【结构咖】日本结构工程师的成长之路,值得思考!

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作者:李彦鹏(PP) 来源:iStructure(id:iStructure2017) 开篇语:今年四月小i有机会去日本交流了半年,前三个月在日本东京工业大学竹内徹教授研究室学习,后三个月在金箱温春教授的结构事务所工作。半年时间虽然不是很长,但作为一个被祖国培养多年工程师,自然会对中日设计态度和设计方法等问题进行对比,从中也会有诸多感悟,今天小i就以此文与大家进行分享。

作者:李彦鹏(PP)

来源:iStructure(id:iStructure2017)

开篇语:今年四月小i有机会去日本交流了半年,前三个月在日本东京工业大学竹内徹教授研究室学习,后三个月在金箱温春教授的结构事务所工作。半年时间虽然不是很长,但作为一个被祖国培养多年工程师,自然会对中日设计态度和设计方法等问题进行对比,从中也会有诸多感悟,今天小i就以此文与大家进行分享。


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由于一些历史原因我们对日本相关事物总是有心理上的排斥,为了客观中立尽量不带感情色彩,小i以下通过几个小故事来表达一些自己的看法,保证轻松愉快的氛围。


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国内大多数结构工程师估计都是和我一样的人生轨迹,本科考的是土木工程,主要课程是数学、各种力学、混凝土钢结构设计等,还有各种金工实习,小i曾徒手用一根锉刀磨出一个六角螺栓,据师傅说还要被用到大桥上,不知大桥现在是否安好。这个培养过程完全感觉自己学的是个工科有没有?到了大三会分专业,有结构、桥梁、地下等专业,如果选择了结构,日后就成了结构工程师。

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日本和我们的教育方法是不一样的。他们本科时建筑和结构是不分专业在一起学习的,前三年都是一起上课,绘画、建筑史、力学等都要学,到了大三再选择结构方向还是建筑方向,据日本小哥说结构方向还更加热门一些。而桥梁、地下等属于土木工程师,一开始就和结构工程师不是一个专业。


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▲日本结构与建筑学生合作的方案汇报模型


小i感觉培养方式的不同,造成了整个行业配合方式的不同。在国内建筑师的美学思维和结构师的工科思维,总感觉不在一个频道上,建筑对于结构的印象就是“算”,结构对于建筑印象就是“搞”。


而日本建筑师和结构工程师的思考会相对更加和谐,结构工程师会更加从功能性和美学方面考虑,建筑师的方案也同时会考虑到结构体系的影响。在建筑的方案阶段,二者就开始深入配合打得火热。这和从小穿开裆裤玩尿泥的玩伴,长大之后会有更多的共同话题是一个道理。


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谈起注册考试,大家估计都有一肚子的苦水,想起自己挑灯夜战的日日夜夜,还有那些刁钻变态的题目。在这里小i也就不展开了,大家都懂。可是比起咱的日本同行,我们还算是幸福的。


在日本如果你要考注册结构之前,你首先得通过注册建筑师考试。对你没看错,也就是说注册结构工程师都是注册建筑师。惊不惊喜,意不意外。所以说幸福感都是比较出来的,至少小i当时很庆幸生在中国。


因此小i发现日本同事的建筑功底都挺强,和建筑师讨论方案的时候,也不仅局限于结构安全和构件尺寸方面,会讨论功能、立面效果、结构体系等各方面的内容。


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都说日本结构方案深度深,到底有多深?小i就以一个我配合的项目举例。


这是一个图书馆的屋面结构方案,跨度25米,屋面采用钢结构,建筑师仙台教授已经70多岁了,白发苍苍。当时我们和他讨论方案的时候是晚上九点钟,会后他说还有两个会。到底是因为日本老龄化严重,还是他太爱他的工作了,七十多岁了还这么拼。


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据负责的结构工程师介绍,前期他们已经做了诸多关于视线分析,结构体系等多方面的分析和比选,我接下来就在这个基础上继续进行结构方案比选。


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屋盖平面呈胶囊形,可以被分成两侧半个球壳和中间一个筒壳,于是就可以对球壳和筒壳通过经典方式进行网格划分,并将其进行排列组合。并对每一种方式进行计算,区分出结构性能好的、一般的、不好的。再从好的当中选出建筑效果好的,进行深入分析。

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方案比选时会列出如周期、振型、挠度、内力、应力等内容,同时会对建筑和结构性能进行评价,评价最高的是三颗星。最终以比选报告的形式和建筑师讨论。

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分析做了两周,每个方案都要进行计算和结构工程师内部的比选,和建筑的讨论用了两小时,最终建筑师挑选了一个方案,结构工程师会在此基础上进行下一步的深化。而所有这些工作也只是结构方案的一个阶段,据日本工程师说在我之前他已经做了几轮方案了,据他估计像我这样的方案汇报和讨论,在方案阶段会有几个甚至十几个来回。也就是会有上百个方案模型的计算量,这在国内几乎是无法想象的,一个25米跨度的屋面会做到这么深。

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在事务所小i跟着另一位日本同事做木结构房子,由于在国内没有接触过木结构,因此有很多问题想要和日本同事讨论。可是日本人的英文水平普遍不高,普及率和发音绝对不如北上广深,因此我们第一次交流就变得很困难。当时是个周五,小i也没有放在心上,想着拿本书回去自己琢磨琢磨。

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但这位日本同事认真了,周末的时候用了两天时间,把日本规范上相关重要的信息复印下来并翻译成英文,为了方便我理解,对典型构件的计算编了例题附在后面。周一上班时90度鞠躬把资料给我,说他自己英文不好,深感歉意,所以准备了资料让我自己看,还一个劲说对不起。当时小i愣在当场,不知如何是好,也只能跟着一个劲儿的鞠躬,想想当时的情景也甚为好笑。


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通过这件事,日本人的认真态度给我留下了深刻的印象。

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在日本是没有工程监理的,而这部分工作就是结构工程师负责的,也就是说工地绑扎钢筋,吊装,验收都会喊工程师过去看,如果出了问题是需要负相关法律责任的。


小i就随日本同事去参加过一次阻尼器和隔震支座的验收。建筑师、结构工程师、施工单位一起去工厂,工作人员会对设备的相关内容进行介绍,而后对外观尺寸、平整度、螺栓孔径等内容进行一一测量,在场的人员要进行记录,而后一起举个牌子拍个照,向有关部门证明确实进行过检查。同时还会随机挑选一个进行试验,检验其力学性能,全程录像。


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由于多了监理这部分工作,结构工程师对于工程完成度的把握度会高很多,对于工程质量也能够做到心里有数。同时责任也越重,考虑到图纸不清楚会造成后期现场施工问题,自己作为监理也是跑不掉的,就会使得结构工程师努力把图纸画细一些,将问题解决在设计阶段。


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我之前一直感觉模型都是建筑的事情,结构模型的象征意义是大于去实际意义的,电脑三维模型能表达清楚的事情为啥还需要浪费时间去做个实体模型出来。搞不懂为什么日本工程师这么喜欢做模型,直到我看到一位工程师准备的施工交底模型。


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这是一个木结构,采用榫卯连接。建筑师和结构工程师研究了一套拼装体系和连接方法,为了清楚得告诉施工人员该如何建造,结构设计师用了一周时间用木棒做了一个1:50的模型,到现场用半个小时一步一步拼装起来,告诉施工人员怎么操作。


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同时为了方便理解,还像乐高积木一样做了个拼装说明,用图画的方式告诉施工人员,每一步拼装哪根杆件,怎么连接。通过这一串神操作,我相信再外行的人也知道该怎么做了。


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对于复杂的节点,也会用硬纸板做一个模型,模拟构件与节点板之间的关系,考察节点传力是否直接。同时用胶水模拟焊枪,试验一下是否可以焊得到。


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我自己做模型的感悟就是做模型的时候,可以帮助设计师发现原来没有发现的问题,同时也是设计师与自己设计的房子培养感情的一个过程。结构模型这件事的性价比到底如何,我到现在也没想明白。有些事说不清哪里好,但就是替代不了。

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计算软件在国内现在越来越先进,同时手算也离我们越来越远,现在一栋二层的框架,我也习惯先打开计算软件再说。而我们的日本同行明显更习惯手算,并且对各种先进的计算软件抱有谨慎的态度。日本是个地震多发的国家,可他们60米以下的房子都是用AI算法算地震力的,AI算法类似于我们的底部剪力法,将房子简化为经典的糖葫芦串模型。


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对于每一类结构,日本都有相应的计算“手顺”,告诉设计师每一步怎么算,从老工程师到年轻的工程师都习惯用手顺先自己算一遍,最后再用计算软件对手算结果进行复核。对他们而言,计算软件仅是辅助工具,如果不经过一遍手算,心里总是没底。


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对于结构图纸,也体现了日本人事无巨细的特点,对于已习惯了平法绘图,有各种统详的工程师来说,绘图相当繁琐。一栋二层房子的扩初设计,每个剖面都要有,节点也要有。最痛苦的是扩初结束后,建筑将木房子改为了混凝土房子,前期的图纸全部作废。


这点日本同事倒是看得很开,据说每个项目都是这样的,建筑师每天都在改,越是有名的建筑师,越是改的厉害。看来全世界的建筑师都是一样的。

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去之前都说日本施工质量高,但到底有多高,小i为大家说个小故事。


有天随金箱老师去参观一个木结构的工地,在回来路上我正准备夸赞几句日本的施工质量,金箱老师就提前开口了。他说很抱歉今天带我去的这个工地不是很好,我问他为什么,我觉得挺好的啊。他说今天工人安装的时候还用到了锤子,这是美国人的方式,日本大工应该切割好后正正好好卡进去。而且今天工地也不是很干净,一般木结构的工地去参观应该穿拖鞋的。小i又被刷新了三观,头回听说工地还嫌我鞋脏的。

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后来又去参观了一个安藤忠雄的项目,看到浇筑出的清水混凝土泛着幽光,小i深感震撼,放张图大家感受一下。


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看了这么多日本结构设计师做的细方面,大家一定和小i有同样的疑问,那他们设计费多少,设计时间又是多长?于是小i特地向同事打听了这个关键问题。


日本的用设计费大概是设计总造价的10%到15%,而其中结构设计的费用占设计费的15%。大概是每平米设计费600多元人民币。我国的工程勘察设计收费标准规定是工程总造价5%,相信大多数工程大家都还收不到5%。


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设计时长也比我们宽松很多,一栋十几层楼高的商业,设计时长两年施工时长两年。再想想我们的高周转,一天出图的口号,一把心酸一把泪。


大家一定会想算是找到原因了,为啥他们做的细做的好,他们也不是三头六臂,说到底还是因为时间长收费高。可是为什么他们设计市场的环境好呢?到底是由于收费低所以我们工作越做越粗,还是我们工作越做越简化所以越来越不值钱。我想是值得我们所有从业者深思的一个问题。


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今天小i为大家整理了一些日本的见闻,由于时间还比较短,很多方面肯定还是比较片面,只局限在我所接触到的人和事。如大家有感触,想吐槽,欢迎评论转发,小i扶你上墙。


最后是一张住所后的樱花树,纪念我这日本的半年光阴。


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iStructure的初衷是分享建筑结构领域的见闻、优秀的设计和自己一些的思考,向更多人呈现结构设计有趣的一面。


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  • pkvwu
    pkvwu 2018年11月12日 18:19:18 3楼
    这才是设计师应有的样子跟应该享受的待遇,这样的设计怕是只有地方代表性建筑才会这样吧
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  • 自由在在的鱼
    自由在在的鱼 2018年11月12日 21:30:58 4楼
    谢楼主分享
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  • zyj2013
    zyj2013 2018年11月13日 08:24:24 6楼
    日本的建筑抗震性能好,原因终于略知一二了
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  • liupoquan
    liupoquan 2018年11月13日 08:44:09 7楼
    学习使人进步!
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  • zhao616426862
    zhao616426862 2018年11月13日 09:00:19 8楼
    的确引起很多的感慨,对设计这般的认真态度,值得学习
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  • shrill2000
    shrill2000 2018年11月13日 09:08:02 9楼
    谢楼主分享
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  • 灵魂建筑人
    灵魂建筑人 2018年11月13日 09:31:20 10楼

    文化差异,社会状态差异,以中国的现状,没有谁会拿2年去设计一栋十几层的房子,在快节奏发展的中国,日新月异,何况两年。

    不过那似乎才是设计该有的样子,我们还是得多学习和努力。

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  • lclxy骆宾王
    lclxy骆宾王 2018年11月13日 09:31:59 11楼
    国情不同,中国现在大建设就是怎么快怎么好,很多标准图都是粗制烂造
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  • 隐为者
    隐为者 2018年11月13日 09:32:46 12楼
    多谢分享了.
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