來源:重慶日報網
重慶大學振動台實驗室的六層冷彎薄壁型鋼結構房屋。(本報資料圖片)記者 盧越 攝\視覺重慶
周緒紅(左一)與團隊成員在施工場地交流。(重慶大學供圖)
周緒紅 記者 萬難 攝\視覺重慶
人物名片
周緒紅,中國工程院院士、日本工程院外籍院士、英國皇家結構工程師學會會士、重慶大學教授。長期致力于結構工程、橋梁工程學科鋼結構和鋼-混凝土組合結構方向的教學與科研工作。
30年潛心研究,主持完成國家“十五”科技攻關重大項目與“十一五”科技支撐重點項目等研究與開發項目50余項。
他帶領團隊在鋼結構和鋼-混凝土混合結構等新型結構領域進行體系研發、理論研究和工程應用,推動我國高層建築和大跨橋梁結構的發展,推動房屋建築的裝配化與綠色化發展,是我國在該領域的學科帶頭人之一。
創新感悟
“科研很多時候是做無用功。但所有的功夫都不是白費,每一步都不會白走。一步一步踏踏實實地走,總會達到目標。”
12月23日,重慶日報記者一行從沙北街一條小路蜿蜒而下,來到嘉陵江邊重慶水廠附近的一塊空地,這裏正在建造一座獨特的建築。
所謂獨特,是因爲這幢建築用厚僅1.2至1.8毫米的冷彎(一種可在常溫下對鋼板進行隨意彎折的技術)薄壁純鋼板制造。
周緒紅帶著記者走進工人正在施工的房間。牆體、樓蓋、樓梯和房頂,都是用冷彎薄壁純鋼板制造的,很輕。周緒紅介紹,與傳統的鋼筋混凝土建築不一樣,這幢冷彎薄壁型鋼結構房屋可以像搭積木那樣裝配式修建。
裸露的牆體夾層中,記者看見灰色、磚頭厚的保溫隔熱材料附在鋼龍骨的兩側。“冬天保暖、夏天隔熱;重慶潮濕,還可以防止水霧進來。”周緒紅環顧房間說,“你看,因爲臨街,房屋采用了被動式窗戶,可以降噪隔音。”更重要的是,這幢房屋是利用經曆了8度罕遇雙向地震振動台試驗的足尺模型重建起來的。建好後,這裏將是團隊科普展示、交流、辦公的場所。
從傳統的鋼筋水泥建築,到綠色、智能的裝配式建築,30余年來,周緒紅帶領團隊深耕土木工程領域,開辟一個個創新理論和體系,推動行業科技進步。
年少時,給中科院原子能研究所寫信
樸素的青石建築,老式的木地板,周緒紅的辦公室位于重慶大學B區建工館。
12月23日,一進門,記者就看見一個未來智能建築的模型:可用太陽能充電的停車場;用風力系統發電和循環系統收集雨水……這是周緒紅致力于研究也是他心目中理想的綠色、未來建築。
長方形的辦公桌旁,有一個小圓桌,旁邊放著幾把藤椅。“我們常常圍坐在這裏一起討論。”周緒紅的團隊成員、劉界鵬教授告訴記者。
“我跟大家討論時學到很多東西,每個人都有不同的思維方式,以及感興趣的領域。”對此,周緒紅頗有感觸,“比如,對未來智能化建築的發展,我很謹慎,但團隊的年輕人很有激情,就一直推動著我做這個事。”
讓機器人去擰螺絲、造房子,這是不是很有趣,也很智能?
但周緒紅最初學習土木工程的時候,建築可沒那麽“好玩”。
周緒紅1956年出生于湖南一個書香家庭,由于時代原因,初中便辍學了。17歲開始在農場工作了近5年的時間。在那個資源匮乏的年代,周緒紅最喜歡的一本書是破舊不堪的《十萬個爲什麽》。
從書中,周緒紅汲取了大量的科學知識,他甚至曾給中科院原子能研究所寫信,“暢談”自己對原子能應用的看法。不久後,他竟然收到印有“中國科學院原子能研究所”信箋的回信,有行業專家對他的問題作了耐心解釋。
這令周緒紅備受鼓舞。從此,一顆追求科學的種子便深深埋在了年少的周緒紅心裏。
1977年,周緒紅從收音機聽到了恢複高考的消息。那時,周緒紅已經是一名農場二級工,每月有30多元的工資收入,但他覺得考上大學多學知識,成爲一名科學家可爲國家多作貢獻。
當時,離高考只有1個多月時間,周緒紅已近5年沒有摸過書本。但以前讀書時保留的課本以及手抄讀書筆記,成爲他的“法寶”。他不分日夜地複習這些資料,最終成爲恢複高考後的第一屆大學生,進入湖南大學土木工程專業學習。
30年前,提出建可拆卸的綠色智能房子
周緒紅給記者看他的講座PPT,裏面有他大學時的筆記。
泛黃的書本、筆記,幾乎每一個本子的扉頁上,都寫著葉劍英元帥一首名爲《攻關》的詩:“攻城不怕堅,攻書莫畏難。科學有險阻,苦戰能過關。”
這首詩是周緒紅大學時代的座右銘。在周緒紅的記憶裏,班裏學習氛圍濃厚,宿舍有每晚熄燈後辯論的習慣,這使周緒紅養成了質疑和批判的思維模式——一個理論力學題他會采用多種方法求解,有的題目甚至做到一題八解。
PPT裏,有周緒紅給學生的四句錦囊妙計:“苦練內功,夯實基礎;明確方向,適當拓寬;持之以恒,跬步千裏;勤奮努力,惜時如金。”這四句話,大多是勸勉學生要勤奮。
周緒紅勤奮到什麽程度?
大學的圖書館、教學樓,每晚大約10點熄燈、閉館。可常常,周緒紅和同學在自習室裏畫圖、討論,忘了出去。于是,就留在裏面繼續畫圖、學習,困了就在自習室裏睡覺。
本科階段紮實的學習爲周緒紅後來的科研奠定了基礎。在他看來,數學是從事結構工程科研(需要大量的力學計算和分析)的基礎,並爲應用科學研究提供創新思路與方法;而外語,則是了解國際科研前沿、合作交流的工具。
那時,大學都是手寫的教材,周緒紅就一邊聽老師講,一邊用手記,幾年下來,厚厚的筆記本和作業本摞起來有半人多高。
本科畢業後,周緒紅繼續在湖南大學攻讀碩士、博士。讓周緒紅記憶深刻的是,當時輾轉好幾個月,花了300美元從美國買回來一本講結構穩定的書籍,這本書,讓周緒紅進一步了解國際前沿建築發展的方向。讀博期間,他就開始思考用冷彎薄壁鋼結構建造房子。
起因很偶然,是因爲周緒紅和同學去張家界玩,遊客很多,但景區裏沒有住的地方。于是他就想,能不能設計一種可以像搭積木一樣建造的房子?可以拆卸、重裝,還很輕便、少汙染。
30年前,這樣的想法簡直是天方夜譚。但周緒紅沿著自己思考的方向,锲而不舍。
在世界上首次做交錯桁架試驗
即使30年後,周緒紅當時提出的想法,依然是很前沿的。
曆經30年的研究,周緒紅帶領團隊已在鋼結構和鋼-混凝土混合結構等領域提出若幹個創新的理論研究和體系研發等。
去年1月,重慶大學“高層鋼-混凝土混合結構的理論、技術與工程應用”獲國家科技進步一等獎,項目成果廣泛運用于30多個國家的300多個項目中,深圳600米的平安金融中心和卡塔爾800多米的多哈塔也借鑒了項目的成果。
“上世紀70年代,美國就出現紐約世貿大廈等摩天大樓。”周緒紅回憶,在建築領域,100米是高層建築,超過100米就是超高層建築。超高層建築代表一座城市的形象,是國家技術、水平的象征,但那時我國還沒有超高層建築。
隨著國家社會經濟的快速發展,最大的壩、最長的橋相繼在我國出現,這也促進土木工程領域理論和技術的發展以及行業的進步。
但國內100米以上的超高層建築,主要采用現澆混凝土的方式,汙染比較嚴重,抗震安全性也難保證;國外則采用純鋼結構,但造價很高,難以大規模采用。
鋼材耐拉、混凝土受壓。有沒有方式可以結合鋼材和混凝土各自的優點?
建造一座高樓,得首先有骨架。運用力學分析、建模等方式,針對不同高度的樓房,將兩種材料進行不同比例的合理搭配,從而建立整套的設計理論、國家規範、建造技術等,讓不同高度的建築采用合適的體系,從而把樓建得更高,這就是周緒紅團隊數十年來的工作。
項目主要包括4種結構體系,其中,支撐巨型框架-核心筒體系主要適用于300-800米的地標性高層建築;鋼管約束混凝土體系則特別適合100米至300米的建築,或者大型橋梁、地下工程等;鋼管混凝土異形柱框架體系適用100米以下的住宅;交叉桁架結構體系適用于100米以下的公共建築。
運用非常廣泛的是交錯桁架(桁架的交錯布置)結構體系,學校、醫院、賓館、辦公樓大多采用這種構造,可用低成本輕松實現大跨度建築。
但上世紀90年代,世界上沒有人做過交錯桁架的試驗。周緒紅在長安大學當校長時,好不容易籌了5萬元,在2000年初建起第一個相關實驗室,獲得大量數據。後來成果在寶鋼、甯波相繼運用。2012年,國家將團隊成果納入了第一個交錯桁架建築的相關標准。
如今,與國外在該領域的技術相比較,周緒紅牽頭的“高層鋼-混凝土混合結構的理論、技術與工程應用”體系,在純混凝土結構的100-300米建築領域,可降低40%的砂石使用量;與純鋼結構的同類建築相比,可降低用鋼量30-40%,綜合成本也降低約30%。
“創新不是靈光一現,源于日積月累的積澱。”談及數十年的科研曆程,周緒紅認爲是水到渠成而來。但這些創新的理論不能很快被人們所接受。在遼甯、青島等地,團隊都有過這樣的經曆——項目談好了,圖紙也畫好了,但最後不做了。
周緒紅從不氣餒,“做科研很多時候是做無用功。但所有的功夫都不會白費,一步一步踏踏實實地走,總會達到目標。”
推動技術創新,組建交叉學科團隊攻關智能建造
建築智能化、海上風電場、冷彎薄壁鋼建築……如今,周緒紅帶領的團隊共有8個研究方向。
位于建工館附近的土木工程實驗室裏,各團隊成員各司其職,有的在調控智能系統,有的在試驗海上風電振動台、有的在調試機器人手臂。
“以前學土木的是幹‘傻大粗’的活。”周緒紅笑言,開吊車、和水泥、攪拌機……土木學生曾被稱爲“五項全能”選手,但隨著社會經濟的發展,土木工程也必須走信息化、智能化引導的新型工業化道路,重視綠色環保和生態文明的建設。
于是,在周緒紅團隊目前研究的未來建築中,一些擰螺釘和焊接的工作,可以由機器人來完成;同時,太陽能和風能設備將隨著房屋建設進行一體化修建。未來的房子,將是智能環保的。
“2016年,世界圍棋冠軍李世石與機器人阿法狗圍棋大戰,阿法狗獲勝。”劉界鵬告訴記者,那時,周緒紅就和大家討論,人工智能這麽強大,是不是可以改變建築業很多落後的技術?
于是,團隊對企業的需求、人工智能的能力等進行了近一年的全面了解,結合國家的要求,周緒紅決定成立土木工程智能建造學科交叉團隊,開展智能建造研究。
數學、計算機、自動化……目前已組成20多人的智能建造學科交叉團隊。周緒紅表示,只有通過深度的學科交叉,才能有重大的創新,才能對土木工程行業有重要的技術推動作用。
“我們大多只關注自己研究的領域,但周院士對很多領域都融合交叉。”團隊成員石宇教授告訴記者,這更加能推動融合、交叉、創新。
目前,團隊已在國際頂級期刊上發表了土木工程與人工智能交叉的10余篇論文,並擬出版專著1部,相關成果已開始推廣應用。
周緒紅帶領的智能建造團隊將陸續推出研究成果,持續推動我國土木工程建設技術向前發展。
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科技創新需要持之以恒 不能急功近利
李星婷
土木工程行業是個艱苦的領域。數十年的堅持和成功,源于周緒紅腳踏實地、一步一個腳印的奮鬥。
“勤奮努力,持之以恒。人一能之我十之;人十能之我百之。”這是周緒紅給自己的座右銘。
目前,團隊成果已在我國30多個省市和全球澳大利亞、新加坡等30多個國家的300多項工程中應用,提高大跨建築結構的安全性、保證跨江越海橋梁的結構性能及抗風安全性等等。
周緒紅總結成功的訣竅,就是要有定力,並持之以恒,不懈努力。
采訪中,問及周緒紅及團隊成員多年科研工作中有無印象深刻的事或重大的進展,他們都搖頭,“我們每天的工作都差不多,沒有突如其來的創新。”
不積跬步,何以致千裏。科技創新需要持之以恒,不能急功近利。創新源于日複一日的工作、思考和研究,源于水滴石穿的努力。
將個人理想與國家發展相結合,堅持認定的研究方向,一心一意地走下去,這是很多科技工作者的真實寫照,也是新時代科技工作者的使命和擔當。
科技興則民族興,科技強則國家強。邁入新時代,我們更需要偉大的科學精神。踏踏實實、一步一個腳印走,這是科學家帶給我們的啓迪和精神財富。