“無應(yīng)力狀態(tài)的控制”與“有創(chuàng)新導(dǎo)向的追求”
——訪中鐵大橋局秦順全院士
中鐵大橋局秦順全院士
從武漢長(zhǎng)江二橋、蕪湖長(zhǎng)江大橋，到
鄭州黃河公鐵兩用大橋，再到
東海大橋、
杭州灣大橋……大江南北、黃河內(nèi)外，直至奔騰不息的入海口，一座座大橋跨越天塹，中鐵大橋局也因此在中國橋梁建設(shè)史上留下了濃墨重彩的篇章。
作為中鐵大橋局總工，秦順全院士親自主持了上述橋梁的方案設(shè)計(jì)與施工技術(shù)工作，獲得一系列重大創(chuàng)新成果；主持制定了一整套行之有效的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化體系，開國內(nèi)大型橋梁企業(yè)之先河。而他所致力研究的橋梁分階段施工的無應(yīng)力狀態(tài)控制法理論，更是指導(dǎo)了我國三十多座大型橋梁的施工和建設(shè)實(shí)踐，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
中國橋梁網(wǎng)記者有幸采訪了秦院士，特將其創(chuàng)新思維與工程理念記錄如下，與眾網(wǎng)友分享。
無應(yīng)力狀態(tài)法：從按部就班到多頭并進(jìn)的革命性飛躍
近幾十年來，在橋梁建設(shè)領(lǐng)域，橋梁結(jié)構(gòu)分階段施工理論已取得了長(zhǎng)足發(fā)展。從拱橋和連續(xù)梁橋的無支架施工，到斜拉橋的懸臂施工技術(shù)，其傳統(tǒng)施工工法的共同特征：橋梁結(jié)構(gòu)從開始施工到成橋，必須經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的多階段構(gòu)件施工安裝和體系轉(zhuǎn)換過程。
以傳統(tǒng)的斜拉橋的“倒退分析法”為例，以成橋的目標(biāo)狀態(tài)為計(jì)算的起始點(diǎn)，按正裝順序的逆序進(jìn)行倒拆計(jì)算，通過內(nèi)力和位移數(shù)值的累加確定斜拉橋施工各中間階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形。
這種計(jì)算方法的弊端是顯而易見的：步驟繁瑣且計(jì)算量龐大，當(dāng)某一步驟調(diào)整時(shí)，就必須進(jìn)行全過程的倒拆正裝計(jì)算。并且現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工先后次序的要求非常嚴(yán)格，一個(gè)工序結(jié)束后才能開始下一個(gè)工序，否則難以保障施工安全。
秦順全院士深入探析傳統(tǒng)的“倒拆法”之后，發(fā)現(xiàn)這一理論的基礎(chǔ)是：施工形成過程與最終成橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移狀態(tài)緊密相關(guān)。他進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，最終的成橋狀態(tài)，與構(gòu)件單元在安裝時(shí)零應(yīng)力狀態(tài)下的長(zhǎng)度和曲率有關(guān)。那么，如果用構(gòu)件單元的無應(yīng)力狀態(tài)量建立起橋梁建造中的過程狀態(tài)和最終狀態(tài)的聯(lián)系，利用成橋時(shí)的荷載、邊界條件、
結(jié)構(gòu)體系和單元的無應(yīng)力曲率，可直接解算成橋狀態(tài)的內(nèi)力和位移。這樣就不必考慮中間工序?qū)κ┕さ挠绊懀苯訉?gòu)件單元安裝控制成成橋狀態(tài)即可。
這一理論應(yīng)用于實(shí)踐，其效用是顯而易見的：簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工操作，多種作業(yè)可以同時(shí)進(jìn)行，提高了施工效率和工程質(zhì)量。整座橋梁的計(jì)算量也因此得到大大簡(jiǎn)化，即便設(shè)計(jì)有所變更，調(diào)整計(jì)算也十分方便。
經(jīng)過多年的研究，秦順全將這一理論在工程實(shí)踐中逐步發(fā)展和完善。武漢長(zhǎng)江二橋、
大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、
白沙洲長(zhǎng)江大橋、
天興洲長(zhǎng)江大橋……無應(yīng)力狀態(tài)控制法在三十多座大型橋梁的成功運(yùn)用，不僅縮短了工期、降低了造價(jià)，也奠定了該理論的成功基礎(chǔ)。
創(chuàng)新來自解決問題的實(shí)際需要
回顧秦順全院士的
創(chuàng)新歷程，可謂歷史久遠(yuǎn)。早在參與建設(shè)武漢長(zhǎng)江二橋期間，他就曾在機(jī)房中閉門不出，最后終于潛心研究出“無應(yīng)力索長(zhǎng)計(jì)算方法控制軟件系統(tǒng)”。這一套控制軟件，目前還在斜拉橋設(shè)計(jì)施工中普遍使用，成為不可或缺的輔助工具。
后來，他又參與研究了
蕪湖長(zhǎng)江大橋的“大跨度低塔斜拉橋板桁組合結(jié)構(gòu)建造技術(shù)”，獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；主持研究了應(yīng)用于東海大橋和杭州灣大橋的“海上長(zhǎng)橋整孔箱梁運(yùn)架技術(shù)及裝備”，為提升我國跨海橋梁建造技術(shù)水平奠定了基礎(chǔ)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。發(fā)明了大型深水基礎(chǔ)鋼吊箱圍堰整體浮運(yùn)定位施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型鋼吊箱圍堰定位量化控制、精確定位和帶載升降調(diào)整，在武漢天興洲長(zhǎng)江大橋和大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋基礎(chǔ)施工中得到了應(yīng)用，為大型深水基礎(chǔ)施工提供了新的方法……
武漢天興洲長(zhǎng)江大橋
回顧這一系列工程與創(chuàng)新成果，發(fā)現(xiàn)這二十多年來，他的創(chuàng)新之路幾乎從未停頓。研究土木工程的人常常會(huì)有一種天然的保守傾向，那么，他又是怎樣成功地做到不斷創(chuàng)新的？
秦順全略一思忖，答道：“創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)和著眼點(diǎn)必須是為了解決工程問題。在建設(shè)大型橋梁過程中，我們總會(huì)遭遇到許多挑戰(zhàn)，用常規(guī)的思路和方式來解決可能事倍功半，這便迫使我們不斷地尋找更優(yōu)的途徑。”
“真正的創(chuàng)新并非易事。要實(shí)現(xiàn)橋梁技術(shù)的提升，還要突破自身的技術(shù)局限。所以在工程實(shí)踐中，絕不能原地踏步。上個(gè)橋是怎么做的，這個(gè)橋依舊照搬，這樣的因循守舊、拒絕變化，就沒有真正的進(jìn)步。在實(shí)踐過后，還要注意總結(jié)，將之升華為理論。”
“年輕人要培養(yǎng)自己敏銳的洞察力，學(xué)會(huì)抓住靈光一現(xiàn)的東西。抓住了這樣的靈感就要精益求精，進(jìn)一步鉆研進(jìn)去。許多人有著浮躁的心態(tài)，一時(shí)沒有成果就很快放棄了。不求甚解，也不總結(jié)升華，就很難有真正的進(jìn)步。”
“還有的人以為創(chuàng)新就是學(xué)會(huì)國外的先進(jìn)技術(shù)，掌握了某種高端工具的使用方法，這也是一種誤區(qū)。真正的創(chuàng)新，需要有理念的革新和理論的升華。”
事業(yè)的成功源于內(nèi)心的熱愛
在采訪中，記者與秦順全院士談及時(shí)下許多青年橋梁工程師的困惑與迷茫，以及橋梁界普遍的浮躁之風(fēng)。
秦順全院士耐心聆聽，并感慨道：“從事橋梁建設(shè)并不是一件容易的事情，要付出許多的艱辛和努力才可能有所成就。從事
設(shè)計(jì)的人員，一定要常常到施工現(xiàn)場(chǎng)去，要多到工地上摸爬滾打，才可能作出符合施工實(shí)踐的設(shè)計(jì)。”
那么，青年人往往遭遇科研中的瓶頸，實(shí)地操作的艱辛，這一切又該如何克服？
秦順全院士強(qiáng)調(diào)說：“熱愛橋梁事業(yè)很重要，只有發(fā)自內(nèi)心地?zé)釔圻@一行，才能持之以恒地堅(jiān)持下去。如果僅僅將它作為謀生的手段，絕不會(huì)有大的作為。”
采訪中，秦順全院士未有只言片語談及自己造橋的艱辛——盡管這二十多年來的殫精竭慮，令這位四十多歲的院士，兩鬢已經(jīng)斑白。但每每談及某座橋梁的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，冷靜而內(nèi)斂的秦順全院士，眼神中便迸發(fā)出專注而熾熱的激情。
或許，正是源于這樣的激情和熱愛，才有了秦院士對(duì)創(chuàng)新無止境的追求，才鑄就了他在理論探索中一步步踏實(shí)前進(jìn)的歷程。
