北京工业大学成果推介（第三十六期）

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负刚度阻尼器

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本成果可显著降低受控结构对象的加速度和位移响应振幅。可避免工程结构在服役期发生预期地震时的倒塌或严重损坏，保护用户的生命安全，减小附属部件的地震影响，降低财产损失。

关键技术:通过负刚度机制降低一般阻尼器的刚度，实现力学意义上的隔震效果。弥补了常规阻尼器在同时控制位移和加速度幅值方面的不足。

产品尺寸:一般常用的吨位500kN、行程100mm的负刚度阻尼器外形尺寸[长，宽，高]≤[1200,300,300],主体部件外形形状一般为圆形或矩形。运输储存:参考型钢材料的运输要求，存储于干燥环境。

用法与用量:对与常规学校类框架结构，每一万平米大概使用吨位500kN阻尼器12个，可采用斜撑等形式安装于结构底部1-2层层间(利用层间位移驱动阻尼器起作用)，北京地区按建筑面积计算的阻尼器综合单价大约50元/m2。

注意事项:现阶段阻尼器应用处于非标阶段，主要原因在于受控对象的大多数是个性化设计的结果。非标产品通常具有定制化特点，早期介入结构方案设计对于最终性能保障有明显帮助，对于控制采购成本也是有益的。

市场分析

对比市场现有的竞争对手，项目团队的优势主要集中在三方面:(1)项目团队具备强大的研发能力，在产品性能上具有独创性优势，在产品迭代更新上具备竞争性;(2)项目团队具备复杂结构的设计分析能力，可胜任目前多数竞争单位无法完成的设计分析工作，同时可提供项目全周期链条的服务，包括产品研发、设计咨询、减隔震(振)设计、生产供货、安装验收及智慧运维。(3)项目成果造价成本低，同时可解决市场现有竞品的一些缺点，具备核心竞争力。

应用方向

重点抗震设防区域(八度以上高烈度区和地震重点监视防御区)的重要建筑物(学校、幼儿园、医院、儿童福利机构、养老机构、应急指挥中心、应急避难所和广播电视)。也可以用于其他希望提高抗震性能的工程结构或希望控制振动幅度的工业设备。

知识产权和产业化分析

该产品已完成中试，具备应用条件。

项目团队目前与北京工业大学重庆研究院孵化企业重庆华夏亿朗科技有限公司进行产业化合作。

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复杂环境下地下工程混凝土关键技术创新与应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

地下混凝土结构包括建筑基础、地下管廊及地铁盾构管片等，具有施工难度高、隐蔽性强、荷载作用大、环境冻融及腐蚀性强等多重复杂作用，极易导致混凝土结构出现渗裂等耐久性不良问题，从而引发重大安全事故。针对上述问题，项目组依托多个国家级和省部级课题，历经十余年，对复杂环境下地下混凝土关键技术进行了系统研究，提出了复杂环境下地下混凝土渗裂机理，发明了提升混凝土工作性和耐久性的系列功能新材料，形成了地下混凝土减缩-增韧-抗裂-阻锈协同提升技术，成果应用于北京大兴国际机场、北京地铁盾构管片、北京城市副中心站综合交通枢纽等重大工程，显著提升了地下混凝土工程服役性能，取得了突出的社会经济及环境效益。

市场分析

随着我国基础设施建设的发展，地下空间的开发利用倍受重视。例如，北京目前地下空间的利用面积已经达到9600万平方米，北京地铁运营里程达761公里，2035年北京地下综合管廊将从目前的200多公里增加到450公里。但是，地下建筑物中混凝土结构渗裂已经成为地下建筑的通病，渗裂问题会加速水体渗入、加剧钢筋锈蚀，严重影响运维成本和建筑安全。据统计，全国28个代表性城市地下建筑的渗漏率达60%左右，南方部分城市地下建筑渗漏率甚至高达90%。造成地下混凝土结构渗裂的因素非常复杂，探明复杂环境下地下混凝土渗裂问题频发的主要原因，研发抗渗裂高性能混凝土对提升地下混凝土基础设施服役寿命意义重大。

应用方向

建筑与交通工程

知识产权和产业化分析

项目获授权发明专利24项，制定了《高性能混凝土技术条件》《刚性防水工程技术规程》等标准规范25部。成果应用于北京大兴国际机场、中国第一台高能同步辐射光源、北京地铁盾构管片、北京城市副中心站综合交通枢纽、北京工人体育场改造复建项目等百余项重大重点工程，近三年项目收入近50亿元。显著提升了地下混凝土工程服役性能，取得了突出的社会经济及环境效益。

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刚柔界面连接层的研究

成果单位：北京工业大学

项目简介：

本项目研制出新一代热熔弹性环氧连接层，用于高等级公路或钢箱梁桥路面铺装工程中刚性混凝土基底或刚性钢制基底与柔性沥青路面之间的连接，填补了国内在新一代连接层方面的空白。自研连接层突破了施工难题，达成了常温一阶固化链增长形成热塑性结构、后续热沥青浇筑受热高温熔化二阶固化交联形成热固性结构的施工要求。自研连接层还拥有优异的弹性、抗拉性、抗剪性、粘结性，远满足工程上对连接层的性能要求，其综合性能超出目前已得到实际应用的日本产品约30%-40%，成本仅为日本产品的30%，具备明显的性能和成本优势。

市场分析

需要在刚性基底上铺装柔性沥青路面的高等级公路或钢箱梁桥这类工程会接受我们的成果。市场上有我们的竞品，是目前已得到实际应用的日本产品，日本产品表干时间13H，5%坡度流淌位移110mm，28d拉伸强度4.04MPa，28d断裂伸长率291%，粘结强度2.94MPa，剪切强度2.01MPa。我们研制的产品表干时间3.5H，5%坡度流淌位移150mm，28d拉伸强度5.11MPa，28d断裂伸长率280%，粘结强度5.71MPa，剪切强度4.05MPa，其中除了5%坡度流淌位移和28d断裂伸长率以外的性能均优于日本产品。

应用方向

高等级公路或钢箱梁桥路面铺装工程中刚性混凝土基底或刚性钢制基底与柔性沥青路面之间的连接。

知识产权和产业化分析

本项目小试研制的连接层远满足工程上对连接层的施工要求和性能要求，已经完全达到我们之前的设想，目前还未应用在现实场景中，未与一些公司有合作。

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高性能磷酸镁水泥

成果单位：北京工业大学

项目简介

磷酸镁水泥(MPC)是一种个性化显著的特种胶凝材料，具有凝结硬化迅速、早后期强度高、粘结性能优异、收缩小、耐磨、抗冻性能好等特性，特别适用于机场跑道、桥梁隧道、路面等破损部位的快速修补加固，尤其是在超低温环境下(-20°C以下)，MPC的适用性更佳，其仍能快速凝结硬化，发展强度。除了不能粘结塑料外，MPC与混凝土基体、钢材、木材等的界面粘结强度优异。

本团队通过长期研究，实现了MPC凝结时间5-90min可调控。当凝结时间在5-15min时，1h抗压强度达30MPa;当凝结时间在15-30min时，1h抗压强度20MP 以上，3h抗压强度30MPa 以上;当凝结时间在30-90min时，其3h抗压强度20MPa以上，1d抗压强度可达45MPa，有效实现了MPC凝结时间和抗压强度的协同发展。本成果研发的高性能磷酸镁水泥在-20°C~-30°C的超低温环境下，5min-3h内凝结硬化，发展强度，且与传统修补加固材料相比，成本可降低约20%左右。

市场分析

市场上磷酸镁水泥方面的相关竞品，其凝结时间调控范围小，一般只能达到20min左右，施工性能差，无法兼顾凝结时间和强度的协同发展，价格普遍偏高，在7000-10000元/吨。本成果所研发的高性能磷酸镁水泥产品成本约在3000-6000元/吨。

应用方向

成果的市场应用领域:成果可用于道路、桥梁、隧道、机场跑道等建筑结构的快速修补加固。尤其适用于寒冷地区结构的修补加固工程、套筒灌浆、裂缝注浆等场景。

知识产权和产业化分析

所研发的MPC所有指标已达到了预期研究目标。目前已经应用的场景:低温环境下(-15°C)隧道表面快速修补、超低温环境下(-20°C~-30°C)灌浆料、机场跑到快速修补、公路/桥隧修补加固、隧道管片裂缝注浆修补、路面薄层修补等。

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公路边坡微小形变和灾害事件AI监测技术

成果单位：北京工业大学

项目简介:

本成果基于计算机视觉技术，研发公路边坡微小形变监测技术，实现了边坡微小形变的精确识别和动态感知，丰富了公路边坡形变和灾害事件的智能化监测手段。填补国内边坡灾害监测技术在实地数据集上的空白;建立了基于通道注意力机制的公路边坡裂缝分割模型，通过设计精细化编码器-解码器特征提取网络，实现对横张裂缝、竖向裂缝、网状裂缝和斜拉裂缝多种不规则裂缝的像素级分割，平均交并达87.86%，并提出了公路边坡裂缝形变度量方法;设计实现基于空间权重与目标检测相融合的边坡灾害监测算法，实现对崩塌、滑坡、泥石流、道路落石等灾害事件的检测;完成软件模型在边缘计算终端的移植，研制了边坡微小形变监测仪原型机，国产片3T算力下对单帧(2560x1440)边坡图像裂缝监测速度0.6秒，灾害事件监测速度8帧/秒，支持基于有线、WiFi/4G模块对监测结果进行回传;基于Web多层架构体系、J2EE平台搭建了边坡微小形变智能化监测预警平台，具有公路边坡监测画面实时展示、裂缝形变曲线动态展示以及历史数据查询、短信告警等功能，实现了公路边坡微小形变的监测和变化追踪。目前，该平台已完成云端部署，平台试运行稳定性良好。

市场分析

坚持“早期识别+及时干预”的防控原则，旨在制定一套完备的适用于边坡灾害多发易发地区的微小形变监测仪及预警平台，用于提高边坡灾害防治防控水平，为灾害预警预报提供重要决策依据。在监测方法上，由人工干预、小范围监测向智能化、大范围监测转变，可有效提高监测效率，降低监测成本;在监测对象上，坚持问题导向，对微小形变进行早期识别和动态追踪，及时干预，有效避免灾害的发生;在预警预报上，将定性与定量预报相结合，有效提高预警预报的准确性。在强化地质灾害隐患识别和精准预警预报技术研究方面具有创新及推动作用，将为提升我国自然灾害监测预警与风险防控水平、推进生态保护和高质量发展做出重要贡献。

应用方向

交通安全

知识产权和产业化分析

具有完全自主知识产权，获得多项国家发明专利和软件著作权，在云南都香高速公路进行了示范应用(具体位于G7611都匀至香格里拉高速公路，守望(滇黔界)至红山(滇川界)段，路线里程K37+590~K37+670段沿河场村附近。于该处高速公路附件架设高清摄像头，对包含网格栅，裂缝的边坡进行检测)。

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