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罗尧治:穹顶之上,用技术与艺术写诗

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罗尧治在工作中(资料图片)。


大跨度建筑被誉为建筑王冠上的明珠。如何摘得这颗“明珠”?答案是空间结构技术。

“结构工程中,简单来说,我们造房子要有柱子来受力。现在我们的建筑越来越大,比如礼堂、剧院、体育场、车站,你当然不希望室内空间中有柱子遮挡。我们的专业就是来解决大跨度建筑空间的覆盖问题,简单来说是为大跨度的空间做‘减法’。”浙江大学建筑工程学院院长罗尧治——刚刚荣获“全国五一劳动奖章”的空间结构领域的教授,如此简单明了地解释自己深耕30多年的技术领域。


“核心技术一定要掌握在自己手上。”

绽放在钱塘江畔的“大莲花”——杭州奥体中心体育场屋顶由28片大“花瓣”和27片小“花瓣”构成,赋予了这座体育场独一无二的中式美学,其中所用到的正是空间结构技术。

见到罗教授时,他刚刚给浙江大学建筑工程学院的本科生们上完夏季学期的第一堂《大跨度空间结构》课程。

“足球为什么是网格图案的?古建筑门口石狮子脚下踩的球,为什么有些是镂空的,有些是雕花的?其中不同的空间结构起不同的作用。”在课堂上,他深入浅出地给刚入门的同学们介绍这门课程的意义,“我要引起他们的兴趣,土木工程、空间结构能打开广阔的视野,能换个角度看世界,能解决日常生活中诸多问题。”

在罗教授丰富多彩的课堂上,他要带给学生们的核心观念就是,当下知识更迭太快,学习能力的提高、综合素质的提升才是职业生涯走得更远的核心要素。

而这,也是30年来,罗尧治带领团队亲历中国空间结构技术从跟跑逐渐走向领跑,一路走来的“宝典”。

在20世纪90年代,我国土木工程大规模建设刚刚起步,一方面对空间结构技术需求的飞速增长,一方面又面临了许多问题,比如团队碰到的最大难题就是要在有限的时间内完成大量计算工作。

“怎么办?自学。核心技术一定要掌握在自己手上。”为此,罗尧治当起了“程序员”,经过3年多时间的攻关,研发了国内最早的集分析、设计及加工制造一体化的空间结构专业设计软件MSTCAD,大大缩短了工程设计周期。“这个软件最便利的地方在于只要输入少量参数,就能自动建模,形成结构样式,非常方便且安全可靠。”罗尧治说,时年32岁的他凭借此软件获得了国家科技进步三等奖。直到现在,这套“30多岁”的软件仍然在工程界广泛应用。

2000年后,我国建筑行业迎来大发展,呼唤着空间结构技术的进一步提升。

计算的真正目的在于服务工程需求。在解决了设计手段难题之后,罗尧治开始更深入地钻研新型空间结构体系与建造技术,关注国家、社会需求。

我国是煤炭大国,但过去我国的煤炭开采粗放,且当时很多煤场都是露天堆放,风一刮,粉尘漫天,环境污染严重。为了解决露天煤场对环境的污染问题,罗尧治想将露天煤场“盖”起来,同时确保在风、雪、地震等复杂环境中,这个“大盖子”仍安全可靠。为此他提出大跨度储煤结构网壳体系及其设计与施工新技术,对结构体系进行了创新,并撰写了相关参考书《大跨度储煤结构:设计与施工》。


“站在前辈的肩膀上,做这一领域的推动者。”

当工程师的理性与艺术家的浪漫相遇,会碰撞出什么样的火花?

2007年,兴修曹娥江大闸,罗尧治团队一改梁板结构的平面受力体系传统方案,创新性地把空间结构体系“移植”过来,设计成了仿鱼的双拱形空间桁架结构闸门,仅在闸门的用钢量上就节省了1600吨,同时还解决了涌潮造成的结构疲劳和泥沙淤积问题。

严谨与创造、传统与创新,在罗尧治身上体现得尤为充分。

“在土木里做结构的人,通常会朝两个方向努力——一个是高度,一个是跨度。追求高度的,尽力构造高层建筑、摩天大厦;追求跨度的,是在横向上挥洒智慧,我就是一个挑战跨度的人。”

深耕空间结构领域30年,他参与过北京奥运会“鸟巢”“水立方”、北京冬奥会“冰丝带”、杭州亚运会“大小莲花”等上百项大型工程,极大推动了我国空间结构事业的发展。

新的历史阶段,“技术的飞速发展,极大丰富了空间结构体系。”罗尧治团队的工作远不止于此,在施工决策甚至运营维护阶段,也可以看到他们的身影。罗尧治还领衔研发了“感知-评估-预警”大型空间结构监测成套技术,打破了国外的技术垄断和壁垒,建成了首个空间结构物联网远程监控中心,已为“鸟巢”的运营保驾护航十余年。“坐在办公室里,一阵风刮过,‘鸟巢’‘大莲花’的受力变化,我们也能及时掌握。”罗尧治说。

2020年,罗尧治领衔的“现代空间结构体系创新、关键技术与工程应用”项目获得国家科技进步奖一等奖。而团队多年培养出的100多位空间结构高层次人才,也在祖国大地生根发芽。

30年如一日,他立志成为行业科技创新进步的引领者和推动者。在这样的信念引领下,罗尧治先后获得国家科技进步一等奖等国家级奖项4项,省部级奖励10余项,詹天佑大奖2项及多项其他奖项;主持国家863计划、国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目等多项重要科研任务。

“我的导师是我国空间结构奠基人,我是站在前辈的肩膀上,做这一领域的推动者。”罗尧治始终认为,一代人有一代人的担当,“我常和学生们说,要怀有‘这个问题我们不解决谁来解决’的担当和信念,为这个时代、为国家贡献自己的力量。”

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