行走瞬间 镌刻永恒——记中国科学院力学研究所研究员周家汉

本刊记者 刘 慧

行走瞬间 镌刻永恒
——记中国科学院力学研究所研究员周家汉

本刊记者 刘 慧

一颗沙中看出一个世界/一朵花里看出一座天堂/把无限放在你的手掌上/把永恒在一刹那收藏。

——威廉·布莱克《天真的预示》（宗白华译）

在爆破瞬间现象里进行探索

观察爆破瞬间里发生的奇迹

控制爆破瞬间对国家文物产生的危害

记录爆破瞬间的故事

感受爆破瞬间的无奈

处理爆破瞬间的事故

做出爆破瞬间的是非判断

这，是周家汉几十年来经常要面对的生活：爆破只在一瞬，创造的却是未来长久的改变；同样，一个人对文保的奔波也不过是历史长河的一瞬，挽留的却是逝去的永恒的历史。

行走于瞬间，目光却落于永恒，周家汉以宽广的胸襟书写着人生。

为安全拆除锦上添花

对于国人来说，“拆除”两字显然并不陌生。改革开放以来，它不断出现在大街小巷的旧建筑上。这两个字，有人闻到荒凉，有人看到希望，然而不论如何，这个曾经，或者常在城市中出现的词，都在醒目地彰显去旧迎新。

周家汉的前半生便与“拆除”这两个字紧密相关，确切地说，还要再加两个字“爆破”。

1964年7月，周家汉毕业于中国科学技术大学近代力学系爆炸力学专业，同年分配到中国科学院力学研究所爆炸力学研究室，从事爆破理论和爆破技术应用的研究工作。1978年，他参与的“定向爆破开山造田和筑水坝”项目获全国科学大会奖；“8020铵木炸药”项目获中国科学院重大科技成果奖。也是这一年，中国科学院力学研究所开创了城市建筑物控制爆破拆除技术的应用研究，周家汉也投入其中。

众所周知，建筑物拆除一般采用机械和人工方法，但这种方法，对于一些高大的钢筋混凝土建筑物或结构物就无能为力了。此时，能否采用爆破的手段进行拆除？即使可以，在熙攘的城市中，怎样才能实现安全爆破？

“城市建筑物控制爆破拆除技术的应用研究”，正是中科院力学所针对社会需要所作出的反馈。在此之前，周家汉长期从事爆破理论和爆破技术应用的研究工作，他系统性地研究了定向爆破设计中临空面、布药律、耗药量对抛掷距离、堆积形状的影响、给出了在药包平面布置设计条件下重心抛掷距离和用药量的关系；采用电磁法测速计和X光技术对土岩模型在爆破作用下的空腔扩展、裂缝发展、介质质点运动速度进行了系统观测和研究，给出了爆破时介质获得的运动能量、用于介质破碎作功、残余或散遗在空气中的能量的比例。这些研究结果使周家汉明白——原来用于岩石抛掷的能量不过只是炸药能量的一小部分。据此，他发表了“炸药抛掷能力的相对比较”、“平地定向爆破试验研究”等研究报告。而在总结大量定向爆破搬山造田设计的经验后，他主笔编写了《定向爆破及其在农田基本建设中的应用》一书，为定向抛掷爆破设计提出了新的设计计算方法。

多年的积累，周家汉逐渐成长为我国知名爆破专家，他的这些工作也为后来投入城市建筑物控制爆破拆除技术的应用研究打下了厚重的基础。通过百余项大大小小的爆破拆除工程的实施，他先后对爆破部位和起爆时间设计对控制爆破拆除建筑物倒塌过程的作用、大型起爆网路的设计和实施技术、建筑物倒塌破碎的必要条件、拆除爆破时的爆破振动和塌落振动的观测和衰减规律研究以及不同建（构）筑物爆破拆除时药包布置原则进行了深入研究，提出了建筑物塌落振动对周围环境影响的计算公式，已被国内外爆破工程师广泛用于爆破拆除工程设计计算，并收录在全国工程爆破技术人员统一培训教材——《爆破设计与施工》等多种出版物里。

通过分析研究总结大量的实际工作经验，他发表了30余篇有关控制爆破拆除技术的研究报告。1982年，“建筑物爆破拆除的设计与应用”获得中国科学院成果二等奖；1986年，“石景山电厂控制爆破拆除工程”获中国科学院科技进步二等奖。

面对众多的成绩与赞誉，周家汉从不自矜其功。他更关注的，是做过多少事。在他眼中，爆破虽与“拆除”相形相生，却不同于无谓的破坏。“爆破”、“拆除”的下一步，便是“建设”，他所做的无非是为了更好的建设。只要看到更为合理更为完美的建筑从爆破处崛起，他的心中便满是欣慰。

2006年，在三峡大坝地下发电厂房施工现场与爆破工人交谈

北京华侨大厦——20世纪5500年代北京十大建筑之一，位于王府井大街北口，大厦主楼8层高34m，砖混结构，建筑面积11..33万mm2。

该建筑处于闹市区中心，环境复杂，拆除难度很高。大厦旧建筑物拆除的爆破时间选择在凌晨5点。在有周家汉参加指导下的精确爆破设计，不仅实现了爆后整体塌落、解体充分，对周围环境的影响也几乎为零——周围建筑(包括民房,危房)安然无恙，马路上无飞石，临近干道交通正常运行，就连大厦东边仅8米之隔的时为全国工商联宿舍楼四层住户在地板上倒置的啤酒瓶都没有倒。令人叹为观止！而这次成功爆破，也标志着我国在城市建筑物拆除爆破技术的成熟和发展。

重庆发电厂西厂——始建于11995544年，拆除面积22..77万mm2，工程量超过33万mm3，是国内一次爆破拆除建筑面积最大的爆破工程。

这是国家能源部“八五”重点技改项目中第一项要进行的拆除工程。由于厂房建筑结构牢固、地下设施复杂、与需要保护的建筑物相距仅几米、又紧邻成渝铁路，其爆破难度和规模在国内均属罕见。在该项拆除爆破设计中，周家汉提出“四期建成的整个建筑一次爆破完成”的方案——采用不同高度布置药包，不同时差起爆，以控制整个厂房分块依次爆破后失稳倾斜塌落。1993年1月31日下午3点，随着现场指挥一声起爆口令，连续11次爆破声犹如闷雷滚动，不到5秒钟，重庆发电厂西厂主厂房一次整体性爆破成功，解体破碎效果良好。成功地控制了震动和飞石，保证了拆除范围外仅一马路之隔的东厂发电机组的正常运行，离爆区40米的成渝铁路未受到任何干扰和影响。

这次爆破堪称典范，为安徽淮南发电厂中压站主厂房及相关建筑的爆破拆除提供了设计蓝本，也显示出中科院力学所爆破拆除技术在全国的领先地位。

延伸古建筑的生命力

乘坐地铁或火车时，即使再平稳，人们也能体会到它行驶时带来的振动。

其实，振动是自然界常见的一种物理现象，现代社会发展的生产活动和现代交通都在不时地产生振动。人们利用振动作用的功效，同时又受到振动的损害。像这种交通中产生的振动，对建筑尤其是历史悠久的古建筑来说更是不可忽视的扰动。在参与的爆破施工作业中，周家汉深刻体会到振动的危害性。他不仅注意爆破振动对民房建筑物和设备的影响，更是关注爆破振动、还有列车运行振动对文物建筑的影响。2001年12月，周家汉从中科院力学所退休，有更多的精力和时间关心和研究列车振动对文物建筑的影响和保护问题。

由于年代久远，文物古建筑经历了无数自然灾害的袭击或人为的伤害，都存在着不同程度的损害和破坏。这种累积的伤害，严重降低了它们抵抗自然灾害和现代社会活动带来的干扰的能力。因此，专门研究确定它们可以承受的振动安全控制值是十分必要的。但由于古建筑物类型多，建筑年代差异大，难于确定一个统一的振动安全控制标准。周家汉认为，对古建筑的振动安全标准原则上应是以回避现代社会活动的干扰影响确定一个保护范围，依据科学分析给出有足够安全性的约束值。为此，周家汉在参加多项为保护文物建筑，确定铁路选线的研究中，不仅观察了现代交通不同震源的影响，更在努力探索这些振动的传播规律。如：为保护龙门石窟文物，找出既有铁路振动规律，确定焦枝铁路修建复线外移的距离；为预测京沪高铁列车振动对苏州虎丘塔的影响，他提出的由列车速度、列车轴动载荷和振动传播距离组成的无量纲参数，通过比例距离公式的运算既可以计算既有铁路振动，还可以应用于预测高速列车运营可能产生的振动等。

2010年7月，周家汉一纸信笺直抵中南海，上书温家宝总理，阐述了对西安地铁建设过程中文物保护的认识。

西安，我国历史上建都时间最久、朝代最多的古都。与北京一样，西安古城文物建筑、遗迹星罗棋布，古城墙、钟楼、大雁塔更是古城西安的标志性建筑。早在2006年西安进行城市快速轨道交通线网一、二号线建设项目时，周家汉就以监测到的现有地面交通在钟楼、南北城墙处产生的振动都已超过国家标准为由，提出西安地铁不宜穿越古城墙，更不应该从钟楼下经过，从长远计，应考虑环城（城外100m）选线方案。2010年5月，周家汉应中国文物信息咨询中心项目审核部之邀，再次对“西安地铁三号线一期工程文物保护方案”进行评审。方案中提到拟建的西安地铁四号线在大明宫遗址、大雁塔地下通过；六号线则穿越西安明城墙东、西门，在钟楼地下与二号线交汇。周家汉认为，一条二号线已经令钟楼负担颇重，更何况还有线路要在钟楼下交汇，建议调整线路。他认为，现代建设和文物保护要兼顾时，应是建设要避让为先、保护为主。要让它们尽可能地处在一个相对安静、接近于过去年代的环境里，特别是西安古城、钟楼、大雁塔等标志性建筑物。

同年9月，温家宝总理做了重要批示，国家发改委及时和国家文物局会商研究贯彻批示精神，陕西省、西安市领导也特别重视。现在，西安规划局已修改了该路段的走向设计，“在4号线大雁塔段新方案中，加大了地铁线路与大雁塔之间的距离，以尽量减少对大雁塔的影响，绕过大雁塔后再回归雁塔南路”。

责任——如果不是责任，真的很难解释他对文物建筑保护的热衷。“上世纪60年代，北京率先开建的地铁2号线，经过正阳门楼和前门箭门楼，付出了拆除从复兴门到北京站间的城墙和城门的代价。为此，梁思成先生痛心疾首。没办法，那个年代我们对地铁列车振动影响认识不足，后来认识到的时候，已经晚了，只能留下这个遗憾。现在，我们有了更多有关振动对文物建筑影响的资料和更强的保护意识，就应该少一些重蹈覆辙的案例。”

正是这份遗憾和责任，周家汉总是三思而后行。为确保北京紫禁城，故宫古建筑的安全，他建议“不在皇城根儿下动土”，为北京地铁六号线避绕紫禁城工程做出了重要贡献。此外，在合武铁路修建中，在为保护六安汉王陵地下文物，调整该路段线位的修改方案中，他计算给出的科学数据，为政府决策提供了举足轻重的修改意见。“科学论证不能心存侥幸，我们的铁路建设也好，地铁建设也罢，不能只重视可行性，而忽略不可行性。”周家汉这样说。

洛阳龙门石窟——佛教艺术宝库。1961年即被国务院公布为全国第一批重点文物保护单位，1982年被国务院公布为全国第一批国家级风景名胜区，22000000年被国际教科文组织评为世界文化遗产，2007年被国家旅游局评定为全国首批“5A级旅游景区”，2009年被中国世界纪录协会收录为中国现存窟龛最多的石窟，创造了现存窟龛数量中国之最。

1992年，国家要修建焦枝铁路复线，之前焦枝铁路洛阳龙门段穿越石窟保护区。铁路要建设，文物要保护。我们知道，铁路列车运行振动是存在的。铁路振动有多大，铁路要外移，移多远合适要进行科学论证。通过实测列车运行振动传播规律的研究，考虑列车运行振动对石窟文物的影响，周家汉提交的“铁路振动对龙门石窟保护的影响”为焦枝铁路复线外移距离的确定提供了科学依据。提出以龙门石窟区的地脉动为标准，让焦枝铁路复线东移700m，为龙门石窟申报世界文化遗产成功奠定了必要的基础条件。

京沪高铁苏州段——虎丘塔，是京沪高铁苏州段的必经之路。它是苏州现存最古老的一座佛塔，苏州的标志性建筑，古城苏州的象征，被誉为“吴中第一名胜”，国家级重点文物保护单位。

京沪高铁苏州段建设，要求在既有铁路苏州站处建设高铁苏州站，这样一来，高铁通过虎丘塔时就要在满足运行速度的同时北移200余米，也就更接近虎丘塔。为保护虎丘塔不受高铁振动影响，周家汉应铁道部第四设计院委托，负责铁路列车运行造成的地面振动传播规律和预测高速列车运行地面振动如何变化的研究。在京沪线苏州段和广深线实测了大量列车运行地面振动数据后，周家汉应用无量纲参数分析方法，对列车运行产生的地面振动的物理本质进行了科学的阐述。他提出了由列车速度、列车轴动载荷和振动传播距离组成的无量纲参数，称作比例距离的无量纲参数的变化决定了地面振动的变化规律。

经过设计，苏州段采用高架桥结构设计以有效减少铁路运行的振动强度，有利于虎丘塔的保护；而他提出的“采用既有线的列车运行振动传播的规律和比例距离推测未来高速铁路列车运行振动的方法”，也在广深线得到了的验证。该成果为确定高速铁路选线，铁路振动安全控制范围及重要建筑物和文物的保护提供了科学根据。

“双料专家”的人生

从事科研工作近半个世纪，周家汉是国内屈指可数的一流爆破力学专家，是中国工程爆破协会连续三届当选的副理事长，是公安部特聘的爆破人员培训考核专家组成员，也是声名鹊起的文物保护专家。做爆破，他踏实严谨；做文保，他直言无畏。他以自己的行动逐渐成为众所公认的“双料专家”。

无疑，他是成功者。而他的成功之路，我们试图从他在培训讲课中提出的“三张图”里进行解读。他说，“第一张图是原地面地形地貌图。爆破设计前，要对原状进行周密的测量和调查，将爆破对象周围的环境完整、真实地表述出来。”停顿了一下，周家汉继续说，“第二张图是工程设计图，所要表述的是如何设计药包、参数选择、计算结果，包括各种设计图表；体现的是爆破设计思想、技术水平。第三张图是爆破效果图，展现目标对象经过爆破之后应该呈现的状态。”

钱学森先生曾指出：“爆炸可以产生极强的脉冲电流，爆炸可以产生极强的脉冲磁场，爆炸可以产生极高的压力，而这些都是现代科学研究所要求的。这里有能量的转化问题，而对研究来说，特别要求转化过程的精密控制。”

是的，爆破研究的目的要精密控制。科学、严谨、精密，周家汉的“三张图”凝聚的就是这三个词语。而这三个词语背后，还是少不了责任。他相信，只要处处小心时时在意，环环相扣，就能够保证爆破工程的质量，容易对工程建设进行对照检查，避免事故的发生。万一发生事故，也容易找出故障原因。“相反的，爆破事故的发生，就是因为少了‘图’。”三张图、三个词语，让我更能深刻理解他的人生格言“成功在于一丝不苟”的含义。

“做事是这样，做人又何尝不是呢。”谈及于此，周家汉很是感慨。“三张图”是他科研中的指导思想，也是生活中的原则。在对自己进行评价时，周家汉用了“勤奋”一词。勤奋坚持是他成功的要素。一辈子勤奋的他更是孩子们的榜样。如果说，之前他的坚持更多是为了爆破研究和文物建筑保护事业，那么，退休后，锻炼身体则成为他的另一种坚持。“我和夫人，每天坚持爬香山，打太极拳。”绿色、阳光、氧气、锻炼，他用自己的方式享受着特殊的“高尔夫（GLOF）运动”。

再回首来时路，周家汉的追求，一直是长久，能够影响人的研究，能够保护传承的文物建筑。他常常说，影响他至深的是钱学森先生，钱老的严格、钱老的淡泊、钱老的胸襟……提起恩师，周家汉总是赞叹不绝，“像钱老这样的大科学家，很了不起，挨到他的一点边儿，就受益终身。”他的话朴实而又真挚。事实上，近半个世纪以来，他也一直以钱老的要求来鞭策自己，自己做，也对外传播，希望能够有更多人如他一般行动起来。“这不是心高，是不自觉地关心这个行业。”似乎觉得有些不妥，周家汉诚恳地补充道。

这就是一个真实的周家汉。