来源: 发布时间:2022-09-28
——记清华大学水利水电工程系教授金峰
吴 彪
2022年北京冬奥会期间,支撑延庆赛区高山滑雪项目人造雪来源的1050m高程塘坝受到关注。此塘坝最大坝高58m,坝顶长度77m,在清华大学金峰团队的技术支持下,从首仓混凝土浇筑到塘坝封顶,历时仅140天。作为中国原创技术,其安全环保、施工快速等优点获得了各方的高度评价。而在这项技术的背后,其实有段充满诗意的故事。
2003年,金峰跟从日本回国的师弟安雪晖一起脑洞大开,将中国传统的砌石筑坝技术与先进的自密实混凝土组合,开创了属于中国的既安全又环保的新坝型。在之后的近20年里,金峰带领团队一头扎入堆石混凝土研究中。完成了从概念创新到基础研究,从工程应用到全面实践,从中国标准到国际标准的创新全流程。2021年,《堆石混凝土坝设计与实践》技术公报正式发布,国际大坝委员会成立近百年首部以中国原创技术为核心的国际技术标准就此诞生。这一历史性突破,极大地提升了中国在坝工核心领域的国际话语权。
引进—消化吸收—再创新
1966年,金峰出生于贵州。这里多山多水,民族文化多样,孕育了贵州人豪爽、乐观、包容性强的性格特征。1982年,16岁的金峰考入清华大学水利系。1987年本科毕业后,他又跟随张楚汉教授攻读博士学位。在课题组里,张教授鼓励学生积极创新,营造了一个平等自由的学术空间。金峰在这样的环境下迅速成长,敢于且执着于创新。
20世纪90年代前期,金峰博士毕业,作为水利泰斗张光斗院士的学术秘书,陪同张先生到各地指导重大水利水电工程建设。其间,张光斗先生身体力行地教导:中国必须走“引进—消化吸收—再创新”的技术发展之路,培养中国自己的技术人员,结合实际工程,解决真问题。张先生的教诲令金峰受益匪浅,更坚定了走创新之路、在核心技术上苦下功夫的想法。
中国技术走向世界
20世纪90年代末,金峰力邀当时在日本东京大学担任副教授的师弟安雪晖回国,并合作发明堆石混凝土。2005年,一个偶然的机会,金峰团队在北京军区某部建成了世界上首座堆石混凝土坝。尽管这个坝仅有14.5m高,但首个成功的案例,不仅给予了团队信心,也开启了逐步被工程界认可的大门。
结合后续的工程实践,团队开展了堆石混凝土充填性、综合力学性能等一系列的室内和现场试验研究,试验结果和工程实践均表明:堆石混凝土具有良好的综合性能,并在简化工艺、取消温控和提升材料抗裂性能等方面取得了突破性进展,解决了温控防裂这个混凝土坝领域百年来的核心难题。相关成果得到潘家铮、马洪琪等11名院士联名书面推荐,并获得了国家发改委、水利部、教育部等多个国家部委的鉴定与推广。堆石混凝土的设计、施工技术行业标准也相继颁布实施。在金峰团队的技术支持下,在祖国20余个省、市、自治区推广应用了200余个堆石混凝土工程,建成了超过100座堆石混凝土大坝。2017年,堆石混凝土坝获得了国家技术发明奖二等奖。
金峰领导的国际专家团队编写的国际大坝委员会《堆石混凝土坝设计与实践》技术公报作为首部以中国原创技术为核心的国际技术标准,推动新坝型走出国门,在布隆迪胡济巴济、安哥拉尼崩噶水电站等海外工程成功应用。国际大坝委员会主席罗杰斯(Rogers)指出:“清华大学金峰教授团队发明的堆石混凝土坝是近20年来,中国以至全世界发展最迅猛的大坝设计与施工技术之一,该技术充分利用原材料,环境友好,促进社会发展,建造安全、可靠的大坝。”
在堆石混凝土技术基础上,金峰还相继发明水下自护混凝土、结构化胶结、自流控制灌浆、TBM管片自密实回填等新技术和新工艺,应用于水利、水电、海洋、交通等领域,2020年,“复杂地质条件下双护盾锚喷TBM关键技术与装备”获中国大坝学会技术发明奖一等奖(排名第一)。目前,他主编的能源行业标准《水下自护混凝土技术导则》已完成报批稿,2022年将正式颁布。
攻坚之路无止境
从提出全新概念、明确技术路线、室内验证、现场试验、理论研究,再到实际应用、总结经验、开发配套设备、编写技术标准等,从无到有,从低坝到高坝,堆石混凝土技术其实经历了一个非常艰难的过程,不断面临新的挑战。
金峰清楚地记得,“做北京军区第一个项目时,清华大学没有大型试验场地,我带着团队到南华大学做验证性试验。开工正赶上夏天,白天气温高,怕混凝土开裂,团队只好熬夜浇筑。浇筑完成后,大家还饿着肚子,深夜在大街上四处找吃饭的饭店”。但正是在这样艰苦的环境下,团队培养出了第一批堆石混凝土技术人员。
除此之外,“大坝建设有严格技术标准,在堆石混凝土技术标准颁布以前,每个项目都需要不断进行各种论证,取得工程界的信任。我们一边做工程,一边总结工程经验,一边开展基础性的研究,同时还要培养一支队伍。”在枯燥、反复的试验中,金峰带领团队不断解决各种技术难题,目前团队有几十名研究生开展研究,还有几十名工程师在现场支持设计、施工单位开展工作。依靠这支队伍,他们每天都在积累数据、积累经验、发现问题、解决问题。金峰认为,做工科研究,必须团结人才,维持稳定的团队,让大家取长补短,才能不断进步,持续创新。
开放式团队成长快
“我理解的创新团队应该是一个松散、开放的组织。”金峰从导师张楚汉院士那里学到,团队应该是开放的。团队有核心成员,但没有团队边界。从最紧密的合作到部分的合作,到松散的合作,到一般的合作,它是一个如渐变光谱般吸引了大量研究人员的合作模式。依靠这种观念和模式,金峰尽可能地团结人才、加强合作,让大家为着共同的目标开展研究。
除了堆石混凝土研究以外,混凝土坝静动力分析与高坝抗震是金峰从博士期间就开始研究的一个方向,他的研究揭示了高混凝土坝真实工作性态与抗震机理,提出梁向抗震钢筋等工程措施,建立基于性能的高坝抗震评价方法体系,攻克300m级超高坝若干建设技术难题。他参与的“高坝-地基-库水系统的动、静力仿真模型研究”获1999年度国家自然科学奖三等奖(排名第三);他主持的“高混凝土坝动静力破坏与安全评价”获2011年度高等学校优秀成果奖科技进步奖一等奖(排名第一);他参与的“高坝动静力超载破损机理与安全评价方法”获2012年度国家科技进步奖二等奖(排名第二)。相关成果为我国西部强震区高混凝土坝若干关键技术难题的解决提供了重要技术支撑。
培养创新人才、国际化人才
古人言,读万卷书,行万里路。金峰是国航终身白金卡会员,足迹遍布祖国内地各个省市自治区,还远赴国外,考察了诸多的水利水电工程。经常头天住高档酒店,西装革履开学术会议,第二天就飞到偏远落后之乡,餐风饮露为工程问题奔波。“我的老师前辈们年轻时览遍四方风土人情,长期保持运动习惯,八九十岁依然精神矍铄,心胸开阔。这便是这个职业馈赠的礼物。”怀揣着对水利事业的热爱,金峰全身心投入工程人才培养中。他担任教育部水利学科教学指导委员会副主任委员,作为北京市教学名师主持了“水工建筑学”国家级精品课。
在教学中,金峰常常鼓励学生走出校园,朝碧海而暮苍梧,开阔眼界。他说,“到我这个年龄,创新力是在逐渐衰竭的,带学生、带团队、做工程,分身乏术,但因为参加了大量的实际工程,又做了一些基础性的创新研究,当过设计所所长,也参加过实际工程设计,经过许多失败,积累了经验。所以,可以把这些分享给青年一代,让他们少走弯路,更快成长。”如今,金峰所在的研究团队已累计为我国水利水电行业培养了近200名优秀的技术和管理人才。在全国水电英才奖设立以来奖励的30位优秀青年水电科技工作者中,就有5位毕业于这个团队。
“在中国技术走出去的时候,需要一大批能够进行国际交流的高水平人才。他们要会讲外文、懂技术、善于沟通、了解国际情况。”堆石混凝土技术得到国际承认了,确实值得高兴,但金峰提醒,它只是国际大坝委员会近200个国际技术标准中唯一的中国核心技术标准,后边还需要第二个、第三个,中国水利水电人还有很长很长的路要走。
(责编:王芳)