建筑结构·人物丨清华院刘彦生：抬起头来做设计

Original 刘彦生建筑结构 2022-12-09

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导读

当下建筑行业市场变幻莫测，与其踌躇不定，不如立足当下。为此，《建筑结构》杂志社邀请部分结构专家，谈一谈当下做的项目或遇到的挑战，聊一聊关注的那些人或事，说一说自己的周边或远方等等，报道当代结构工程师的所做、所为、所思、所想。愿为迷茫犹疑中的您带去亮光，为砥砺前行中的您加油鼓劲。

本期受访嘉宾

刘彦生 清华大学建筑设计研究院有限公司总工程师、清华大学研究员

抬起头来做设计

Q1：这几年都在忙什么？

作为院里的总工，首先是要完成份内规定工作，我估计这些工作各个院的总工都差不多。除此以外，这几年我的主要精力基本都放在提升我们院结构专业总体设计技术水平上，并为此做了多方面的工作。

比如：组织了院内的结构技术交流会，各个生产部门的同事把自己做过的比较有特色、有挑战、有感悟的项目拿出来分享，大家都看看别人在做什么，这对于拓展大家的视野、完善技术能力都很有帮助。

▲清华院院内结构技术交流会

再比如，现在每年可以申报院级科研课题，结构工程师在设计中遇到什么难题，需要攻关解决的，就可以申请经费，这也是提高我们院结构设计能力的一项重要举措。另外，现在基本所有项目在方案阶段都会进行院级结构评审，院里的总工们来给每个项目提意见，一方面保障了项目结构方案的合理性，同时也能帮助设计师们查漏补缺，尽快提高。

这两年还组织了院内优秀结构设计项目的评选，多展示做得好的项目，也提升大家的积极性。对于项目中碰到的共性问题，会组织专题研讨，集中力量，集思广益，解决重点难点问题。

除了以上这些常态化的工作，这几年还有若干项具体的工作。比如：我们院和东南大学建筑设计研究院共同牵头，联合天津大学建筑设计规划研究总院、哈尔滨工业大学建筑设计研究院、中国建筑西南设计研究院、中国建筑西北设计研究院等共同编写第三版《建筑抗震设计手册》。

新版手册一方面是适应规范的调整，另一方面，也要适应这20年来抗震设计技术的提升，适应结构设计难度的提高。20年前，可能砌体结构在项目中还占到相当比例，到了今天，我们的工程师要面对的是钢结构、装配式、减隔震设计等等新领域。但是，目前多数情况下，抗震设计还是比较偏“条文”化，工程师应对复杂项目有时会力不从心。“授人以鱼，不如授人以渔”，我个人觉得，只有真正掌握设计背后的原理，设计师才能更加从容地应对工作中的挑战。这也是我们想在新版的《建筑抗震设计手册》中体现的。

▲《建筑抗震设计手册》讨论会

现在的项目越来越复杂，条件越来越“苛刻”，要用一本书给出方方面面的解答是不可能的，为此，我们更加侧重整个抗震设计知识架构的梳理，强调内容的逻辑性和来龙去脉。除了这本手册，我们目前也在和东南大学建筑设计研究院联合编撰结构专业的技术措施，另外也准备出版我们院结构专业的作品集。编纂这几本书的初衷都是一致的，那就是——高水平的结构工程师、高水平的结构设计，必须要回到力学的原理，从原理出发来做设计。设计师在成长过程中，要注重培养良好的设计习惯和工作方法，这样才能为解决创新性项目打好基础。

*清华大学建筑设计研究院有限公司总工程师刘彦生在“第七届全国建筑结构技术交流会”上的报告中提出“对力学基本原理的应用贯穿在整个设计过程中，有利于快速确定结构方案，有利于保证结构方案的合理性”观点，并用四个例子阐述力学基本原理的重要性，点击图片可查看更多信息。

在我们院的结构作品集中，包含了近些年完成的石家庄国际会展中心、亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所、上海中国博览会会展综合体（四叶草）（与华东院合作设计的）等项目。

石家庄国际会展中心（图1~3）是目前世界上跨度最大且应该是唯一具有防连续倒塌能力的此类结构，采用“多榀横向索通过受压竖杆支撑于纵向索之上的双向正交悬索结构”，从建筑特点和特殊需求出发，基于力学原理的分析，建立概念性的结构方案，并通过大量细致的计算分析，逐步细化和实现这个结构，具有典型的从原理出发进行设计的过程。

图1 石家庄国际会展中心外景

图2 石家庄国际会展中心内景

图3 石家庄国际会展中心悬索结构传力路径

亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所（图4~6）采用了新型“巨型柱（筒体）和普通柱框排架结构体系”实现水平和竖向复杂连体，结构形式比较特殊，可能也没有先例。该体系适应了建筑师“非典型”的建筑方案：平面由5个角部交叠的口字组成，各层取消大量楼板，呈双M形的组合平面并随高度转换方向。交叠处筒体采用钢板剪力墙，通过控制钢板墙安装顺序，在垂直荷载施加后再固定连接钢板，使其主要承受水平作用。

图4 亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所外景

图5 亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所内景

图6 亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所复杂连体示意

亚洲基础设施投资银行总部更多内容可查看：建筑结构丨热点关注！深度剖析亚投行总部永久办公用房结构设计！

上海中国博览会会展综合体B展厅及规模提升工程（图7~9），在项目周期紧张，设计时间很短的情况下，选取可以采用分段设计的结构方案，设计与加工周期得以缩短，确保项目按时完成。同时解决了超大建筑平面钢结构的温度应力问题、超大长细比外围柱、模块化设计与施工、钢结构厚板专项研究等问题。

图7 上海中国博览会会展综合体鸟瞰

图8 上海中国博览会会展综合体主入口

图9 上海中国博览会会展综合体外围受拉柱概念

上海中国博览会会展综合体更多内容可查看：建筑结构丨世界上面积最大的会展综合体——中国博览会会展综合体商业中心结构减震设计。

另外，我们院内这几年对钢结构设计进行了比较深入的探讨。因为过去大家多数都是混凝土结构做得多，钢结构项目只是近些年才多起来，很多工程师还是以做混凝土的思路来做钢结构，这样不仅做不好，有时候还会带来安全隐患。为此，我们最近在做一些关于钢结构体系、构件和截面方面的研究探讨，包括重点对热轧H型钢的应用问题进行了摸底。

这项工作最初来源于马钢集团委托我们进行的一项关于热轧H型钢的研究。热轧H型钢优点很多，比如不用焊接、性质稳定等等，在发达国家用得也很广泛。但在国内，虽然产量不低，但建筑领域用的比例不高。这里面除了经济因素外，还跟目前热轧H型钢的截面用于工业建筑领域很合适，但是在民用建筑领域与设计习惯等不是很兼容有关，这都是我们正在研究的问题。在亚洲基础设施投资银行总部永久办公场所、上海中国博览会会展综合体规模提升项目中，针对一些大跨、重载的使用场景，我们对重型热轧H型钢进行了相对仔细的研究和探索。

最近我们还做了几个有意思的项目，其中就有昆明的国家植物博物馆（图10~12），这个项目的屋盖是非传统异形网格，结构形式复杂，长度379m，宽316m，结构最大跨度超过90m，悬挑20m。材料上根据建筑要求，采用胶合木或铝合金，两种方案进行对比设计。木结构方案采用钢木组合空间曲面板和木拱壳两种体系；铝合金方案采用空间网格结构。

针对这两种不熟悉的材料，我们就贯彻了从原理出发做设计的思想，首先研究材料，比如木材和铝合金材料的特性。其次，针对各体系不同特点，对建筑网格布置进行调整，既要实现结构传力简洁有效，又要保证建筑随意自然的外观效果。由于两种新型材料的节点技术都有不太成熟的地方，建筑师又对节点造型提出严格要求。我们通过研究分析各类木节点、钢木组合节点、铝合金节点，总结开发了适用于本项目的新型节点。

图10 国家植物博物馆鸟瞰效果图

图11 国家植物博物馆效果图

图12 基于受力特点的钢、木构件分布

这些年来，我们遇到类似项目时都会要求项目组按这个思路展开工作，每遇到一个新的领域都要争取比较快地掌握核心技术。在九寨沟景区沟口立体式游客服务设施建设项目（图13~15）中，我们在国内率先使用胶合木互承式结构，设计过程中深入研究了胶合木结构节点和构件的受力特性，提炼总结出胶合木结构设计思想和方法，对今后类似工程的设计具有好的指导性。

图13 九寨沟景区沟口立体式游客服务设施鸟瞰

图14 九寨沟景区沟口立体式游客服务设施入口

图15 九寨沟景区沟口立体式游客服务设施项目现场

Q2：最近有哪些思考？

这里要说的所谓思考，是随着从业时间越来越长，逐渐有的想法，最近越来越清晰了。1998年我曾经和荷兰的设计公司有过合作，他们的专业能力给我留下非常深刻的印象。这么多年来我一直在想，发达国家设计公司为什么设计做得好，他们设计师的智商不见得就比我们高，专业课学得也不见得就比我们好，但是工程设计能做好，这是为什么？他们那个体系下锻炼出来的人，不得不承认水平是高的，那么我就在琢磨他们是怎么做到的？

我个人觉得还是方法论的问题。说到这，就又回到前面说的“从原理出发做设计”这句话。我们国内设计院可能长期以来在习惯上比较依赖规范，过去的建筑比较简单，该怎么做规范都定得很清楚，就和中药铺抓药一样，效率很高，这是适应当时的行业发展状况的。现在可能越来越不行了，现在建筑师的作品必须有创意和创新性才能在市场中脱颖而出，结构设计还用抓药的方式肯定做不好甚至做不出来了，不回到力学原理上，有时甚至寸步难行了。这种压力也是好事，逼着大家朝着正确的方向走。

Q3：最近一次（出国/出省）旅游或考察去哪儿了？

最近一次出国旅游去了日本福冈，印象比较深的是，无论是住的酒店还是路边的停车楼，都设置了很多支撑，并且是完全可见的，没有藏起来。酒店的餐厅里，BRB支撑就设置在用餐区，但是通过合适的装修处理，并不影响餐厅的使用，看起来也不突兀。

Q4：对我国设计行业的发展有什么看法？

我进入土木行业，做结构设计其实是被动选择。我小时候的理想职业是医生，1984年高考时，北医在我家乡天津的招生名额少，只有5名，没敢报北医，清华招50个，我就报了清华，说起来好像很凡尔赛，但确实是这样。进了清华本来是想学建筑，我美术还挺不错的，中学时画漫画还在全市得过奖，但是被“工业与民用建筑专业”这个名字误导了，以为就是学建筑的，结果进了土木系。这一学，就是快四十年了。

年轻的时候干项目比较懵懂，经过这些年的积累，逐渐稍微清晰一些，对行业的了解也深入了一些，现在我觉得可能主要有这么几个问题：

首先是人的问题。结构工程师应该是对人的能力要求非常高的职业，工程师要从众多纷繁复杂的边界条件、受力工况、材料特性等外部参数中整理统合出最不利的情况，然后经过简化、计算、判断出安全可靠的“较优解”。这是非常考验个人能力的，不是单一路径的数字推理，非黑即白的简单判断。但是过去在计划经济体制下，设计习惯比较“高效”且简化，这当然极大的提高了设计效率，解决了当时国情下的建设问题。但是随之而来的可能是使多数设计者变成了“匠人”，没有给设计人足够的时间和机会去思考，降低了整个行业的技术含量。

其次是市场的问题。我国这三十年的高速发展也是建筑业大发展的黄金期。中国这个大市场给我们这个行业带来的好处是显而易见的，但是也相应带来了产能过剩，出现了“萝卜快了不洗泥”的现象。随着国际化、全球化市场的到来，建设量的平稳化，建筑业也到了必须面对冲击的时刻，我觉得建筑设计业可能会即将迎来一场彻底的洗牌。在去产能过程中怎么不被淘汰，怎么度过这个调整过程，不管是企业或个人可能都需要好好考虑。我国电子、互联网等较早市场化的行业是比较典型的例子，只有真正了解市场、投入创新研发的企业或个人才能保有一席之地，只是追热点、拼价格或墨守成规，可能终将掉队。当然，在这么残酷的市场竞争下经历大浪淘沙，我相信行业一定会重新找到定位、焕发活力。

Q5：对行业里的年轻人有什么建议？

我建议现在行业里有能力的年轻人，应该尽快调整自己，必须要真的提升，做到人无我有，人有我好，人好我早。

要学习方法论。几十年实践下来，我觉得这是发达国家工程设计思维体系下一个特别有用的东西。不管做什么，都要从原理出发，理解事物的本质，在我们结构设计这个行当就是理解力学原理。要抬起头来做设计，要从受力分析开始进行设计，而不是仅仅依靠条文规范来做设计，不要过分依赖“黑箱”设计软件，这一点非常的重要。结构设计没有唯一解，没有精确解，设计人要学习的是在各种简化分析得到的相对准确结果中如何划定那道“正确”的界限，在满足边界条件下的“最”合理，这个是要靠对力学原理的深刻理解来支撑的。结构设计的高水平应该是体现在这种对方案的把握和优化上，而不是那种扣钢筋、碰规范底线的优化。

要积极投入研发创新，准备迎接市场洗牌。市场必定会出现特异复杂定制和大规模标准化两级分化，设计人要做好准备，从技术创新角度占领复杂定制市场；通过科研投入，从方案创新角度引导占领标准化市场是最好的策略。单纯的靠量，代价必然是非常残酷的，也不利于个人发展。

市场决定行业的未来走向，直接对接市场的设计和建设岗位才是行业发展的最前沿，也是最需要人才的地方。我国建筑设计业的现状并不是很令人满意，投入产出比比较低，但同时也是个人发展的机会，有志于此的年轻人要更加积极努力提高自身能力，单纯靠“条文”未来的路可能是比较艰辛的。

作者简介

刘彦生

清华大学建筑设计研究院有限公司总工程师

清华大学研究员

1989年毕业于清华大学，国家一级注册结构工程师、英国皇家注册结构工程师（ISTRUCTE）、《建筑结构》编委、《建筑钢结构进展》编委、北京市土木建筑学会副理事长、中国建筑学会建筑结构分会常务理事、中国建筑学会高层建筑人居环境学术委员会副理事长、中国勘察设计协会结构分会常务理事、中国钢结构协会专家委员会委员等。

长期从事建筑结构工程设计及研究工作，特别在复杂结构及地基基础领域具有丰富经验。三十余年来完成各类工程项目70余项，获得20余项省部级及以上设计奖项。主持结构设计的石家庄国际会展中心获Structural Awards世界结构大奖大跨类表彰奖及多项国内奖项；主持结构设计的亚洲金融大厦暨亚洲基础设施投资银行总部项目获得CTBUH亚洲最佳高层建筑奖；其他代表项目还包括：中国博览会会展综合体（上海）、新中国成立70周年天安门广场巨型景观工程“红飘带”、清华大学光华路超高层建筑校区、大型剧场清华大学百年会堂等工程。

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责任编辑：吴定燕

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