中形成体系,而且参考数据大多陈旧落后,完全不适应现代城市建设需求。

 

 

许淑惠教授带学生在通州城市副中心综合管廊进行测试工作

 

  为此,环能学院教授许淑惠果断创新,带领团队在试验台仿真模拟各种燃气泄漏的复杂工况,推演完成不同情境下综合管廊的安全运转环境,基于此形成通风策略和运维方案。实现燃气入廊是一项极具挑战性的成果,在此之前,因为易燃易爆危险性,国内还很少有工程将天然气管道接入城市综合管廊。团队的过人之处不仅在于实现通州新城全域燃气入廊,而且还提出了“管线降压在线修补技术”,提出将《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015中综合管廊中发生天然气泄漏进而切断的燃气浓度值由爆炸下限的25%提升至爆炸下限的40%。也就是说,如果在使用过程中及时发现泄漏情况,在泄漏不是很严重的情况下,可以通过降低供气压力进行在线修补,保证天然气供应不间断。

  “行业暂时缺少的规范标准,我们根据研究和实践总结,不再适用的标准我们努力完善。”许淑惠提出副中心城市综合管廊内电力舱的通风区间要由原先标准规定的200米为一个区间延长至400米为一个区间,这样就大大节省了管廊通风设备建设开支和后期运维开支,管廊建设的费用进一步降低。“这些方案都是我们通过基础实验研究后结合实践进行论证的。我们希望能让管廊更加普及,更加方便城市生活。”许淑惠说。

  在参与通州副中心管廊建设的整个过程中,团队实现多项技术创新,梳理和完善了行业诸多指标数据并总结形成行业标准。目前,相关成果已被引入团队正在主持的住建部科技项目——“城市地下设施统筹规划建设研究”,这是我国目前在国家层面推进开展的关于城市地下设施统筹规划、地下资源合理开发利用的规范与标准的研究项目。团队结合人口密度、城市GDP、地质条件等因素,推演出一套完成的计算公式,用于评价城市地下设施开发建设的规模、形式、种类等,相关成果将以导则的形式最终呈递给住建部。城市地下设施属于一次性开发,后期不会再大修大补,制定这样一份导则的意义不言而喻。

  

  学生参与,科研支持教学培养创新人才

  在环能学院能源与动力工程系,每位教师指导3、4名学生参与创新实践是一直以来的传统,这不是单纯为了完成学校规定的创新学分毕业要求,而是系里“人人参与课题、人人参与创新”的氛围感染着每一个人。“通州副中心综合管廊项目和冬奥会延庆赛区综合管廊项目,我在读本科时就参与完成其中很多工程数据的测算。”去年本科毕业后又考取本校硕士研究生的马博洋说,“我们每周跟指导老师基本上都是每天见面,项目中遇到不懂的问题就直接请教。”

  为了切实提升学生的科研水平和实践能力,在日后能够真正走向工程一线解决实际问题,老师们从培养方案和课程大纲入手,根据领域研究动态和行业发展人才需求,不断调整教学内容,为不同发展方向的学生设立各成体系的培养方案。系里还广泛开设创新训练选修课,把老师们正在做的工程课题带入课堂,指导学生学习并掌握BIM、绿色环境、分配式能源等诸多新兴领域知识。研究生李宏宇和李浩天是北建大的新人,他们说,在这里有丰富的选修课程,能够极大地开拓视野。“有的专业选修课没能选上,我们也会每节课去旁听。”据许淑惠介绍,创新课程要求学生提交工作报告,而且指导老师必须按时填写指导和评价记录,目的就是帮助学生遇到问题就能上手解决。

  徐荣吉的办公室就设在实验室里,这里有供学生工作的工位,桌子上放着的一个小型方盒子格外引人注意。“这就是我们学生自己动手发明制作的‘桌面微空调’。”回忆起研发的过程,徐荣吉感到很开心。“当时就是跟学生打赌说要发明一个适合一个人使用的最小空调。”夏日里的一句玩笑话最终演变成为一个科技发明,并让海尔集团买走相关成果,这其中有兴趣的吸引,有钻研的乐趣,有成功的喜悦,更多的还有团队师生聚焦生活中的实际需求和问题,凭借双手和智慧完成创新的过程。

  采访间隙,课题组收到了北京市市政工程设计研究院管廊所发来的北京新机场综合管廊建设项目相关测算工作的委托请求。许淑惠教授还将带着团队成员,根据项目图纸,在两天时间里紧锣密鼓地开展新项目推演测算工作,为新机场管廊提供建设方案。未来,“建大智慧”还会越来越多地在北京新机场“现身”。