沈祖炎院士簡介

    沈祖炎院士從事教學、科研和工程實踐以60年，為上海中心、環球金融中心、東方明珠、浦東機場航站樓、上海八萬人體育場、CCTV新樓、國家大劇院、南京奧體中心等重大工程提供關鍵技術支持。此外，沈院士現擔任國家土建結構預制裝配化技術研究中心學術委員會主任等多個要職。

沈祖炎院士講到六個方面的問題：第一是土建行業發展的現狀和趨勢，第二是綠色土建工程，第三個是新型工業化建造，第四是土建行業土建工程信息化，第五是技術發展策略。

一、土建行業發展的現狀和趨勢

　現在我們講一下土建行業發展的現狀和趨勢，現在中國在土建行業發展的成就是很大的。最近幾十年以來，大約九零年以來，發展的速度和廣度非常的大。工程建設成就十分輝煌，完成了一系列設計理念超前、科技含量高、使用要求高、施工難度大、令世界矚目的重大工程。這個我就不舉例子了，這個我們從身邊的大的橋梁，水壩，會場，超高層建筑等等都可以說明這個問題。其次，我們的產業規模創歷史新高：2014年，建筑行業總產值約為17.7萬億元，這個數量是非常大的，是國民經濟的支柱產業，占國民生產總值20%以上。所以我們大家選了土建行業這個方向之后，我們的選擇都是很對的。因為在今后的日子里有很多建設需要你們去做去干。我們在國際市場開拓也取得新的進展，每年的年均增長都在30%以上。以前我們的土建行業都在國內在做，現在都慢慢向國外去發展。有很多企業，包括大的國企，大的民企現在在國外的工程也越來越多，在國外的聲譽也越來越好。所以你們畢業之后，會碰上往國外發展的時間，這個時機非常好。我覺得你們從這個時間，這個專業出去，也是非常幸福的，非常幸運的。我記得我們當時和你們現在比，確實差很多很多。時間上是非常好的機遇。

當然，我們遇到的主要問題也有以下幾個方面：一個就是發展模式粗放，而且工業化、標準化水平偏低，人工勞力為主要，信息化程度低，管理手段落后，建造資源耗費量大，碳排放量突出，這個和國際比起來是非常落后的，這個如果我們要走出去的話，也改進改進。再一個，企業科技研發投入較低，專利和專有技術擁有數量少。還有一個呢，缺乏高素質的復合型人才，一線從業人員技術水平不高，這最后我們之后也會講到。我們需要你們更多高素質的復合型人才。

　　那么我們土建行業的未來趨勢到底怎么樣呢。從我們學科發展來說，從我們建設國家來說，我覺得是以下三個方面：綠色土建工程、新型工業化建造和信息化管理。因為我們21世紀是信息化時代，信息化時代的特點是什么事情都是和信息化聯系起來，那么我們土建行業也是有聯系的。而這三點呢，不是孤立的，是三位一體，協同發展的。這個難度也是比較大的，因為一個方面發展是發展不好的，是一個低水平的發展。而三位一體的協同發展才是高水平的發展。為了滿足這樣的要求，我們需要的是復合型人才成長。這個也是和你們切身利益相關。

二、綠色土建工程

　　第二個問題是綠色土建工程。綠色建筑的背景呢，是最近興起的，綠色是“十八屆五中全會”提出的國家五大發展理念之一。土建行業的發展理念就是要發展綠色土木和建筑。綠色建筑或者綠色土建不是一個單一的工程，而是一種發展理念，綠色的理念。土木也好，建筑也好，這個行業應該是綠色的。那么什么叫綠色呢？按照國家的要求，應該是四個堅持。第一、堅持節約資源和保護環境的基本國策；第二、堅持可持續發展觀，如果我們21世紀不考慮可持續發展，那么我們將會無材可用，也就不能可持續發展了。所以現在我們必須堅持可持續發展，這對于我們或者我們子孫都是友好的；第三、堅持符合資源節約型、環境友好型社會的要求，我們今后的社會都會建成資源節約型、環境友好型的；第四、堅持形成人與自然和諧共生，我們不能去破壞自然，我們去破壞自然，自然也會對我們進行報復，我們很多病和災害都是自然的報復。這個綠色的理念就是這四個方面，很抽象的。我們現在的工程很多都是不符合這四個方面的，以后我們的建設將會朝這方面發展。

　　那么，我們國家對綠色建筑的定義是什么呢？這個定義是在《綠色建筑評價標準》給出的。綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，注意一下，一定是全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能，節地，節水，節材），就比如我們國家是很缺水的，南水北調不能解決根本問題。之前我們都說中國都是地大物博，現在我們都很慎重得去說這個了。然后，就是保護環境和減少污染，為人們提供健康，適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。我們今后會出現綠色建筑的評價標準。雖然現在不會處罰，但是過段時間如果不是綠色建筑，肯定會被處罰的。簡言之，綠色建筑就是在全壽命周期內四節，就是節能，節地，節水，節材，還有環保，滿足使用功能的同時與自然和諧共生。從占20%的國民生產總值就可以看出，綠色建筑的作用還是非常重大的�，F在為什么工程師要注冊呢，就是因為土建行業是關乎人類的生命安全的，是非常重要的。還有律師也是要注冊，也是為了維護社會穩定的，還有比如會計師也是要注冊的，因為關系到一個國家的經濟運作。所以說注冊也就是要符合國家要求才能去做相關領域的事務。土木行業的工程師，有結構工程師，設備工程師（水暖通之類）等，這個必須要有要求，不然一個國家的基礎建設就亂套了。因為做錯事了，注冊后就要承擔一定責任。

　　那么，綠色土建工程發展的戰略地位與應用價值怎么來理解？我們先看看傳統土建工程對人類環境的不利影響。第一點，人工建筑材料嚴重破壞自然資源，耗能大、碳排放量大。比如說我國2014年的水泥產量為24.7億噸。這是一個什么概念呢，這是世界總產量的59%。它要消耗石灰石24.7億噸，因為它的原材就是石灰石。還消耗水14.8億噸、砂子49.4億噸，二氧化碳排放24.7億噸。第二個是規劃滯后或多變，大拆大建，浪費資源，破壞環境。這個大家都看到了，我們國家最近都在談這個事。第三個就是設計求異或保守，嚴重浪費資源。這里最突出的是我們的鳥巢，用鋼每平方米720公斤，這個是一般大型建筑的3倍到4倍，這個不可能經濟，浪費我們國家不少材料。包括我們的大劇院，大劇院的屋頂蓋不知道浪費了多少錢，浪費了多少能源消費。用我們中國的錢來實現他們的名聲。第四個就是建筑質量不過關，建筑壽命短。如：我國建筑壽命僅30年，美國74年，英國132年。壽命短有什么壞處呢，人家一個建筑造好后，我們這個建筑要造三次，才達到他們的壽命，而且我們的材料要比他們貴的多。所以我們傳統的土木工程對人類環境影響是非常壞的，不用綠色土建的理念來改造的話，吃虧的還是自己。

　　綠色土建工程的應用價值在于能減少資源消耗，能降低能源消耗，并且能減輕環境污染。所以綠色土建工程發展的戰略地位怎么來理解呢？它是可持續發展戰略、建設資源節約型和環境友好型社會、建設生態文明等國家相關戰略的重要延伸。

　　綠色土建工程的實施在全壽命周期有幾個階段：第一個是規劃階段。第二個是設計階段，包括建筑設計，結構設計，設備設計。然后第三個是施工建造階段。第四個是運行使用階段即造好再用的過程。第五個是維護階段。第六個拆除、再利用階段。怎么樣拆用料最少，最省能耗。

　　各階段的實施者有：

　　規劃階段：注冊規劃師

　　設計階段：注冊建筑師、注冊結構師、注冊設備工程師

　　施工階段：注冊土木工程師、注冊結構師

　　運行、使用階段：注冊土木工程師

　　維護階段：注冊土木工程師

　　拆除、再利用階段：注冊土木工程師、注冊結構師

　　我們實施應關注的主要內容有：

　　第一個是綠色建筑材料和材料再生利用。我們搞結構的不懂材料是不應該的事情。我們應該明白選用什么樣的建筑材料才是綠色的如：高性能混凝土、高性能鋼材以及其它綠色建材和可循環利用。

　　第二個要關注的是綠色設計創新理念的貫徹和實施。如：“共享設計”的綠色建筑設計理論和“被動優先、主動優化”的解決之道等。我們有很多新能源出來看起來確實省了，但是產生新能源時候用了很多電能和其他方面的能量，加起來可能得不償失，省下來的能源還沒有用下去的能源多。比如太陽能，很多是外國人在做，但是真正耗能做的太陽能是在中國。很多東西要在全壽命周期內考慮合理還是不合理。

　　第三個是綠色施工技術和裝備的開發如：結合綠色施工理念進行管理、施工過程中注重資源節約與環境保護等。

　　當然還有全壽命設計理念、提高耐久性新技術和新型防災技術應用。

　　三、新型工業化建造

　　第三個要介紹的是新型工業化建設。

　　常規施工、建造對人類社會造成了嚴重的影響。

　　工地揚塵:嚴重影響周圍社區居住環境，是空氣PM2.5污染的主要制造源。有人統計了一下，在中國這個大工地，PM2.5的污染主要制造源之一是常規施工，如上海世博會展覽的那幾天，工地停下來，不讓做。北京奧運會舉辦期間，工地都停掉，為什么呢？要保證空氣質量。

　　建筑垃圾:所有垃圾中數量最大，也最不容易降解的垃圾。

　　廢水污染：建筑工地混凝土攪拌廢水，施工污水大量排放。

　　水資源浪費：施工用水浪費嚴重，地下水無序排放造成水資源大量浪費。

　　噪音污染：施工中機械發出的噪音是城市四大污染之一。

　　所以常規施工方法必須向工業化建造轉變。

　　那么什么叫工業化建造呢？工業化建造是指在建造全過程中采用以標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理為主要特征的工業化生產方式的建造。第一個是標準化設計，就是像生產一個產品一樣，不斷地進行標準化的設計。第二個是標準化生產，就是在工廠里生產，用機械來生產。裝配化施工，到工地里進行裝配。下一個是一體化裝修，裝修也是一樣。這就叫工業化建造，這和我們傳統的建造是完全不一樣的。那么我們的土建行業呢，一定要向這個方向去發展。國外在這方面發展的不錯，國內與其差距實在太大。進入信息時代后，工業化建造正在向新型工業化建造發展。

　　我們國家也正在向這方面提出號召。第一個是黨的十六大提出，要發展新型工業化。黨的十八大也提出，要走中國式的新型工業化道路。它的基本要求是：提高科技創新能力、減少環境污染、降低能源消耗、提高經濟效益。所以說，對于建筑業就是要走中國式新型建筑工業化建造的道路。這個過程是任重道遠的。

　　新型工業化建造的定位是在第三次工業革命階段。第一次工業革命階段是蒸汽機時代，第二次工業革命階段是電氣化時代，第三次工業革命就是信息化時代。所以，在這個階段上，建造是在數字化信息技術控制下的高度自動化系統中進行的，這個自動化就是說，在制造的過程中，它是數字化來控制的，高度自動化就是指無人或者少人�，F在我們到工廠里去看，在國外有些工廠里就是兩三個人，去負責排除一些故障。而且要逐步發展為可自律操作的智能系統，我們不僅要搞自動化，還要搞智能化。新型工業化建造還要從大規模成批建造走向大產量定制建造。第三就是要實行滿足個性化要求的菜單式訂購，這就是我們新型工業化建造的本質。所以說，新型工業化建造的定義就是，在數字化信息技術控制下的智能建造系統，且在整個建造過程中能實現“九段九化”的要求，完成從大規模成批建造方式向大產量定制建造方式的轉變�！熬哦尉呕�”就是講，我們建筑行業第一個就是要講究個性化，第二個就是結構設計體系化，第三個是部品尺寸模數化，第四個是結構構件標準化，第五個是加工制作智能化，第六個是配套部品商業化，第七個是現場安裝裝配化，第八個是建造運維信息化，第九個是拆除廢件資源化。新型工業化建造的效果是高效率、高質量、高科技和高效益。

　　四、土建工程信息化

　　接下來我們講土建工程信息化。建筑信息化是指：運用計算機、通信、控制、網絡、系統集成和信息安全等技術，改造和提升建筑業技術、生產、管理和服務水平。而土建工程信息化主要就是BIM，BIM在建筑領域的應用有很重要的價值，BIM是多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達，BIM可應用于工程項目規劃、勘察、設計、施工、運營維護等各階段，BIM支持對工程環境、能耗、經濟、質量、安全等方面的分析、檢查和模擬，為項目全過程的方案優化和科學決策提供依據，BIM支持各專業協同工作、項目的虛擬建造和精細化管理，為建筑業的提質增效、節能環保創造條件，BIM應用作為建筑業信息化的重要組成部分，必將極大地促進建筑領域生產方式的變革，是建筑產業現代化的主要特征之一。BIM在建設單位可以發揮作用，如建立科學的決策機制、投資控制，建立BIM應用框架、建立BIM數據管理平臺，施工監控和管理、運營維護和管理。它在勘察設計單位也可以發揮作用，比如實現信息的有效傳遞、對項目規劃方案和投資策略進行模擬分析，構建滿足各參與方使用要求的多專業信息BIM模型，進行節能、日照、風環境、光環境、聲環境、熱環境、交通、抗震等在內的建筑性能分析，并進行各專業之間的碰撞檢測。它在施工單位的作用是指導建筑部品構件的生產以及現場施工安裝，輔助工程預算的編制，對施工進度、人力、材料、設備、質量、安全、場地布置等信息及工程成本進行動態管理，實現可視化模擬和施工方案不斷優化。它在運營維護單位發揮的作用是構建運營維護管理平臺，支持大型公共建筑和住宅小區的基礎設施和市政管網的信息化管理，實現建筑物業可視化管理，為工程健康監測提供信息支持，應用各類災害分析、虛擬現實等技術，實現各種可預見災害模擬和應急處置，與樓宇設備自動控制系統相結合，支持設備設施運行的動態信息查詢和異常情況快速定位。

　　所以，BIM剛出現時我們稱它為建筑信息模型Building Information Model，但使用一段時間后發現其用途不僅是一個模型，還有建模和管理等功能，其名稱又有另外的叫法： Building Information Modeling或Building Information Management。從建筑工業化建造的角度，BIM還有進一步的功能，所以我們把它稱為建筑一體化管理更為確切： Building Integration Management。BIM的深度應用有望引起建筑工業化的第四次革命，BIM如果不與建筑工業化建造結合，也可以是建筑業管理方式升級換代的一種獨立的重要方式，BIM如與建筑工業化建造有機結合，它的功能將會有質的變化，甚至可以引起建筑工業化的第四次革命。屆時，新型建筑工業化建造將能在數字化信息技術控制的可自律操作的智能系統中進行。

　　五、土建行業技術發展策略

　　土建行業的發展策略應該是綠色化、工業化、信息化三位一體，協同發展。

　　新型工業化建造是高標準實現綠色土建工程的主要載體。綠色建筑與新型工業化建造均涉及全壽命周期，只有在推行新型工業化建造時，處處關注到綠色建筑的要求，才能有相得益彰，事半功倍的效果。

　　同時新型工業化建造必須有一個建筑一體化信息平臺（BIM）。一個工程往往有數十個甚至數百個單位參與，所有信息必須前后一致，完全統一，才能在高度自動化的生產和管理系統中使用。BIM能夠滿足這一要求，能供建筑全壽命周期使用，能供所有單位協同使用。

　　土建行業的發展策略之二應是建設一批具有跨學科的復合型高級人才隊伍。土建行業三位一體、協同發展的策略涉及到土木、建筑、管理、信息等學科的交叉。土建行業應建設一批復合型高級科技人才隊伍，才能健康、高水平地發展。

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