城市是人类社会发展的重要组成和核心载体，同时也是全球碳排放和资源消耗的重要来源。今年7月召开的中央城市工作会议指出，以城市更新为抓手，建设“好房子”，推动城市结构优化、动能转换、品质提升、绿色转型是当前和今后一个时期城市工作的总体要求。据统计，我国既有建筑存量超过600亿平方米，其中约有190亿平方米的建筑未达到抗震要求，约有46亿平方米的既有建筑抗震能力严重不足。
由北京建工建研院（以下简称“建研院”）领衔的“揭榜挂帅”项目“面向城市更新的建筑安全性及功能性提升关键技术研究与示范”聚焦国内既有建筑“增韧降碳”关键性技术难题，从结构安全诊治、功能性提升、资源回收利用三个层面精准发力，通过一系列技术攻关与实践，让“老房子”变身“好房子”，更加安全、舒适、绿色、低碳。
AI赋能建筑安全
机器“诊疗”与低干预“治疗”无缝衔接
在北京市朝阳区一在建项目上，建研院检测所工程师丁兆旺正在现场拍摄墙壁裂缝照片，他拍完几十张照片后，拿起手机就离开了现场。这和原来工程师在工地上十几层楼来回跑、严寒酷暑一待一天的辛苦情形大为不同，能如此轻松从容的原因，是他们自主开发了“基于计算机视觉的既有建筑可视裂缝损伤智能识别技术”，这套技术可高效替代人工，只需要读取照片，就可以准确识别结构裂缝开裂情况，且裂缝宽度识别结果和人工测试结果基本一致，误差可控。而在海淀体育中心，他们携另一台“计算武器”，工程师在屏幕上输入几个参数后，不到一秒时间，计算系统就给出了建筑物“中等损伤”的抗震性能鉴定结论。而如果采用传统人工取样、数据整理、单结构建模的方式，这一过程至少需要十几天的时间。这台厉害的“计算武器”就是另一研究成果“基于机器学习的既有建筑结构抗震性能准确快速方法与平台”，它只需读取楼层数量、楼层层高、抗震设防烈度等十项关键参数，便可直接生成既有RC框架的易损性曲线，显示不同地震下结构各损伤状态的发生概率，为后续加固改造工程提供科学依据。经过验证，机器评估结果与人工鉴定结果基本一致。看似容易的计算过程背后是强大的数据库和函数计算模型，凸显了AI的强大能力。
经过初步鉴定的海淀体育中心，如同一个完成体检的老人，它的“体检报告”被继续送到下一站——建研院研究中心，根据检测团队提示的“病情”，研究中心刘航博士将对这位“建筑老人”施展自己的绝活儿——低干预抗震韧性提升新技术。
这是一项建研院自主研发的原创技术，早在2022年12月，“既有钢筋混凝土框架结构抗震韧性提升关键技术研究”就通过了北京市住建委组织的专家鉴定，成果达到国际领先水平。在此次“揭榜挂帅”课题中，刘航团队继续将此项技术深化并丰富。
针对重要历史建筑保护修缮工程的特点，他们提出了带有变形补偿耗能装置的新型交叉拉杆支撑加固技术、采用预应力压紧工艺的新型装配式增大截面加固法等，形成了对既有钢筋混凝土框架结构进行抗震加固的低干扰抗震韧性提升技术，施工工期缩短15%，成本降低10%。此外，他们还开发了高性能低成本自复位阻尼器的成套抗震韧性提升技术。用阻尼器加固既有钢筋混凝土框架结构建筑，可以理解为放在建筑上的“保险丝”，当大地震来临时，阻尼器先开始帮助耗散地震能量，甚至可以先牺牲掉，从而保住建筑安全。自复位阻尼器是在传统阻尼器基础上创新开发的，除了可以耗能外，还兼具有自复位能力，帮助建筑在地震后变形恢复。研究表明，新型自复位阻尼器支撑加固技术可提升结构抗侧刚度100%至220%，提高抗震承载力110%至140%，提升自主复位能力超过40%。
依托“揭榜挂帅”课题，建研院及集团二级公司的城市更新团队提高了技术水平和核心竞争力，抗震加固新技术助力集团成功开展多个城市更新项目的实践。2024年，助力四建公司完成《老旧工业区更新低碳智慧建造关键技术研究与应用》课题，成果达国际领先水平；2025年，助力建筑工程总承包部完成市委党校礼堂加固改造工程；2025年7月，建研院成功中标第二批央企在京老旧小区综合整治项目加固改造工程。
材料提升建筑功能
新型建材研发应用 能耗监测保驾护航
在“双碳”战略驱动下，全社会节能降碳势在必行。建筑物能耗占社会总能耗的三分之一，部分建筑保温隔热差，建筑运行阶段能量消耗巨大。开发新型保温隔热材料，保证建筑物能耗低位运行，是满足建筑低碳化的重要举措。
课题组与东南大学合作，从材料、结构、建筑等角度出发，研究新材料、新技术的应用，开发低碳、高性能、长寿命的建筑材料，对结构功能一体化保温材料、新型水泥基气凝胶材料、水分蒸发抑制材料、密实疏水材料以及高延性水泥基材料的设计和制备技术展开研究，为城市更新建筑改造施工提供材料支撑。
在新型水泥基气凝胶保温隔热材料技术方面，引入聚合物分子链，通过有机无机复合、内外协同增强理念和层状仿生微结构设计，进行轻质高强硅铝酸盐基保温材料的制备；在高延性水泥基材料制备技术方面，利用有机单体原位聚合协同无机晶须材料，兼顾强度、流动度等级的系列化高延性水泥基材料，为混凝土基体增韧提供新思路；在混凝土早期养护增强与耐久性提升技术方面，对冻融与碳化共存条件下混凝土劣化行为与机理，进行混凝土耐久性量化设计，实现混凝土抗冻融与抗碳化性能的同时提升。上述成果总体上达到国际领先水平。
高性能材料生产出来，如何使其牢固“上墙”一直是行业痛点。针对传统外墙外保温“以粘为主、以锚为辅”体系粘结力不足、易脱落的问题，建研院提出一套既有建筑外墙超低能耗改造技术方案。
该体系颠覆传统粘锚主次关系，确立了以高性能锚挂为主、粘接为辅（或纯锚固）的受力机制，从根源上规避粘结失效风险。通过创新开发柔性自适应锚固件，并利用外饰面板协同提供机械支撑，成功克服了气凝胶材料机械强度弱的缺陷，满足系统抗风压与耐久性要求。显著提升了外墙系统的安全性与耐久性，彻底解决脱落隐患，且综合成本远低于幕墙干挂体系，为不同预算与节能目标的更新项目提供安全、经济、多元的解决方案，推动外墙节能技术升级。
经过了节能改造的建筑如何监测能耗？在建研院检测所办公楼内，一个显示建筑能耗和碳排放监测平台的大屏幕赫然在目，这里详细展示了办公楼新风、用水、用电等各项实时能耗指标。此前，工程人员对这座小楼进行了被动式超低能耗的改造，通过使用保温隔热性能和气密性能更高的围护结构，采用高效新风热回收技术，最大程度地降低建筑供暖供冷需求。改造后的建筑通过物联网软硬件协同，分项计量照明、空调、光伏等系统碳排放，生成碳排放图谱，即将全部能耗换算为碳排放量，有效解决了行业数据不准、标准不一的难题。建研院通过建筑物示范案例，构建了一套“可靠、可信、可测量、可核查”的碳管控体系，成为建筑领域精准减碳的新质生产力。
装备助力建筑低碳
“拆改神器”隐形拆楼 筛分技术“变废为宝”
城市更新是一项系统工程，一些建筑不可避免地需要拆除，预测到2035年前后，城镇范围内房龄超过30年的既有房屋比例达到50%，其中高层建筑占15%-20%。
2024年9月，由建研院自主研发的造、拆、维一体化智能装备系统首次登上服贸会的舞台，以概念模型的方式展示这项填补国内技术空白的“拆改神器”。这套装备体系集成自动下降、附着、吊运、水平输送、垂直运输、自动天幕、自动喷淋、全封闭防护、智能监控多项功能，通过将“造楼机”的作业逻辑“反向应用”，打造全封闭防护的移动式拆解工场，并依托全程安全智能监测程序，监测施工过程所有关键工序参数，从而实现高密度城区既有建筑物“外科手术”式精密改造，“隐形”拆楼。
在安徽淮北，一个由建研院机电所搭建的高22米，面积为150平方米的拆楼机试验平台已初具规模，在这座巨大的钢铁罩子里，工程师将完成结构体系、智能施工、控制系统、动力机构的各项装载试验，并进行拆除、喷淋、降噪等多项功能性试验。智能拆楼在改造过程中极大减低拆除粉尘、噪音、声光、飞溅、震动等污染的同时，还可以有效避免对周边建筑和交通的影响和扰动，为城市“微量”更新带来新的可能。
建筑被拆掉后，建筑垃圾成了新的难题。建筑垃圾又被称为放错位置的“城市矿山”，国内年产生量约20-35亿吨，其总量已占到城市固废总量40%以上。如何变废为宝、循环利用，课题组想出了新的办法，“选择性破碎回收工艺”攻克了城市更新固废处置痛点。
在无锡装修垃圾处置项目的试验线上，轻质柔性杂物和破碎后的重质硬脆性骨料被筛分得一清二楚。而在此前，这些重质骨料（主要成分为加气块和少部分砖块、混凝土块）不能被科学分离和破碎，只能混在塑料、废布、木块等可燃物中被焚烧消纳，严重压缩了企业利润空间。
这就是北京建工资源公司提出的“选择性破碎-筛分”分离回收方案。他们通过自研槽式双辊破碎机实现选择性破碎，把原来不能被回收利用的轻物质中的重物质筛分出来，筛上为轻质柔性杂物，筛下为破碎后的重质硬脆性骨料，前者经打包后送往焚烧发电厂消纳，后者经螺旋输送至料仓堆存以便二次利用。该技术实现分选废弃物中85%的骨料分离回收，在无锡装修垃圾处置项目中，分离回收技术的应用将其年消纳成本降低近100万。该技术进一步夯实了集团在建筑垃圾资源化细分赛道上的领军优势，填补了行业技术空白。
“揭榜挂帅”课题负责人刘航说：“对既有建筑的改造包括安全耐久、节能减碳、环境改善、设施便利等几个方面。其中节能减碳的‘节’直接关系到建筑‘双碳’目标的实现，而环境改善的‘绿’则是实现‘好房子’冷热宜人、环境健康居住体验的关键路径。“揭榜挂帅”项目的出发点和落脚点便是‘节’和‘绿’两个字，我们的全部工作聚焦在这两方面，旨在为建设全寿命周期低碳、高效、高性能的城市和建筑提供科学依据和技术支撑，为提升人民群众的幸福感和获得感做出工程人员应有的贡献。”
（通讯员 盖爽）
