福建省风灾害与风工程重点实验室
1.平台成立背景和意义
福建省地处我国东南沿海,是受台风影响最为严重的省份之一,每年因台风灾害所造成的经济和社会损失十分巨大,对抗风设计有着特殊的要求。同时,福建省也是我国风工程研究基础最为薄弱的省份之一,长期缺乏必要的硬件设备和专业团队成为制约了福建省基础建设和经济发展的“瓶颈”。
福建省风灾害与风工程重点实验室的建设,填补了福建省结构风工程与工业空气动力学试验设备空白。通过深入开展风灾害与风工程领域的研究,一方面可以增强福建省风灾害与风工程领域研究和服务能力,培养国家风灾害与风工程领域研究队伍,为福建省各科研院所及企业单位提供相关的风工程公共技术服务。更为重要的是,将对海峡西岸经济区发展战略、闽台合作、福建省科技创新能力、科技影响力、经济建设、城市建设、人文建设以及人才培养等方面产生重大的社会效益。
2.平台研究方向和研究团队
福建省风灾害与风工程重点实验室依托厦门理工学院风工程试验研究中心、数值风洞与模拟仿真中心、台风研究与风场测试中心等科研平台,加强软硬件建设及科研团队建设,开展工程结构抗风及风洞试验技术、数值风洞与结构仿真技术、台风观测与风场特性等三个方面的研究。
(1)工程结构抗风及风洞试验技术研究
(a) 桥梁抗风试验与研究;
(b) 建筑结构抗风试验与研究;
(c) 地面交通工具空气动力学试验与研究;
(d) 风能利用及工业空气动力学试验与研究。
(2)数值风洞与结构仿真技术研究中心
(a) 建筑结构风荷载的数值模拟;
(b) 建筑物群周边及人行高度风环境的数值模拟;
(c) 废气等污染物扩散规律的数值模拟;
(d) 风能开发利用的数值模拟;
(e) 地面交通工具的数值模拟。
(3)台风研究与风场实测研究中心
(a) 沿海开阔地区风参数实测研究;
(b) 台风影响区域风参数同步实测研究;
(c) 海岸工程场地风参数实测研究;
(d) 山区丘陵场地风参数实测研究;
(e) 沿海城市中心区风参数实测研究。
实验室目前拥有科研人员50名,其中具教授职称者17名,具副教授及高级工程师职称者23名,具博士学位者42名,在风工程与风环境的风洞试验研究、数值风洞和仿真技术研究及台风特性和风场实测研究三个研究方向上建成了3支相互协作、结构合理、科研能力强、省内领先、国内一流且稳定的科研团队。
3.主要科研设备
福建省风灾害与风工程实验室建筑面积约6400平方米,实验仪器设备总值超3000万元。
(1)厦门理工学院风洞实验室
厦门理工学院风洞实验室是厦门理工学院重点建设项目,该项目得到厦门市发改委、厦门市科技局、建设局以及福建省发改委、教育厅的大力支持。该项目总建筑面积6395平方米,总投资5480万元人民币。该项目2012年立项,将于2017年1月投入试运营。
厦门理工学院风洞实验室拥有一套国内领先国际一流的多功能边界层风洞设备。该风洞气动轮廓全长220m,采用单回流、串联式闭口双试验段型式。风洞低速试验段长25米,试验区横截面宽6米,高3.6米,试验风速为0~27m/s连续可调。该试验段可在一定范围内布置边界层发生器,可进行桥梁全桥模型抗风试验、高层、高耸结构与大跨度场馆模型风洞试验、区域风环境试验以及污染扩散试验;风洞高速试验段长25米,试验区横截面宽2.6米,高2.8米,试验风速为0~80m/s连续可调。该试验段可进行桥梁节段模型试验、局部构件抗风性能试验、汽车等地面交通工具模型风洞试验以及工业空气动力学试验。
(2)数值风洞与仿真计算研究中心
数值风洞与仿真计算研究中心由高性能计算机组、服务器、工程软件等组成。其中高性能计算机可实施并行计算。数值风洞软件包含ANSYS FLUENT,ABQUES,桥梁博士、MIDAS等10余款正版仿真计算分析软件。在原有结构仿真研究中心校级平台的基础上,进一步加强硬件和软件建设,建成了一个由多种性能搭配、高性能计算机组、工作站和服务器组成的数值仿真模拟平台。
(3)台风研究与风场实测研究中心
台风研究与风场实测研究中心主要由测风系统、雷达气象站、风特性分析系统组成。其中测风系统包含多个高150m的测风塔、测风塔上纵向布置6-8对超声风速仪,超声风速仪与数据采集系统相连,组建了多维度的风场实测研究系统。
实验室近年新购置的风廓线激光雷达windcube、热线风速仪、服务器、测绘无人机及配套系统等均大大提升实验室的硬件建设水平,进一步提升了风灾害和风工程领域的科研攻关能力。
4.平台科研成果
福建省地处东南沿海,为台风登陆最为频繁,影响最严重的地带之一,针对城市生命线工程和大型公共建设项目进行抗风研究显得尤为重要。针对独特的风环境特点进行建筑物等的抗风设计和建设,可以有目的地提高其抵抗风灾害的能力。
近三年,实验室承担了国家级项目、省部级项目及对外服务项目等100多项,有效保障了我省多项标杆性工程的设计与建设,包括:
①厦门山海健康步道(五缘湾-湖边水库-东坪山步道)景观提升工程抗风试验研究;
②厦门东坪山健康步道节点桥梁抗风设计研究;
③基于多风扇主动控制风洞试验的输配电线路灾损机理研究;
④环东海域新城文体公建群景观慢行桥抗风试验研究;
⑤厦门第三东通道跨海大桥桥位气象观测及风环境专题研究;
⑥海沧大桥抗风性能分析及实时评估系统专业软件开发研究;
⑦滨海西大道人行天桥风致振动研究;
⑧宁德市东侨广场城市综合体风荷载试验研究;
⑨屋面光伏板极值风压特征研究;
⑩泉州市海丝金融中心风洞试验及风荷载研究等。
此外,实验室在近三年获发明专利授权17项,实用新型专利授权21项;主持国内首部“城市步道桥梁设计抗风试验标准”编制工作,并参编国家/行业标准6项。
5.平台对外服务与合作领域
福建省风灾害与风工程重点实验室通过持续不断的建设,为我省经济建设服务,为建筑抗风、桥梁抗风、风环境规划设计与评估、车辆气动设计等研究提供了重要的科研平台。具体可对外开展的科研合作如下:
(1)风灾害与风工程的风洞试验研究
(a) 桥梁抗风研究与试验技术,含节段模型测振、测力试验、桥塔气弹模型测振试验、大跨度桥梁气弹模型试验等方面的研究;
(b) 建筑结构抗风试验与研究,含高层、高耸结构模型测压、测力、测振试验、建筑群体风干扰及风环境模型试验、大跨屋面结构模型测压、测振试验、低矮房屋与民居抗风设计试验等;
(c) 风能利用及工业空气动力学试验与研究,含风力机叶栅气动优化试验、风电场选址及风电设备抗风设计试验、工业产品与设备的抗风性能试验等。
(2)数值风洞与结构仿真技术研究
(a) 建筑结构风荷载的数值模拟,包括高层建筑、大跨度屋面结构抗风设计、桥梁风致振动、气流与结构流固耦合计算,以及结构安全及优化设计等。
(b) 建筑物群周边及人行高度风环境的数值模拟,包括风荷载作用下建筑物结构的安全性和居住者的舒适性的研究,为城市规划与建设提供重要参考。
(c) 废气等污染物扩散规律的数值模拟,包括在城市建设规划时期对污染物气流的扩散规律进行模拟,从而获得更好的规划方案,可有效改善城市大气环境。
(d) 风能开发利用的数值模拟,包括模拟地貌流场以帮助风电场选址,评估当地发电潜能,从而进行风机系统优化及风塔结构安全设计。
(3)台风特性与风场实测研究
(a) 台风影响区域风参数同步实测研究,包括通过长期观测站和临时测风站,对台风登陆地及周边影响区域开展台风同步实测,建立台风气候条件下的风参数数据库,配合数值模拟和风洞试验,开展台风风场模型和干扰因子敏感性分析,构建适合东南沿海地区的台风风场模型。
(b) 沿海开阔地区、海岸工程场地、山区丘陵场地风参数实测研究,包括针对福建省不同的地形地貌特点,选择代表性场地,进行中长期的风特性跟踪,建立代表性场地的风参数数据库,统计分析风特性的变化规律,为大型工程的抗风研究和工程防灾减灾提供合理全面的风参数基础资料。
(c) 沿海城市中心区风参数实测研究,包括建立沿海城市中心区测风站,持续实测收集风参数数据,研究分析沿海中心城区建筑三维密度对风场形态的影响,为城市中心区的工业规划和人居环境优化提供科学的风环境实测数据。
6.平台联系人
钱长照 15985831786
陈秋华 18250703289