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徐恭义,追梦桥梁“大国跨度”

“反反复复,一辈子就做一件事,把桥修好。”桥几乎成了徐恭义生活中的全部。

很瘦,很精神。格子衬衫,牛仔裤,运动鞋,一出场就是“三件套”,一开口就是桥,每每说到动情处,两腮总是泛起羞涩的红晕。这是中铁大桥勘测设计院副总工程师、杨泗港长江大桥和五峰山长江大桥总设计师徐恭义给记者留下的第一印象。这位自称属于“山花性质”的书生,将一生献给中国桥梁事业,用一座座大跨径桥梁点缀万里江山,擘画出“大国跨度”。

功不唐捐

佛家有云,功不唐捐。点滴努力,最后都能看到相应的结果,得到相应的回报,于中国桥梁如此,于一辈子致力于桥梁设计的徐恭义也是如此。

2020年12月11日,全长6409米、主跨1092米的中国首座公铁两用悬索桥——五峰山长江大桥建成通车。这是继杨泗港长江大桥之后,徐恭义在悬索桥领域的又一力作。

从事桥梁设计工作近40年,徐恭义已经主持设计了60多座特大型桥梁,攻克了许多世界级技术难题。20世纪80年代,徐恭义开始现代悬索桥的研究。1995年12月28日,他与导师杨进共同设计的汕头海湾大桥建成通车,由此开创了我国现代悬索桥建设的先河。此后,他的作品不断刷新国内国际悬索桥纪录,成为中国悬索桥获得国际认可的经典案例。

悬索桥是特大跨径桥梁的主要形式之一,因其不需要在江中建造桥墩,不会对航道造成影响,近年来在中国桥梁界不断受到青睐。但由于悬索桥是柔性结构,刚度小,且跨度越大,结构越柔,在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动,因此对高速公路和高速铁路所需技术标准更高,对设计者提出的挑战也更大。

少年时期,徐恭义对桥梁并不感兴趣,也不知桥梁具体为何物,更没有预料到自己未来会来到武汉这个设计之都,并且大半辈子都工作生活在这个城市。

大学毕业后,徐恭义被分配到中铁大桥勘测设计院电算组,在日常工作的耳鬓厮磨中,慢慢爱上桥梁设计工作。

和桥梁“先结婚后恋爱”的徐恭义,认为自己并不像许多天才科学家那样少年时就拥有令人羡慕的天赋异禀,他所有成就的取得,靠的正是“功不唐捐”。

跟着方秦汉、杨进等前辈,徐恭义见缝插针,将桥梁设计的基本功计算和画图练到了炉火纯青的地步。

在中铁大桥勘测设计院电算组,他终日埋头于桥梁设计软件的开发,并将其用于复杂结构的程序演算和数据分析,练就了对工程结构进行精确快速简化计算的能力,以及对工程结构力学概念精确应用的能力。

“常常是我们用计算机吭哧吭哧算了半天,他用手算几下子基本就把那个结论算了出来。”说起徐恭义的计算能力,同事王东晖一脸崇拜。

但徐恭义并非只会“纸上谈兵”,根据地质条件、水文条件、业主需求、后期运营应用等内外因素,选择最安全、最经济、最容易施工的桥型,也是他作为一个土木工程师的强项。

在桥梁设计领域,徐恭义是个全能型选手,甚至为了记录桥梁建造过程中的重要瞬间,他还自学了摄影,并且一出手就是“桥梁大片”。

每一种超能力的练成,其背后都有我们看不见的付出。踏勘、选址、设计、计算、画图……不是在办公室画图纸,就是奔波于各个城市之间,跟进在建的工程,调研将要立项的项目。三十多年来,每个周末、节假日徐恭义几乎都在工作,对他来说,业余时间和工作时间没有太大区别。

每酝酿一张设计图纸,徐恭义都会先考虑所要建造的桥梁涉及的相关行业、部门以及所有为建造桥梁搬迁的人。他认为,只有把桥修得更安全、经济、坚固、美观,经得起时间考验,让所有为这座桥梁付出的人都感到值得,才能问心无愧。


杨泗港长江大桥

大道至简

你站在桥上看风景,看风景的人在楼上看你。

在诗人眼中,桥是最美的风景,是永远的丰碑。在设计师徐恭义眼中,桥是水上的路,是路的延伸,桥就是桥。

他的办公室里一直挂着一幅好友为他题写的书法作品——“至简”。这也是他做设计追求的理念和风格,要求结构设计至简,每一件作品都简单精致。

杨泗港长江大桥就是徐恭义“大道至简”的最好例证。

这座世界最大跨度双层公路悬索桥,主跨1700米,一跨轻松越过长江,中间没有任何桥墩,采用全焊接钢桁梁新工艺,整个桥面没有一颗铆钉或螺栓,整座桥看起来简单、大气、干净、清爽。

其实,选择悬索桥这种桥型,并非徐恭义为了突出“大道至简”而刻意为之。杨泗港长江大桥位于武汉的二环线上,上下游不到9公里的地方,修了4座长江大桥,水上环境复杂,水运交通繁忙,为了不占用航道,兼顾考虑地质、上下游交通、经济等因素,经过拱桥、斜拉桥和江底隧道的同深度比选,最终才选择了这种桥型。

全焊接钢桁梁技术在世界悬索桥领域还是首次使用。以往,桥梁的钢桁梁节段大多采用铆接或栓接的工艺,采用全焊接连接不仅可以省去成千上万个铆钉或螺栓,还能使施工过程更简单,效率更高,费用更省。杨泗港长江大桥仅仅用了36天就完成了1700米全部钢桁梁的施工架设,而如果采用常规方法和工艺,则需要一年甚至更久的时间。

严丝合缝的全焊接工艺,显然更加完美。但是,在设计之初,由于国际上没有先例,遭到了很多人的反对。经过谨慎研究,徐恭义力排众议,最终拍板实施。

这不是徐恭义第一次遇到挫折,也不是徐恭义第一次“吃螃蟹”,当然更不是徐恭义第一次拍板。作为“久经沙场”的设计师,对待工程力求稳妥是他一贯的态度,他的所有设计都有强大的理论计算和缜密工程对策作为技术支撑。每每遇到难题,多年来苦练的内功总是及时起作用,这种功力不仅给他以灵感上的指引,也让他拥有更平和的心态。

被认为“十全十美”的杨泗港长江大桥,其自身荷载相当于一艘航母的重量,这对主缆的力学性能提出了巨大的挑战。在当时,世界上还没有如此高强度的钢丝,徐恭义大胆提出,用中国自己研发生产的主缆钢丝替代进口。但中国从汕头海湾大桥开始,主缆钢丝一直依赖进口,核心制造技术和定价权都不在自己手中。

面对这个超级悬索桥工程,徐恭义一直憋着一股劲,“修了这么多年的悬索桥,我们不能再依赖从国外进口了,我们一定要实现关键核心材料自主生产。”

他开始游说国内厂家生产高强度主缆钢丝,却被以各种理由一次次拒绝。与此同时,韩国商家主动找到他,商谈主缆钢丝合作事宜,却被他拒绝了。

动之以情,晓之以理,最终徐恭义说服了青岛特钢。经过五年时间,青岛特钢按照设计要求的技术指标生产出了目前世界悬索桥中强度最高、力学品质最好的超级钢丝,由众多钢丝组成的大桥主缆单根即可承受6.5万吨拉力,足以吊起一艘航母。在没有多余结构措施的情况下,经过风洞仿真模型试验测试,抗风能力达到了19级台风,令国际同行专家赞叹不已。

2019年10月8日,杨泗港长江大桥正式通车,成为世界军人运动会的重要保障线路,向世界展示了中国设计和中国制造的实力,标志着我国悬索桥关键核心材料和建造装备开始实现自主生产,全产业链逐渐形成。


徐恭义(左一)在五峰山长江大桥上指导工作

建造留存永世的桥梁

“建造留存永世的桥梁。”2019年7月,徐恭义获得全国“最美科技工作者”称号。在中国科技会堂接受记者采访时,他说了这句话。几乎在所有场合,他都会用这句古罗马碑文来激励自己和同行。

“我的项目很多地方还做得不够完美,至今还没有最得意的作品。总感觉某一个项目再努力一下的话,会更加完美。”正是这种对完美的执着追求,让徐恭义怀着宗教般的虔诚,像“阿甘”一样永远奔跑在造桥的道路上。

五峰山长江大桥,这又将是一座“留存永世的桥梁”。大桥上层为高速公路双向八车道,设计时速100公里,下层为四线高速铁路,设计时速250公里,主梁总荷载17万吨,接近于3艘航母的重量。

荷载大,车道多,时速快,索塔、锚锭、主缆、主梁等主体构件的体量更大,对相关材料和设备提出了更高的要求。加之大桥所处地质情况复杂,国际上没有工程案例可供参考,五峰山长江大桥成为长江上建设难度最大的工程之一,徐恭义遇到的挑战前所未有。

“徐大师很严谨,对自己要求总是很高。大桥开工建设5年来,他在武汉和镇江之间不知道跑了多少趟。”五峰山长江大桥项目总监薛进告诉记者。

功不唐捐,玉汝于成。最终,五峰山长江大桥创造了7个世界第一:世界首座高速铁路悬索桥;世界上设计荷载最大的大跨度悬索桥;世界首座采用板桁结合新型钢桁梁的公铁两用悬索桥;世界首次尝试在U肋与顶板之间采用全熔透焊缝技术;世界首次在铁路道砟槽面采用轧制不锈钢复合钢板;世界上主缆受力最大、直径最大的悬索桥;世界上平面面积最大桥梁沉井基础。

“不是完全地追求大,而是追求技术最适合那个环境,这就是设计师的水平。”在著名桥梁专家、中国工程院院士郑皆连眼中,徐恭义是一个敢于创新争先的设计师。

“过千米跨径,设计师的胆识是过人的,因为这是高铁。”谈到五峰山长江大桥,郑皆连竖起了大拇指。

如何让悬索桥稳稳地跑高铁?

在设计时,徐恭义采用了直径达1.3米的世界最大主缆,单根拉力高达9万吨,足以吊起1.5艘满载的“辽宁”号航母;以及世界面积最大的陆地沉井基础和板桁结合新型加劲梁结构来提高结构受力稳定性和抗风安全性;同时将原来单薄的扁平桥板改成立体的空间桁架,让柔软的悬索桥板变“硬”。通过一系列合理的结构设计和准确的理论分析,徐恭义成功解决了悬索桥在高速行车和大风作用下容易晃动的难题。

作为连镇铁路的关键性控制工程,五峰山长江大桥的建成,不仅填补了高速铁路悬索桥的技术空白,也在国际上率先建立起中国高速铁路悬索桥的设计方法、计算理论和相关技术标准,标志着中国高铁正式迈入悬索桥时代。

站在五峰山北岸,远眺大桥,记者被深深地震撼,五峰山长江大桥像一座飞虹,横跨长江,宏伟而壮观。桥上往来车辆有序行走,桥下江轮自由航行。这民生安乐、岁月静好的景象,就是徐恭义穷尽毕生所追求的梦想。

从汕头海湾大桥,到杨泗港长江大桥,再到五峰山长江大桥,徐恭义用了大半生的时间,使中国现代悬索桥技术达到世界领先水平,实现了“中国跨度”的技术超越。在这个过程中,他也从项目骨干一步步成长为总设计师、国际著名桥梁专家,并由此获得美国约翰·A·罗布林终身成就奖和英国土木工程师学会国际成就奖。

天堑早已变通途,但徐恭义的脚步从未停下。比起跨度,他更看重桥梁的耐久性,实现桥梁寿命的安全运营,建造出留存永世的桥梁,将是他永恒的追求。“把桥修得经得起时间的检验,50年,100年,还能够非常安全,非常好用,这将是我最安慰的事情。”徐恭义说。


本文已公开发表在《科技创新与品牌》杂志 2021年第04期