中国工程院院士、广州大学教授周福霖：为老百姓建造大地震时确保安全的房屋

文图/叶青

中国工程院院士、广州大学教授周福霖：为老百姓建造大地震时确保安全的房屋

文图/叶青

周福霖院士

距1976年唐山大地震，今年刚好40周年。

被誉为中国抗震的权威、现代“张衡”的周福霖院士，是国内知名的工程结构与工程抗震减灾专家，今年虽已76岁，但他仍继续奔波在抗震第一线。对他来说，这40年是极其不平凡的。

“没想到一次考察完全改变了自己的人生轨道。”忆起40年前，周福霖院士如是说道，“唐山大地震让我转到隔减震技术研究上，尽管此路走得艰辛，但我坚定不移、专心致志，一定要为老百姓建造大地震时确保安全的房屋。这成为我40年来为之奋斗不止的事业，成为我毕生的追求”。

周福霖院士说，2011年我当选“国际隔震减震学会”主席时，我的外国导师称我是他“最伟大的学生”，我回答：“因为我是中国人”。我感受到作为一个中国人的自豪。我体会到，一辈子做成一件事情不容易，要有锲而不舍、水滴石穿的毅力去坚持。但能做成一件事情，这一辈子也就值了。

“一次考察改变了人生轨道”

1976年7月28日凌晨，一场7.8级强震突袭唐山，一夜之间，整个城市几乎被夷为平地。地震过后第三天，时任机械部第四设计院青年工程师的周福霖接到通知，立刻前赴地震灾区调查灾情。

“说实在话，当时听说唐山地震死伤无数，我心里也很害怕，但必须去，心里压力很大。”告别才出生3个月的女儿，周福霖院士跟随中央赴灾区的调查团奔赴灾区。

唐山大地震的惨状大大超出周福霖院士的预想。“整座城市几乎成了废墟，无路可走，只能在尸体间穿行。老百姓没水喝、没饭吃，每天靠空投馒头为生，每人每天只分到一碗水。我一星期都没得洗头，很痒，但也只能抓一抓解决了事，一个月后习惯了，也不觉得痒。3个月后结束调查任务回到北京，我连续洗澡洗了2、3个星期。”虽然事情已过去了40年，回忆起来，周福霖院士的心情依然沉重。

为了开展震害调查，周福霖院士跑遍整个灾区，为所有倒塌房屋拍照，边拍边记录。有一次，为了拍摄一栋建筑物受破坏的照片，他爬到一残缺的3层楼房上面，突然发生余震。“我想跳下来，可下面满是砖头。情急之中只好紧紧抱住一根柱子，好在余震很快过去。”他总算靠着这根柱子保住了自己的性命。经历过死亡，周福霖院士的心灵深处受到深深的震撼。

整个大唐山，唯有两栋4层高的砖结构民宅没有倒塌，这引起了周福霖院士的注意。他发现，这两栋按北方房屋风格建造的民宅沿着地基以下的油毡防潮层滑动了40多公分。仅靠一层柔软的防水油毛毡就挽救了楼里的400多人，且楼房毫发无损。周福霖院士灵机一动，心里想着：假如房子能滑动，地震中是不是就能避免灾难性的破坏？

思想火花一迸出，随即种下种子。“没想到一次考察完全改变了自己的人生轨道，其时我并不是从事地震研究的。” 在唐山目睹了空前惨烈的地震灾难和灾区人民的痛苦，让周福霖院士开始思考自己。他说，特别是当灾民们责问我们：为什么地震到来之前没有一点消息？为什么地震一来房屋都倒塌？你们这些工程师到底是干什么的？

“作为一名建筑工程师，我感到一种使命在呼唤：一定要为老百姓建造大地震时确保安全的房屋。这成为我之后40年来为之奋斗不止的事业，成为我毕生的追求。”在2015年度广东科技奖突出贡献奖颁奖现场，周福霖院士的获奖感言如是说道。

提出“以柔克刚”抗震新理念

从唐山回京后，周福霖院士的心情久久无法平静。他的眼前常浮现唐山大地震的惨状，常想起唐山老百姓的质问。强烈的责任感驱使他走上寻找房屋隔震减震的研究之路，但此路布满荆棘。

1977年，在全国抗震工作会议上，周福霖院士在国内率先提出“结构消能减震”的理论构思。“通过房屋滑动或者房屋里某些柔软的东西消耗掉能量，以减少房屋倒塌的危险性。前者叫隔震，后者叫减震。传统抗震技术是房屋越强越好，柱子越粗越好，以硬抗硬，而隔震减震技术恰恰相反，它把建筑物的底下做成柔性的橡胶支座，主张越柔越好，以柔克刚。” 但由于他提出的新抗震理念，即使在国外，用在房屋领域的时间也不长，因此受到学术界部分人的质疑甚至反对。

坚持还是放弃？周福霖院士毫不犹豫选择了前者。1981年，他公派前往加拿大攻读抗震专业，师从国际工程抗震研究界赫赫有名的教授、国际地震工程学会主席。

来到这里，周福霖院士的研究对象刚好就是他最初的理念设想。他和导师一起做了一个隔震房屋地震震动台模拟试验，完成世界上首次隔震试验。该试验把四层楼的房屋模型放在震动台上，下面做一层隔震层。输入地震波，发现不隔震的房屋剧烈摇晃，遇强震就被破坏，隔震的房屋却能承受9级或更大的地震。周福霖院士大受鼓舞。此后他承担了加拿大联邦科学基金项目“结构隔震与消能减震控制”的研究工作，先后完成了多种抗震减震结构构件低周疲劳破坏试验、大比例隔震结构模型振动台试验、新型抗震减震结构体系实验等多项研究，后来集合成“房屋隔震消能新技术”理论。在此基础上，他又创立了“房屋减震控制新体系”，包括房屋减震新概念、新理论和新设计方法。

1988年，在日本东京召开的第九届世界地震工作会议上，周福霖院士公开提出该理论体系和研究方法，引起了与会学者的广泛关注。

1997年，我国著名地震工程研究专家、中国科学院院士胡聿贤在为周福霖院士专著所作的序言里评价说：“近20年来，周福霖院士孜孜不倦、锲而不舍地为创立、完善和发展工程结构减震控制这个崭新的结构领域进行了开创性的工作，为创立和发展工程结构减震控制新体系、新理论和新技术做出了杰出的贡献。如此系统性地研究应用这一新技术，在我国为第一人。”

广州塔、港珠澳大桥桥墩等模型

“世界隔震技术发展的第三个里程碑”

带着为老百姓建造大地震时确保安全房屋的朴素想法，1983年，周福霖院士学成归来，希望推广“多层房屋隔震”新技术。

“我当时很想在我国做一个隔震点，正琢磨从哪找突破点呢。恰好联合国工业发展组织找到我，希望我在中国建一栋真正的隔震住宅房，然后向第三世界推广。”其时周福霖院士的工作已调到广东，他的想法也得到省科技厅的大力支持。

1989年，周福霖院士在家乡汕头主持设计一栋采用隔震技术的楼房。1993年，建成我国第一栋橡胶支座的8层隔震住宅，这是当年世界最高最大的隔震住宅楼。

次年，台湾海峡发生一次7.3级地震，地震波及临近的汕头地区。同建的另一栋传统结构房屋发生剧烈晃动，三楼住户看到金鱼缸在摇晃，而住在隔震房屋里面的住户却毫无震感，没有任何损坏，这下隔震楼“火”了。开发商特别开心，担心卖不出去的房屋一下子被抢光了，开发商自己也买了3套。

1994年，联合国工发组织在汕头隔震建筑现场召开了有18个国家、120名专家参加的国际隔震技术会议，向世界推广房屋隔震技术。联合国工发组织评价其为“世界隔震技术发展的第三个里程碑”。

从此，隔震技术开始用于我国及世界各国量大面广的住宅房屋，开辟了我国防震减灾的新思路和新技术。该项创新技术先后获得建设部、广东省科技进步一等奖，国家科技进步二等奖。

周福霖院士的隔震技术厉害之处在哪呢？原来他通过在建筑物下方加装橡胶垫，一层橡胶加一层钢板，再加一层橡胶，再加钢板……像“三明治”一样把建筑物与地面隔离。当地震发生时，让建筑物在橡胶支座上处于弹性状态，既能隔震又不影响承载力。实验结果显示，采用这一技术可将地震破坏力减少到1/6-1/8。“这是以柔克刚的方法。目前世界上采用隔震技术的房屋，还没有一座被震倒。”周福霖院士说。

2013年4月的芦山地震中，被称为“楼坚强”的芦山县人民医院连窗户玻璃和楼顶招牌都完好好无缺，成为地震中唯一正常运转的医院及抢救受伤人员生命的救护中心。周福霖院士说，这主要是因为其门诊楼采用了橡胶隔震垫、阻尼器等先进抗震新技术。

实验室外摆满的各种楼层模型 叶青摄

“层间隔震”研究成果已应用到多项工程

周福霖院士和他的隔震减震控制与结构安全国家重点实验室（培育基地）藏身于广州广园中路248号一个不起眼的地方，实验室门外摆满各种建筑模型，“小蛮腰”缩尺钢架、港珠澳大桥桥墩模型、地铁隔振装置实验……实验室内高达15米高，轰隆作响的地震台模拟实验正在进行中，同时进行的还有一项设计时长为50年的隔震材料老化试验，15年来，被加压的橡胶永久变形不到3毫米。“这种实验急不来，2050年我可能已经不在了，不过后面接力的研究人员会看到实验的结果。”周福霖院士笑着说。

对研究必须一丝不苟，以科学事实证明，这是周福霖院士的科研准则。对于老百姓担心的隔震层橡胶垫老化疑问，他除了自己做实验，还在全世界四处寻访存活超百岁的橡胶生存状况。

英国伦敦有一房屋隔震房，建于1931年，听到此消息后，1995年周福霖院士前去拜访，守房人不肯让其进入，理由是房屋多年没有住人，担心地下室里不安全，多次沟通才得以进入，通过测量，发现64年只老化了3毫米；澳大利亚一桥梁，建于1889年，距离1999年周福霖院士去考察已有106年之久，橡胶也只老化了4.6毫米。周福霖院士说，“事实证明，橡胶经过100年，老化程度不超过5毫米。为此，我们在橡胶垫外加4毫米保护层，过了200年、500年都不成问题的。”

从唐山大地震后，周福霖院士开始为萌发的抗震新想法而实践之，为了证实该理念的可行性，他进行了大量的调研。

“我走访世界各地的古建筑，特别是搜寻地震区剩存下来的建筑物，发现一独特现象。很多古建筑下面地基铺满灰沙；庙宇柱子不是直接插在地里，而是放在石墩上，地震来时灰沙、柱子摇摆，通过摩擦达到减震效果。”周福霖院士从古代早已使用的减震技术中得到启发，在此基础上，他提出的“层间隔震”和“三维隔震”新技术体系的研究成果已成功应用于到多项工程中。

几年前，周福霖院士团队与港珠澳大桥工程设计团队一起，对这座世界上最长的、有地震断层穿过的跨海大桥，研究采用隔减震技术，解决抗震设计难题。经过详细计算分析，周福霖院士带领团队将隔震层设置在桥墩顶不怕。”周福霖院士说，经过隔震保护的港珠澳大桥，在防震上可以称得上是“世界上最安全的跨海大桥”。

对于已有的建筑，尤其是学校和医院，又该如何进行防震呢？对此，周福霖院士也有高招。他提出采用后加固方法，即可在首层或采取挖地下室的办法加装隔震垫，给老建筑加了一道防震安全锁。

周福霖院士还把隔震技术应用到文物保护上，他和团队已为故宫博物院、西安碑林博物馆的珍贵文物进行加固保护，在珍贵文物下加装一层隔震层，这是现代隔震技术在国内文物地震保护中的首次应用，“要使我国珍贵文物在特大地震下不倒不坏、完好无损” 。

“让地震不可怕”

“回忆这40年，我有两个体会：一是一辈子做成一件事情不容易，要锲而不舍、石滴水穿的毅力去坚持，要有坐冷板凳的心态。但能做成一件事情，这一辈子也就值了。二是我们团队太不容易了，这么多年来，不管外面刮什么风，都凭着高度责任心和良心安心做事。”周福霖院士说，40年来，从无到有，从有到强，我和我的同事们持之以恒，不懈努力，为把隔震减震技术在全国、在全世界的推广应用而奋斗，隔震减震技术也被国内外公认为40年来地震工程领域的重大创新成果之一。

改革开放浪潮下，大家都忙着画图赚钱了。有人劝他放弃抗震减震研究，直接说：“周福霖，别再研究了，赚不到钱的。而且地震也不知道啥时再来，难以产生济效益的。”

但周福霖院士坚定不移，他常常想起唐山老百姓的质问：地震来了，为何房屋都倒了？唐山地震后，我国也经历了汶川等几次大地震，每次都是地震一来，房屋都倒了。这更加坚定了他为老百姓构建安全房屋的信念。

这一坚持就是40年。现在，隔震减震技术不仅用于汶川地震后学校医院和民居重建，也用于广州塔、港珠澳大桥、核电站、昆明和北京大机场等的建设。此外，还正针对我国将要大量建设的近海桥梁、高铁桥梁、“一带一路”通过的川滇疆藏地区跨河桥梁和隧道等结构的地震破坏机理进行深入试验研究，并提出了有效解决方案。目前，隔减震技术已在我国5000多栋房屋和350座桥梁上应用。

然而，周福霖院士的愿望远不止于此。他希望隔减震技术能全面得到推广和应用。

“人们没有更新抗震概念，老百姓不相信加橡胶垫就能抗震，最初甚至有人问在下面加几个大蜂窝煤（注：橡胶垫形似以前的蜂窝煤）有用吗？加上设计规范和程序等配套标准不完善，造成了推广难。”不过，让周福霖院士高兴的是，2014年2月，住建部发通知在全国推广隔震技术，云南等省市要求医院、学校、指挥中心和交通枢纽强制使用隔减震技术。

他说，我国隔减震技术的各种配套规范和计算机软件等科研技术都已逐步建成，特别随着人们观念改变，隔减震技术造价增加又不大，现在该技术能顺利推广了。

“因为房屋下面增加了橡胶垫，减小了房屋上面的承受力，因此柱子可减小，从整体来看，并不增加任何费用。假如柱子面积保持不变，采用隔减震技术的房屋每平方米也只增加150-200元左右。”周福霖院士解释道。如今，他正在主持编写我国第一本《建筑隔震设计规范》（2014-2015）国家标准，预计今年年中完成。

明年，广州大学城，高达27米、全球最先进的隔震检测实验室将落成，拥有新的地震震动台和各种先进隔减震试验研究设备，将建成国内外人才聚集、创新技术合作交流的新平台。

周福霖院士说，我的理想是让地震中的建筑物能像停泊在水里的船一样，飘动几下又归于平静；让地震像一场暴风雨一样，平凡而不可怕。创新是发展的灵魂，不断创新隔震减震技术，是我这辈子为之奋斗的人生目标。我将和我的团队潜心钻研，为我国基本建设和各种工程的有效减震防灾作出更多贡献。