“装配”新动能点亮新未来——专访全国工程勘察设计大师杨秀仁

“装配”新动能点亮新未来

——专访全国工程勘察设计大师

北京城建设计发展集团

股份有限公司

总工程师杨秀仁

你见过这样的地铁车站建造方式吗？将工厂里预先制造好的构件像搭积木一样安装到相应的位置，一座车站就基本成型了。没错，这就是采用装配式建造技术的车站搭建方式。

随着我国经济向高质量发展阶段转型，需要大力推动轨道交通建造向智能化、绿色化转变。“把装配式建造技术引入轨道交通的建设中，则是我们轨道交通产业向智能化、绿色化发展迈出的坚实脚步。”对于全国工程勘察设计大师杨秀仁而言，这也是他近些年不断探索、努力开拓的轨道交通创新技术方向。

作为北京城建设计发展集团总工程师，杨秀仁带领着团队日夜拼搏、迎难而上、大胆创新，经过多年大量的试验和理论研究以及实际工程应用，首创了地铁车站100%全预制装配式结构模式；首次提出并研发了装配式轨道关键技术及全系列配套施工装备；首次研发复合强化超轻墙体材料并应用于车站内部结构和用房的装配化建造技术。这一系列的创新研发成果在为我国轨道交通提供更加环保、智能的建设方案同时，也进一步推动了轨道交通产业升级。杨秀仁满怀信心地告诉记者：“目前我们研发的装配式建造技术已在长春、青岛、深圳等城市的轨道交通建设中得以应用，相信在不久的将来，还会有更多的城市加入其中。”

装配式建造技术是怎样引入轨道交通领域的？装配式建造技术在轨道交通行业的应用情况如何？装配式建造解决了传统建造的哪些难点？未来轨道交通智能化、绿色化建造的发展方向在哪里？带着这些问题，近日《世界轨道交通》记者对全国工程勘察设计大师、北京城建设计发展集团股份有限公司总工程师杨秀仁进行了一次专访。

装配式技术“结缘”轨道交通

装配式建造技术是以工厂化、批量化、模式化生产的预制构件为主,通过工业化、机械化施工技术在现场工地将构件连接为整体的新一代建造方式。目前装配式建造技术已应用在了建筑工程、桥梁工程以及盾构隧道工程等领域。

谈起装配式建造技术是如何与轨道交通“结缘”时，杨秀仁谈到，早在上世纪90年代他担任北京地铁5号线项目负责人时，第一次将盾构建造技术引进北京轨道交通区间隧道工程建设，随着北京地铁盾构隧道试验段工程研究和建设的开展，受盾构隧道装配式衬砌的启发，他对装配式技术建造地下结构产生了浓厚的兴趣，之后还出版了专著《北京地铁盾构法隧道设计与施工》，并主编了国标《盾构隧道设计标准》，不断的总结和探索之后，装配式情结便深深烙印在了他的心底，并产生了更大的憧憬。随即，杨秀仁拿出了一叠长春地铁2号线的照片，这是他“装配式车站”之梦的开始。他兴奋地告诉记者：“长春地铁2号线是国内首个采用装配式技术建造车站的轨道交通线路，也是我们团队攻克的首个装配式项目。”

长春市地处我国东北的严寒气候区域，轨道交通建设每年有4～5个月的冬歇期，这对工程进度产生了极大的影响。为了解决东北冬季施工难题，杨秀仁提出了搭建“装配式车站”计划，即采用预制装配技术，让地铁车站完全像搭积木一样拼装而成。从2012年开始，他便率领研究团队以长春地铁2号线袁家店站为试验段，在国内首次对明挖条件下的地铁车站预制装配技术进行了系统研发。

地铁车站采用装配式技术是一个巨大的系统工程，涉及设计、生产、施工、验收、使用、政策引导与规范支持等多个领域，需要扎实做好各项前期研究工作。为此，杨秀仁和团队专门在当地的预制构件厂搭建了用于预制构件接头结构试验的工程试验室和试验坑。经过两年的前期技术研究，进行了大量的试验和数据分析，最终确定了关键技术方案。又经过两年多的系统性研发，才开始在地铁实际工程建设中应用。

“我们做的事情没有太多经验可以借鉴，索性大胆探索，研发了多项突破性创新技术。”杨秀仁翻着一张张照片，热情地向记者介绍。比如装配式结构最为关键的接头技术，提出并成功应用了一种新型的“注浆式榫槽接头”，采用“榫卯结构”技术，利用接头凹凸之间的结合，加上填充缝隙的高性能浆液，成功解决了如何将构件严丝合缝拼装起来的难题；揭示的接头“变刚度”特征及承载能力特性，使装配式地下结构的静力和地震力作用承载能力和抗变形力学行为的优势得以充分体现；在构件接头接缝处采用两道橡胶垫密封垫，与接缝注浆层一起，完美实现了拼装接头的高性能防水，彻底取消了传统现浇混凝土结构的全外包防水层；为了保证接头对位的精确度，研发团队在构件接缝部位设计了一组纺锤状的导向定位销棒，如同给构件加上了一个尖头的插销，拼装时只要尖头对准另外一构件端的开孔，就可以保证巨大的混凝土构件对接到位，不会出现磕碰现象；开发了新型接头专用注浆设备，完美解决了注浆时间长浆液提前凝固、注浆浆液凝结堵塞管路、注浆材料精确自动配比等难题。

接头技术很关键，但也仅仅是装配式车站结构建造技术体系中的一小部分，结构体系、构件轻量化、构件生产与检测、拼装工艺和装备、技术标准等等，涉及装配化一整套技术体系。经过5年的研发建设，2018年8月，长春市地铁2号线正式通车运营。2号线上的袁家店站（后改名为双丰站）、西湖站、兴隆堡站、西环城路站、建设广场站和捷达大路站等6座车站成为了我国乃至全球首批采用全预制装配式技术建造的地铁车站。

杨秀仁感慨道：“这些‘装配式车站’的成功建设给了我们极大的信心，让我们可以甩开膀子加油干，进一步将装配式建造技术延伸到轨道交通建设的其他领域中，为轨道交通的绿色化建造升级打下了坚实的基础。”

装配式建造体系由理念变为现实

在“装配式车站”大获成功并取得多个“第一”后，杨秀仁和团队又在此基础上提出了“装配式轨道”和“装配式内部结构和用房”的理念，将装配式建造技术扩大到轨道交通的其他领域。经过多年不懈努力，研究团队完成了从技术方案、产业实用性到生产加工、智能化建造的一整套轨道交通装配产业体系研发设计。杨秀仁向记者详细介绍了研究团队在装配式建造技术上取得重要成果。其中：

构件拼装自动控制系统是将人工操作和控制的拼装工作，交由自动控制系统替代。以往人工控制很难兼顾的“拼缝宽度”、“千斤顶拉力”、“液压站压力”、“多点同步控制”等多各环节，构件拼装自动控制系统可以将这一系列工作进行自动化控制，在提高施工质量的同时，也大大提高施工效率。

激光点云式构件自动测量系统是对制造好的构件进行高精度自动扫描检测系统。预制装配式结构对构件有很高的精确度要求，由于大型预制构件体积较大，难以有效保证制作精确度，从而增加了施工建设难度。为此，杨秀仁率领团队专门开发了该套系统，在对构件进行自动扫描检测，确保每个构件精确度的同时，也能自动生成出厂检测报告，为施工建设维护提供准确可靠的依据。

装配式轨道建造关键技术体系是以装配式板-垫复合减振轨道、无轨化施工、自动化精调、两步逆作法、互换修运维等技术为核心，以覆盖运输、铺设、精调、灌筑、运维全系列装配式轨道施工专用装备为支撑的绿色轨道建造技术。该技术体系在提高线路平顺性、减振降噪、实现机械化、提高施工效率、减少轨道病害和方便运维等方面实现了重大技术创新和突破。以“预制板+隔振垫”复合结构为载体的无损接触、柔性限位、减振等级可调的装配式轨道结构，消除了轨道板变形、离缝和起拱等病害，实现了由传统的多型式局部减振转化为全线环保水平的整体提升；以自适应和自变形模式车辆走行系统，攻克了施工装备在矩形、圆形、马蹄形等不同型式隧道内无轨行走的技术难题，实现隧道内无轨化施工；“测-控-调”自动精调技术实现了轨道板高精度、快速精准到位，全面取代人工调板工艺；逆作法由传统17道工序减为2道；互换修技术彻底解决了大修更换的世界性难题；综合施工效率提高100%，用工量减少70%。该体系提供的装配式轨道整体技术，可以辐射到全国各个城市，特别是对环境保护要求较高的城市，有效助力城市实现绿色化建造。

一系列的研究成果让装配式轨道交通建造技术体系由理念变成了现实。杨秀仁激动地告诉记者：“装配式建造技术给轨道交通行业打开一扇新大门，在为我国轨道交通建设提供全新方案的同时，也有望引领一场轨道交通绿色化、智能化的新技术革命。”

六大优势带来高质量转变

装配式建造技术作为新一代的轨道交通建设方式，在加快建设速度、减少劳动力投入、节能环保、降低施工风险、提升工程质量、一体化建设等方面解决了当前传统建造技术所面临的难题，并在助力轨道交通高质量发展的同时，也产生了极大的经济与社会效益，推进城市的和谐可持续发展。杨秀仁向记者详细介绍：

一是提高工作效率，缩短工期。随着城市轨道交通向着大规模网络化发展，城市轨道交通建设工期日趋紧张。一座明挖标准车站，采用装配式建造技术可以使工期节省（4-6）个月，不仅能有效地支持轨道交通工程的建设周期，还能将轨道交通工程施工对城市交通、周边环境的影响时间降到最低。

二是减少劳动力投入。传统建造对人工作业的依赖性较高，随着人口老龄化和劳动力成本不断增加，建设施工现场面临着严重的劳动力紧缺问题。装配式建造的大量构件由工厂车间生产加工完成，施工现场主要工作为铺助构件拼装就位，张拉作业等，可以将大幅度减少劳动力的投入。明挖车站传统现浇施工技术，现场施工人员每班班需要（130-150）人，而采用装配式建造技术，每班可减少为（20-30）人。

三是节能环保，减少材料浪费及污染环境现象。传统建造技术材料浪费现象十分严重，并且建造过程还伴有粉尘、噪音、建筑垃圾等污染环境现象。装配式建造需要在现场进行操作的工程项目极少，现场无火、无水、无尘、无味，并且整个工地几乎看不到建筑垃圾，这对周边环境起到较大保护作用，可以有效地减少能源消耗和环境污染，更符合绿色建造要求。

四是降低轨道交通施工风险。传统建造的现场工作环节有：绑扎钢筋、浇筑混凝土、搭建外围防护物和脚手架等，并且现场堆放的施工材料非常多，工作人员在进行施工时，容易发生意外事故，加大了施工风险。而装配式建造的现场工作环节主要为预制构件的拼装作业，因此可以有效降低现场施工风险，保障现场施工安全。

五是大幅提升轨道交通工程质量。传统建造现场施工容易受时间、空间、环境、人员素质等不可控因素影响，在保障工程质量方面存在一定的难度。而装配式建造的构件在预制工厂中生产，不受各种因素影响，不仅有利于形成一整套规范化标准体系以确保工程质量，还能在后期运营维护中减少大量的维护费用。

六是有利于形成装配式轨道交通产业。装配式建造可将设计、加工等工序一体化整合，带动轨道交通产业升级。并在轨道交通建设领域大范围应用后，进一步提高轨道交通的综合效益。

“装配式建造所具备的这些优势在助力轨道交通高质量发展的同时，也带来了巨大的经济与社会效益。”杨秀仁介绍，在经济效益方面，现阶段我国城市轨道交通行业处于快速成长期，全国城市轨道交通建设投资规模持续增长。在新建的城市轨道交通中，采用装配式建造技术可以根据实际建设需要，合理安排预制构件生产量，并且随着产业链的成熟，预制构件的产能提升，规模效应显现，将有效地降低建设、维护成本，减少材料浪费，从而带来巨大的综合经济效益。

在社会效益方面，一是装配式建造解决了传统轨道交通建造存在的难题，为实现轨道技术的智能化、机械化、模块化发展提供了全新的解决方案。二是降低了城市轨道交通沿线的振动及噪声污染，减轻了线路开通运营对周边居民的影响，从而减少了沿线居民投诉的概率，有利于社会的和谐发展。

装配式建造技术所具备的这些优势能够更快、更好、更安全的进行轨道交通建设，因此受到了许多城市的青睐。“以装配式车站为例，目前，第一代‘桩(墙)+锚’体系下的装配式车站技术在长春成功应用于多座车站；第二代‘桩(墙)+内支撑’体系下的装配式车站技术也已经研发完成，并准备在长春、青岛和深圳投入实施。截止目前，全国范围内采用我们的技术已建、在建和待建的装配式车站规模已达30座，相信在不久的将来，还会有更多的工程加入进来。”杨秀仁进一步强调：“应用装配式建造技术是轨道交通行业未来工业化发展的趋势，它将有利于促进轨道交通与工业化信息化的深度融合，并培育新产业、新动能，从而实现轨道交通向高端制造业的转变。”

自主创新向“智能+绿色”未来进军

智能化、绿色化、自主创新是我国轨道交通发展的新方向，对于杨秀仁而言，这也是他和团队共同奋斗的目标。2021年是我国“十四五”开局之年，“十四五”也是我国建设现代化的关键时期，中国的轨道交通也迎来新一轮转型发展阶段。谈到轨道交通建造未来发展时，杨秀仁从装配式轨道交通建造规划、新技术应用、自主创新等方面向记者透露了自己的一些看法：

装配式轨道交通建造规划，首先应该推行一体化建造。在研发设计、构件生产、施工装备、运营维护等环节实行一体化的生产建设管理模式，最大限度地发挥各种资源优化配置作用，实现整体效益最大化。其次应形成标准化、规范化的行业发展体系。要对装配式构件的多样性进行合理统筹、控制，并对不同构件进行标准化设计，形成适合我国国情的装配式建造技术体系和规范体系。目前，城市轨道交通装配式地下结构和轨道技术设计、生产和施工系列行业规范已获得城市轨道交通协会的批准，正在积极的编制过程中，随着装配式建造技术的应用规模越来越大，还需要政府建立相关的监管体系，以助力装配式建造轨道交通产业发展。

新技术应用方面，数字化、智能化和信息化是轨道交通技术发展的方向。随着新一代信息技术革命兴起，5G、人工智能、大数据等新兴技术将在轨道交通建设、运营等各个领域得以应用。对于装配式轨道交通建造技术而言，需要通过新技术搭建一个可以整合装配式轨道交通相关咨询、规划、设计、建设和管理等各个环节的信息交互平台，实现装配式建造的全生命周期信息化数字转变。此外，还要加强数据协同效应，创建质量责任可追溯管理模式，进一步提高轨道交通的装配式建设管理水平。

自主创新方面，尽管我国轨道交通产业取得了一系列自主创新技术成就，但在某些领域，其相关研究仍然比较薄弱。对此，相关单位应加大技术投入，加强联合攻关，逐步提升我国轨道交通建造的技术水平和核心竞争力。

“经过几十年的建设，我国轨道交通产业取得了长足的进步，在满足人民群众交通出行、缓解城市交通拥堵、促进经济社会发展方面发挥了重要作用。接下来，我们轨道交通行业要准确把握新阶段的历史机遇，推动相关技术的研究与应用，向新时代绿色化、智能化的轨道交通发展道路上大步前进。”关于轨道交通建造的未来，杨秀仁心中充满了希望。

记者采访的过程中，杨秀仁始终透着一个资深技术研究工作者特有的谦虚和严谨，言语朴实却更显亲切。在从事轨道交通工程设计和科研工作的35年里，他率领团队以科研创新为力量，坚持奋斗在我国轨道交通建设的第一线上，用精湛的专业知识攻克一道道科研难关，为我国的城市轨道交通事业付出了青春和智慧，直到今日他仍然在挑战自我、不断创新，为实现“轨道交通强国”的梦想而奋力拼搏。

谈到未来的工作发展时，杨秀仁郑重而坚定地向记者表示，当前我国轨道交通正进入升级转型的黄金发展时期，许多重大科学问题和关键技术瓶颈亟待攻克，作为轨道交通的技术设计工作者，他愿意用自己的毕生所学和滚烫的汗水，为轨道交通建设化解一道道技术难题，当好“拓荒者”，为我国轨道交通高质量发展，继续勇往向前。

人物简介

杨秀仁，男，西南交通大学隧道与地下铁道专业、北京交通大学道路与铁道工程专业毕业。教授级高级工程师，全国工程勘察设计大师，国务院特殊津贴专家，北京学者，北京市突贡专家，北京市高创计划杰出人才，获中国城市轨道交通50年致敬人物称号。现任北京城建设计研究总院总工程师，兼任城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程实验室主任。
主要从事城市轨道交通工程的设计和科研工作，工作范围覆盖全国。主编、参编国家、地方、行业的规范标准和规范性文件23项；拥有发明专利28项、实用新型专利37项；主编或参与完成专著、译著和培训教材9部；获国家优秀设计金奖1项，国家科技进步奖1项，获省部级科技进步奖励10项，省部级及以上优秀设计奖34项。

往期精彩回顾

图文来源：《世界轨道交通》杂志

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