大國工程背後的高校力量
走近參與港珠澳大橋建設的三個清華團隊
10月23日，港珠澳大橋開通儀式在廣東珠海舉行，被譽為“21世紀第八大奇蹟”的港珠澳大橋正式開通。
400多項新專利、7項世界之最、整體設計和關鍵技術全部自主研發……8年時間，港珠澳大橋圓了幾代人的橋樑夢，讓滴水不漏、120年使用壽命的中國標準驚豔了全世界。
從“一帶一路”到“中國創造”，每一項大國重器的背後都有這樣一群人，為國家戰略提供堅強有力的科技支撐。其中，清華大學有3個科研團隊參與了大橋建設，他們向記者講述瞭如何登上橋樑界的“珠穆朗瑪峰”。
宋二祥團隊：島隧工程 全球首創
在港珠澳大橋的沉管隧道之前，國內外沉管隧道結構僅有剛性和柔性兩種。相比於剛性沉管隧道結構，柔性結構能夠應對一定範圍的不均勻沉降，擁有受力較均勻的優勢。因此，參照國內外已有工程經驗，港珠澳大橋工程中5公里多的沉管隧道初步設計選擇了柔性結構方案。
但是，項目部專家很快意識到柔性結構方案對於港珠澳工程可能不適用。“如果兩個管節之間因荷載及地基差異而發生錯動，隧道就有漏水甚至破壞的危險。”負責隧道差異沉降和結構可行性分析的清華大學土木工程系教授宋二祥解釋道。
有沒有第三種結構存在，讓8萬噸的管節在40多米的海底，保證雙向六車道的車輛安全通行120年，成為擺在所有人面前的難題。
“做‘半剛性’行不行？”這個想法如同黑暗中的火花，令所有人激動不已。但是面對全世界從未有人涉足的“半剛性”隧道結構，既要在零基礎上驗證可行性，又要規避不確定性帶來的各種風險，挑戰可想而知。宋二祥帶領團隊從最基礎的研究開始，做了大量分析、計算。
走一條前人沒走過的道路絕非坦途。計算機軟件無法滿足直接進行這一複雜問題精細分析的功能，他們就設法構造其他等效模型來進行分析；對於任何有疑問的計算方法和結果，宋二祥和團隊師生一起，連夜推導、證明，不斷優化計算模型和參數……最終形成了十幾份厚厚的論證分析報告。
“前前後後五六年，宋二祥除了在清華計算，還來現場參加指導，每月都要來幾次，為大橋結構體系創新作出了重要貢獻。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科最佩服的還是清華人的鑽研精神。
“事實證明，半剛性結構性能優越，整個隧道建成後滴水不漏。”宋二祥說，“正是通過參與這種大型工程，促使我們不斷進步，整個團隊的學生都得到了培養鍛鍊。”
李克非團隊：百年工程 “中國質造”
港珠澳大橋要做精品工程，設計壽命達到120年，這在我國橋樑史上是從未有過的。
作為世界最大的鋼結構橋樑，僅主樑鋼板用量就高達42萬噸，相當於10座鳥巢或60座埃菲爾鐵塔的重量，在安全性能上能抗16級颱風、8級地震及30萬噸巨輪撞擊。
高溫高溼多鹽的外海環境，對鋼筋混凝土材料的腐蝕程度高、腐蝕速度快。“陸地上採用一般鋼筋混凝土材料的建築在同樣的環境中，10年都撐不到。”依賴湛江暴露試驗站30年的寶貴觀測數據，清華大學土木工程系教授李克非和他的團隊繼承了已有的分析框架，第一次將耐久性知識系統地應用到港珠澳大橋上。
“我們的工作最難的是敢於應用自己的知識。”無數次，李克非都面臨進還是退的選擇題。時間緊、任務重，工程進度要求李克非經常要在一小時之內作出決策，而同等工程，歐洲團隊論證決策往往要兩三個月。
“這考驗我們在多大程度上相信自己的知識和研究積累。”李克非說，在這個大工程中，需要下決心的事情很多，每一處細節都可能會影響工程安全，有時候決策的重要性超過了一個人能夠承擔的重量。
經過一年多的反覆論證，李克非團隊的設計成果凝結為港珠澳工程混凝土構件的耐久性質量控制指標。“世紀工程的完工，超級難題的解決，是千千萬萬的人努力的結果。”李克非希望自己還有機會再次參與這些工程，希望有更多清華的同行能夠參與，“我堅信我們清華的力量會越來越多地出現在這些世紀工程中。”
張永良團隊：監測系統 “海中的眼睛”
如果工程是解決問題的，那工程中的每一個異象都會顯現出一系列問題，問題往往是以突變的方式到來。對龐大的港珠澳大橋來說，每一處不起眼的變化都可能導致不可預估的後果。
“水上看得見摸得著，有問題很快就能知道，已有的監測非常完整。但事實上，世界上所有重大工程的問題60%都出自水下。”負責大橋健康監測系統設計的清華土木水利工程學院教授張永良說。
張永良接下了設計保障大橋120年使用壽命健康監測系統的任務，帶領團隊調研市場成熟的設計方案，跟蹤世界前沿文獻，力圖讓健康監測系統成為“海中的眼睛”，監測伶仃洋海流、波浪等各種結構受力要素變化的規律。
水下實時監測，全天候持續監測所有海洋環境中涉及橋樑安全的水下要素；水上水下結合，組成完整的健康監測系統。這是世界上首次做到監測系統通盤考慮採樣數據，對橋樑進行綜合分析。
“雖然我們只承擔了監測系統的一部分工作，但是能為大橋的使用壽命保駕護航，我已經覺得很光榮。”張永良說，接下來的工作重點將轉移到波浪能利用，“技術上爭取國際領先，才能更好地滿足海水淡化、南海島礁用電等國家重大需求。”
“大國重器必須掌握在自己手裡。”為著一股氣，這些清華人義無反顧，劈山建路架橋，攀登科學高峰，助力國家前行。
本報北京10月23日電 中國教育報記者 趙秀紅 通訊員 張靜
《中國教育報》2018年10月24日第3版
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