風洞項目建筑工程設計 “五把握”

楊明學 陳旭 楚劍 楊康輝

摘要：風洞項目涉及系統(tǒng)寬、特殊工藝條件多、指標精度高、綜合管線分門別類、建筑體量龐大等特點，較常規(guī)工業(yè)與民用建筑設計復雜。設計者需把握設計重點要害，把住設計關鍵環(huán)節(jié)，持續(xù)提高設計綜合素質。

Abstract：The wind tunnel project involves the characteristics of wide system， many special process conditions， high index accuracy， integrated pipeline classification and large building volume， which is more complex than conventional industrial and civil building design. The designer needs to grasp the key points of the design， hold the key links of the design， read to improve the overall quality of the design.

關鍵詞：風洞;工藝條件;內(nèi)型面;同軸度

Key words：Wind tunnel;? Process conditions;? The internal surface;? Alignment

引言

人類進入太空空間開發(fā)新時期，空氣動力學是目前世界科學領域最為活躍、最有發(fā)展?jié)摿Φ膶W科之一。世界上航空航天技術發(fā)達國家都建立有種類齊全、速度銜接、尺寸配套、用途廣泛的風洞設施群。為強國強軍富民，總結風洞設計經(jīng)驗，提高風洞設計能力迫在眉睫。

1 精細研究，把牢風洞特殊工藝條件關

風洞項目建筑工程工藝條件與常規(guī)工業(yè)與民用建筑差異大，具有特殊工藝條件多，工藝指標精度高，專業(yè)系統(tǒng)領域寬等特點。啟動設計任務前，設計者務必要花費大力氣，吃透風洞工程特殊工藝條件要求。

1.1首要任務，理清風洞洞體內(nèi)部型面特殊工藝條件

流場性能是影響風洞試驗數(shù)據(jù)可靠性的重要因素，良好的風洞流場品質能夠提供高精度的試驗數(shù)據(jù)，而風洞洞體內(nèi)型面指標的精確控制是確保優(yōu)質流暢品質的重要因素。設計者首要任務：一是根據(jù)流速范疇理清洞體內(nèi)部型面特殊工藝條件。低速、高速、超高速、高超速等各類型風洞洞體內(nèi)型面均有各自精度指標。一般而言，風洞內(nèi)型面指標均超同結構體系現(xiàn)行國家常規(guī)工業(yè)與民用建筑、構筑物設計及驗收指標精度標準。 二是根據(jù)風洞專用驗收標準理清內(nèi)型面指標內(nèi)涵。軍標風洞專用規(guī)范中對內(nèi)型面專業(yè)術語進行了涵義解釋，如同軸度、階差、表面粗糙度、位置度、平均水平面等指標。設計者應熟練掌握各類指標的具體含義。三是對照現(xiàn)行國家標準理清風洞內(nèi)部型面指標差異。對照擬建風洞專用工藝條件，理清哪些屬于國標中沒有規(guī)定的指標，理清同類型具體指標超差具體程度。

1.2至關重要，理透風洞洞體部段特殊工藝條件要求

直流式、回流式風洞均由若干不同部段構成，不同部段均有各自部段指標，又有對接整體指標。設計者應吃透部段特殊工藝條件。一是理透洞體不同部段各自功能作用。掌握部段基本功能作用很有必要，以常規(guī)低速回流式洞體為例，基本組成有試驗段、第一擴散段、四個拐角段、風扇段、第二擴散段、穩(wěn)定段等基本部段，設計者首先掌握各部段基本功能，為后續(xù)開展設計深入工作十分重要。二是理透洞體不同部段各自型面指標精度差異。以控制洞體型面精度的主要指標同軸度、位置度公差為例，風洞越靠近試驗段前、后的部段精度要求越高，如某大型低速現(xiàn)澆混凝土洞體穩(wěn)定段、試驗段、第一擴散段同軸度精度值達3mm以內(nèi)，位置度公差控制在5/萬分以內(nèi)，漸變雙曲線收縮段型面與理論偏差基本在2‰以內(nèi)。遠離試驗段的部段精度會有差異，精度稍會適當降低一些。設計者應對洞體部段指標逐一分析，做到心中有底數(shù)。

1.3全面梳理，理全風洞工程系統(tǒng)所屬特殊工藝條件

風洞項目設計牽涉系統(tǒng)面寬，按系統(tǒng)主要分為：氣動系統(tǒng)、洞體機械、動力、測量、冷卻、供配氣、試驗裝置、建筑工程等主要系統(tǒng)，涵蓋專業(yè)面達幾十個。開展風洞設計前，應對各系統(tǒng)提出的系統(tǒng)專業(yè)特殊工藝條件進行分類消化。如氣動系統(tǒng)中壓力脈動條件;測量系統(tǒng)中的溫度、壓力、濕度、速度等傳感器測量工藝條件;消聲室尖劈特殊工藝布置;抗電防護磁房間的屏蔽條件等等。必須深入研究，深入理解，把握準確，為后續(xù)設計做好技術鋪墊。

2 精心規(guī)劃，把好風洞總體建筑布局關

風洞總體建筑布局是業(yè)主關心的重大技術方案，是設計總體定點、定位、定向、定總等技術問題，十分關鍵。必須精心規(guī)劃，設計者重點從四個方面入手。

2.1緊盯工藝，做好風洞總體建筑布局

牢固樹理“核心意識”。毫無疑問，風洞核心工藝條件就是這個“核心”，總體建筑布局就應該圍繞這個核心來展開設計?？傮w布局中常見的場地水平布置、豎向布置、土石方平衡、工藝管線走向、人員出入、設備運輸路線、試驗研究場所、配套保障用房布設等重大技術總體問題，都必須服從和服務于“核心工藝條件”，以更加符合、更加科學、更加貼近核心工藝條件為方案統(tǒng)攬。

2.2高瞻遠矚，做好風洞總體建筑布局

牢固樹理“大局意識”。設計者應胸懷高瞻遠矚、立足現(xiàn)有、兼顧發(fā)展的大局理念?？傮w布局方案不僅要滿足當前需求，當前社會生產(chǎn)力條件，還應考慮隨著未來社會條件變化，未來技術拓展，設備設施更新?lián)Q代、維護改造升級等變化因素，做到超前規(guī)劃、高起點規(guī)劃，便于時代發(fā)展更新提升改建。

2.3密洽業(yè)主，做好風洞總體建筑布局

牢固樹理“看齊意識”。設計者應清醒認識到，設計工作應最大限度的貼近業(yè)主的基本意圖為工作方向，尊重業(yè)主對總體布局設計提出的整體思路為出發(fā)點。設計者不能脫離業(yè)主愿望、閉門造車、以自我為中心。否則，自我認為再理想的總體設計都是空洞的，是得不到業(yè)主支持通過的無用方案。

2.4堅守規(guī)范，做好風洞總體建筑布局

牢固樹理“規(guī)范意識”。設計者應始終堅持底線思維，禁區(qū)觀念。法律文件、規(guī)范標準是設計者必須遵從的法寶。凡是違背法規(guī)標準強制條文規(guī)定的要求一律不得突破，這是設計者的紅線，千萬不能逾越，堅決做到依法設計，這是職業(yè)操守。

3 精準施策，把優(yōu)風洞地基基礎方案關

地基基礎沉降及不均勻沉降直接關乎洞體上部結構同軸度、型面、階差等指標精度控制，同時試驗氣流振動原因會帶來基礎特殊變形要求。為此，地基基礎是風洞工程設計至關重要的環(huán)節(jié)。

3.1重視源頭，工程地質勘察務求精準

工程地質勘察是地基基礎設計的前置條件，風洞工程地質勘察務求準確。風洞應其特殊性，洞體區(qū)域勘探孔間距應加密布設，勘探孔進入完整土層、基巖深度符合規(guī)范允許要求。堅決做到“四個準確查明”。

1.準確查明地層巖性。對擬建風洞項目場地各地層巖性、地層厚度及分布特征，相關巖土物理力學參數(shù)等應勘察精準，提供準確報告。

2.準確查明地層水情。對場地區(qū)域地下水類型、水位埋藏情況、水的滲透性及地下水季節(jié)性變化幅度情況應準確查明;并判別地下水及土對混凝土及混凝土中鋼筋有無腐蝕性情況。

3.查明不良地質現(xiàn)象。對擬建風洞場地內(nèi)有無影響場地穩(wěn)定性的軟弱土層、溶洞、熔巖、井坑等不良地質現(xiàn)象及其分布應，并提供不良地質現(xiàn)象的防治措施科學建議。

4.查明場地地震效應。查明并判定擬建風洞場地及、地基的地震效應。并對地基、基礎方案、基坑支護等提出合理化建議。

3.2因地制宜，重視當?shù)爻Ｒ?guī)經(jīng)驗做法

地基基礎設計按照因地制宜、因勢利導原則是很有必要的。我國幅員遼闊，東西南北地質變化大，氣候、水文差異明顯。同時，結合當?shù)鼐C合條件，各地區(qū)對建筑設計都積累了自身獨特的經(jīng)驗常規(guī)方法，這些經(jīng)過成百千年歷史沉淀總結的、行之有效的地基基礎設計傳統(tǒng)做法，設計者應充分借鑒、充分吸收，結合擬建風洞特點，加以深化利用。譬如就樁基形式而言，四川盆地、貴州、云南地區(qū)多用人孔挖孔端承型樁基礎;上海、江浙地區(qū)多用摩擦型樁基礎;甘肅、山西、黃土高原地區(qū)多用泥漿護壁鉆孔灌注樁。

3.3對比優(yōu)化，迭代推進地基基礎設計

地基基礎設計是經(jīng)過反復醞釀、持續(xù)推進、不斷迭代、對比優(yōu)化的漸進過程。這些不斷演進的過程必不可少、必不可省。甚至需要優(yōu)化、優(yōu)化、再優(yōu)化，譬如：我部某大型風洞基礎設計，經(jīng)充分考察、載荷計算，在地基基礎可研、初設、施工圖階段，均確定沿用多年來一直使用的Φ800mm直徑人工挖孔樁方法是合理的。但是，施工單位進場后，作業(yè)工人普遍身材高大、膀大腰圓，原設計樁基Φ800m孔徑對這批工人來講，是明顯偏小的，必須擴大樁直徑，創(chuàng)造大空間供工人地下開挖作業(yè)。為此，我們協(xié)商原設計單位，修改原設計做法，擴大樁直徑至Φ1000mm，就是迭代優(yōu)化的典型案例。

4 精挑細選，把住風洞主要材料設計關

建筑材料關系建筑外部立面效果、內(nèi)部環(huán)境安全、耐久性能，關聯(lián)工程投資成本等問題，是設計應把住的重點環(huán)節(jié)。

4.1適應風格，選擇節(jié)能環(huán)保綠色材料

選擇建筑材料應遵循“適應建筑風格，適宜建筑功能” 原則。應優(yōu)選節(jié)能型、環(huán)保型建筑材料，材料顏色與建筑風格統(tǒng)一，與周圍環(huán)境和諧。色彩可以是使人產(chǎn)生距離差異、心里差異。材料越偏紅越有突出背景向前感，距離突出感排列為紅>黃>橙>紫>綠>青;暖色材料給人柔和感，冷色給人莊重堅實感，中性色給人時尚活潑感。

4.2適應標準，國家明令淘汰材料禁用

選擇建筑材料應遵循國家建材標準，國家明令禁止和落后淘汰的材料不得選擇使用，這是設計者堅持的底線原則。

4.3適應經(jīng)費，不宜超設計概算選材料

選擇建筑材料還必須把投資經(jīng)費作為選材的重要參考依據(jù)，風洞建筑以美觀大方、檔次適度為宜，風洞保障用房更應樹立節(jié)儉觀念，特別是應守住投資經(jīng)費盤子，選材不超設計概算經(jīng)費。

5 精益求精，把緊風洞施工圖紙評審關

經(jīng)評審后的正式施工圖是招投標工程量清單計量計價、工程施工建設的依據(jù)文件，把緊開工前的最后一道設計關口質量特別重要。

5.1強化工藝審查，提交業(yè)主各系統(tǒng)審查工藝圖

設計者完成風洞項目白圖設計后，應盡早提交業(yè)主開展圖紙審查，重點是對工藝性問題進行復核性審查。逐一核查設計圖紙是否響應業(yè)主提出的工藝條件，各系統(tǒng)有無遺漏、錯誤。

5.2強化標準審查，提交專業(yè)資質公司全面審查

業(yè)主完成工藝審查后，返原設計單位完善修改后，應提交有國家法定資質的專業(yè)公司開展施工圖審查。重點是從國家、行業(yè)標準角度，核查是否有違背法規(guī)要求、特別是違反強制性條文的問題，并出具最終書面審查報告。

5.3重視審查記錄，落實圖紙審查問題修改完善

設計單位應高度重視兩輪圖紙審查提出的問題，指定專人負責圖紙問題記錄、收集、整理、督導落實圖紙的完善修改工作。最終提交完整的、合格的、簽字蓋章正式藍圖文件。

參考文獻：

[1]程開甲，李元正，低速風洞試驗 [M] ，中國， 2002.1-2.

（作者單位：中國空氣動力研究與發(fā)展中心）