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复杂问题简单化——设计大师徐恭义谈桥梁设计理念与体会【转】  

2012-06-19 08:44:11|  分类: 土木工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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复杂问题简单化

——设计大师徐恭义谈桥梁设计理念与体会

樊灿

  

您是怎样走上桥梁设计这条路的?作为一名设计大师,您的设计理念和风格是什么,这种理念是怎样形成的?

徐恭义:1984年我毕业于西南交通大学土木系桥梁工程专业。毕业时,老师推荐我去行政单位或从事教学工作,我觉得自己普通话说得不够好,没有去。老师觉得我适合做设计工作,就把我的档案调给了铁道部大桥局,然后我就来到武汉中铁大桥勘测没计院报到。多年之后回想往事,都会深深庆幸这次明智的人生选择。武汉大桥局设计院是藏龙卧虎之地,有着深厚的专业技术积淀,同时也是人才成长的沃土和摇篮。我十分珍惜和桥梁院士、大师、专家们在一起工作和学习的机 遇。在技术上,我的到了前辈们的悉心指教;在精神上,大师们的风范就像阳光雨露,也使我潜移默化地得到深深的熏陶和滋养。

我们的桥梁前辈们呼吁很多的理念,比如项海帆院士——要有创新才能称桥梁强国,要把专业融会贯通;方秦汉院士——要淡泊名利,先要做到一专,再争取多能;郑皆连院士——要平凡求真地工作,谦虚朴实地做人;范立础院士——学理工科尤其要多看书,这样才能更有判断力……他们这些理念都是高屋建瓴的,能够给人很多启迪和教诲。多年的工程实践,大家都会慢慢地有一些个人的体会,或者说是个人理念吧。这些理念都是在实践锻炼中融会贯通、慢慢摸索出来的,当然也有灵光一现、茅塞顿开的时候。比如从军事工程装备中,俄罗斯的著名品牌AK-47突击步枪就给了我很多启发。这种枪支结构简单,坚实耐用,使用灵活方便,可以说是被全球广泛引用。我体会AK-47突击步枪长盛不衰的秘诀就是得益于一个优秀的设计——复杂问题简单化。这个思路对于我的桥梁设计来说道理是相通的,是值得我们秉承和发扬的。

简单来说,这些设计理念和风格就是:第一,要把复杂问题简单化——工程师是做应用科学的,应该注重把各学科的知识能够集成应用在具体工程中,作出因地 制宜的设计,所以应该把复杂问题简单化,使原本复杂又难于施工的结构变得受力简单、施工方便;第二,使用功能与建筑景观的和谐统一——设计师应牢记所设计的建筑首先要具备实用的功能,要真正体现以民为本,并非个别人的主旨;第三,技术创新不求奇异——技术进步并非靠结构奇异和浪费投资;第四,因地制宜不生 搬硬套——不以破纪录为目标,不盲目克隆国外设计;第五,注重细节与耐久性设计——优秀设计必须注重每一个细节,经受实践考验。这些都是我一直在努力追求和奉行的设计理念。

那么这些设计理念您是如何体现在具体的工程中的?举例说明一下。

徐恭义:澳门西湾大桥可以说是原本受力复杂、施工困难的结构,通过巧妙的构思设计变得受力简单且施工方便,并在交通功能和建筑效果方面达到了和谐统一的一个例子。

澳门西湾大桥曾是一个公开招标的国际项目,当年参加投标的单位提出多达23个设计方案参加竞选。业主要求这座桥不仅要担负公路、城市轨道和大型输水管等过海交通,而且还要求在台风来袭时不中断行车使用。面对国际上十余家著名的投标联合体,唯独我们这家是由内陆国有企业组成的“中铁—大桥”投标集团。能否中标,当时还是个未知数。

我在设计这座桥梁时,设计了全预应力无横隔板混凝土箱梁作斜拉桥和引桥的主梁。这个箱梁里面不仅能跑汽车,还能跑火车,许多技术就具有创新性。该桥跨海总长2200米,分上下两层,上层为双向6车道,下层箱内为双向4车道,可以在8级台风时保证过海交通,同时箱内还预留了铺设轻型城市轨道交通的空间。

我当时的考虑是,建桥要适合当地的建设条件和使用环境。如果该桥采用惯常的钢箱梁,那么这座桥的投资将会很高,使用时噪音也会很大;如果采用混凝土箱梁,不仅工程投资可节省一半,而且有利于海上的抗风安全;设计时还把这座桥设计成左右分离式双主梁结构,主要考虑的是方便施工,使复杂结构简单化。现在回头看来,这样一个设计的确从总体上预先解决了后续施工和使用阶段的一系列难题,使多个矛盾得到巧妙的化解,也形成了有中国特色的建桥技术,设计技术论文被邀请在美国国际桥梁大会发言讲解。

由于这个设计方案为业主考虑得较多,而且构思新颖,价格适中,又很有地域特色,因此这个方案很快从23个方案中脱颖而出,一举中标。这次中标,刷新了中国桥梁在国际工程中高价中标的历史,使我们的国际工程竞争真正赢在了设计技术上。过去我国桥梁工程在海外投标中,往往是以劳动力资源优势的低价中标。

还有的桥虽然很小,但是小桥也不是说随随便便就可以做好,也是要下工夫去用心修建的。我们在神农架天燕景区内修了一座钢拱人行桥——燕天飞渡桥。原来 的环境没有大开挖,以自然为本的生态理念得到贯彻。两边景区都在山上,这两个山头相距六七十米,下面的山中间有高速路,要修一座桥把两个景区连起来。在神农架景区,树不允许砍,山不允许炸,也不能搞大开挖,所以我就做了这样一个轻型钢拱结构。怎么做到比较安全呢?我把中间做窄一点,两端做宽一点。顶上窄了,顶上能站的人群就有限,荷载作用到这里是最不利的,所以只让很少的人轮流站到顶上去看,更多的人可以在两端宽阔的地方看,这样就保证了结构的安全。梁高中间是矮的,越到受力大的两端就越高,立面和平面上都符合力学构造,给人稳定的感觉,所以大家都说这个桥很美。小小的细节可能很微不足道却用心良苦,大大方便了游客,体现了以人为本的设计原则。

您在2002年设计广西柳州红光大桥采用的是钢板式加劲梁悬索桥。相同的桥还有美国1940年建成的塔科玛海峡大桥。可是那座桥通车仅3个多月就被一场大风吹垮了……

徐恭义:对,那座桥刚好是在美国上世纪30年代经济危机的后期,通车时还有银行在这个桥上面打广告,说在我们银行存钱就像走在这个大桥上一样的安全。 谁知,过了几个月就垮了,真是充满戏剧性。垮塌的原因是因为桥在风的作用下产生了共振,振幅不断增大,使主梁在弯扭作用下被破坏。风把这个桥吹得震动程度 越来越大,像蛇一样舞动,后面小汽车甚至看不到前面那辆车了,你说那有多恐怖。

据说垮桥事件发生之后,国际上再没有人敢用钢板梁建这样的悬索桥了,那您为什么还要做这样的冒险尝试呢?

徐恭义:柳州是我国西部待开发地区之一,经济基础较薄弱,财力有限;同时柳州的运输条件不像沿海,无大江大河的优越条件。如果做成闭口箱梁,除运输成 本高外,投资也非常大。而该桥的桥位条件又非常需要采用一跨过江的悬索桥。我们现在悬索桥用的大都是钢箱梁,钢箱梁底下有底板,是闭口的。安装制造有底板 的大型箱梁工艺十分复杂,施工要求严丝合缝,受力及工艺要求都非常严格,工程造价就会很高。而用钢板梁,只需进行桥面对接,拼装起来非常容易,制造工艺也 非常简单,投资就会大大节省。因此采用钢板梁悬索桥,不仅具有适用性,也有必要性。钢板梁这种简单的结构,运输起来十分方便,不管是水路、公路、铁路都可 运输,运输成本也较小。但是采用这种出过大事故的结构很有风险,当我决心要设计这种桥梁时,很多人都反对我这样做。他们的理由也非常充分,人家美国都不敢 再建这种桥了,而且人家还有过建这种桥的教训和经验。不出问题则已,万一出了问题,砸了单位的牌子你如何交代?最好的办法就是按部就班,按以前最稳妥的方法,建最稳妥的桥。

我觉得作为年轻的一代桥梁工程师,应该有个科学的态度,用务实的精神,解决半个多世纪以来世界没有解决好的难题,否则如何谈得上传承祖国桥梁建设精神 和赶超国际先进水平呢?为了这座桥的抗风,我们做了大量的设计对策、理论分析和实验研究。设计上把人行道外挑,从而降低主梁高度,并在两侧形成一个能导风 的变截面裙板减少风阻力;与此同时借助于计算理论程序和计算软件的进步,开展仿真计算分析,再在风洞进行模型验证设计措施的有效性。

经过反复论证试验,在结果达到万无一失后,柳州红光大桥终于开建了。这座桥的建设成功,可以说使钢板梁桥梁重新焕发了青春,同时为中国经济基础较为薄弱的地方,探索出了一个如何用较少的钱建一座现代化桥梁的路子,研究论文也在国际顶级的工程杂志发表。

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