土木工程學(xué)家的科研日常

吳旭陽(yáng)

你眼中的沙 我眼中的寶

土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱，既指工程建設(shè)的對(duì)象，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等技術(shù)。根據(jù)主要工作對(duì)象的不同，其專家可大致分為巖土工程學(xué)家、結(jié)構(gòu)工程學(xué)家、市政工程學(xué)家、道路橋梁隧道工程學(xué)家和建筑工程學(xué)家。

用“你眼中的沙，我眼中的寶”來(lái)形容巖土工程學(xué)家再合適不過(guò)，他們每天與泥巴、砂子為伴，因?yàn)檫@些是可以作為地基的材料;為了解建筑材料的特性、驗(yàn)證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，結(jié)構(gòu)工程學(xué)家每天要進(jìn)行無(wú)數(shù)次的碰撞試驗(yàn);市政工程學(xué)家的工作范圍很廣，供水排水系統(tǒng)、燃?xì)夤艿赖然A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)與管理都離不開他們;道路橋梁隧道工程學(xué)家使穿山跨江成為可能——中國(guó)近現(xiàn)代橋梁之父茅以升主持修建的武漢長(zhǎng)江大橋，讓“天塹變通途”。

“上房揭瓦” 苦甜相伴

筆者作為建筑行業(yè)中的一員，深知建筑工程學(xué)家除了本身的理論研究和實(shí)驗(yàn)外，更多的是在實(shí)踐中檢驗(yàn)和學(xué)習(xí)。

位于山西省長(zhǎng)治市的九天圣母廟始建于隋代，在北宋時(shí)期重建，歷經(jīng)多次修繕。大二時(shí)，筆者曾有幸參與其測(cè)繪、修復(fù)工作。

當(dāng)時(shí)，古廟還未有車行道路通達(dá)，大家通常早上6 點(diǎn)整裝待發(fā)，每天背著設(shè)備徒步半小時(shí)、登百余級(jí)臺(tái)階到達(dá)目的地;午餐往往是面包、饅頭——除了一頓由鄉(xiāng)親們挑著扁擔(dān)從山下送上來(lái)的午飯，那天的山西燜面和雞蛋湯，至今讓我回味無(wú)窮。

為更好地還原古代建筑工程的技術(shù)和節(jié)點(diǎn)，整個(gè)測(cè)繪采用“激光三維模型”與“細(xì)部補(bǔ)充測(cè)量”相結(jié)合的方案。

首先，通過(guò)三維測(cè)量?jī)x，在不同角度對(duì)古建筑進(jìn)行分析和拍照，再通過(guò)電腦解析數(shù)據(jù)形成“點(diǎn)云”，生成大致的立面輪廓。其次，由于古建筑的立面遍布鴟吻、斗拱、雕花等細(xì)節(jié)，僅用儀器難以還原其完整樣貌，所以必須進(jìn)行“細(xì)部的補(bǔ)充測(cè)量”——這個(gè)過(guò)程用“上房揭瓦”來(lái)形容一點(diǎn)也不為過(guò)。例如，為還原山墻圖案，我們只能爬上耳墻，踮起腳尖，用卷尺一點(diǎn)點(diǎn)完成細(xì)部圖案的測(cè)繪工作。這個(gè)過(guò)程非常艱難，開始時(shí)，常有部分圖案遺漏測(cè)量，大家只能多次上下。不過(guò)，經(jīng)多次實(shí)踐，我們逐步摸索出了規(guī)律：通過(guò)照片對(duì)主要圖案進(jìn)行信息提煉，能讓效率大大提升。正所謂“實(shí)踐出真知”！

一個(gè)月的時(shí)間，雖然環(huán)境條件艱苦，設(shè)備設(shè)施簡(jiǎn)陋，但通過(guò)不懈努力，我們最終將整個(gè)集宋、元、明、清四朝建筑于一體的珍貴廟宇完整復(fù)原：大到廟宇的整體規(guī)劃，小到建筑的細(xì)部構(gòu)造和節(jié)點(diǎn)——這為日后古建筑的復(fù)原和虛擬展示工作奠定了翔實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。那一刻，所有的苦辣變?yōu)樘鹋c笑。

心細(xì)如發(fā)火眼金睛

“失之毫厘，謬以千里”，建筑無(wú)小事，安全重如山。

工程建造中，每個(gè)細(xì)節(jié)都關(guān)乎生命安全，設(shè)計(jì)、施工、材料、地質(zhì)、自然影響等因素都要考慮在內(nèi)。近年來(lái)，各地時(shí)有出現(xiàn)因細(xì)節(jié)與其他因素導(dǎo)致的建筑裂縫、傾斜、沉降甚至坍塌等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)造成多人死亡。所以，“細(xì)心”在工作中始終與大家相隨，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分毫偏差都不允許出現(xiàn)。

舉個(gè)例子，建筑安全的核心是結(jié)構(gòu)工程，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的依據(jù)是地質(zhì)勘察報(bào)告。因此，確保地勘報(bào)告數(shù)據(jù)的真實(shí)和準(zhǔn)確，是建筑工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。筆者曾在參與某個(gè)項(xiàng)目時(shí)，發(fā)現(xiàn)初步地勘結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)不符，后經(jīng)詳細(xì)勘察和進(jìn)行同區(qū)域地質(zhì)情況比較，確定是初勘的問(wèn)題。最終，地勘數(shù)據(jù)得以修正，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工打下了良好基礎(chǔ)。

在這個(gè)行業(yè)，練就一雙火眼金睛并能直擊問(wèn)題，是每個(gè)人的追求之一。

土木工程學(xué)家是一群可愛的人，他們奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室或一線，在無(wú)數(shù)次的失敗中探尋最優(yōu)解決方案。近些年，越來(lái)越多的土木工程學(xué)家已不再局限于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，而是開始研究包括深海人類基地、外太空生存空間站在內(nèi)的未來(lái)人類潛在生存空間的建造技術(shù)，讓我們翹首以盼吧。