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我是林元培,1936年出生于上海,祖籍福建莆田,曾经担任上海市政总院总工程师。我这一生都在和桥打交道,主持设计的大桥包括南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、卢浦大桥和东海大桥,还设计过上百座中小桥梁。
黄浦江上造的大桥,创下了许多世界纪录,也让我得到了业内专家的认可,成为中国首批中国工程设计大师之一、中国工程院院士。其实这一切离不开新中国发展带来的机遇。
东海大桥,是通往洋山深水港的跨海长桥,跨越杭州湾北部海域,总长32.5公里
“假如明天就造大桥,有没有把握?”
我喜欢研究数学和力学,刚工作时主要做理论研究。这段时间的积累,为我设计桥梁打下了基础。
20世纪80年代初,在黄浦江上造大桥、连接浦江两岸是院里三代总工程师的梦想。但政府当时没有规划,所以前两代大师没这个机会,哪怕是专业技术很强的留学归国人员。
作为院里的第三代总工程师,我就在想:假如明天就造黄浦江大桥,自己有没有把握?想来想去,没有把握。主要有三大难点:一,黄浦江大桥跨径超过400米,我们没有实际经验。二,我们做的大桥拉索和国际水平差得太远。三,上海是软土地基,造桥难度很大。
攻克这三个难点必须实践。当时院里承担的中小桥设计很多,我就把三个难点变成研究课题,放在中小桥里试验。1985年设计的上海新客站恒丰北路斜拉桥,解决了拉索和软土地基打深桩的的两个难点。剩下的大跨径难点,在我1987年设计的重庆嘉陵江石门大桥中攻克了。石门大桥合龙的那一天,我立马从上海飞到重庆,还没到现场就听闻合龙喜讯,激动得快要昏过去。当时眼前一抹黑,但头脑很清楚:在黄浦江造大桥是可能的!
解决了这些技术难题,我还没等到造黄浦江大桥的机会。我就想,把这些经验传授给后辈也好。没想到不多久,国家决策要开发浦东,终于要造黄浦江大桥了。我能实现梦想,是因为赶上了好时候。
林元培办公室里挂着一幅描绘黄浦江之景的摄影作品。曾几何时,在黄浦江上造大桥是中国数代工程师遥不可及的梦想
“机会摆在面前,无论多难都要攻克”
尽管前期我做了充分技术准备,但到实际运用的时候,各有各的难。
南浦大桥是市区的第一座越江大桥,日本和加拿大都想负责设计。最终上海决定,中国人既然有技术储备,就让中国人主持设计。于是,造大桥的担子落到了我的肩上。南浦大桥的结构原型是当时位于加拿大的世界第一叠合梁斜拉桥,但实地考察后发现桥面上已经出现了上百条结构裂缝。当时我很着急,桥梁出现裂缝就会有安全隐患。我们集中精力研究出4种解决裂缝难题的办法,应用到南浦大桥中。二十年后,南浦大桥例行大检查时发现,桥面没有一条结构性裂缝。
南浦大桥
很多创新就是在困难中倒逼出来的。设计杨浦大桥时,我发现如果在桥中设墩,就会影响航道,所以不得不把主桥跨径设计到602米之长,这是当时斜拉桥的世界纪录。要做前所未有的事,提供建设贷款的亚洲开发银行很不放心,就请来好几个的国际顶尖专家来审查设计方案。经过一轮激烈的答辩,专家们一致评价:杨浦大桥设计是合理的,它代表了桥梁技术的杰出进步。因为这么一句话,杨浦大桥通过审查,顺利开工,顺利完成。
杨浦大桥
徐浦大桥
到了卢浦大桥,大家觉得可以换种桥型,塑造新景观。所以我选择了自己从没做过的拱桥,又解决了拱桥在软土地基建造,结构计算和施工工艺等难题,设计出“世界第一钢拱桥”。这座大桥获得了国际桥梁与结构工程协会的“杰出结构大奖”。当时协会主席亲自到上海,把铜奖牌贴在卢浦大桥桥下。这座五彩霓虹桥现在成了黄浦江的新景观。
卢浦大桥
新中国成立之前,茅以升、赵祖康等著名专家曾主持规划了黄浦江越江工程方案,因为种种客观原因没有实现。新中国成立之后,稳定的社会环境社会,快速的经济增长,让浦江架桥从蓝图变成了现实。
造桥这么多年,我越来越觉得中国造桥技术之所以全球领先,和国家发展息息相关。德国有一家公司,设计了全世界第一座斜拉桥,后来因为在他们国家没有造新桥的机遇,所以再也没做出更加突出的成就。在国际学术交流会上,很多国外专家都羡慕我的机遇,所以我更要珍惜机会,不管遇到多大的困难,都要尽力去解决。
“中国造桥技术,还远远没有达到极限”
做总工程师的时候,我夜里常常睡不着觉,反复在想:我设计的这座大桥会不会有什么隐患和难点是我没有想到的。如果没想到,会不会影响到大桥安全。桥梁工程师一定要对人民的生命财产负责。我们设计的方案可以有优缺点,但不能出错。
退休之后,我还是会每天到办公室半天,继续桥梁理论研究,希望把目前工程上尚未解决的问题提升至理论层面。平时,也会给年轻人做的方案提提意见。这些年,我们国家的大桥还在不断创新,包括去年通车的港珠澳大桥。中国造桥技术,还远远没有达到极限。
机会留给有准备的人。我常跟年轻人说,一定要超前研究、做足准备、不断创新。创新有风险,哪怕只有20%的风险,也要付出120%的努力去解决,这是我一生从事工程设计得到的经验。
83岁的中国工程院院士林元培,退休后还继续桥梁理论研究
这份证书是林元培诸多荣誉中比较特殊的一项。2015年1月5日,国际小行星命名委员会正式批准21023号小行星的名字为“林元培星”,以表彰其在中国桥梁领域做出的杰出贡献。
栏目主编:张奕 编辑邮箱:shgcggkj@126
内文图来源:孟雨涵 摄、资料图片
今天的黄浦江上,12座大桥横跨东西两岸,车辆、行人川流不息。南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥等越江大桥,不仅见证着上海的改革发展,也成为独特的城市地标。
卢浦大桥
时间拨回上世纪80年代,经济开始腾飞、城市规模日渐扩大的上海,浦东人到浦西除了一条越江隧道,基本上都需要依靠摆渡,每天104万人次的客流量无时无刻不在考验着城市的交通——黄浦江上,再也不能没有桥了!
其实,连通浦江两岸的“梦”,上海人百年前便已开始憧憬了。清末小说家、青浦人陆士谔在宣统二年(1910年)出版的小说《新中国》中写道:
“宣统二十年,万国博览会在浦东举办,黄浦滩已建成了浦江大铁桥,小说主人公前去游玩,一跤跌醒,方知是南柯一梦。”
陆士谔的小说《新中国》
百年后的今天,浦东浦西之间的往来再也不是一个问题。这个“浦江之梦”的实现,离不开中国工程院院士、上海市政总院资深总工程师林元培等一批建设者。上海中心城区的杨浦、南浦、卢浦、徐浦4座越江大桥,以及通往洋山港的东海大桥,均由林元培主持设计。今年83岁的他,设计过上百座桥梁,一生都在与桥打交道。
中国工程院院士、上海市政总院资深总工程师林元培。沈阳 摄
“要是明天就造黄浦江大桥,有把握吗?”
“我赶上了好时代。”说起自己的成绩,林元培总把这句话挂在嘴边。
在黄浦江上造大桥,是上海几代专家一直以来的梦想。新中国成立前,茅以升、赵祖康等都曾主持规划了黄浦江越江工程方案,最终因为种种客观原因没能实现。上海市政总院的前两代总工程师,也都没能有这个机遇。
1985年,“接力棒”交到了林元培手上。“要是明天就造黄浦江大桥,我有把握吗?”他反复问自己。
年轻时的林元培。
“想来想去,没有把握。”上世纪80年代的条件落后,造大桥的条件还很不成熟,在林元培看来,造大桥至少有三大难点:
一是黄浦江大桥跨径超过400米,上海缺少实际经验;
二是国产的大桥拉索,与国际水平还相去甚远;
三是上海的软土地基也为造桥带来不小困难。
“要从‘没经验’变得‘有经验’,必须通过实践。我相信机会会留给有准备的人。”林元培没有知难而退,而是坚守了建造大桥、为人民服务的初心,凭着一股攻坚克难的干事,提前开始了技术储备。
当时,市政总院承担了不少中小桥设计项目,林元培就把三大难点作为研究课题,在实践中试验。他在1985年设计上海新客站恒丰北路斜拉桥时,解决了拉索和软土地基打深桩的的两个难点。又在1987年设计重庆嘉陵江石门大桥时,攻克了大跨径难点。“桥墩做在嘉陵江中间的小岛上,到岸230米,如果这个做得成,重复一次就是460米,就超过黄浦江的跨度了。”
石门大桥合龙那天,林元培从上海赶赴重庆,还没到现场就听闻合龙喜讯,他激动得甚至“快要昏过去”:“当时眼前一抹黑,但头脑还很清楚——在黄浦江造大桥是可能的!”
市委常委会6月21日下午举行“不忘初心、牢记使命”主题教育专题学习会,林元培在会上讲述了自己践行初心和使命的感人事迹。陈正宝 摄
时势造英雄。改革开放后,中央传来了开发浦东的好消息,建造黄浦江大桥终于提上日程。林培元多年来打下的根基,迎来了开花结果的一天。抚今追昔,林培元感慨:“这一切都离不开新中国发展带来的机遇,我们有了施展才华的机会和舞台,实现了几代工程师的造桥梦。”
从“零的突破”到“世界第一”
“有一种走在悬崖峭壁上的感觉,但我一定要走下去。”作为上海市区第一座越江大桥,南浦大桥的规划建设吸引了世界关注,来自日本和加拿大的专家都在争取负责设计,最终,这个重担还是交给了已经做了多年技术储备的林元培。
南浦大桥
时任上海市长专门将他请到办公室,只问了一句话:
“有没有把握?”
“有80%的把握,但我们会用120%的努力去克服困难。”林元培答道。剩下的20%,林元培后来解释,是出于对未知风险的谨慎,毕竟,科研允许失败,工程却不允许:“工程师要保证自己的设计不出问题。”
他的顾虑并非杞人忧天。南浦大桥的结构原型,是当时位于加拿大的世界第一叠合梁斜拉桥安纳西斯桥,但在实地考察时,工程师们发现,那座桥的桥面上已经出现了上百条结构裂缝。
这样的安全隐患如果出现在南浦大桥上,后果不堪设想。而此时南浦大桥桥桩已经打下去了,每一天都是在和时间赛跑,焦急的林元培将自己关在客厅,一遍遍看着幻灯片,经过一个又一个不眠之夜,终于研究出4种解决裂缝难题的办法。直到20年后,大桥例行大检查,桥面都没有一条结构性裂缝。
2015年9月27日,航拍跨越黄浦江的上海南浦大桥。 新华社
在林元培看来,只有在实践中创新,才能不断进步,而创新就是在一个个困难中倒逼出来的。
浦东的开发开放,为更多越江大桥的建设提供了机遇。继南浦大桥后,杨浦大桥的建设也紧锣密鼓地展开,这对林元培是一个更大的挑战。
杨浦大桥在设计上,有3种方案可供选择:
第一个方案,是照搬南浦大桥的设计,但由于杨浦大桥跨度602米,长于南浦大桥的423米,一个桥墩必将落在黄浦江中;
第二个方案,是将一个桥墩紧靠在岸边放置,这样跨度达到580米,但岸边地基情况复杂;
第三个方案,是两个桥墩都立在岸上,跨度602米,这是当时世界第一跨度。
如果单纯求稳,采用第一种方案,桥墩在江中容易发生船撞事故,如果要争创一流水平,可能就要承担巨大的风险。“要么不造,要造就造最好的桥!”最终,林元培选择了风险较大,但最为合理的跨度602米的造桥方案。
杨浦大桥
要做前所未有的事,提供贷款的亚洲开发银行很不放心,请来几个国际顶尖专家来审查方案。经过激烈的答辩,专家一致评价:杨浦大桥设计合理,代表了桥梁技术的杰出进步。最终,大桥通过审查,顺利开工。
1993年9月建成的杨浦大桥,主桥长1172米,犹如一道横跨浦江的彩虹,跨度为当时世界第一。如果说,南浦大桥的建成通车,实现了黄浦江市区段大桥“零”的突破,杨浦大桥的建成,则标志着中国的斜拉桥设计建造能力一举跃居国际桥梁界领先地位。
“赶上了难得的历史进程,就要牢记使命,勇于创新,敢于担当,不懈奋斗。”林元培说,机遇是几代人不懈努力等来的,一定要竭尽全力,不留遗憾,不负时代与人民。
林元培主持设计的东海大桥,是通往洋山深水港的跨海长桥,跨越杭州湾北部海域,总长32.5公里
让中国从桥梁大国走向桥梁强国
不管是在建哪个项目,林元培总习惯往工地跑,他说,这样可以尽早发现任何可能出现的异常。“不过看不出问题也不放心,是不是我还没考虑到?所以每天晚上都睡不着觉,琢磨哪里可能会出问题。”
退休后的林元培,终于可以踏踏实实睡上安稳觉了。不过,他每天还是会进办公室坐上半天,继续桥梁理论研究。
在林元培位于上海市政工程设计总院18层的办公室内,墙壁上挂着南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥、东海大桥的照片。在这些照片里,唯独卢浦大桥的照片有两张。他说,这是他上百件作品中,最喜欢的一件:“这个抛物线的线条最美。”
林元培的办公室内,墙上挂着卢浦大桥的照片。沈阳 摄
建造卢浦大桥时,林元培选择了自己从未做过的拱桥,由于没有经验可循,需要自己推导公式、编写软件,解决结构计算和施工工艺等难题。
“造桥讲究三个‘可靠’,构造要可靠,工艺要可靠,理论要可靠。”他介绍,自己现在在做的研究,就是要把目前工程上尚未解决的问题提升至理论层面:“希望有一天,能有计算机解决问题,不再靠人来拍板,设计师就不会睡不着觉了。”
平时,他也会给年轻人做的方案提提意见:“总有一天,我要离开这个岗位,未来要靠年轻人。要让他们独立思考、独立出主意。”在后来建设卢浦、东海、长江、闵浦大桥的过程中,林元培就更多扮演起为年轻人保驾护航的角色,为市政总院、为建工集团、为国家培养出了一大批桥梁精英人才。
到今天,市政总院共有4800余人,其中仅桥梁国家大师就有3人,教授级桥梁工程师25人,桥梁工程师近500人,是一支名副其实的桥梁建设“国家队”。“可以这样说,目前我们的桥梁设计、施工已经达到了世界一流水平。”
2015年1月5日,国际小行星命名委员会正式批准21023号小行星的名字为“林元培星”,以表彰其在中国桥梁领域做出的杰出贡献。
“桥何名欤?曰奋斗。”林元培很喜欢中国现代桥梁之父茅以升的这句名言,这也昭示着桥梁人不懈奋斗、服务人民的初心。“我最高兴的是,在我退休的时候,我建的桥没有一座是坏的。”林元培说,作为一名桥梁人,不管遇到多少困难和挫折,始终牢记初心使命,他坚信,一代代桥梁人凭着逢山开路、遇水架桥的勇气担当,一定会让中国从桥梁大国走向桥梁强国,屹立于世界之巅。
【人物简介】
林元培,1936年生,中国工程院院士、上海市政总院资深总工程师。
著名桥梁工程设计师,1989年被国家建设部首批命名为\"中国工程设计大师\",2005年当选为中国工程院院士。
2007年获何梁何利“科学技术成就奖”。
2015年4月10日,获国际小行星中心颁发的“林元培星”铜匾和证书。
南浦大桥、杨浦大桥、卢浦大桥、徐浦大桥、东海大桥和重庆石门大桥总设计师。其中南浦大桥、重庆石门大桥和东海大桥荣获国家科技进步一等奖。
4次被评为上海市劳动模范。
获1994年度茅以升桥梁大奖。
1995年被评为全国先进工作者。
栏目主编:张骏 文字编辑:吴頔 题图来源:受访者提供 图片编辑:雍凯
林元培说,到黄浦江上去造大桥是他的梦想,而这个梦想始于50多年前。
这50多年来,林元培一直在和桥打交道。作为首批中国工程设计大师,他设计或主持设计过20余座大跨度的桥梁,上百座中小桥梁。而这其中,上海黄浦江上的南浦、杨浦、徐浦、卢浦4座大桥,都是他的孩子。
1963年,任上海市政设计院副总工程师刘作霖主持建造柳州大桥,而这也是林元培参与设计的第一座大桥。
在此之前,上海市政院设计的都是苏州河上的小桥,一跨只有六七十米,而柳州大桥需要的跨度翻了一倍,要120米。
同时桥的结构也与原来在苏州河上设计的桥不同,因此计算结构也必须要用新的公式。
柳州大桥,1968年竣工,首个运用悬臂施工的大跨径预应力T型钢构桥
对于这些挑战,参与设计的技术人员们需要创新,也需要承担风险,而刘作霖给包括林元培在内的所有工程设计师都上了一课——桥梁设计的关键就是敢于承担责任。
刘作霖担下责任,带领所有人一起建成了柳州大桥。而柳州大桥竣工后,他的一句话更是成了上海市政院三代工程师的梦想——
“我们不仅要造柳州大桥,我们还要到黄浦江上去造大桥。”
(以下内容整理自林元培在上海设计之都十周年工业设计主线论坛上的演讲内容。)
林元培中国工程院院士上海市政工程设计研究总院总工程师
要想在黄浦江造大桥,就必须做好理论和工程技术的准备。
上海市政院的第二代总工程师调查后认为,在黄浦江上造桥,最经济可行的便是斜拉桥。
可光有理论还不行,必须做个真的出来检验,因此上海市政院选在了松江的泖港,做了第一座斜拉桥的试验桥——泖港大桥。
泖港大桥,1982年竣工,曾是国内最大跨度的混凝土斜拉桥
“试验桥这个冠词加上去就是说,你出了毛病也可以原谅的,出了毛病也是小范围的事,如果到了黄浦江一出问题,大家眼睛看得清清楚楚。”
林元培在泖港大桥的工程中从事着软件开发的工作,这座200米的桥成为了他检验想法的试验场,而泖港大桥的完美建成,也告诉林元培一个确定的信息——双塔双索面的大跨径斜拉桥,可行!
泖港大桥双塔双索面桥型,后南浦大桥也采用该桥型图源:上观
泖港大桥建成后两年,林元培走上了上海市政院总工程师的岗位,尽管积累了多年的经验,然而面对黄浦江大桥的梦想时,他还是一直问自己——
“如果明天就要造黄浦江大桥,我有把握没有?”
为了更有把握,林元培仔细量测了自己与梦想间的差距——
第一就是跨度。
桥梁的跨度越大,结构设计和工程施工的难度也就越大。
因为上海是港口,船只往来众多,如果在水里设桥墩,就有了撞船事故的可能性,同时水下施工工期长,造价也不便宜,所以黄浦江上造桥希望一跨过江。
而黄浦江在市区段内,即使窄的地方也有约400米宽,林元培的经验只有200米(泖港大桥),还远远不及。
第二就是斜拉索。
斜拉索把桥面和索塔连接起来,是斜拉桥最主要的受力构件之一。而中国制造的斜拉索和国外制造的斜拉索质量差距很大,这将直接限制桥梁能够实现的尺度。
斜拉桥受力示意图
如何解决呢?
林元培有了一种构思——过去推导公式时,总是先提出理论,再通过实验室的模型试验来检验,而对于造桥的差距,或许也可以用这样的方式来解决。
于是林元培利用起自己手里的中小桥项目,干脆把这些真的桥作为模型试验,来一步步缩短自己离梦想的差距。
“中小桥的风险是不大的,但是你的构思可以检验。”
恒丰路立交桥,1987年竣工
他的第一个试验选在了上海的恒丰北路。
恒丰路立交桥在铁路上海站的西侧,离上海站不过200米,火车都需要从桥下经过。因此铁路方面要求,如果桥的沉降影响到了下方火车的通行,那桥就必须撤走。
桥的要求高,在林元培看来却是好事——上海是软土地基,土力学研究了上百年,桥梁的沉降一直是问题。
而借此机会,林元培试验着把钢管桩一直向下打76米,打到硬土层上,以软土地基的深桩技术解决了沉降的问题。
同时他也在这个项目和后来的广州海印大桥的项目中,一次又一次地修改斜拉索,使得中国的斜拉索的受力性能不断地向国际水平看齐。
海印大桥,1988年竣工
而另一个重要的试验,是重庆的嘉陵江石门大桥。
因为嘉陵江在中部有个岛,可以在桥的中部立索塔,所以相对于之前有经验的双塔斜拉桥的模型,这个桥只需要设计半个斜拉就好了。
嘉陵江石门大桥,1988年竣工,利用江中岛的地理特点,采用了单索塔的桥型,索塔离岸230米
尽管挑战性很高,但在林元培眼中,它却是实现黄浦江大桥的最佳跳板。
“我当时就考虑,半个斜拉桥的塔离岸上有230米,要是把它建成了,我再重复一次就是460米,460米就够黄浦江了。”
当林元培听到嘉陵江石门大桥合龙的消息时,竟然激动得昏了过去,“我们今天可以过黄浦江了!”
随后,他便在跨黄浦江大桥的可行性报告里写下,“今天在中国,设计施工400米以上的斜拉桥是可能的”。
这“可能”二字意味着,做了近20年的黄浦江大桥的梦,终于照进了现实。
南浦大桥,1991年竣工
1988年,浦东乘着改革开发的东风迎来开发,林元培也终于迎来了在黄浦江上建桥的机会,成为了南浦大桥的总设计师。
当时他做了两个方案,方案一是把嘉陵江大桥作为原型,而另一个方案,参照了当时世界上已有的460米跨度的加拿大安娜西斯桥(Annacis Bridge)。
加拿大 Annacis Bridge,建于1986年,跨度465米,世界上第一座典型的组合梁斜拉桥图源:structurae
在方案评选时,专家们都认为外国的方案好,施工快。作为少数派的林元培,便服从多数,按照定下来的方案开始组织施工。
可是考虑到安娜西斯桥才建好没两年,林元培仍旧放心不下,于是项目还在打钢管桩的阶段,他便派同事先去加拿大考察一下。
结果同事去了两三天就打电话回来,说发现安娜西斯桥上有裂缝。
林元培听此消息后心急如焚,立即也前往了加拿大,考察回来后他马上进行了计算,计算结果显示果然是有裂缝。
“既然我算得出来,说明它是有规律的,不是工人操作中马马虎虎弄出来的。有裂缝,雨水就要渗透下去,下面是钢钉和钢梁连接,如果时间长了,钢钉锈了,桥就跨掉了啊。”
南浦大桥,主跨423米,塔架高150米图源:structurae
林元培经过反复研究,为安娜西斯桥的4种裂缝分别找到了化解的方法,并决定更改设计。
“设计是工程的灵魂,工程的安全、造价、工期,都在设计手里,如果有所不谨慎,出了问题很难收场。
造桥可以有缺点,但不能有错误,不仅仅是经济上的影响,更重要的是人命的问题。法律是公平的,设计也要负起法律责任。”
最终,他带领百余名工程师对3000多张图纸进行了一一修改,让南浦大桥在黄浦江上立了起来。
而在此后20余年的时间里,桥身上也没有出现过裂缝。这座桥不仅开创了我国现代大跨度斜拉桥的先河,也为我国斜拉索的改进发展打下了基础。
徐浦大桥,1997年竣工图源:structurae
杨浦大桥,1993年竣工图源:structurae
而就在在南浦大桥还未竣工之时,杨浦大桥设计也被提上了日程。
作为工业区的杨浦,交通量很大,亟需一座大桥连接对岸,然而杨浦大桥所在地的河面宽600米,当时世界斜拉桥跨度纪录才530米,如果要像南浦大桥一样一跨过江,就得做出个世界纪录。
“世界纪录是有风险的,但我反复推敲,我们还是有把握的,就上!”
在挑战世界纪录的过程中,林元培不仅从力学理论上证明了跨度602m的结构是稳定的,同时也优化改良了桥塔拉索锚固的结构,从工艺构造上解决了大桥的结构难题。
1993年杨浦大桥正式竣工通车,一下子将中国斜拉桥推到了国际领先水平。
徐浦大桥,1997年竣工图源:structurae
杨浦大桥的成功,振奋人心,600米跨度都实现了,之后的徐浦大桥的跨度只需要590米,自然胸有成竹。
所以林元培毅然将这个桥的正副设计负责人的重担,交给了3位30多岁的青年技术人员。
“我跟他们说,你们独立思考,独立设计,我是在旁边看着。如果你们出了什么问题,将来责任是我的,你们做起来不要畏畏缩缩,大胆做!”
而被林元培委以重任的年轻人,后来也被评为中国工程设计大师,林元培“放手不放眼”,教给了年轻人设计的义务与责任,徐浦大桥也成功落成。
卢浦大桥,2003年竣工图源:structurae
徐浦大桥竣工通车后的第四年,卢浦大桥也开始了建设。
然而卢浦大桥在还未进设计之前,人们便对它议论纷纷——
一种意见认为,黄浦江上已经做了三座斜拉桥了,第四座应该换个样子,给上海做个不单调的景观;
而另一种意见认为,还是继续做斜拉桥好,斜拉桥的设计和工程我们已经驾轻就熟,可以省时省工,何乐不为?
最后方案评选,市政院的拱桥方案中了标。
然而不同于已经驾轻就熟的斜拉桥,要做一个满足各方期待的拱桥,林元培还有许多关键问题需要解决。
第一,就是要如何做得安全。
拱桥的力学特点是它会将桥面受到的竖向的力,转为桥基处水平向外的推力,因此它的桥基做在岩石上是最可靠的。
而上海是软土地基,如果将桥基处巨大的水平推力推到了软土上,软土一散,桥就塌了。
因此,如何平衡掉这个推力就需要想办法。
拱桥的受力特点:会将桥面荷载转化为桥基处的推力
林元培想了个方法——将卢浦大桥桥基处2万多吨推力,引到了桥面上。
他利用斜拉桥中的钢索,在拱桥上拉了800多米的水平索,利用钢索的拉力平衡掉桥基的推力,这样就即便这座拱桥架在软土地基上,也能像做在岩石上一样安全。
卢浦大桥利用水平索平衡桥基的推力
第二,就是要如何做得美观好看。
其实当时世界上已经有了跨度500米的拱桥,例如悉尼海港大桥(Harbour Bridge),但它们采用的都是30年代的工艺——
利用钢厂里轧制出来的小构件,连接成桁架式的结构——这样做出来的造型看起来非常繁琐。
而21世纪初,电焊的工艺已经能保证断面受力足够大,一根电焊的构件甚至可以抵得上轧制出来的几十根小构件。
因此已经可以通过焊接将构件做得很大,这样大桥的造型就可以做得比较简单。
悉尼海港大桥,采用桁架式结构图源:wikipedia
卢浦大桥,利用电焊工艺实现了简约的造型图源:wikipedia
2003年,卢浦大桥也建成通车,更成为了中国首个获得国际桥梁与结构工程协会(IABCE)“杰出结构奖”的大桥。
至此,目前黄浦江市区段内的四座大桥都已落成,它们不仅是林元培桥梁理论的结晶,更是他敢于为创新承担责任的体现。
回想上世纪80年代,经济规模逐年增大的上海,每天过江量高达104万人次和2.2万车次,但黄浦江市区段内却没有一座跨江大桥。
而如今,浦江之上的座座大桥,不仅连接起了浦西与浦东,更成为了一处处独特的江上风景。
作为黄浦江大桥之父,林元培说,“我很有幸来设计上海的几座大桥,我们上两代的总工程师想了半天,他们没有机会,而我碰到改革开放,所以我很感谢我们这个时代给我的机遇。”
本演讲由林元培在上海设计之都十周年工业设计主线论坛上发表。
指导单位:上海市经济和信息化委员会,上海市杨浦区人民政府。
活动主办单位:上海杨浦滨江投资开发有限公司,造就科技。
战略合作单位:脉伽特(上海)设计咨询有限公司,上海杨树浦馨懿房地产开发有限公司。
(本文未经造就授权,禁止转载。)
编辑 | 柴朝宸
我是林元培,1936年出生于上海,祖籍福建莆田,曾经担任上海市政总院总工程师。我这一生都在和桥打交道,主持设计的大桥包括南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥、卢浦大桥和东海大桥,还设计过上百座中小桥梁。
黄浦江上造的大桥,创下了许多世界纪录,也让我得到了业内专家的认可,成为中国首批中国工程设计大师之一、中国工程院院士。其实这一切离不开新中国发展带来的机遇。
东海大桥,是通往洋山深水港的跨海长桥,跨越杭州湾北部海域,总长32.5公里
“假如明天就造大桥,有没有把握?”
我喜欢研究数学和力学,刚工作时主要做理论研究。这段时间的积累,为我设计桥梁打下了基础。
20世纪80年代初,在黄浦江上造大桥、连接浦江两岸是院里三代总工程师的梦想。但政府当时没有规划,所以前两代大师没这个机会,哪怕是专业技术很强的留学归国人员。
作为院里的第三代总工程师,我就在想:假如明天就造黄浦江大桥,自己有没有把握?想来想去,没有把握。主要有三大难点:一,黄浦江大桥跨径超过400米,我们没有实际经验。二,我们做的大桥拉索和国际水平差得太远。三,上海是软土地基,造桥难度很大。
攻克这三个难点必须实践。当时院里承担的中小桥设计很多,我就把三个难点变成研究课题,放在中小桥里试验。1985年设计的上海新客站恒丰北路斜拉桥,解决了拉索和软土地基打深桩的的两个难点。剩下的大跨径难点,在我1987年设计的重庆嘉陵江石门大桥中攻克了。石门大桥合龙的那一天,我立马从上海飞到重庆,还没到现场就听闻合龙喜讯,激动得快要昏过去。当时眼前一抹黑,但头脑很清楚:在黄浦江造大桥是可能的!
解决了这些技术难题,我还没等到造黄浦江大桥的机会。我就想,把这些经验传授给后辈也好。没想到不多久,国家决策要开发浦东,终于要造黄浦江大桥了。我能实现梦想,是因为赶上了好时候。
林元培办公室里挂着一幅描绘黄浦江之景的摄影作品。曾几何时,在黄浦江上造大桥是中国数代工程师遥不可及的梦想
“机会摆在面前,无论多难都要攻克”
尽管前期我做了充分技术准备,但到实际运用的时候,各有各的难。
南浦大桥是市区的第一座越江大桥,日本和加拿大都想负责设计。最终上海决定,中国人既然有技术储备,就让中国人主持设计。于是,造大桥的担子落到了我的肩上。南浦大桥的结构原型是当时位于加拿大的世界第一叠合梁斜拉桥,但实地考察后发现桥面上已经出现了上百条结构裂缝。当时我很着急,桥梁出现裂缝就会有安全隐患。我们集中精力研究出4种解决裂缝难题的办法,应用到南浦大桥中。二十年后,南浦大桥例行大检查时发现,桥面没有一条结构性裂缝。
南浦大桥
很多创新就是在困难中倒逼出来的。设计杨浦大桥时,我发现如果在桥中设墩,就会影响航道,所以不得不把主桥跨径设计到602米之长,这是当时斜拉桥的世界纪录。要做前所未有的事,提供建设贷款的亚洲开发银行很不放心,就请来好几个的国际顶尖专家来审查设计方案。经过一轮激烈的答辩,专家们一致评价:杨浦大桥设计是合理的,它代表了桥梁技术的杰出进步。因为这么一句话,杨浦大桥通过审查,顺利开工,顺利完成。
杨浦大桥
徐浦大桥
到了卢浦大桥,大家觉得可以换种桥型,塑造新景观。所以我选择了自己从没做过的拱桥,又解决了拱桥在软土地基建造,结构计算和施工工艺等难题,设计出“世界第一钢拱桥”。这座大桥获得了国际桥梁与结构工程协会的“杰出结构大奖”。当时协会主席亲自到上海,把铜奖牌贴在卢浦大桥桥下。这座五彩霓虹桥现在成了黄浦江的新景观。
卢浦大桥
新中国成立之前,茅以升、赵祖康等著名专家曾主持规划了黄浦江越江工程方案,因为种种客观原因没有实现。新中国成立之后,稳定的社会环境社会,快速的经济增长,让浦江架桥从蓝图变成了现实。
造桥这么多年,我越来越觉得中国造桥技术之所以全球领先,和国家发展息息相关。德国有一家公司,设计了全世界第一座斜拉桥,后来因为在他们国家没有造新桥的机遇,所以再也没做出更加突出的成就。在国际学术交流会上,很多国外专家都羡慕我的机遇,所以我更要珍惜机会,不管遇到多大的困难,都要尽力去解决。
“中国造桥技术,还远远没有达到极限”
做总工程师的时候,我夜里常常睡不着觉,反复在想:我设计的这座大桥会不会有什么隐患和难点是我没有想到的。如果没想到,会不会影响到大桥安全。桥梁工程师一定要对人民的生命财产负责。我们设计的方案可以有优缺点,但不能出错。
退休之后,我还是会每天到办公室半天,继续桥梁理论研究,希望把目前工程上尚未解决的问题提升至理论层面。平时,也会给年轻人做的方案提提意见。这些年,我们国家的大桥还在不断创新,包括去年通车的港珠澳大桥。中国造桥技术,还远远没有达到极限。
机会留给有准备的人。我常跟年轻人说,一定要超前研究、做足准备、不断创新。创新有风险,哪怕只有20%的风险,也要付出120%的努力去解决,这是我一生从事工程设计得到的经验。
83岁的中国工程院院士林元培,退休后还继续桥梁理论研究
这份证书是林元培诸多荣誉中比较特殊的一项。2015年1月5日,国际小行星命名委员会正式批准21023号小行星的名字为“林元培星”,以表彰其在中国桥梁领域做出的杰出贡献。
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内文图来源:孟雨涵 摄、资料图片
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