據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，我國城鎮(zhèn)既有建筑總量已超過500億平方米，其中磚砌體建筑所占比例很大。在近年來的歷次地震中，大量磚混、磚木結(jié)構(gòu)房屋倒塌，損失嚴重。因此，對現(xiàn)存大量不滿足抗震設(shè)防要求的磚混結(jié)構(gòu)房屋進行加固改造，提高其抗震安全性，是符合減量發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展要求的重要舉措。

磚混建筑抗震性能差的根源在于，其主要承重墻體是由磚塊砂漿砌筑而成，雖然有一定的豎向承重能力，但是整體性較差，抵抗側(cè)向作用的能力不高，在地震作用下容易碎裂坍塌。要想從根本上提高磚墻的抗震能力，就要從提高其整體性和抗剪承載力兩方面想辦法。

給墻體加約束打箍可以提高其整體性，但一般無法同時提高抗剪承載力。傳統(tǒng)加固方法中，圈梁構(gòu)造柱法就是在給墻體打箍。那么，能否一舉兩得，在提高磚墻整體性的同時提高其抗剪承載力？

憑著科研人員特有的敏感和大膽假設(shè)，劉航頭腦中閃現(xiàn)出在美國參加學術(shù)會議時接觸到的預(yù)制裝配式技術(shù)，外國人將預(yù)應(yīng)力筋串到預(yù)制構(gòu)件中以提高其抗震性能。雖然磚混結(jié)構(gòu)與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)有著天壤之別，但結(jié)構(gòu)受力的原理相同，能否借鑒這一思路，通過布置鋼絞線的方法，給磚混墻體加上“緊箍”，把磚塊像“串糖葫蘆”一樣固定起來，從而提升抗震性能呢？

為此，劉航查閱了大量文獻記錄，國內(nèi)尚無此先例，但國際上新西蘭等國家對此有少量應(yīng)用，多用于加固巴洛克式教堂等古老建筑。通過與奧克蘭大學教授的深入溝通，劉航了解到應(yīng)用了此種加固方法后的建筑在日后的地震中表現(xiàn)很好，因此堅定信心，要在中國“砌體建筑后張預(yù)應(yīng)力抗震加固”領(lǐng)域中邁出第一步。

在多項國家和北京市科技計劃的支持下，劉航帶領(lǐng)團隊針對既有磚砌體建筑的低干預(yù)加固關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，并在國內(nèi)首次提出了預(yù)應(yīng)力加固磚混墻體的新辦法。磚混墻體被加上預(yù)應(yīng)力這個“緊箍”后，不僅整體性提高了，磚塊也被一皮皮地壓緊，抗剪承載力大大提高。為檢測加固效果，建研院在中國地震局實驗室進行了一次大型擬動力實驗。

工作人員按照1：1的比例建造了一棟兩層高、200平方米的房屋模型，采用新型預(yù)應(yīng)力加固法進行加固，并接受作動器模擬地震的考驗——這是國際上首次進行如此大型的試驗。隨著模擬地震波的持續(xù)輸入，8度小震、8度中震、8度大震……房屋絲毫無損，實驗人員又進行了國際最高等級9度大震試驗，房屋仍只有微小變形。試驗結(jié)果充分證明了該加固技術(shù)的有效性：加固前設(shè)防烈度不足8度的房屋，在加固后經(jīng)受住了相當于10度半到11度地震作用的考驗！

從思路形成到加固體系構(gòu)建，劉航帶領(lǐng)團隊完成了包括實驗、形成理論、簡化設(shè)計計算方法、編入規(guī)范標準、形成成套技術(shù)在內(nèi)的全過程工作。他們首次將智能鋼絞線用于砌體結(jié)構(gòu)房屋的預(yù)應(yīng)力加固，創(chuàng)建了預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)房屋的全套設(shè)計和施工關(guān)鍵技術(shù)。“后張預(yù)應(yīng)力加固既有磚砌體結(jié)構(gòu)施工工法”獲評北京市級工法，并編入北京市地方標準《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》。該項技術(shù)只需要在墻面指定位置摳出線槽，埋入鋼筋并施加預(yù)應(yīng)力即可，不縮小居室面積，施工過程綠色環(huán)保，把對居住者生活造成的影響降到了最低，同時可以大量節(jié)省加固材料，工程造價較傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)省30%至40%。

建于上世紀60年代的中石化北京化工研究院機修車間，根據(jù)新的改造設(shè)計要求，不僅要承擔會展中心的職能，還要保持老建筑的原汁原味。劉航團隊將“一種砌體建筑豎向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力抗震加固結(jié)構(gòu)”專利應(yīng)用到改造中，不僅使木屋頂每平方米的承載力提高了200千牛，從而可以加裝燈光、通風、音響等現(xiàn)代化設(shè)施，更保留了木質(zhì)原貌，實現(xiàn)了“修舊如舊”。

十年來，研究中心團隊在城市更新既有建筑加固改造技術(shù)領(lǐng)域不斷耕耘，承擔省部級以上科技項目10余項，與北京建筑大學、北京工業(yè)大學等高校開展產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，研發(fā)了砌體建筑低干預(yù)抗震加固技術(shù)等多項技術(shù)，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全性提升技術(shù)的高效率、低干預(yù)和低碳排放，成功完成人民大會堂、貴賓樓飯店等百余項城市更新改造工程。團隊于2019年承擔的工業(yè)遺址加固改造項目——秦皇島電力博物館，現(xiàn)已成為當?shù)刂奈膭?chuàng)旅游景點。

2020年，十九屆五中全會通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》中首次提出建設(shè)“韌性城市”，而建筑作為韌性城市的重要組成部分，在未來不僅要達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”這一基本要求，還要實現(xiàn)“功能快速恢復(fù)”的更高目標。“韌性建筑”在時代的召喚下呼之欲出，而這無疑需要更加完善的加固改造體系來支撐。

2022年12月，劉航主持的“既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震韌性提升關(guān)鍵技術(shù)研究”通過北京市住建委組織的專家鑒定，以杜修力院士為主任委員的專家委員會對課題成果給予了高度評價，課題主要研究成果達到國際領(lǐng)先水平。該項目在國內(nèi)首次提出了采用外附自復(fù)位構(gòu)件、附加交叉拉桿支撐對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行抗震加固，從而提升結(jié)構(gòu)抗震韌性的兩種新技術(shù)。該項技術(shù)如能進一步在更廣泛的工程中推廣應(yīng)用，可大幅度提高震后可修復(fù)性，顯著降低修復(fù)成本、縮短修復(fù)周期，提升既有建筑的抗震韌性，從而盡快實現(xiàn)提高老舊房屋安全設(shè)防等級的目標，是一種值得大力推廣的抗震加固新技術(shù)，目前已在中石化北京化工研究院燕山分院機修車間等改造工程中成功應(yīng)用。

目前，北京建工已經(jīng)啟動首批“揭榜掛帥”項目，推進兩個城市更新關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，建研院牽頭承擔的“面向城市更新的建筑安全性提升關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項目，研究內(nèi)容正是結(jié)合現(xiàn)有資源和技術(shù)優(yōu)勢，繼續(xù)對重要歷史建筑的更新保護技術(shù)、適應(yīng)于城市更新的新型建筑材料、既有建筑的安全性和韌性提升技術(shù)、城市更新中固廢處置與碳排放評價技術(shù)、智能建造技術(shù)等開展研究，所形成的創(chuàng)新成果可服務(wù)于建筑建造、運維、消納全壽命周期，著力解決“卡脖子”問題，在促進集團各產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)同發(fā)展的同時，進一步培養(yǎng)城市更新領(lǐng)域人才隊伍，占據(jù)業(yè)內(nèi)城市更新技術(shù)高地。