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以焦炭炼铁开始的近代冶金业的技术创新在工业革命时期对人类文明影响巨大,因此在工业遗产保护领域受到普遍重视。如英国于20世纪80年代末启动了历史遗迹保护项目,钢铁工业历史遗迹作为其重要部分,形成了398个影像资料和70个文件的档案记录。[4]在英国所有与冶金工业有关的遗址中,最重要的当然是位于伯明翰西北50公里的泰尔福德(Telford)地区的铁桥峡。近代冶金工业遗产对工业文明带来的巨大影响,其根本上是钢铁冶炼新技术及其大规模普及所带来的,从这一意义上,我们认为冶金工业遗产的技术史价值可以从四个方面来概括:一是核心技术的发明或引进;二是新旧技术体系的交替;三是冶金产品如钢铁及其重要景观的形成;四是新技术及其生产系统对社会和文化的影响。而铁桥峡遗址具备了上述四种技术史价值的全部要素,围绕这些要素,相应的工业遗产保护和开发实践得以展开:第一,焦炭炼铁技术的发明和使用,是铁桥峡成为工业革命主要发源地的根本原因,也是其作为工业遗产的核心价值所在。铁桥峡之所以成为工业革命的主要发源地,是因为1709年亚伯拉罕.达比(AbrahamDarby,1676-1717)在此成功地用焦炭炼出生铁,这一技术创新使炼铁业摆脱了对木材的依赖而获得充分的发展空间,也拉动了煤矿业的进一步繁荣。以钢铁为原料的动力机械、工程建筑和铁路交通因此得以大规模发展,人类开始进入“钢铁时代”。[5]基于焦炭炼铁在技术史上的意义,铁桥峡成为了英国工业遗产保护的首要对象之一,1959年,达比的焦炭炼铁高炉也因此成为首个被挖掘和保护的对象,其最初的目的是纪念Coalbrookdale公司成立250周年。直到1968年铁桥峡博物馆基金(theIronbridgeGorgeMuseumTrust)创立,负责对方圆6平方英里的铁桥峡地区的工业遗产进行保护和研究,铁桥峡工业遗产的保护和开发由此全面展开。第二,焦炭炼铁试验成功后,铁桥峡地区经历了近半个世纪的新旧技术系统交替的时期,这直接体现在高炉动力系统的变革上,这是焦炭炼铁系统得以最终确立并使这一地区成为工业革命摇篮的又一因素,也成为铁桥峡工业遗产保护和展示的主要内容之一。达比的高炉最初是靠上下水池的落差形成动力来鼓风的,为解决干旱的夏天上水池枯水的问题,最初是通过修建马车轨道来输送水,1742年,纽可门蒸汽机代替了马车,用于水的提升,高炉鼓风的动力仍然来自水轮机。直到1776年,直接将博尔登-瓦特蒸汽机用于鼓风的方法得以成功研制,蒸汽机才在高炉炼铁中取代了水力鼓风[5]。在铁桥峡,达比二世修建的上下水池间的运水轨道被保存下来,成为体现新旧动力系统交替过程的主要景观。科尔布鲁克代尔铁博物馆(CoalbrookdaleMuseumofIron)用文字、图片和模型,完整地展示了该地区新旧高炉技术系统的变迁过程,达到了更清晰地再现工业革命是如何发生的效果。第三,1779年修建的铁桥,作为世界上第一座用生铁建造的桥,是工业革命时期新炼铁技术所带来的钢铁新产品和新景观,构成了铁桥峡技术史价值的另一重要内容,这是炼铁新技术实现产业化的直接产物。而人们如何首次用生铁来建造这样一座大桥,本身就是另一项很重要的技术创新。针对高炉和铁桥,联合国教科文组织为铁桥峡作为世界文化遗产作出了以下两点评价:1)科尔布鲁克代尔高炉使亚伯拉罕•达比一世在1709年发明焦炭炼铁的历史得以永存。铁桥作为第一座生铁构建的大桥,同样是体现人类创造天才的杰作。2)科尔布鲁克代尔高炉和铁桥在技术和建筑发展历史上有着重要的影响。可见,正是因其在技术发展史上的意义,铁桥和达比的高炉成为铁桥峡工业遗产的核心价值所在。此外,铁桥本身的建造技术的复原也成为了工业遗产的重要研究内容。1997年,瑞典画家伊莱亚斯•马丁1779年的一幅水粉画在斯德哥尔摩曝光,这幅画描绘了铁桥建造的方法。随后,大卫(DavidDeHaan)等人进行了详细的考古学、历史学和图片的研究,为了验证画中描绘的方法的可行性,2001年在铁桥峡地区的比利斯特山露天博物馆的运河上,一座按1:2的比例的铁桥使用18世纪的材料和技术建造起来,这一成果成为了展示铁桥建造技术的景观之一。第四,新技术引发的工业化导致运输、生活方式和城镇景观的改变,是铁桥峡地区在整体上作为工业遗产的价值体现,正如联合国教科文组织对铁桥峡价值评价的第3条称:“铁桥峡提供了近代工业地区发展的一个极具魅力的缩影。采矿区、运输业、生产企业、工人住所以及交通网络被很好地保留下来,形成了一个非常协调的整体,具有显著的潜在教育价值。”如果说炼铁炉和铁桥承载着技术本身的历史,那么因冶金业的兴盛而形成的工业社会,则属于“外史”范畴。对这一层面的历史价值进行挖掘,可以为工业遗产的保护和开发提供更广阔空间。铁桥峡现有的10个博物馆中,BlistsHill维多利亚城镇(BlistsHillVictorianTown)是游客参观人次最多的景观,19世纪后半叶的维多利亚时代被认为是英国工业革命的峰端,通过BlistsHill维多利亚城镇的重建,铁桥峡地区还原了19世纪经过工业革命后的英国人的生活状况,这个露天景观包括维多利亚时期普通工人的住房、银行、公立学校、药店、食品店、糖果店、铸铁厂、蜡烛厂、印刷厂,以及火车站和铁路等。这些展示也使铁桥峡地区作为工业遗产景区,更具观赏性和吸引力。
二、中国近代冶金工业遗产的技术史价值特征
中国是世界上发明和使用生铁最早的国家,然而土法炼铁技术是与传统的农业社会相适应的,并未导致工业社会的诞生。近代西式钢铁技术在中国的兴起始于19世纪80年代。相对于西方工业化国家而言,中国近代冶金技术与工业化历史有其自身的特点,使中国近代冶金工业遗产的技术史价值具有一些不可忽视的特殊性:第一,中国近代冶金技术史是一段单向的技术转移过程,且这一时期的技术引进并未带来中国钢铁工业的发达,这是中国近代冶金工业遗产技术史价值首要的特殊性。1885年至1936年,先后有贵州青溪铁厂、汉冶萍公司等钢铁企业在中国创办(见表1),主要设备和技术全部来自英、德、美、比利时等国,其中汉冶萍公司是唯一的煤铁一体化企业,其炼铁和炼钢设备的产能超过中国钢铁企业总产能的2/3,1926年随着汉冶萍公司冶炼设备全部停产,中国近代冶金工业化走向了谷底,中国所需的钢材回到了完全依赖进口的状况。[6]虽然中国近代冶金工业最终走向衰败,但这一时期的冶金工业遗产有着不容忽视的技术史价值。首先,汉冶萍公司等企业的遗存作为中国冶金工业近代化的起点,见证了中国最初的技术近代化的努力,无论其成败以否,意义均非常巨大。其次,客观还原这段艰难而曲折的技术引进史应成为中国早期冶金工业遗产挖掘和保护的主旨所在,对中国来说,这段充满挫折的记忆或许更值得珍视,这是中国近代冶金工业遗产与英美等国的不同所在。第二,在大规模引进西方技术的同时,近代中国广大的乡村仍然长期存在一个土法冶炼系统,为人们日常耕作和生活提供材料。中国早在春秋以前就发明了生铁冶炼,几千年来,铁是支撑中国传统农业经济系统的主要技术要素之一。明清时期,山西因坩埚炼铁的发展和丰富的铁矿资源,逐渐成为铁的最大产地,(图3)这一状况一直持续到19世纪末20世纪初。相对于欧洲,中国近代新旧冶炼技术的交替显得更为艰难和特殊。在对中国近代冶金工业遗存进行挖掘和保护时,我们不能将目光仅仅锁定在新式冶金工业遗存,还应该重视逐渐消亡的近代土法冶炼遗存的价值。正如下塔吉尔所说:“许多旧的或废弃的生产工艺中人类的技艺,是极为重要的资源,一旦失传无可替代。应当被详细记录并传给后代。”而目前中国对在工业化进程中逐渐消失的传统冶炼遗存的关注远远不够。第三,近代新冶炼技术和工业发展所带来的社会变迁,是这段并不成功的工业化进程给中国社会和文化带来的最大影响,是中国近代冶金工业遗产技术史价值另一重要内涵,值得工业遗产价值保护中深入的挖掘和展示。近代随着汉阳铁厂等现代工业的兴起,以农民和乡绅两大社会阶层为基础的传统社会关系逐渐改变。首先,部分农民从乡村手工业者转变成了新式产业的工人。其次,乡绅阶层也发生明显转变。以汉冶萍公司为例,地方乡绅参与到大冶铁矿和萍乡煤矿的开发中。此外,为培养技术人员,士绅的后代被公司选派出国攻读采矿冶金等专业,成为中国第一批本土钢铁工程师。[6]从工业遗产的角度来说,中国目前保留下来的近代冶金设备、厂矿建筑等实物留存已经非常罕见,但我们在现存的企业档案文献中可以挖掘出一批反映技术与社会变迁极具价值的遗产。例如我们在英国谢菲尔德大学找到的汉冶萍公司送培英国的留学生的档案。借助对相关文献的挖掘和整理,可以使中国冶金工业遗产的内涵更丰富,也更具讲述历史和教育后人的功能。
作者:方一兵 姚大志 单位:中国科学院
钢铁冶金行业对自动化技术的需求比较大,主要是在科学技术发展的带动下,体现出了自动化技术的优势。钢铁冶金行业的生产规模越来越大,涉及到的工艺和技术呈现复杂化的发展趋势,需要利用自动化技术,支持钢铁冶金行业的发展,分析钢铁行业对自动化技术的需求,如下:自动化技术的逻辑控制需求,其在钢铁冶金行业中发挥准确的控制作用,提供机械化、信息化的控制方式,落实自动化技术的控制途径,保障钢铁冶金行业的生产效率。钢铁冶金行业利用自动化技术实现智能控制,辅助智能化的编程,充分应用自动化的技术与系统,为钢铁冶金行业提供可靠的技术支持,确保钢铁冶金的效率与效益,有利于钢铁冶金行业的综合化发展,通过自动化技术优化了钢铁冶金行业的生产环境,保障多学科的融合化发展,满足钢铁冶金行业对自动化技术的实践需求。
2自动化技术在钢铁冶金行业中的未来发展
自动化技术在钢铁冶金行业中起到重要的作用,一方面提高钢铁冶金的自动化水平,另一方面改进钢铁冶金的生产工艺,体现技术型的控制优势。自动化技术成为钢铁冶金行业的重点,表现出良好的发展趋势,分析自动化技术的未来发展。
2.1自动化控制的高效性发展钢铁冶金行业的自动化技术,其对控制性能的要求比较高,需要具备高效性的特点,由此才能适应钢铁冶金行业的发展。现代钢铁冶金行业中引进了智能化、数字化的技术,增加了自动化控制的负担,所以针对自动化技术提出高效性的发展要求,促使其在未来发展中达到高效的规范标准,适应钢铁冶金行业的发展需求,最大程度地提高自动化的控制效率。高效性是钢铁冶金行业自动化技术的基础发展,辅助钢铁冶金行业改进生产工艺,保障自动化生产的效率。
2.2自动化技术的一体化发展一体化的自动化技术具有集成的特点,其在钢铁冶金行业中涉及到电子、电气等多项技术,推进自动化技术一体化的融合性发展。一体化的自动化技术解决了传统技术在钢铁冶金行业中出现的应用问题,落实一体化的操作途径。例如:钢铁冶金行业自动化技术中的EIC,联合了仪表、电气等技术,明确划分钢铁冶金行业中的生产工艺,充分利用逻辑控制的方式,避免出现逻辑上的问题,EIC还能在自动化技术一体化的基础上,引进运行软件的应用,提高EIC软件控制的能力,按照钢铁冶金行业的需求,推进EIC的一体化发展,表明自动化技术一体化的应用价值。
2.3低成本发展趋势低成本是指自动化技术的资源控制,在保障自动化技术准确应用的基础上,降低钢铁冶金行业的资源投入,还要提高自动化技术的运行效益。自动化技术低成本的发展趋势,需要采用模块化的发展方式,优化钢铁冶金行业的资源配置,而且低成本是现代工业的一种趋势,其在钢铁冶金自动化方面体现出了积极性。例如:冶金行业中的自动化技术,利用IPC模块,结合CIMS、STD,限制资源投入的规模,有目的的控制成本的投入,打破冶金行业资源高消耗的方式,自动化技术的低成本发展,更有利于自动化技术的应用,展示自动化技术低成本的优势。低成本已经成为自动化技术在钢铁冶金中的一项趋势,满足钢铁冶金行业的未来需求,体现自动化技术低成本的实践性。
3结语
1.1钢结构制作简单方便,施工周期短
钢结构在施工的过程中使用的材料比较简单,同时加工的方法没有非常大的难度,同时很多的流程都可以借助机械来完成,所以钢结构通常是在专业化的金属结构厂就已经生产出比较精确的构件,之后直接将其应用在施工当中,在构件拼装的过程中还可以在工地使用非常简单的普通螺栓和高强度螺栓进行连接,如果条件允许也可以使用施工现场的便利条件将其设置成大单元,之后再完成吊装施工,这样就可以很好的提高施工的效率,缩短施工的周期。这种结构对已经完成建设的钢建筑也有着非常好的改建和加固效果,在施工的过程中如果出现了非常严重的以外情况,可以根据工程建设的实际需要来对整个工程进行拆除,在拆除的过程中不需要很长的时间,同时经济损失也比较小,这些性能都是混凝土建筑结构所不具备的。
1.2钢结构符合可持续发展政策
钢结构建筑是一项绿色环保建筑产业,相对于钢筋混凝土结构、砖混结构而言,钢结构对资源、能源的利用相对合理,对环境的破坏相对较少,是解决环境问题的一个有效突破口。钢材作为一种高强、高效能的材料,不但具有很高的再循环价值,而且材料的边角料也可回收利用。据统计,与其他类型的同等规模建筑物相比,钢结构建筑在建造过程中有害气体的排放量降低35%左右。此外,钢结构具有工厂化生产、现场施工周期短的优点,能够最大限度地减少施工过程对周围环境的影响,同时砂石、土和水泥等散料也很少使用,能够从根本上避免尘土飞扬、环境污染、废物堆积以及噪声污染等问题。钢结构作为一种新型体系可以带动其他节能环保材料的推广使用,钢结构体系具有十分可观的灵活性,各种轻质高强墙体材料都可以应用到钢结构中,推动实现墙体材料的改革和成套应用。
1.3结构自重轻
抗震能力强根据比较,对于同一种建筑造型,一栋六层钢结构住宅重量仅相当于一栋四层砖混结构住宅的重量。建筑总重量小,地震力效应较小,延性良好,对应的抗震性能十分优越,多次震后资料对比都说明了这一点。
2.工业厂房大跨度钢结构的安装施工
2.1大跨度钢结构施工安装的总流程
因为施工条件的限制,在施工的过程中不能采用四跨同时施工的方式,所以也就只能选择按照先后的顺序进行施工,施工程序的选择对整个结构的质量和形式都有着非常重大的影响,如果施工的过程中采用的是从两个边跨逐渐向中间施工,就很有可能因为之前施工中出现的偏差而使得结构自身产生非常大的应力,如果在施工中选择从中间跨向两边跨施工,就可以很好的避免上述的问题。
2.2钢柱吊装
因为钢柱整体的刚度正好和整个结构的形状呈现出对称的状态,所以对吊点的选择没有非常大的限制、钢柱单件的重量最大为13吨,在施工的过程中也应该选择50吨的汽车吊,卡环吊也应该选择性能较好的吊车,在计算之后发现其可以很好的满足施工的标准和要求,在进行吊装施工之前首先应该对柱底螺栓的位置进行严格的检查,看其是否出现了移位的现象,如果出现了偏位,一定要对其进行及时的校正,同时还要对螺母的丝扣进行有效的保护,防止其出现严重的损坏现象,在螺栓的调整和校对全部结束之后才能进行吊装施工。将钢柱柱脚的中线对准测量放线的轴线,如误差过大则用千斤顶将柱脚轴线误差调校至规范要求范围内,满足设计要求。用垫铁将钢柱标高调校至设计要求范围内,使钢柱只能水平方向位移,不能上下移动。将标高、柱底轴线调校好的钢柱利用四个准备好的手动葫芦调校垂直,将调校好的钢柱与预埋件焊接固定,即钢柱的校正工作完成。
2.3临时支撑的安装
临时支撑标准节横截面尺寸为:2mx2m,高度为:2m;非标准节横截面尺寸为2mx2m,高度为:1m;立柱采用qbl40x6钢管,斜腹杆和横杆采用合适的钢管,钢材材质均为Q345B。非标准节顶部设有可调节高度的装置,通过标准节和非标准节的组合可随意调整临时支撑的整体高度,使得临时支撑可灵活应用于任意高度的支撑。临时支撑的位置布置根据主桁架的具体施工方案而定,在桁架断点处设置临时支撑作为临时支撑点。临时支撑采用钢筋混凝土独立基础,在临时支撑四周设置1.5m高防撞护栏,并用彩钢板进行维护,在顶部搭设操作平台。
2.4桁架安装
桁架的安装采用分段吊装高空拼装方法,主要安装流程为:钢柱的安装_临时支撑的安装_桁架吊装及高空拼装_檩条及屋面板的安装_临时支撑拆除。具体每一跨或者每一榀桁架的安装方法会根据具体的施工条件来确定。
3.结语
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