应对气候变化,来看奥雅纳岩土工程师的可持续发展巧思

近年来,各类极端天气事件现身全球多地。灾害严重影响当地居民的正常生活,对许多基础设施和建筑工程带来不利影响。

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在本月9日发布的《气候变化2021:自然科学基础》报告中提出,未来,这些极端事件会变得越来越频繁、越来越强烈。类似的超大型洪水、城市内涝等灾害也会越来越多。

基础设施和建筑工程的设计师们,需要确保项目在设计使用年限内持续保持安全、健康,同时实现其主要功能。面对频率、强度、不确定性都在增加的极端天气事件和其他自然灾害,工程师在进行项目规划设计时应如何应对?工程设计阶段又如何落实节能减碳措施呢?对此,我们来看看奥雅纳岩土工程师的一些妙招巧思。

精益岩土

岩土工程是所有工程建设项目与地球建立联系并产生相互影响的关键环节。岩土工程既要为实现工程建设目标而对建设场地加以改造,也要精心保护项目场地的岩土体和周边环境。

早在60年前,奥雅纳就已开始在世界各地展开探索,研究在不同工程地质条件下,如何使岩土专业知识满足各类建造项目需求。在数十年的实践过程中,奥雅纳逐渐形成了一套“精益岩土”理念,即“精心规划,精心设计,益于业主,益于环境”。

 ▲位于英国伦敦莱斯特广场的伦敦人酒店,拥有地下6层可居住空间 © Arup   

奥雅纳东亚区岩土工程团队由超过300名资深岩土工程师组成,业务涉及勘察技术咨询、基坑支护、基础工程等多种相关岩土工程项目,服务覆盖设计、施工管理、顾问咨询等。团队在岩土工程新技术研究与开发等领域不断探索并提供相关技术服务。


抗浮防汛

在奥雅纳岩土工程师参与的诸多项目中,地表水和地下水均对项目产生非常复杂的影响。这些影响发生在项目的施工阶段和使用阶段。对于临江、临海、处于坡地或位于城市内涝易发区域的项目,影响将更加显著。

重庆来福士项目  © 王明珉

重庆来福士项目,位于长江与嘉陵江交汇处。发源于秦岭北麓的嘉陵江和发源于青藏高原的长江在水文参数上存在显著差异。项目所在的重庆朝天门区域位于三峡工程的尾库范围,水位在一定程度上还会受到水利工程的影响。

工程师们根据详实的水文资料,选取三峡成库淤积30年末100年一遇的洪水位作为抗浮设计水位。通过桩端嵌入稳定岩层中的抗拔桩,确保项目能从容应对长江与嘉陵江的水位起伏。

2020年,重庆遭遇特大洪水。来福士项目巍然屹立于涛涛江水,纹丝不动,成功通过了考验。

节能减碳

在工程师眼中,岩土体既是需要进行工程改造的对象,也是具有一定承载能力和贮存能力,且蕴含清洁地热资源的宝库。为促进可持续发展及努力实现“双碳”目标,岩土工程大有可为。

根据不同岩土体特性,工程师们充分利用岩土体的承载能力,减少混凝土、钢筋等碳排放量较高的建筑材料用量,同时也减少产生碳排放的工程量。

以地基基础工程为例,工程师从项目总体效益和减碳目标出发,为每一个项目选择合适的基础方案。工程师们为项目量身定制试桩策略,通过桩端后注浆来提高单桩承载力。与建筑机电、结构等专业同事协同配合,岩土工程师们通过减少地下室埋深,将部分基坑支护构件兼做永久结构构件等方法,为诸多工程项目减少碳排放、提高经济效益做出了卓有成效的贡献。

然而,要想实现“双碳”目标,仅对产生碳排放的工程量进行“节流”是不够的。发掘利用清洁能源,才能实现“开源”。岩土工程师们通过改造常规桩基工程中为声波透射检测而预先埋设的声测管,将原本只具有承载功能的桩基础改进为既能提供承载力,又能进行热交换的能量桩。

▲多功能桩基管路装置示意图    © Arup



这种能够用于超声波检测、地下热交换和后注浆的多功能桩基管路系统,为客户提供了一种成本可接受的清洁能源开发利用选项。在奥雅纳一体化设计理念的指引下,岩土工程师、暖通工程师、结构工程师与绿建工程师通力合作,推进浅层地热能(地温能)的开发利用,为地源热泵项目提供全方位技术支持。

数字化赋能

开发利用数字化工具,是奥雅纳岩土工程师进行材料用量和工程量优化的另一个重要途径。对于动辄需要上千根桩基础的工程项目来说,如何进行抗压桩、抗拔桩的平面布置是对工程师水平的一大考验。

与结构工程师通力配合,通过优化算法和自主研发的数字化工具,能够自动生成优化后的桩基平面布置图。通过这种方法得到的桩基布置图,使得部分桩基同时兼备抗压与抗拔的作用,既能够满足抗压、抗浮、抗震等不同工况下的承载力需求,也能显著减少基桩数量,改善结构底板受力情况。

这些数字化工具已在杭州恒隆广场等一系列工程中得到实际应用。

杭州恒隆广场  © Hangzhou Hang Lung Real Estate Co Ltd

结束语

人类活动引起的气候变化正以前所未有的速度发生,给人类社会带来的影响亦不断加大。正如奥雅纳岩土工程师的这些可持续发展巧思,建筑工程行业除了加大减排力度,为控制气候变化做出贡献之外,更须努力适应及应对气候变化带来的各种新挑战。


本文首发于Arup奥雅纳官方微信号,阅读原文请点击:https://mp.weixin.qq.com/s/03D2zv785itk9004QEismw

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