吕传彬
邓文中:屡跨世界纪录的桥梁大师
吕传彬
桥梁专家邓文中在世界五大洲设计、施工或监管超过百座大桥,全世界1/10、北美洲1/5的斜拉桥是他设计的,其中有六座桥梁的跨度曾创世界纪录。因此,他被美国《工程新闻报导》(ENR)评选为过去125年对建筑工程最有贡献的125位顶尖人物之一。
邓文中以卓越的成就,1995年入选美国国家工程院院士,获克林顿颁发总统奖,同时获美国土木工程师学会荣誉会员和美国土木工程界最高奖。2000年入选中国工程院院士,成为名副其实极为难得的双国院士。2010年获美国土木工程师学会的工程设计杰出终身成就(OPAL)奖,以及国际桥梁和结构工程成就奖等众多奖项和荣誉。他发表研究论文一百余篇,对世界桥梁工程的发展影响深远。
邓文中1938年出生于广东省肇庆市,后赴香港苦读,1959年获香港珠海学院土木工程学位。他后来拿到了全额奖学金到德国达姆施塔特大学留学,师从著名钢结构大师克伦伯尔教授,1965年得到工学博士学位。现任林同棪国际工程咨询(中国)有限公司董事长和技术总监。
熟悉邓文中的朋友都认为,他是一个平易近人、谦虚且谨慎的桥梁工程艺术家。40年来,他发明创造的成果不计其数,但他只申请过一个专利。他认为专利阻碍了发展和扭曲竞争,此后再也没申请过专利。
一位与他共过事的美国桥梁公司副总裁Ron Crockett指出,邓文中是斜拉桥世界级的权威之一,却不刚愎自用,总是耐心倾听别人的意见和看法。他知识渊博判断力敏锐,总是从施工的角度进行思考,他的设计从一开始就考虑承包商如何施工的问题。
邓文中表示,他从来不觉得自已有什么大的成就,只是凭自已的兴趣多做了些事情。他所以能比别人造的桥多一些,可说是生逢其时。不但碰到了欧洲战后的重建,美国的交通大兴土木时期,又在改革开放时期回到中国,因此有大展身手的机会。
邓文中非常关注中国的发展,尤其致力于海外华人对社会的回馈与贡献。邓文中在1979年改革开放时期第一次回到中国,先后参加了多座大跨桥的决策、咨询设计和审核工作。尤其自2003年起,他担任重庆市设计菜园坝长江大桥的技术总监,实现了多年要亲自为中国设计大桥的愿望。
邓文中认为,中国建设事业的发展,必须从其他国家学习经验,避免重蹈他人的覆辙。他希望藉创立的公司,来培养更多掌握先进设计理念和技术的工程技术人员,为中国的桥梁建设做出贡献。他曾兼教于美国哥伦比亚大学,近年更获中国清华、同济、东南、浙江、重庆交通、大连理工等著名大学荣誉教授。
他是中国旅美科技协会的荣誉顾问。也曾任国际华人交通运输协会(ICTPA)副会长,以及ICTPA纽约分会会长。林同棪国际重庆分公司于2012年承办ICTPA在中国重庆召开的亚太地区运输发展研讨会,他出钱出力,积极鼓励中国工程师与国际交通运输专家进行学术和实务经验交流活动。
邓文中很重视桥梁的艺术性。在他2014年出版的《桥梁话语》一书前言中提到,工程是一门艺术。因为工程除了要满足一座桥梁既定的功能外,也要加强对桥梁设计的多样性。他说只有懂得综合和创造性应用设计理论、新型材料和施工技术,造出最适合的桥,才称得上造桥艺术家。因此他鼓励桥梁工程师,不断努力提升自己的修养,以期达到自成一家的大师境界。
他认为,桥梁工程的工艺,就是创新稳妥和艺术化,同时也强调造桥务必坚持安全、实用、经济和美观的宗旨。创新就是以新的方法或理念去创造新的价值。创新可以是发明、改进或融合,增值奖励可以激发个人对创新的兴趣,孵育缔造和提供培育创新的环境。
他也提出创新的三个步骤,即以“为什么”、“为什么不”,和“假如...又如何”来进行创新的思维。“为什么”这个问题会启发人们对现状的挑战。“为什么不”的问题,是引进新的概念和突破约束的机会。“假如...又如何”是要保证新观念的可行。而要成为一个创新者,也应具备能力、勇气和机会三个基本条件。一个人的能力可以通过学习或实践获得。创新者在提出“为什么不”之后,要有勇气来面对挑战,不断反覆思索“假如...又如何”来完善创新过程。
《中国桥梁杂志》之前在“桥梁会客室”提供一个平台,让其他桥梁工程师发表对邓文中所提有关“美观何价”的观感,邓文中总结读者的回响说,其实大家的意见他都同意,美有一定的价值,也同意桥梁要造的好看,不同的只是程度上的问题。在美观价值上,有的人要硬性规定一个比例数字,有些人则趋于弹性处理。
他说,大家都同意我们不该浪费纳税人的钱。他虽然同意这个观念,不过却觉得“浪费”和“求适当”不同,也就是儒家所谓的中庸。怎样才是中庸,当然因人因事因地而有所不同,因此很难定出一个标准来。
邓文中引用一个学者的话为例,在比例上,小桥可以多花一些,大桥要严谨一点。不过他表示,其实真正的大桥,只要比例得当,就会很好看。如果纳税人愿意多花钱建一座比较好看的桥,工程师就应该尊重他们的意愿。因此工程师和领导都应该深入社会 (如参照美国举办公证会等),才能了解纳税人究竟要什么,才能正确地为人民服务。
以下我们举几个邓文中为人所津津乐道的美国旧金山奥克兰海湾桥创新成功的例子,以及近十年来在中国所设计的桥梁。
旧金山海湾新东跨大桥处在美国地震最严重的地区,湾区的地质很不好。业主要求用单柱式桥塔,单柱式桥塔属于非冗余结构,在当时的抗震设计理念下,其实是不允许的。
但是湾区的居民要求建一座与旧金山环境相配的优美的桥,且独钟情于单柱式桥塔的方案。在政府不愿额外花钱的基础上,他们愿意自掏腰包,同意把过桥费由1元增加到3元,拿2.3亿美元来美化外观。又因业主要求大桥在大地震后能立即恢复交通,以及地震后的维修不得妨碍交通,在当时既有的结构形式中,这个要求基本是不可能的。终于,在邓文中团队反复研究下,突破了既有的观念,发展了一个剪力链的构思。
邓文中指出,其实这是既有的门式桥塔的一个变体,把门式塔的两个塔柱紧密结合排在一起,由于塔上的梁很短,就成了剪力链。又因为两塔柱的距离很短,多加几根剪力链也没有问题,不但加强了桥的安全,也增加了美观。又因塔柱被分成四条腿用剪力链连起来,外观看似单柱塔式,同时也具备了出色的抗震能力和满足设计要求。既创新又稳妥,而且安全耐久,寿命期达150年。
沈阳三好桥是第一座正式采用了“索辅梁桥”的理念设计的,这个理念设计可以充份利用主梁和拉索的承载能力,从而达到较高的经济效益。同时让它的主梁可以采用预应力混凝土,而不需要钢箱梁。虽然混凝土主梁很重,但是三好桥的钢桥塔仅承受主梁一半的荷载,而不是像一般的斜拉桥,要承受全部主梁的荷载,所以很经济。由于三好桥两岸已建成河滨公园,它的美观要求是确定桥型的第一要素,它的造型像一朵绽开的百合花。
福建三明台江大桥也是以“索辅梁桥”理念设计的,它的主塔上部是个拱的造型形成桥塔的方案,由斜拉的两根柱子支撑。虽然这个组合并非承受竖向力最有效的结构体系,但是邓文中说大家都钟情于拱的造型,因此他就问,拱本来是很有效的结构,为什么这个桥塔形式不够有效呢?这是由于较柔的斜柱不能限制拱的横向位移,拉索的竖向分力就在桥塔中产生了过大的弯矩。因此他又问,为什么不通过一根系杆来限制这个变形呢?这样就解决了问题,改进的桥塔可以看做是由两根柱子支撑的系杆拱。他们增加系杆的同时,也增加了一个竖向拉索,就可以通过调整竖向拉索的内力,进而调整水平系杆的内力,然后通过不断地“假如...又如何”的提问来确保桥梁的安全。
重庆嘉悦大桥也是采用“索辅梁桥”的理念设计的,设计以外倾塔柱来增加视觉效果。桥塔设计必须考虑不同水位条件下船舶撞击的影响。当地洪水期水流急,船撞的可能性很大,因此以混凝土桥塔比较适合。同时为了配合主跨的桥塔造型,边跨的桥墩也采用双柱的形式,看起来很苗条和漂亮。
重庆菜园坝长江大桥连接渝中半岛的菜园坝和南岸,设计要求桥面为双层结构。上层有6车道和双侧人行道,下层为双线轻轨车道。这个420米的主跨,在2007年通车时是世界最大跨径的公轨两用拱桥。主梁高近12米,主要是让乘坐轻轨列车的乘客也能看到江面。由于以椼架结构,让整个结构显得通透和清爽。梯形主粱的横截面和无立柱的边跨,让桥的外型看起来轻盈,不致破坏长江秀丽的风景。
重庆两江大桥(东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥)为双层桥面结构,上面为道路,下面为轨道交通。大桥主梁采用正交异性桥面板钢椼梁结构,桥塔采用混凝土结构。由于两江所处的地标性地理位置及其周遭环境,桥的外观是方案设计的重点考虑要素。部分斜拉桥能够充分发挥主梁以及拉索承载能力,是一个经济的选择。而且单索面的布置使得大桥更为通透,也更能为重庆增添一道新的亮丽风景。
邓文中(Man-Chung Tang),美籍华人,美国国家工程院院士,中国工程院外籍院士,国际著名桥梁建筑工程大师,工学博士,名誉工学博士,名誉文学博士。