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  周福霖院士團(tuán)隊(duì)

    ●周福霖院士帶領(lǐng)下的廣州大學(xué)工程抗震研究中心技術(shù)團(tuán)隊(duì)，成立于1994年，團(tuán)隊(duì)成員有國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘教授一人，海外留學(xué)歸國(guó)人員多名，團(tuán)隊(duì)以具有博士學(xué)位的中青年為主。

    ●抗震中心主持完成國(guó)家自然科學(xué)基金和省、部級(jí)科研項(xiàng)目多項(xiàng)，為我國(guó)工程隔震技術(shù)的發(fā)展和步入世界前列作出了重大貢獻(xiàn)，也使廣州大學(xué)工程抗震研究中心地位在國(guó)內(nèi)外同行中產(chǎn)生重大影響。

    ●廣州大學(xué)工程抗震研究中心先后成為廣東省、廣州市地震工程與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，工程抗震減震與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，隔震減震控制與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育)，廣東省高校隔震減震控制與抗震工程技術(shù)研究中心的依托單位，并獲得中國(guó)計(jì)量認(rèn)證(CM A)資質(zhì)。

    15米高的實(shí)驗(yàn)室里，深圳地鐵前海段隔振裝置實(shí)驗(yàn)轟隆作響，快到屋頂?shù)?ldquo;小蠻腰”縮微鋼架、粗大的港珠澳大橋橋墩以及各種超高建筑模型擺得滿滿當(dāng)當(dāng)，76歲的中國(guó)工程院院士周福霖健步其中，準(zhǔn)備去查看一項(xiàng)設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)為5 0年、已經(jīng)進(jìn)行了15年的隔震材料老化實(shí)驗(yàn)……隔震減震控制與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室藏身廣州廣園中路248號(hào)，世界聞名的新型隔減震體系就在這里不斷創(chuàng)新發(fā)展。

    周福霖團(tuán)隊(duì)與相關(guān)單位為港珠澳大橋完成了隔震減震設(shè)計(jì)研究，在橋墩上部安裝了隔震減震裝置，使這條跨海大橋再也不怕大地震的突然襲擊。

    處事低調(diào)的國(guó)際隔震消能減震控制學(xué)會(huì)主席周福霖，說(shuō)起投身工程抗震減隔震領(lǐng)域的40多年時(shí)光，語(yǔ)氣平和得仿佛在談?wù)撏忸^略顯炎熱的天氣。

    日本“3·11”地震中完好的建筑

    廣州大學(xué)已經(jīng)搬離廣園中路248號(hào)足足10年，但周福霖帶領(lǐng)的廣州大學(xué)工程抗震研究中心仍“蝸居”在這里。頭發(fā)花白的周福霖院士坐在辦公室里，語(yǔ)音輕柔，講起日本朋友薛教授在日本“3·11”大地震中的經(jīng)歷：

    2011年3月11日下午兩點(diǎn)多，薛教授在一棟隔震的醫(yī)院大樓牙科診所修牙，修好牙已經(jīng)3點(diǎn)多。下樓才發(fā)現(xiàn)滿街的人都在跑，這才知道發(fā)生了大地震。他趕緊沖回位于28樓的家里，一眼就看見(jiàn)新買的一瓶葡萄酒完好無(wú)損，家里的東西也都沒(méi)有滑落。

    牙科診所和薛教授家所在的大樓，都安裝了隔減震裝置；日本仙臺(tái)近50棟隔減震建筑，包括高于100米的超高層，在這次強(qiáng)震中均完好無(wú)損，表現(xiàn)驚人。

    隔震技術(shù)是40多年來(lái)世界各國(guó)(包括中國(guó))地震工程的重大創(chuàng)新成果之一，其科學(xué)技術(shù)體系的創(chuàng)立、理論研究、試驗(yàn)研究、示范工程和今天的迅猛應(yīng)用發(fā)展，傾注了各國(guó)科學(xué)家的畢生心血。其中就包括我國(guó)工程院院士、廣州大學(xué)工程抗震研究中心主任周福霖教授。

    對(duì)周福霖來(lái)說(shuō)，隔減震技術(shù)是他在1976年唐山大地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中受到啟發(fā)成形的。唐山大地震后第3天，周福霖來(lái)到95%建筑被毀的唐山，一片廢墟中有兩棟4層磚樓屹立未倒，僅沿著地面滑動(dòng)了約40多厘米，墻體下面一層柔軟的防水油毛氈救了兩棟樓里400多人。

    周福霖從滑動(dòng)的房屋中找到了靈感。“如果只給建筑做抗震，很多時(shí)候扛不住，必須有新的思路”。隨后出國(guó)留學(xué)的周福霖，在1982年與導(dǎo)師一起做了一個(gè)隔震房屋地震震動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)，把四層樓的房屋模型放在震動(dòng)臺(tái)上，下面做一層隔震層。輸入地震波，發(fā)現(xiàn)不隔震的房屋劇烈搖晃，遇強(qiáng)震就被破壞，隔震的房屋卻能承受9級(jí)或更大的地震。

    所謂隔震，就是在房屋和地面之間，加一層橡膠和鋼板隔層疊加的隔震支座柔軟層，通過(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，避開地面振動(dòng)共震區(qū)，從而隔離地震，能使隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)衰減至非隔震結(jié)構(gòu)的1/4至1/8，成倍提高建筑的耐震安全性。

    通俗點(diǎn)說(shuō)，仿佛柔軟的水托著海上行駛的船，地震中，船體與震動(dòng)的海面之間隔著柔軟的水層，船體只會(huì)慢慢搖擺，加在船體的地震沖擊力被卸去。

    周福霖帶著隔減震新技術(shù)回國(guó)，來(lái)訪的聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織有關(guān)專家知道后，1989年聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織正式撥款立項(xiàng)，要求周福霖在中國(guó)為世界各國(guó)建造隔震住宅示范工程。1993年，在廣東汕頭市建成我國(guó)第一棟橡膠支座的8層隔震住宅，這是當(dāng)年世界最高、面積最大的隔震住宅樓，還建了同樣的8層對(duì)照抗震樓。

    次年臺(tái)灣發(fā)生地震，地震中，隔震樓在橡膠隔震層上緩慢搖擺，將地震反應(yīng)降至很低，房屋結(jié)構(gòu)在地震中保持彈性，沒(méi)有任何損壞，只是輕微擺動(dòng)，居住者幾乎沒(méi)有感覺(jué)；而抗震房屋激烈晃動(dòng)，有人還跳樓逃生，導(dǎo)致傷亡。聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織在汕頭召開國(guó)際會(huì)議，向世界各國(guó)推廣了這種技術(shù)，稱之為“世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個(gè)里程碑”。

    近年來(lái)，周福霖發(fā)表的300多篇學(xué)術(shù)論文和三本創(chuàng)新性專著，改變著我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：從單純采用抗震，改為抗震與隔震減震雙管齊下，使我國(guó)在隔震領(lǐng)域處于世界前列。

    防震方面“世界上最安全的跨海大橋”

    5年前，即將開始設(shè)計(jì)的港珠澳大橋工程組和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，與廣州大學(xué)周福霖團(tuán)隊(duì)一起，對(duì)這座世界上最長(zhǎng)的有地震斷層穿過(guò)的跨海大橋，采用隔減震技術(shù)，解決抗震設(shè)計(jì)難題。

    在擁擠的實(shí)驗(yàn)室里，港珠澳大橋橋墩模型的底部布滿細(xì)小裂紋，這是橋墩模型被放在地震振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行地震波沖擊試驗(yàn)時(shí)留下的。真正建設(shè)中的港珠澳大橋橋墩位于海底，一旦出現(xiàn)這些裂紋將極難修復(fù)，也威脅大橋的安全。

    周福霖帶著團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算分析，將隔震層設(shè)置在橋墩頂部。地震來(lái)臨時(shí)，橋墩和橋梁之間是柔軟的，產(chǎn)生的地震力大概只有原來(lái)的1/3。

    “8級(jí)地震不怕，9級(jí)地震也不怕，這種設(shè)計(jì)將抗震級(jí)別提高了好幾倍，實(shí)驗(yàn)中甚至將抗震級(jí)別提高到4倍”，周福霖稱，經(jīng)過(guò)隔震保護(hù)的港珠澳大橋，在防震上可以稱得上是“世界上最安全的跨海大橋”。

    如今，橋墩上都已經(jīng)安裝了隔震支座。每個(gè)橋墩頂分開兩個(gè)挑梁，挑梁上安裝著不同類型的隔震裝置，包括橡膠隔震支座、盆式摩擦滑板隔震支座等。

    除了港珠澳大橋，周福霖團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國(guó)將要大量建設(shè)的近海橋梁地震破壞機(jī)理，都提出有效的解決方案。如論證中“一帶一路”通過(guò)的川滇疆藏地區(qū)跨河大橋、瓊州海峽跨海通道、渤海灣海峽跨海通道等。

    目前，隔減震技術(shù)已在我國(guó)5000多棟房屋和350座橋梁上應(yīng)用。

    給北京故宮和西安碑林加“活動(dòng)地毯”

    周福霖院士的電腦中，保存著許多張尼泊爾古建筑倒在地震中的照片。被稱為“千寺之城”的加德滿都，12座世界文化遺產(chǎn)在今年的地震中被毀，諸多古跡被夷為廢墟。他很感慨，如果這些珍貴的文物事先加過(guò)隔震裝置，應(yīng)該能在世上留存更久，至少能扛過(guò)這次8.1級(jí)地震。

    一生與地震過(guò)招的周福霖更從中看到教訓(xùn)：“對(duì)于已有的建筑，尤其是學(xué)校和醫(yī)院，還有古文物建筑，一定要有較強(qiáng)的保護(hù)意識(shí)，要進(jìn)行防震加固。”

    周福霖團(tuán)隊(duì)從故宮博物院、西安碑林博物館的珍貴文物進(jìn)行加固保護(hù)，在珍貴文物下加裝一層隔震層，這是現(xiàn)代隔震技術(shù)在國(guó)內(nèi)文物地震保護(hù)中的首次應(yīng)用。

    周福霖團(tuán)隊(duì)在故宮擺放的珍貴瓷器等文物底部，設(shè)計(jì)了特別高效的隔震裝置。西安碑林以前沒(méi)有防震裝置，有些在地震中倒了，有的甚至摔壞，周福霖也選了一些珍貴的碑和雕像加裝特別高效的隔震層，“要使我國(guó)珍貴文物在特大地震下不倒不壞、完好無(wú)損。”

    負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)廣州地震數(shù)據(jù)的廣州市地震監(jiān)測(cè)指揮中心，2000年就加了隔震層。而新建成的廣東科學(xué)館本身抗震能力很強(qiáng)，但里面的模型、設(shè)備和儀器也將采用隔震技術(shù)。

    2008年汶川地震時(shí)，四川和貴州的酒廠也受了很大破壞，地震一來(lái)，堆積存放的酒釀大壇“嘩”一聲，全部都倒了。周福霖的團(tuán)隊(duì)最近為知名酒廠的珍貴酒釀罐也做了隔震，在大壇下安置橡膠隔震墊，無(wú)論多大地震，都能保護(hù)這些酒廠的“酒種子”不被破壞。

    去年2月，住建部發(fā)通知在全國(guó)推廣隔震技術(shù)，云南等省市要求醫(yī)院、學(xué)校、指揮中心和交通樞紐強(qiáng)制使用隔減震技術(shù)。

    地震時(shí)室內(nèi)比室外還安全的小學(xué)

    在各種公共建筑中，隔震對(duì)醫(yī)院和學(xué)校尤為重要。2013年蘆山地震后，四川雅安蘆山縣人民醫(yī)院院長(zhǎng)曾對(duì)周福霖說(shuō)：“全縣所有醫(yī)院都癱瘓了，就剩這棟隔震樓成了急救中心。如果沒(méi)有這棟隔震樓，災(zāi)后沒(méi)有地方急救，后果真是不堪設(shè)想。”

    他所說(shuō)的這棟在蘆山地震中屹立不倒的蘆山人民醫(yī)院門診樓，由澳門援建，興建之初由廣州大學(xué)做了隔震分析設(shè)計(jì)。但因?yàn)闀r(shí)間來(lái)不及，只有一棟門診樓做了隔震，另外兩棟做了抗震設(shè)計(jì)。

    2013年7級(jí)地震后，隔震的門診樓里從天花板、儀器設(shè)備到人員都完好無(wú)損，沒(méi)進(jìn)行隔震的住院樓卻房體開裂，儀器設(shè)備都倒了。83個(gè)隔震橡膠支座，使蘆山縣人民醫(yī)院門診部成為震后全縣的急救中心。

    蘆山地震考驗(yàn)的另一座隔震建筑，是汶川第二小學(xué)。2008年汶川地震后，新建的汶川第一小學(xué)沒(méi)進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，第二小學(xué)則做了隔震防護(hù)。7級(jí)蘆山地震前，第二小學(xué)的老師告訴學(xué)生：“地震來(lái)時(shí)你們不要往外跑，房間里面比外面還安全，因?yàn)槲覀兊臉欠渴歉粽鸬摹?rdquo;

    安裝了隔震裝置的汶川第二小學(xué)教學(xué)樓在地震中慢慢擺，直至度過(guò)地震波的沖擊。震后，安裝在兩個(gè)小學(xué)內(nèi)的監(jiān)測(cè)設(shè)備顯示，兩所學(xué)校的地震中房屋水平加速度反應(yīng)大概相差6倍。

    目前，日本正規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)幾乎都要采用隔減震技術(shù)。我國(guó)已經(jīng)建好但防震能力不足的大量醫(yī)院、學(xué)校等建筑，面臨后期加固的難題，周福霖團(tuán)隊(duì)提出采用隔震技術(shù)進(jìn)行加固，例如可在首層或采取挖地下室的辦法加裝隔震墊。

    地下室本身對(duì)抗震沒(méi)有作用，但地下施工既不影響學(xué)生上課，也不妨礙患者看病。在地下室頂上、臨近首層的地方加裝隔震層，給老建筑加了一道防震安全鎖。

    周福霖團(tuán)隊(duì)還關(guān)注到農(nóng)民的簡(jiǎn)易住房。這些簡(jiǎn)易農(nóng)民房在地震中不堪一擊，歷史記載，我國(guó)死亡超20萬(wàn)人的大地震，分別在山西洪洞、陜西華縣、寧夏海原、河北唐山發(fā)生過(guò)，每次房倒屋塌死傷慘重。“房子對(duì)農(nóng)民的意義很重要，震倒了，他們找不起設(shè)計(jì)院，也找不到施工單位，更沒(méi)辦法將吊車開過(guò)去蓋房，他們的房子怎么做抗震？”

    于是，他們專為農(nóng)民開發(fā)研制了便宜簡(jiǎn)單的彈性隔震塊。隔震塊20厘米長(zhǎng)、15厘米高。農(nóng)民買回家，平好地后在所有承重墻下拼一層，然后壘磚，自己建房都可以實(shí)現(xiàn)隔震。周福霖團(tuán)隊(duì)幫農(nóng)民算了一筆賬，彈性隔震塊每平方米50元，200平方米的新建住房，政府補(bǔ)貼有一萬(wàn)元，足夠支付做隔震的成本。

    為世界面積最大候機(jī)樓鋪隔震設(shè)施

    近幾年，周福霖團(tuán)隊(duì)致力“層間隔震”和“三維隔震”新技術(shù)體系的理論研究和工程應(yīng)用，成果被用在國(guó)內(nèi)多項(xiàng)工程。其中，世界上面積最大的“層間隔震”住宅群———28棟9層的北京通惠家園，房屋抗震安全性提高4倍，這項(xiàng)創(chuàng)新成果獲2010年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

    新建成的全國(guó)第四大飛機(jī)場(chǎng)———昆明新機(jī)場(chǎng)，意識(shí)到了防震的重要性。周福霖團(tuán)隊(duì)為整個(gè)昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓鋪設(shè)了隔震墊，達(dá)50萬(wàn)平方米。這種大跨復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓成為目前世界上最大的單體隔震建筑。

    整個(gè)機(jī)場(chǎng)落在橡膠隔層之上，就像一條河流上的船只，橡膠隔層承托著機(jī)場(chǎng)在震動(dòng)中輕輕搖擺或滑動(dòng)，不會(huì)受到倒塌或損壞的威脅。

    周福霖團(tuán)隊(duì)在我國(guó)開發(fā)的隔震新技術(shù)，還將迎接新的挑戰(zhàn)，北京正在籌建中的新國(guó)際機(jī)場(chǎng)，已經(jīng)決定在世界面積最大的候機(jī)樓下面全部鋪設(shè)隔震設(shè)施。

    “他們要在大地震時(shí)做到四重保護(hù)，確保結(jié)構(gòu)安全，確保候機(jī)樓里天花板等非結(jié)構(gòu)裝修安全，確保里邊人的安全，確保內(nèi)部設(shè)備儀器不掉落，航運(yùn)功能不中斷。”周福霖介紹，北京新建機(jī)場(chǎng)的隔震面積將達(dá)到70萬(wàn)平方米，為世界面積最大。

    剛從加拿大進(jìn)修回來(lái)的陳洋洋博士，正忙著為某城地鐵做隔減震實(shí)驗(yàn)，給一塊隔震墊加9.5噸的力，隔震墊緩緩地輕微移動(dòng)。這段地鐵上面都是商場(chǎng)，他們希望隔震同時(shí)減輕地鐵對(duì)商場(chǎng)的振動(dòng)影響。這種技術(shù)將應(yīng)用于地鐵甚至高鐵，它能有效降低列車的振動(dòng)和噪聲，也減少列車傳到周圍的環(huán)境振動(dòng)。

    如今，周福霖團(tuán)隊(duì)正與有關(guān)單位合作，忙于核電站、高鐵，地鐵等的隔減震試點(diǎn)準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備開始試點(diǎn)工程，并對(duì)已建工程加裝隔震裝置。

    周福霖的書桌上，放著他正在主持編寫的我國(guó)第一本《建筑隔震設(shè)計(jì)規(guī)范》(2014- 2015)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。十年前曾寫過(guò)的規(guī)范條文，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的隔震設(shè)計(jì)需要，添加了加固建筑、村鎮(zhèn)建筑、核電站隔震等內(nèi)容，填補(bǔ)著國(guó)內(nèi)的空白。

    他期待兩年后在廣州大學(xué)城，一個(gè)27米高的新實(shí)驗(yàn)室將落成，新的地震震動(dòng)臺(tái)和各種先進(jìn)隔減震試驗(yàn)研究設(shè)備，將會(huì)成為國(guó)內(nèi)外人才聚集、創(chuàng)新技術(shù)合作交流的新平臺(tái)。

    轟隆作響的實(shí)驗(yàn)室里，周福霖安靜地注視著高高的橡膠老化實(shí)驗(yàn)裝置。15年來(lái)，被加壓的橡膠變形不到3毫米，“這種實(shí)驗(yàn)急不來(lái)，2050年我已經(jīng)不在了，不過(guò)后面接力的研究人員會(huì)看到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果”。

    最新成果

    ●主持973項(xiàng)目“近海重大交通工程地震破壞機(jī)理及全壽命性能設(shè)計(jì)與控制”，針對(duì)我國(guó)將要大量建設(shè)的近海橋梁地震破壞機(jī)理，提出有效的解決方案。

    ●主持“國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目———《強(qiáng)震作用下高速鐵路橋梁損傷破壞及全壽命性能設(shè)計(jì)與控制》”，保證高鐵在特大地震中的安全，確保高鐵正常運(yùn)行。

    ●主持“國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃-集成項(xiàng)目-大型結(jié)構(gòu)非線性災(zāi)變過(guò)程控制理論”項(xiàng)目，解決我國(guó)重大工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞機(jī)理，提出解決方案。

    ●主持“《港珠澳大橋橋梁隔震設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目》應(yīng)用型研究”項(xiàng)目，使大橋的地震響應(yīng)降低至1/3。

    策劃：任天陽(yáng) 王海軍 田霜月

    統(tǒng)籌：馮巧 陳實(shí) 薛冰妮 賀蓓

    采寫：南都記者 陳顯玲

    實(shí)習(xí)生 衛(wèi)佳銘 劉彤丹 吳榮奎

    攝影：南都記者 黎湛均

    出品：南方都市報(bào)科學(xué)新聞工作室