港口工程施工论文
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港口工程施工论文范文第1篇
关键词: 港口工程；大体积混凝土；温度裂缝；防治措施
Abstract: mass concrete construction main characteristic is big volume, general entity minimal size is equal to or greater than 1 m; Its surface coefficient are small, cement hydration heat release more concentrated, internal temperature rise faster. Concrete inside and outside when large temperature difference, can make concrete produce temperature crack, affecting the structure and normal use. So must fundamentally analysis it, to ensure the construction quality. This paper analyzes the port engineering mass concrete structure in large temperature crack reasons, and the port of mass concrete used in the construction of the measures and the quality requirements for the raw materials are discussed.
Key words: port engineering; Mass concrete; Temperature crack; Prevention and control measures
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
0.前言
随着我国交通设施建设发展, 大体积混凝土在港口建设中的运用越来越多,主要是用在大中型的基础建设工程及桩基承台上。其特点主要是结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构），施工技术要求高，水泥水化热较大（预计超过25度），易使结构物产生温度变形。大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外，对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。下文主要对港口工程中大体积混凝土结构导致温度裂缝的原因,并对港口大体积混凝土施工中采用的措施以及原材料质量要求等方面进行了探讨。
1 港口工程中大体积水泥混凝土温度裂缝产生的原因
大体积混凝土温度裂缝产生的主要原因是由于混凝土的导热性能差，其外部的水化热量散失较快，而积聚在结构内部的水化热则不易散失，造成混凝土各部位之间的温度差和温度应力，当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生温度裂缝，给工程带来不同程度的裂缝。能够深刻了解大体积混凝土中温度变化所引起的应力状态对结构的影响，认识温度应力的一系列特点，掌握温度应力的变化规律，了解大体积混凝土温度裂缝产生的机理，对于制定有效的施工方案，保证施工质量能起到至关重要的作用。这就要求施工单位在原材料的选用、配合比的确定、混凝土的测温、降温和保养等几个方面严格把好质量关。
（1）影响混凝土内外温差的主要因素有混凝土厚度泥用量、水泥品种、浇筑入模温度及环境温度等。混凝土越厚,水泥用量越大；水化热越高的水泥,其内部变形越大,形成的温度应力越大,产生裂缝的可能性越大。因此, 防止大体积凝土出现裂缝最根本的措施是控制混凝土内部和表面的温度差,降温速率要比升温速率高,裂缝的产生可能发生在升温阶段,也可能出现在冷却阶段,升温阶段多为混凝土表层出现不规则裂缝,而在冷却阶段,则常由于外界条件的约束致使混凝土内部出现贯穿性的长裂缝。
(2)混凝土浇筑后,水泥水化产生大量的热,引起混凝土内部升温较快。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。混凝土达到最高温度后, 随着热量的散发又开始降温,直到与环境温度相同。在升温结束后的散热阶段,由于内外混凝土散热条件不同,造成外部混凝土温度低于内部混凝土温度。这样,在升温和降温阶段,混凝土结构内外都形成同一方向的温度梯度,导致其变形不一致,从而使混凝土内部受压、外部受拉。当混凝土的抗拉强度小于温度拉应力时,就会产生裂缝,温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性以及结构不合理、原材料不合格(如碱骨科反应)、模板变形、基础不均匀沉降、运输和浇筑过程中的离析现象等。在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的, 存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束又会在混凝土内部出现拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝；许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢, 但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也可能导致裂缝的产生。
2 港口工程中大体积水泥混凝土温度裂缝的主要应对质量控制措施
(1)控制混凝土原材料的质量和技术指标。选用低收缩原材料,如较高的水泥,较低含泥量的砂石以及合理的砂石集配。高碱水的外加剂,降低用水量和水泥用量,配置出收缩较小的混凝土。水化热控制,水泥水化热造成温升,这样固化后的混凝土在降温过程中会产生较大的冷缩和温差拉应力,而混凝土抗拉强度低、变形能力小,很容易开裂。在混凝土中掺入膨胀剂,使其产生适度膨胀,用以抵消混凝土结构的部分冷缩,从而可以减轻或避免温差裂缝的出现。在混凝土中掺入适量的缓凝减水剂可以延迟水泥水化热的释放速度,同时降低热量。而且此类减水剂还可提高混凝土的流动性,有利于运输和泵送；同时能够避免连续浇筑混凝土过程中的冷接缝问题,降低渗漏隐患；另一方面,减水剂的使用可以节约水泥用量,从而降低造价,且水泥用量越少,水化热就越低, 温差裂缝就越少。掺入粉煤灰或矿渣等活性混合材料,取代部分水泥,降低水泥水化的发热量,减少温度应力,减少裂缝的出现。以上众多因素都可以导致混凝土结构自身的抗拉强度低于外施加给它的拉应力,从而导致结构物开裂。因此,外部引起的裂缝是可以避免的。只要通过合理的设计、正确的施工和有效的保养,就可以避免此类裂缝的产生。提高结构设计的合理性，合理的设计能够减少由外因引起的裂缝。例如,由结构设计没有考虑好而造成结构变形协调、刚度协调问题,就可能出现裂缝。因此,设计人员应该注重结构设计,确定膨胀加强带的位置,加强带两侧用免拆模板网拦起,并采用钢筋绑扎牢固。在配筋时考虑钢筋的大小和粗细问题, 尽量多用细而密的配筋,少用粗而少的配筋。加强对基础的处理和合理选择混凝土材料。
(2)采取正确的施工方法在混凝土生产前,施工人员和监理工程师必须检查原材料质量是否符合有关标准。仔细校核计量装置,检查搅拌机器设备和现场泵管布置,确保混凝土生产和泵送时设备能够正常运转。派专人负责投料, 并符合计量要求。水泥、砂、石、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、矿渣粉和水都必须经过计量后才能投入搅拌机,计量误差应符合规范要求。膨胀剂不得少掺,也不得多掺,及时测定砂、石的含水率,以便及时调整混凝土拌合用水量,随意增加用水量及搅拌时间, 确保混凝土搅和均匀。混凝土浇注前的准备:模板按设计图纸安装,必须固定牢固,清理干净模板及钢筋间的所有杂物并在表面涂上脱模剂,模板缝应严密,不得漏浆,将加强带两侧的免拆模板网绑扎牢固,并用竖筋加固,以免密孔铁丝网被混凝土压垮。每块混凝土连续浇注时, 必须保证软接茬以防止产生冷缝, 造成防水隐患。混凝土的振捣必须密实, 不能漏振、欠振、过振。振捣时间宜为20s～30s,以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时快插慢拔, 振点布置要均匀。在施工缝、预埋件处需加强振捣,以免振捣不实,造成渗水通道。振捣时应尽量不触及模板、钢筋、止水带, 以防止其位移、变形。每个浇注带的宽度应根据现场混凝土的方量、结构物的尺寸、供料速度、泵送工艺等情况预先计算好,避免冷缝的出现。
3 结语
港口工程施工论文范文第2篇
【关键词】国际工程；投标；报价；报价技巧；报价决策
一、国际工程承包的概念与特点
（一）国际工程承包的概念
工程承包一般是指工程公司或其他具有工程实施能力的单位受业主委托，为业主的工程项目或其中某些子项目所进行的建造与维修活动。国际工程承包系指参与国际工程项目的承包活动。承包方可能涉及多家承包商以各种各样的合作方式共同完成一个工程项目。
（二）国际工程承包的特点
工程承包是交易活动的一种方式，但又不同于一般的货物贸易，主要表现在以下三方面特点。
1.承包工程的不可移动性
通常工程的实施只能或者基本上要在工程所在地进行。这样就产生了一系列的问题，如劳务、材料、设备要集中于工程现场，从而需要建造大量临时性设施。在遇到各类问题时，只能在现场返工或维修，如果出现无法修补的质量问题，就只能拆除重建，这无论对于业主或承包商都是严重的损失。因此，承包商、业主和工程师必须认真加强管理，严格保证工程质量。
2.施工周期的长期性
工程承包比普通贸易活动的履约时间相对要长得多，特别是大型工程项目的承包建设，例如：水电站工程、矿山工程、港口工程等，有些长达数年或更长。履约周期长将产生较多的不可预见因素，工程风险增大。为此，工程承包合同应当对可能出现的各种风险因素及其补救措施做出明确的规定。
（三）国际工程招标投标的概念
国际工程招标是一种特定的国际采购方法，由买方（业主）向世界各国公开提出交易条件，以征询卖方的最佳报价。国际工程投标是对国际工程招标的响应，是一国的卖方（承包商）为得到该工程项目的承包权而向另一国买方发出的要约。
二、国际工程施工承包投标报价技巧应用
投标报价技巧是指在投标报价中采用什么手法提高标价的竞争力，或在中标后获得更
多的利润。论文针对国际工程特点和惯例做法阐述：招标文件澄清的应用；利用降价系数
调整投标报价；计日工单价的报价；不平衡单价报价技巧的应用；分包商报价的采用等五
种报价技巧。其中重点阐述不平衡单价报价技巧的应用。
（一）招标文件澄清的应用
国际工程一般都是大型、复杂的工程，标书中难免会出现错误的条款、含混不清的条款或前后矛盾的表述。这时承包商应通过书面或标前会议向业主或工程师澄清，澄清的文件作为标书的组成部分。这个过程就是招标文件的澄清。澄清招标文件是一项技巧性很强的工作，若运用得当，既可以增加投标竞争力，又能为今后项目的实施创造收益的条件。具体来说，可以遵循如下两项原则：
1.若招标书中存在的错误或含混不清的条款会导致工程造价增加，必须予以澄清。澄清此类问题可以达到双重目的：一是使问题得到彻底的澄清，保证自身报价不漏项，以避免项目中标后发生经营性亏损；二是提醒其他投标人将应增加的工程造价计入总报价中，以保证自己与别的投标人在同等条件下竞争。
2.招标书中有利于承包人的含混不清的条款或前后矛盾的表述可不必澄清。结合一个典型的案例来分析说明它的重要性。如某承包商在研究某道路工程标书时发现该招标文件存在一重要错误：标书工程量表的“工程内容说明”中规定，对旧路基边坡挖出的土方做弃土处理，而技术规范却规定，上述土方用于新路基的填筑。承包商经反复研究分析，认为标书中的这一前后矛盾会给承包商今后的经营留下机遇，因此决定不澄清。项目中标后，该承包商在充分建立与咨询工程师和业主友好关系的基础上，实现了按技术规范的规定进行施工（移挖作填），却以工程量表中的规定进行工程结算（原路基边坡开挖土方做弃土处理）的经营目标。
（二）利用降价系数调整投标报价
即先按一般情况报价或表现出自己对该工程兴趣不大，到快投标截止时，再利用降价系数调整投标报价。这是一种迷惑对手的竞争手段，因为投标阶段竞争对手也会想办法刺探你的情报。采用突然降价法中标，因为开标只降总价，在签订合同时可采用不平衡单价报价的技巧调整工程量表内的各项单价或价格，以期取得更高的收益。在激烈的国际竞争中不乏这样的先例。例如，我国鲁布革水电站引水系统工程竞标中，日本大成公司在开标前把总报价突然降低 8.04%，以最低标价一举击败主要竞争对手日本前田公司而中标。
（三）计日工单价的报价
计日工是指在工程施工中，可能会有临时性或新增的工程内容使用人工、机械和材料，需要按工日或工时计算费用。业主要求报价时填报“计日工费率表”。若单纯报计日工单价且不计入总价，可以高些，以便在业主额外用工或使用机械时多赢利。但如果有一个假定的“名义工程量”时，则需具体分析是否报高价，以免抬高总价。总之，要具体分析业主在开工后可能使用的计日工数量，采取适当的报价技巧。
（四）不平衡单价报价技巧的应用
不平衡单价报价，是指在保证工程总报价不变的基础上，人为地调整某些单项工程价格，使之高于或低于其实际价格，以达到既不削弱标价竞争力，又能在履约阶段增加工程经营收益的目的。本技巧的运用是建立在国际工程具有如下事实的基础之上：
1.国际工程大都采用工程单价合同；
2.报价时的工程量与实际结算工程量不同，有时出入还很大；
3.施工工期长且分项工程施工顺序有先后。
一般可以在以下几方面考虑采用不平衡报价法，见表1.。
表1.常用的不平衡报价方法
按表 1 的方法调整标价，主要可达到三种效果。
效果一，早回收工程款。按上表中的第 1 项调整即可达到这一效果。下面结合示例进行分析说明。过上述调整，将本应在后期完成的混凝土报价中的 5 万美元加到前期完成的施工动员的报价中。总报价 155 万美元并未改变。一旦中标，当承包商完成了施工动员尚未开始永久工程施工时，即可早获得业主 5 万美元的施工动员工程款。可见，这一方法运用得好，可使商业经营上的所谓“早收晚付”黄金原则得以实现，承包人将大大减少前期资金的投人量，进而达到降低流动资金使用利息，减少公司资金压力，有效规避工程实施风险的效果。此方法充分利用了资金的时间价值规律。
参考文献：
[1]刘尔烈主编.国际工程管理概论.第2版.天津：天津大学出版社，2008
港口工程施工论文范文第3篇
关键词:土建结构;耐久性;合理化建议
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。
一、土建结构工程的耐久性现状
大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所特有,但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。
长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化;据美国土木工程学会的一份材料估计,他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题,仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无,而现在联邦政府每年为此的拨款只有50～60亿美元。另有资料指出,美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施,如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害,钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40,桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面至今仍无明确要求,对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25,与上面提到的加拿大50年代水准一致。
我国建设部的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用,使用十几年后就出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害,东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明,漏水的占50.4%,其中1/3渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行,而后来颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策,如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。
耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训,还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥,其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3～4cm厚的保护层厚度。
有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的还可延续20年,由于忽视耐久性,迎接我们的还会有“大修”20年的,这个可能不用很久就将到来,其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。
二、耐久性问题进一步加剧的原因
(一)由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值,而国外则同时还要求不高于规定的最高值,如果强度超过了也被认为不合格,这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。
(二)工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。
(三) 环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30% 。
三、增强土建工程耐久性的合理化建议
(一)建议国家及相关研究单位或机构,强化对混凝土工程耐久性及对特殊环境状态下耐久性的基础理论研究,并制定技术规范。
(二)建议国家安全生产监督管理部门尽快制定有关法规标准及监督措施。
(三)要土建工程,必须定期按法规进行安全检测。必须改变在基础设施工程中的重新建、轻维修的弊端。建议对桥梁、土木工程毕业论文隧道等重要公共基础设施和公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。科学的编制相应的技术标准,对于土建结构工程的检测与评估要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制与常设机构。
(四)完善土建结构工程使用阶段的正常检测与维护机制。强化结构耐久性和使用寿命的概念和意识。为了保证土建结构安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用过程中,应该进行定期检测和维护。使用过程中,有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量,设立和制定操作性更强的法规。用制度和法规来控制结构安全质量事故。用科学的管理手段把握和约束从业人员的注册和从业机构的资质的认证,规范土建结构工程安全性及耐久性的管理体制。
(五)完善技术标准和管理体制,学习发达国家先进经验和技术,以人为本,注重人性化管理与科学管理相结合,逐步淡化技术规范条文的强制性质,并鼓励科技创新和技术进步。
港口工程施工论文范文第4篇
会议收到论文报告58篇并印发了文集,有140人参加会议,在第一天的大会和第二天的分组会上分别有17位和26位专家作了报告,另外还安排了半天时间进行自由发言和讨论。会议气氛热烈,取得了预期的效果,不同观点之间也进行了较为充分的交流。
鉴于这一会议的论坛性质,以下仅就会上提出的一些问题及建议作一归纳,提交与会专家考虑并审议。
一、土建结构工程的安全性
结构安全性是结构防止破坏倒塌的能力,是结构工程最重要的质量指标。结构工程的安全性主要决定于结构的设计与施工水准,也与结构的正确使用(维护、检测)有关,而这些又与土建工程法规和技术标准(规范、规程、条例等)的合理设置及运用相关联。
1.我国结构设计规范的安全设置水准
对结构工程的设计来说,结构的安全性主要体现在结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性与结构的耐久性等几个方面。我国建筑物和桥梁等土建结构的设计规范在这些方面的安全设置水准,总体上要比国外同类规范低得多。
1.1构件承载能力的安全设置水准
与结构构件安全水准关系最大的二个因素是:1)规范规定结构需要承受多大的荷载(荷载标准值),比如同样是办公楼,我国规范自1959年以来均规定楼板承受的活荷载是每平方米150公斤(现已确定在新的规范里将改回到200公斤),而美、英则为240和250公斤;2) 规范规定的荷载分项系数与材料强度分项系数的大小,前者是计算确定荷载对结构构件的作用时,将荷载标准值加以放大的一个系数,后者是计算确定结构构件固有的承载能力时,将构件材料的强度标准值加以缩小的一个系数。这些用量值表示的系数体现了结构构件在给定标准荷载作用下的安全度,在安全系数设计方法(如我国的公路桥涵结构设计规范)中称为安全系数,体现了安全储备的需要;而在可靠度设计方法(如我国的建筑结构设计规范)中称为分项系数,体现了一定的名义失效概率或可靠指标。安全系数或分项系数越大,表明安全度越高。我国建筑结构设计规范规定活荷载与恒载(如结构自重)的分项系数分别为1.4和1.2,而美国则分别为1.7和1.4,英国1.6和 1.4 ;这样根据我国规范设计办公楼时,所依据的楼层设计荷载(荷载标准值与荷载分项系数的乘积)值大约只有英美的52%(考虑人员和设施等活载)和85%(对结构自重等恒载),而设计时? 菀匀范ü辜?芄怀惺芎稍氐哪芰Γㄓ氩牧锨慷确窒钕凳?泄兀┤匆?扔⒚拦娣陡叱龅?0~15%,二者都使构件承载力的安全水准下降。日本与德国的设计规范在某些方面比英美还要保守些。一些发展中国家的结构设计多根据发达国家的规范,就如我国解放前和建国初期的结构设计方法参照美国规范一样。至于中国的香港和台湾,至今仍分别以英国和参考美国规范为依据。这里需要说明的是,在其他建筑物的活荷载标准值上,与国外的差别并没有象办公楼、公寓、宿舍中这样大。不同材料、不同类型的结构在安全设置水准上与国际间的差距并不相同,比如钢结构的差距可能相对小些。
公路桥梁结构的情况也与房屋建筑结构类似,除车载标准外,荷载分项安全系数(我国规范对车载取1.4,比国际着名的美国AASHTO规范的1.75约低25%)与材料强度分项安全系数均规定较低。
尽管我国设计规范所设定的安全贮备较低,但是某些工程的材料用量反而有高于国外同类工程的,这里的问题主要在于设计墨守陈规,在结构方案、材料选用、分析计算、结构构造上缺乏创新。
1.2 结构的整体牢固性
除了结构构件要有足够承载能力外,结构物还要有整体牢固性。结构的整体牢固性是结构出现某处的局部破坏不至于导致大范围连续破坏倒塌的能力,或者说是结构不应出现与其原因不相称的破坏后果。结构的整体牢固性主要依靠结构能有良好的延性和必要的冗余度,用来对付地震、爆炸等灾害荷载或因人为差错导致的灾难后果,可以减轻灾害损失。唐山地震造成的巨大伤亡与当地房屋结构缺乏整体牢固性有很大关系。2001年石家庄发生故意破坏的恶性爆炸事件,一栋住宅楼因土炸药爆炸造成的墙体局部破坏,竟导致整栋楼的连续倒塌,也是房屋设计牢固性不足的表现。
1.3 结构的耐久安全性
我国土建结构的设计与施工规范,重点放在各种荷载作用下的结构强度要求,而对环境因素作用(如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀)下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故,其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害,所以这个问题必须引起格外重视。我国规范规定的与耐久性有关的一些要求,如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级,都显着低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一;提高结构构件承载能力的安全设置水准,在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。
2.调整结构安全设置水准的不同见解
我国结构设计规范的安全设置水准较低,与我国建国后长期处于短缺经济和
计划体制的历史条件有关。但是,能够对土建结构取用较低的安全水准并基本满足了当时的生产与生活需求,而且业已历经了较长时间的考验,这是国内土建科技人员经过巨大努力所取得的重大成就;但是,由于安全储备较低,抵御意外作用的能力相对不足。如果适当提高安全设置水准将有利于减少事故的发生频率和提高工程抗御灾害的能力。国内发生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐败和不善以及严重的人为错误所致。现在提出要重新审视结构的安全设置水准,主要是基于客观形势的变化,是由于我们现在从事的基础设施建设要为今后的现代化奠定基础,要满足今后几十年、上百年内人们生产生活水平发展的需要,有些土建结构如商品房屋则更要满足市场经济条件下具备商品属性的需要。国内近几年来已对建筑结构安全度的设置水准组织过几次讨论,在如何调整的问题上存在较大的意见分歧,这次科技论坛上同样反映了这些不同的见解: 1)认为我国现行规范的安全设置水准是足够的,并已为长期实践所证明,而国外就没有这种经验。我国取得的这一成功经验决不能轻易丢掉,在安全度上不能跟着英美的高标准走;安全度高了是浪费,除个别需调整外,总体上不必变动。
认为我国规范的安全度设置水准尽管不高,但在全面遵守标准规范有关规定,即在正常设计、正常施工和正常使用的“三正常”条件下,据此建成的上百亿平米的建筑物绝大多数至今仍在安全使用,表明这些规范规定的水准仍然适用;但是理想的“三正常”很难做到,同时为了缩小与先进国际标准的差距以及鉴于可持续发展和提高耐久性的需要,在物质供应条件业已改善的市场经济条件下,结构的安全设置水准应适当提高。这种提高只能适度,因为我国目前尚属发展中国家。
3)认为我国规范的安全设置水准应该大体与国际水准接近,需要大幅度提高。这是由于随着我国经济发展和生活水平不断提高,土建工程特别是重大基础设施工程出现事故所造成的风险损失后果将愈益严重,而为了提高工程安全程度所需要的经费投入在整个工程(特别是建筑工程)造价中所占的比重现在已愈来愈低,材料供应也十分充裕。过去的低安全水准只是适应了以往短缺型计划经济年代的需要,但决不是没有风险,如果规范的安全水准较高,曾经发生过的有些安全事故本来是可以避免的,而规范的这一缺陷在一定程度上为“三正常”的提法所掩盖。在建的工程要为将来的现代化社会服务,安全性上一定要有高标准。低的安全质量标准在参与将来的国际竞争中也难以被承认,即使结构设计的安全设置水准能够提高到与发达国家一样,由于我们的施工质量总体较差,结构的安全性依然会有差距。
3、结构设计规范的概率可靠度设计方法
自1984年国家建委和国家建设部颁布了建筑结构设计统一标准以来,我国的建筑结构设计规范已从80年代末期起抛弃了传统的多安全系数设计方法,从而统一采用以概率理论为基础的可靠度设计方法;其它的工程部门如公路、铁路、港口、水利的结构设计规范也正在或计划作这样的转变。我国规范的可靠度设计方法是参考国际上的相应标准ISO2394并经过国内科技人员努力后得以实施的。将可靠度设计方法用于结构设计规范,在国际学术界内通常被看成是一种发展趋势,但在工程内界则存在不同看法。尽管有了ISO2394,国外却鲜有重要或着名的结构设计规范已直接采用了可靠度设计方法,至今仍采用多安全系数设计方法或称荷载抗力系数法。在我国,对于建筑结构设计规范中的可靠度设计方法以及企图将我国各个行业的各种结构设计规范都用可靠度方法统一起来的做法,虽然工程设计界颇有微词,但学术界持赞成和肯定者是主流,不过仍不时有人对可靠度方法用于设计规范的适用性提出质疑。这次科技论坛上则较为集中地反映了对规范可靠度方法的意见分歧。
对我国规范的可靠度设计方法持肯定意见的专家认为这是重大的科技进步,可靠度方法对安全度的概率定义要比定值的安全系数更清晰、更科学、更合理,当然概率可靠度设计方法本身尚有不少缺陷,有待进一步修改完善。持相反意见的人则认为,结构设计规范所面向的是类型多样的复杂群体,在安全度上需要考虑的不确定性与不确知性非常复杂,并不是“从统计数学观点出发的概率定义”所能科学描述或处理;规范可靠度方法在我国十多年的实践表明,它并没有给结构设计的安全性带来明显实效,反而造成了安全概念上的某些混乱;对工程技术人员来说,结构的安全度用可靠指标和虚假的失效概率表达后变得更加不可揣摩和模糊不清,不如安全系数那样从安全储备出发的度量方法更为直观和便于处理具体工程的安全问题;现行设计规范中的可靠度方法很不成熟,存在不少根本缺陷;他们认为半概率的多安全系数方法更适用于规范,也不排斥可靠度分析的结果可以作为一种参考,在综合判断安全系数的合理取值时予以考虑。
二、土建结构工程的耐久性
土建结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力,这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性,而且更多地体现在适用性上。
1、土建结构工程的耐久性现状
大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所特有,但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。
长期以来,人们一直以为混凝土应是非常耐久的材料。直到70年代末期,发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境下出现过早损坏。美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的时期内就出现劣化;据1998年美国土木工程学会的一份材料估计,他们需要有1.3万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题,仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需800亿美无,而现在联邦政府每年为此的拨款只有50~60亿美元。另有资料指出,美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的1/4。发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施,如加拿大安大略省的公路桥梁为对付除冰盐侵蚀及冻融损害,钢筋的混凝土保护层最小厚度从50年代的2.5cm逐渐增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土强度的最低等级也从50年代的C25增到后来的C40,桥面板混凝土从不要求外加引气剂、不设防水层到必须引气以及需要设置高级防水胶膜并引入环氧涂膜钢筋。而我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设/！/计方面至今仍无明确要求,对混凝土保护层和强度的要求仅为2.5cm与C25,与上面提到的加拿大50年代水准一致。国内
按这种标准设计的一座? 笄牛?ǔ珊蠼?年,由于盐冻侵蚀,现已不得不部分拆除重建。 我国建设部于80年代的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25~30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅15~20年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30~40年。桥梁、港工等基础设施工程的耐久性问题更为严重,由于钢筋的混凝土保护层过薄且密实性差,许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂。海港码头一般使用十年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。京津地区的城市立交桥由于冬天洒除冰盐及冰冻作用,使用十几年后就出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。盐冻也对混凝土路面造成伤害,东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明,漏水的占50.4%,其中1/3渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行,而1999年颁布的铁路隧道设计规范仍未能对隧道的耐久性问题采取适当的对策,如适当提高混凝土的最低强度等级和在混凝土中掺入化学纤维等。
耐久性问题的严重性和迫切性在于我们许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训,还沿着老路重蹈覆辙。一些北方城市新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能和结构构造等方面采取必要的防治冻融和盐害的综合措施。甚至大型工程如2000年投入运行的珠海莲花跨海大桥,其主体结构在浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的C30混凝土与3~4cm厚的保护层厚度。
有专家估计,我国“大干”基础设施工程建设的还可延续20年,由于忽视耐久性,迎接我们的还会有“大修”20年的,这个可能不用很久就将到来,其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。
使混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因有:
1) 由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值,而国外则同时还要求不高于规定的最高值,如果强度超过了也被认为不合格,这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。
2) 工程施工单位不适当地加快施工进度,尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证,早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。国内媒体上大加宣传的所谓几个月就修成一条大路、建成一座大桥、或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期的在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。
3) 环境的不断恶化,如废气、酸雨,我国的酸雨面积已超过国土的30% 。
当前迫切需要进行的工作是尽快编制桥梁、隧道、港工等基础设施工程耐久性设计的技术条例,修订补充现行规范中对结构耐久性的要求。首先需要明确的是各种基础设施工程的设计工作寿命,在重要工程的设计文件中必须有使用寿命的要求和论证。当前在建的众多工程在耐久性上之所以仍然沿着重蹈覆辙的道路走,很重要的一个原因是工程设计施工技术人员在耐久性上没有可资遵循的新依据。更为严重的是现行规范中的有些条文,本身就对耐久性有害。为了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段,国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料,而我国的铁路混凝土桥隧施工规范仍在明文禁止使用。此外,工程技术界还存在长期形成的一些过时的看法,对改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂,而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段;又如,希望加大水泥用量来保证混凝土强度,而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。
在修订规范的耐久性要求上,交通部于2001年颁布的港工混凝土结构防腐蚀技术规范已为其它土建工程行业起到较好的示范作用。我们一方面要参照国内外已有的资料和经验,尽快编写出相应的设计施工技术文件以应急需,另一方面则要安排系统的研究项目,加大耐久性研究工作的支持力度;混凝土结构的耐久性是当前国际上结构工程学科最为重要的前沿研究领域之一,而我国在这一方面相当落后。混凝土的耐久性研究离不开原材料和环境等特定条件,需要考虑本国的特点,是不能完全依赖国外研究成果的。
重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床,水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5~1/6,而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥,与之相伴的是年耗20多亿方的砂石,长此以往实难以为继。延长结构使用寿命意味着节约材料,而耐久的混凝土一般又应是水泥用量较低和矿物掺合料(工业废料)用量较高的混凝土,所以耐久的混凝土正适应环境保护的需要。国际上对桥梁、隧道等土木工程的设计工作寿命多为100年,有的如英国为120年。考虑到耐久性不足所造成的巨大经济损失和资源浪费,国际上近年来有要求将这些工程的最低工作寿命进一步延长的趋势,如提出城市环境中的桥梁至少应有150年。
2.土建结构工程使用阶段的正常检测与维护
结构耐久性和使用寿命的概念,与使用阶段的检测、维护和修理不能分割,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程来说尤其如此。为了保证结构安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用过程中,应该进行定期检测和维护。我国有结构工程的设计规范与施工规范,但没有如何使用的规范。有些工程倒塌事故,例如最近四川宜宾的南门大桥发生桥面坍落事故,就是因为桥面结构与主拱之间的吊杆在连接处发生锈蚀,如果有定期的检测要求,这样的事故很有可能避免。有些国家对于结构的损坏可能导致公众安全的建筑物与桥、隧等公共工程,强制规定必须定期检测;即使是建筑物的玻璃幕墙和外墙面砖等建筑部件,因其坠落后容易伤及公众,也有强制定期检测的要求。我国由于施工管理水平和事故操作人员的素质相对较差,质量控制与质量保证制度不够健全,规范对结构安全与耐久性的设置水准又相对较低,已建的工程中往往存在较多隐患,所以更有必要从法制上确定土建工程的正常使用和定期检测的要求。对于土建结构工程的安全质量,虽然政府已作出了设计与施工的责任单位和个人需对其“终身负责”的规定,但是这种要求执行起来缺乏可操作性。要将结构安全质量事故减少到最低程度,还应以预防为主,通过例行检测及时发现问题。
现在国内有大量土建工程因步入老化期需要诊治,也
有大量已建的违章工程需要评估,更有许多工程发生病害需要诊断和加固,各地已涌现了不少从事土建工程诊断、治理与加固的队伍,并有蓬勃发展成为一种新兴行业的趋势。出现问题和病害以后再来治理固然重要,但是我们应该更加强调预防。对于在役土建工程的检测和评估,要建立相应的法规和标准,要有从业人员的注册和从业机构的资质认证制度,在管理体制上予以规范。 从国家对公共工程建设的投资和对工程设计的要求来看,需要有工程整个使用期限即全寿命费用支出的论证。只注意工程项目建设的一次投资支出,很少考虑工程建成后需要正常维护与修理的长期费用,不但可能损害工程使用寿命和正常使用功能,而且经济上算总账会很不合算。在发达国家,由于新建工程少,用于维修的费用往往更为主要,英国1978年的土建维修费上升到1965年的3.7倍,1980年的维修费占当年土建费用总支出的2/3。我国虽是发展中国家,现在正大兴土木,可是过去建成的大量工程已经或过早老化。国内40%公路桥梁的桥龄已大于25年,加上进入90年代以后交通量猛增,超载严重,以往的设计标准又低,路、桥的维修问题十分突出。由于养护维修费用得不到保证,造成工程安全隐患并在以后需要支出更多的大修费用。在土建工程的投资上,希望有关部门能加大已建工程维修的费用。
为加速路桥等公共工程建设,国家现在鼓励投资公司出资并给以一定期限如30年的经营收入作为补偿。如果对重要土建工程有必须进行定期检测与评估的法规,就能保证这些工程在一定期限后归还国家管理和经营时的良好功能,对于设计工作寿命为100年的桥梁,至少还可正常使用70年,而不至于30年到期后国家接收的已是一个破旧的工程。
三、技术规范的作用与管理
这次科技论坛对于土建结构工程技术规范的定位、作用与管理也进行了讨论并提出了一些看法。
长期以来,受计划经济体制的影响,我们往往视技术规范为法,将规范的具体规定和要求等同于法律条文来对待。技术规范或规程,与各种技术条例、技术要求、工法、指南等技术文件一样都是技术标准,本身不具有法律作用,只当工程各方(业主、设计、施工企业)认同作为设计与施工的依据并在契约的基础上,才能作为法律仲裁的依据。将技术问题法制化并强制执行,不利于技术进步和创造性的发挥,反而容易成为推卸责任的借口。当然,政府部门从国家和公众的整体利益出发,需要在安全、环保等重大原则上对土建工程的设计施工提出必须满足的最低要求并制定相应的法规,但法规一般并不需要提供如何达到这些要求的具体技术途径和方法,后者是技术标准的任务。政府也可以原则认可或批准某些重要的技术规范或其中某些内容使用。
土建工程有着强烈的个性,需要工程技术人员针对具体特点去解决设计与施工问题。所以规范作为技术标准宜强调其指导性而不是强制性。如果规范条文看作为一般意义上的法律条文,就有可能束缚设计施工人员的主动创造性并阻碍新技术的应用。。我国土建工程在结构设计上与国外相比的最大差距就在于方案与技术上的创新,这与以往过分强调规范的法律地位从而形成所谓“结构设计就是规范加计算”的倾向不无关联。我国的技术规范在编写风格上也有模仿法律的倾向,极少提及使用者需要注意规范可能存在的某些不足之处或允许并鼓励使用者在某些问题上可以另辟蹊径。如果在设计施工中要取代规范中已经落后过时甚至有害的技术规定,则无异于违法行为。相反,只要墨守规范,即使出了事故,就可不负法律责任。这样就在客观上降低了对工程技术人员的业务技能要求与职责要求,不利于提高我国建筑企业和从业人员的素质以及参与今后的国际竞争。为了消除这些负面影响并杜绝钻规范条文的空子进行偷工减料,应有必要建立这样的共识并作出规定,即遵守了规范条文并不意味着就可免除法律责任。国外有些规范就是这样规定的。
企图不断加强技术规范的强制性来解决屡禁不止的工程事故,不是解决问题的有效途径。现在,有关主管部门将建筑结构设计规范中的部分条文抽出来,明确列为强制性条文,同时规定各个设计单位完成的设计,须通过有关部门或其授权委任的其他企事业设计单位的审查,而审查的主要内容就在于对照规范强制性条文的要求,其任务已类似于执法;这种做法是否明智似可商榷。我国土建工程事故频繁的原因,主要在于管理不善,特别是管理环节上的腐败;其次是施工操作人员素质低,又难以短期解决;过分强调规范的地位与作用,未能建立与规范配套的完整标准体系,比如缺乏指南、工法等更为详尽具体的技术文件,可以用来指导和规范设计与施工的各个具体环节,也有一定的关系。从设计角度看,出现事故主要不是由于没有按照规范强制性条文的规定,而是方案性的错误或忽略主要的设计条件;也有一些工程则因过去的设计标准过低,耐久性不足,在使用过程中又缺乏应有的例行检测而导致失效。其实,要做到设计规范强制条文的要求最为容易,为此请专业人士审查似无必要。重要的工程设计应规定请专业单位全面审核,其要点也应在结构方案、构造方法与计算分析的原则上。从结构设计的国家规范中抽出的强制性条文不免支离破碎,个别条文的规定也不一定适合某些地区和某些工程的具体特点,反而造成麻烦。
我国幅员广阔,各地经济发展很不平衡,技术力量悬殊,环境条件各异,客观上要求规范能给设计人员更多灵活性,少一些强制性,这样才能更好地在规范的指导下,根据工程的特点和具体条件去解决问题。总之,在规范标准上,要摆脱计划经济年代遗留下来的过分强求统一、较少考虑个性和缺乏实事求是灵活性的倾向。要提倡和鼓励各省市编制地方性规范,在工程的安全性和耐久性标准上,可有不同的设置水准。比如上海、北京、广州这些大城市应该高些,在抗震防灾要求上,更应区别对待。 全国性的规范订得愈详细,其适用性可能变得愈差,造成的混乱也可能愈多;特别象岩土工程那样的规范更是如此。
技术标准中的强制性越多,也意味着政府有关部门在具体技术问题上需要承担的责任越重,而这些本来不该是政府部门的职责。规范中的要求是最低要求,在安全设置水准上,政府需要干预的也应是保证公众安全的最低要求。对于土建结构的抗震设计,政府有关部门至今仍规定任何部门和个人不得随意提高抗震的设防标准(建抗586号文件)。事实上,如将商品房的抗震设防烈度提高1度,抗震能力可提高约1倍,而增加的房屋造价相当有限,在众多城市中可能仅及居民用于室内装修费用的几分之一。政府的这一规定无异于限制居民只能购置抗震安全质量标准最低的房屋,如果发生地震造成损害,有关部门如何解释?
规范等技术标准的管理体制亟待改善。建国以来,由政府部门负责统管并指定有关企事业单位分别承担每本规范编写和修订工作的做法已越来越不能适应当前的形势,有些在经费和人力上得不到保证,平时基本上没有专门人员去搜集了解规范使用中的问题并及时修改补充规范条文;面对新的结构型式、新的材料和新的工艺,规范的过时条文不但成为推广新技术的阻力,而且有被误用或盲目套用而造成工程质量安全事故。
发达国家有关土建结构工程的规范及与之配套的各类技术标准多由行业协会或专业学会编制及管理,规范的翻新周期短,不象我们要长达10年以上。我国的学会与协会重复设置,分工不明,并且至今还依附于某一政府部门,基本上只起到政府职能部门非官方代言人的作用,距离独立和富有活力的健全机构还差的很远,如何发挥这些机构在技术标准编写和管理中的作用也是值得探讨的一个问题。建议随着改革的深入,整顿合并有关的学会、协会,加强其职能,并逐渐成为技术标准编制管理的主体。
四、准备提交政府有关部门考虑的建议
为了改善我国土建结构工程的安全性与耐久性,这次论坛中提出了以下建议供政府有关部门考虑,:
1、桥梁、隧道、道路、港口等基础设施工程的混凝土结构耐久性,已是当前亟待采取措施应对的重大问题。否则,一些工程的正常使用功能和安全性将得不到有效保证,我国的现代化建设和国民经济会蒙受巨大损失,并将给生产和公众生活带来长期困扰。 建议国家建设部、交通部、铁道部主管土建工程设计标准的部门,能对工程的耐久性要求作重点审查,明确土建工程的设计应有最低使用寿命的要求,重要工程的设计文件中应有正常使用寿命和耐久性设计的独立章节与论证;
建议国家自然科学基金委员会能在今后一段时期内对混凝土工程耐久性的基础理论研究给予重点支持;
建议国家安全生产监督管理局为在近期内编订有关法规标准给以立项资助;
建议中国工程院土木水利建筑学部在其咨询研究项目中,联络国内有关专家,促进土建结构耐久性设计指导性技术条例的编制。
2、土建工程使用过程中的安全性,应有定期的检测和正常的维护修理加以保证。对于重要土建工程,我国尚无必须进行安全检测的法规。在基础设施工程的投资上有重新建、轻维修的倾向,不利于工程寿命和投资效益。
建议对桥、隧等重要公共基础设施和公共建筑物,在其使用期内实施强制性的定期安全检测。为此,需要制定法规,编制相应的技术标准;对于土建结构工程的检测与评估,需要建立从业人员的注册制度和从业机构的资质认证与监管体制。凡属已建工程的安全诊断也可一并归入这一行业。
