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智慧城市| 港基建成高強鋼示範 港學者研究捕捉先機

鍾國輝教授
鍾國輝在實驗室的研究,推動歐盟鋼結構設計規範下以中國鋼材料的等效設計應用,成就斐然,習近平考察科學園,高強鋼也是展示項目。

[智慧城市]

中國是基建大國,鋼鐵的最大生產國,鋼材質量和價格具競爭力,國際市場不少以歐盟標凖,國產鋼材出口偏低。

海外對國產鋼材規格缺乏認識,彼此技術規格亦有差異。隨著國內與國際標準對接,鋼材符合歐盟等鋼鐵認證;為出口帶來巨大機遇;但中國鋼材能否有廣泛應用,從英標和歐盟標凖鋼材轉型至國產鋼材,國產鋼材須有等效的結構設計,具備數據測試和實際的應用效果。

創新成果厚積薄發

本港有學者推動國產鋼材的應用和國際化,提出了戰略思考,為國產高強鋼建立了大量驗證和應用研究。

香港理工大學的鍾國輝教授剛獲中國「全國創新爭先獎個人獎」,此獎每三年頒發一次,重要性僅次於國家科技獎人才大獎。

鍾國輝是全港唯一的獲獎者,潛心研究高強鋼應用超過12年;通過無數實驗驗證和數據,以基礎研究的支持下,高強鋼實際應用效果,首次在本港大型基建獲得了肯定。

他亦擔任中國國家鋼結構工程技術研究中心香港分中心主任,是本港唯一在建築推動技術創新和工程應用的研究中心,向海外展示中國鋼材的高效應用,並與中國鋼結構建造業,共同參與國際工程和管理慣例設計的專案。

鍾國輝教授
香港理工大學國家鋼結構工程技術研究中心香港分中心主任鍾國輝教授獲第三屆「全國創新爭先獎」

高強鋼創新應用

「我的工作是推動高強鋼的創新應用。中國鋼鐵業要走向全球,必定是靠創新方案和應用,助力全球碳中和。」

鍾國輝以研究鋼鐵安身立命,亦獨具慧眼,洞悉建造材料面臨轉捩,高強鋼在建築具備應用潛力。香港沒有鋼鐵的生產,基建和學術研究卻首屈一指,高水平研究建立標凖和應用守規,基建大規模的應用樹立典範,為全球開風氣之先。

香港地位得天獨厚,鍾國輝對本港在推動高強鋼作用,深信不疑。

中國鋼材全球佔半

2021年,中國佔全球鋼材生產超過5成,每年產鋼超過10億噸,為日本10倍多,出口卻不振,扭轉局面的關鍵,正正是高強鋼。

鍾國輝構思通過歐盟鋼結構設計規範,以中國高強鋼等效設計應用,加上等效鋼材設計,替代按照外國規格生產鋼材;包括歐盟、日本、美國、澳洲和俄羅斯的鋼材。理大實驗室從高強度鋼材料、焊接、機械特性和結構設計,鍥而不捨深入探究,為其建築應用奠下理論基礎。

多自由度機器臂
香港研究高強鋼焊接和組裝技術,多自由度機器臂執行焊接工作,再通過自動檢測,也研究預先組裝減少在工地施工,加快進度減低成本。

材料節省三成半

鍾國輝說,中國高強鋼的價格,以S690為例,只較一般鋼材高三成,卻節省一半用量,單材料費節省35%。目前,國內高強鋼主要應用在製造設備,鮮有應用在建造業;歐美亦缺少高強鋼在大型應用的案例。

鍾國輝的研究,揭櫫了高強鋼在重載構件和大跨度結構工程的獨有優勢;包括公路橋樑、行人天橋、隔音屏障、鋼樁等。

「鋼材耗用少一半,結構更輕盈,橋樑可減少橋墩和支承系統;焊接更少,施工更短,成本效益改善,減少了碳足跡。高強鋼易於預裝組合,足以改寫建造業;中國應從高端推動國產鋼材,並助全球減碳。」

今年,歐盟對鋼鐵和混凝土徵收「碳關稅」,高強鋼具有減碳的優勢,足以變成國產的契機。

高強鋼
理大實驗室數以千計受壓變形,不同形狀的高強鋼,累積大量數據,為日後實際應用奠定了理論基礎。

高強鋼減碳優勢

中國掌握高強鋼生產工藝,價格具競爭力。另一方面,鋼材設計更靈活,彈性更大;重量減輕更有利於預製組件,結構可重用減廢,亦可循環回收,符合減碳的原則。

鍾國輝說,香港將成高強鋼應用研究的重鎮,向全球示範應用的優勢;他估計「組裝合成」(MiC)建築法,會以鋼結構為主流。他亦研究MiC的焊接裝嵌工藝,腐蝕以至使用壽命,以至MiC重置等課題。

「以全港首個MiC興建的鋼結構『南昌220』重置為例;幾乎所有部件異地重置,只涉少量修葺,鋼結構MiC使用期可超過50年。」

鍾國輝也協助港澳及海外項目,以中國優質鋼材以歐盟規範鋼材設計替代歐盟鋼材,推動本港基建大規規應用高強鋼。

雙拱鋼橋獨步天下

理工團隊向將軍澳跨灣連接路主跨的雙拱鋼橋,提供了技術指導,以採用國產S690高強鋼,以厚板焊接技術,節省用鋼約4成,工程費減少約1億港元。

「工程展示了中港合作, 運用優質國產鋼材,國際諮詢公司設計,在內地預裝生產,最後以歐盟標準驗收,成為國際工程範例。」

政府發展局負責推動建造業創新,積極與鍾國輝合作在公務工程引入高強鋼;包括元朗大球場重建、行人天橋、高速公路隔音屏障、大澳水鄉鹽田行人橋均會採用國產高強鋼。

他說,未來五年政府將採用10萬噸國產的高強鋼,節省四五十億的成本;澳門澳氹四橋亦將加入高強鋼建造。他說,不少發展項目鋼材很早就選定,之後再沒有時間和機會修改,須在標凖制訂和作業守規下工夫,國產高強鋼有才機會被採用。

等效研究排除障礙

鍾國輝參與編寫校對多份技術文件及成立國際專家委員會,推動出版《歐盟標準等效鋼材設計應用》,制訂等效鋼材設計原理及方法,建立國際標準鋼材數據庫,作為國產鋼材的等效設計及外國鋼材互換提供了技術參考;最近協助香港屋宇署,修訂鋼結構的作業守則,首次加入了高強鋼設計,為建築業提供指引。

「私人樓宇及一般建築;包括機場、數碼港、理大學生宿舍正考慮利用高強鋼節省開支,香港有機會變成高強鋼最有應用經驗的城市。」

香港具國際化優勢;不少承建商、建築師、顧問工程、工程諮詢,項目早已走出香港,服務亞洲中東地區。香港的應用故事,可以不脛而走,倚靠軟實力,助力中國鋼鐵事業,無遠弗屆,走得更遠。

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