转载 | 创新者永不停歇—记大连理工张哲教授

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推荐语:前几天在微信群里关注并讨论了大连星海湾大桥伸缩缝的独特设置方式,今天又得知这座大桥是著名桥梁专家,大连理工大学张哲教授主持的设计。几年前我在接触自锚式悬索桥相关项目时,拜读过张教授的著作,当时对他只有一点较浅的印象。直到看到《桥梁》杂志的这篇文章,令我对张教授肃然起敬,能做到从零起步建立桥梁系,这是一个非常励志的创业故事啊,堪称楷模,值得学习。

于是便把这篇文章转载与此,本文转载于桥梁杂志的搜狐自媒体,原载于《桥梁产业资讯》2017年6月15日出版 总第29期,桥梁杂志联系邮箱:[email protected]


从零起步破茧而出

80年代初期,我校在桥梁工程设计方面的力量非常薄弱,创建桥梁专业确实是一个非常困难的事情。当时,既没有资金,又缺乏人才,还没有实验条件,连买台计算机的钱都没有,一切都是从零开始。

面对这些困难,我们选择了一个“以设计带动教学科研”的模式,就是我领着学生(当时也没有老师,老师是后来才逐渐增加的。)做设计,之后再用这些赚来的钱购置设备,进行试验研究。

起初,我们只有一个十几平米的房间。最困难的时候,三十几个人挤在一个80平米的房间里,仪器设备和导线都装到麻袋里,靠着墙摞起来,一直摞到天花板。如果遇上其他单位来我们这里谈事情,大家都得躲到外面去,等人家走了之后再回来。这样的情况大约持续了八九年。慢慢地,我们利用剩余的科研和设计经费来建设实验室,之后又建了风洞实验室和桥梁结构实验室,逐渐发展了起来。

记者:您对自己设计的第一座桥还有印象吗?

张哲:刚开始的时候,我们一穷二白,没钱、没人、没有实验室,别人也不知道大连理工大学会做桥。我们只有靠自己的头脑和双手,自己找活儿干,闯出一条路再说。

记得第一座桥是我一个人设计的大连市星海公园内的星海栈桥,那是一座从岸上到码头的人行栈桥,长120米,T形刚构加挂梁体系。业主原先的方案是准备做一个混凝土桁架拱,但是我觉得桁架拱挡视线,而且结构本身比较零碎,特别在海上会影响耐久性。于是,我便提出了自己的意见,并建议做一个刚构栈桥,既省钱又耐久,而且维修费用也低。最终,他们接受了我的建议并让我来做。

当时,我一个人设计、一个人画图、一个人到现场服务,跟施工单位交底等等。由于这座桥是我们大连理工大学做的,所以等到这座桥建好之后,很多人都慕名前去参观,知道了大工原来还会做桥。现如今,这座栈桥边又增添了蹦极等娱乐设施,成为了旅游的好去处。

凭借大连金三角立交桥、普兰店立交、鞍子河桥、金马大桥等一系列桥梁工程设计的出色完成,大连理工大学获得了桥梁工程设计乙级资质,后又升级为甲级资质。记得我当时去北京教委办资质时,觉得住宾馆太贵,距教委办事又远,就选择了近处10元一晚的地下人防工事改造成的小旅馆。虽然潮湿阴暗,但工作方便,又省钱。在我们的创业初期刻苦节省是必须的。

此后,就有越来越多的人知道我们大连理工大学会设计桥梁了。

1987年后,学校成立道桥教研室,后又单独成立了桥梁教研室,再发展至桥梁工程研究所。从雏形期的创办到正式起步,历经打基础,建队伍,积累了丰富的教学和科研工作经验。桥梁工程专业一经“破茧而出”,就显示了它的生命力。

持续创新擦亮品牌

记者:据了解,金马大桥让大连理工大学桥梁工程研究所一战成名,蜚声海内外,在中国桥梁建筑史上书写了浓墨重彩的一笔。当时的情况是怎样的?大连理工是怎样脱颖而出的呢?

张哲:1994年,位于在广州至肇庆高速公路上的西江金马大桥计划投资3.2亿元,在全国招标。当时,全国有19家单位参与投标,都是实力雄厚、业内知名的单位。此外,西江水流湍急,桥梁设计难度极高,想要拿下这个活儿并不容易。为了竞标,当时的重庆桥梁公司专门找到桥梁专家王伯惠咨询。王伯惠回答,要想中标,就要找大连理工大学的张哲教授。于是,在老先生的引荐下,我们和重庆桥梁公司组成了联合体,参与投标。

为抓住这一难得的机遇,我们先是前往广东查看地形、桥位, 回来后进行设计研究,最终拿出了“独塔混凝土斜拉桥与双侧T形钢构协作体系”的设计方案。这一方案减少了深水墩的数量,有利于通航泄洪,大大降低了施工难度与建设成本,将原计划3.2亿元的建设费用减少到1.89亿元。方案一出,重庆桥梁公司的老总惊喜不已,信心十足地说:“张老师,我们肯定能中标。这个方案没有人提出来过,也没有人能想出来……”

最后,果然被他言中了。经过初选,参与竞标的单位从19家筛选为4家,有国内著名的设计院,实力雄厚的高校,竞争异常激烈。博弈到最后,我们的设计方案脱颖而出,以技术先进、设计新颖、造价较低一举中标。

该桥为斜拉桥与T构协作体系。温度跨为566米。T构的主墩既要承受万吨级的荷载,又要有足够的变位能力。除采用双薄壁墩外,基础的8根Ф2.2m的桩必须要到达基岩才行,实际施工中8根桩均未达到基岩,建设方及主管部门想要采用加固的办法解决,想了多种方案,效果均不明显,还开了多次专家会,想说服我采用加固方案。在好多大专家面前我的压力很大,经过数月的坚持,最终将原有8根桩废掉,改用10根Ф1.8m的桩。现在回想起来还很后怕,如果当时坚持不住后果不堪设想。

记得那段时间,我们付出了很多努力,基本上没有星期天、没有节假日,始终在工作,而且每天工作到晚上七八点钟。金马大桥建成之后,很多单位都对我们刮目相看,大连理工大学桥梁工程研究所也因此打响了自己的品牌,

金马大桥全长1912.6米,主跨60米+2×283米+60米,桥宽26.5米。首次采用混凝土斜拉桥与双侧T形钢构协作体系,成为目前世界最大跨径的该体系桥梁。2002年12月,大桥通过了教育部组织的专家委员会的鉴定。鉴定认为,金马大桥的“大型混凝土斜拉桥与T形钢构协作体系桥梁”设计技术达到世界领先水平。该桥设计获得教育部优秀设计一等奖、建设部优秀设计一等奖。金马大桥由于采用新技术解决了多项技术难题,直到现在,有关金马大桥设计的技术,还在国内外一些著名刊物上被广泛介绍和引用。

记者:多年来,您一直强调创新,您所设计的这些桥也几乎没有重复的。为什么一定要求自己、要求学生在创新的路上一往无前?

张哲:创新是我们桥梁设计者首要考虑的问题。桥梁必须要创新,没有创新就没有进步,没有进步就没有发展。

此外,创新也会让我们从中获得很多收益。比如我们在大连普兰店做的安子河桥,当时业主提出了很多条件,我们为满足这些条件,采用了一种“斜牛腿”的新技术。这座桥完工后的二十多年时间里,业主从来没有找过我们,也没有反映过这座桥的使用情况,让人觉得很奇怪。2014年我们在盘锦纬一河上修桥时还想采用斜牛腿的技术,想看一下89年做的鞍子河桥采用斜牛腿有什么问题。为此,我们特意开车前往六七十公里外的鞍子河桥,查看这个“斜牛腿”的状态。结果发现,这座桥不但“斜牛腿”没有坏,而且没有任何病害。可见,创新往往能带来巨大的效益。

2000年在设计大连金石滩的金湾桥时,我们采用了混凝土自锚式悬索桥技术。以前自锚式悬索桥主梁都做成钢梁,造价高。如果采用混凝土材料做主梁,则设计及构造技术难度大,但可节省大量资金。由于设计理论和技术上的空白,此类桥梁一直无人问津。桥梁工程研究所先后设计出了世界首座混凝土自锚式悬索桥——大连金湾大桥和目前世界最大跨径的混凝土自锚式悬索桥——庄河建设大街东桥,其设计技术和研究成果先后获得省科技进步奖二等奖和教育部科技进步推广奖二等奖。在金湾桥之后,全国兴起了自锚式悬索桥热。

浙江铜瓦门大桥首次采用了单片桁架作为拱肋,节约了造价, 而且施工方便。在设计方案投标中击败了多家著名设计院和高校。大桥建成后,成为浙江象山地区的一道亮丽风景,并获得“浙江杯”奖 。桥梁所设计的大连海昌华城和丹东月亮岛大桥也采用了这一技术。

近年来,我校桥梁工程研究所在世界上首次提出的桥梁结构形式或新技术,主要包括斜拉桥与T形刚构协作体系、混凝土自锚式悬索桥、自锚式斜拉桥与悬索桥协作体系桥梁、采用钢悬臂进行桥梁的加宽技术、大跨径钢管混凝土单片桁架拱桥、后穿长束先简支后连续预应力张拉技术六方面的重大创新。共获得省部级科技进步奖4项,省部级优秀设计奖10项,国家专利1项。

别人不能造的桥,我们能造;别人能造的桥,我们造得比别人好;别人能造且造得好的桥,我们的费用要比别人少。结构新颖、受力合理、外形美观、技术先进、经济适用,这是我们桥梁工程研究所一贯坚持的设计理念和设计原则。

追求完美不惧考验

记者:在创新层面也会伴随着风险,您会对风险有所顾忌吗?

张哲:创新是有风险,但是不能因为有风险就不去创新。同时,我们还可以通过实验、验证来避免创新可能会带来的风险。例如,2010年我们做的混凝土梁加宽项目:大连市的东北路以前修窄了,导致非常拥堵,需要把它加宽,但是还不能加墩子。对此,我们提出在每一段地方加一个横梁,然后上面再增加一个正交异性板。虽然在计算上没有任何问题,但我们还是觉得不保险,担心贸然拿到工地上去施工,可能会遇到意想不到的问题。于是,我们做了一个模型实验,把所有工序、工艺都摸索清楚了之后,才开始建设。最后这座桥只用了很短的时间就完工了。现如今,7年多的时间过去,这项工程的使用效果非常好,做到了“群众满意、领导满意、大家都满意”。

记者:您主持设计的大连星海湾跨海大桥创下了国内桥梁史的多项第一。请谈谈有关星海湾大桥的创新故事吧。

张哲:星海湾大桥主要是为了解决大连东西方向的交通拥堵问题。但是,如果要在陆地上修桥,就要牵涉大量的拆迁问题。因此最终决定在海上修桥,经过星海湾广场。星海湾广场是大连一个非常重要的旅游景点,游客非常多。所以,这座桥本身既有交通功能,还要有观光功能,让人们喜欢它。

当时我们决定修双层地锚式悬索桥。在跨径上我们考虑不宜过大,因为它没有通航的要求,主要是游艇和帆船,所以选择了460米的跨径,这主要是出于经济和美观的考虑。然而,这个方案一经提出,马上就招来了不少不同意见。例如,有人建议要建个“歪塔的”斜拉桥,也有人提出跨径要再大一些……最终,均被我一一驳回。首先,“歪塔”不仅会增加造价,而且还会带来耐久性问题。同时,“歪塔”也并不符合我们民族的审美习惯。其次,加大跨径所带来的就是增加费用。虽然我们不缺这点钱,但也不能随便乱花钱。最后,我们还是坚持选择了460米的跨径。选定这个桥型最终应该是经得起历史的考验。

再有,在海上修悬索桥,锚碇是一个很重要的构件。当时, 我们国内没有在海上修锚碇的经验,国外也很少有可借鉴的案例。最后,我们采用了跟港工的老师和技术人员结合,采用了沉箱和下面抛石注浆这样一个技术。这个沉箱26000吨,长69米、宽44米、高17米。两个沉箱在旅顺船坞里预制,然后浮运到这里……现在看来,采用这个方案是非常成功的,也为我们国家将来修建海上悬索桥提供了一些技术上的支持和经验。

记者:在建桥过程中,您特别注重经济和耐久。您是如何看待适用、经济、安全、美观的呢?

张哲:适用、经济、耐久、美观是桥梁设计规范上提的四项原则。桥梁的美观是一个很重要的因素,造桥就要美观,但是美观要基于创新和受力合理,如果受力不合理,不仅造价增高,还会带来很多病害,导致维修费用增高,成为沉重的包袱。所以,美观是秉承在受力合理的情况下考虑的。如果做完一座桥,出现了很多问题,需要花费大量的资金来维修,甚至成为危桥而被拆除……这就是对国家、对社会不负责任。所以,我觉得修一座桥,适用、耐久、经济、美观,都是我们追求的目标。

现在的目标,就是我们修的桥不给后人留下麻烦,希望后人对我们建的桥使用方便、维修量小,不能让后人批评我们的设计存在很多问题。希望他们评价我们设计的桥很完美,而不是那种华而不实的东西。就像这座星海湾大桥一样,要经得起历史的检验。

依托实践打造未来

记者:创新需要源泉,您的创新源泉来自哪儿呢?

张哲:应该说,实践是创新的源泉,客观需求是创新的动力,高校是创新的支撑。特别是我们高等院校,要注重创新,要引领桥梁的发展趋势,这才是高校应该做的事情。我们不仅要解决生产上的问题,还要解决技术发展上的问题。

理论来源于实践并指导实践,大连理工大学桥梁工程研究所的每项工程都力争有所创新,而创新性的工程实践,必然存在许多新课题。因此研究所非常注重科研能力的培养,不断努力地扩大实验室的规模,为新课题提供试验条件。在大连湾跨海大桥的方案设计中,创造性地提出自锚式斜拉桥与悬索桥协作体系桥梁结构,以此项目为基础,获得了交通部西部科研项目基金的资助,培养博士生8名,硕士研究生10余名。采用钢悬臂进行桥梁的加宽技术,不仅为大连东北路交通问题提供了最佳解决方法,也开拓了一个新的桥梁研究方向,有多名硕士、博士开展此项研究,发表论文10余篇。这些项目进行了多次试验验证,并最终获得了成功,堪称高校产学研合作的优秀案例, 也是科学实践发展观的很好诠释。

另外,我们作为一个高等院校,培养学生、培养人才是主要的任务。而我们怎么培养呢?必须要走以教学、科研与工程实践相结合的路子。我们从建所开始,就把实际造桥和教学科研融在一起。研究所注重培养学生的动手能力,对承担的每一项工程,从方案设计阶段开始,就让研究生独立思考,然后互相交流,最后在有经验的中青年老师指导下确定方案,进一步进行初设和施工图设计。在每年为研究生所开的课程中,对正在设计的工程进行专门讲座和理论指导,并且为每一个研究生提供到施工现场进行施工监控和桥梁检测的实习机会。

目前除了本科生外,自1993年开始招收硕士,1999年设立博士点以来,我已培养硕士毕业生100余人、博士毕业生27人。北京、上海、广东等地单位慕名前来要人,大工桥隧专业的毕业生每年都是“抢手货”。这些新人肯定要在我们的基础上,进一步发展桥梁新技术,我寄希望于这些年轻人。

如今,虽然我已年过七十,但学校还不让退休。既然如此,那我就会继续做下去,为桥梁事业贡献力量。

 

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说不定我这一生涓滴意念,侥幸汇成河,而且是一条大长河

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