王仁坤 以江河为家，筑国之重器

华南

水电是建设新型电力系统的基石。目前中国日常用电中，约五分之一来自奔流的江河。作为全国工程勘察设计大师、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司（简称“成都院”）专家委员会主任，王仁坤投身水电勘测设计领域近40年，先后主持或参与国内外20多座大、中型水电工程设计。他主持攻克的300米级特高拱坝安全控制等数十项重大关键技术，支撑了由他主持设计的溪洛渡、锦屏一级、大岗山等特高拱坝巨型水电站的成功建设，创造了多项世界之最，代表了当今世界水电技术最高水平。

今年1月19日，王仁坤在北京人民大会堂获颁首届“国家卓越工程师”称号。他将获得殊荣的自豪视为继续前行的动力、时代与集体赋予的责任：“感念伟大时代，国家西部大开发和‘西电东送战略实施，建设了一大批重大水电项目，取得非凡业绩，这是我们水电工作者得以施展的背景；感念团队和集体的力量。水电项目，尤其是重大项目，难度大、涉及面广、影响深远，需要群体智慧，我只是其中一员。荣誉属于成都院集体，更属于这个伟大的时代。”

投身水电设计，打破常规根植创新理念

王仁坤的水电工程设计与研究生涯，始于我国治水兴能、水电建设加速发展之时。

1986年，王仁坤硕士研究生毕业，来到成都院工作。那时的成都院正在设计当时我国最大的水电项目——二滩水电站。

位于四川省攀枝花市、雅砻江干流下游之上的二滩水电站，拱坝高240米，是我国首座突破200米大关的高坝工程。建设二滩水电站的设想肇始于20世纪50年代，历经30年辗转，通过数以千计科研工作者的不懈努力，至1986年1月，初步设计方案最终通过国家审查，二滩水电站建设进入实质阶段。成都院几代建设者的梦想，在这一刻照进现实，迸发出惊人的能量。

王仁坤一入职便置身于如火如荼的氛围。他参与其中，第一项工作就是对二滩拱坝控制性坐标的验证。“大坝混凝土浇筑是分段分层，拱肩槽开挖也要分区分层，需要计算各个控制点的坐标。”那时候，设计院的计算工具多为老式计算机如PC1500等，“需要把公式和各种参数一行一行输入进去，写一行、计算一行，相应的计算成果是打印在窄条形卷纸上。受此计算工具的限制，花费了很多计算人力和时间。”

现场施工是按照设计图纸给的数字进行，容不得半点差错，所以设计方案交付时，涉及的施工数据都要精心校验。领导将这项任务交给了王仁坤。“20世纪80年代，计算机更新换代很快，我在学校里学过有关计算机编程知识，结合设计院引进的新式台式计算机，对着书本啃一啃，很快就编写了一套计算程序。”他试着用自己编写的程序校验了拱坝施工控制参数，发现自编程序算出的结果与原数据一致，原有计算成果自然就得到了验证。

“当时的台式机性能低，但比PC1500机的计算效率高了许多倍。”应用新式计算机，编程重新计算，比起按部就班，对照原有计算稿中原有计算方式逐一验算的方式，效率提高了许多。打破固有思维、敢于创新的理念也由此根植于王仁坤心中。

作为世界银行贷款项目，二滩水电站建设采取国际招标，不仅聚集了国内著名水电专家和优秀建设团队，也引进了国外公司和专家参与建设，还带来了国外先进的技术和管理经验。王仁坤记得，外国专家对工程设计，尤其结合地质条件的工程处理，提出了许多建议。一些建议，落实到方案上，就需要计算分析论证。如拱端采用半径向半切角开挖，既可以减少开挖量，又不影响结构受力。关键是切角多少，空间如何展布，到底对坝体结构受力有无不利影响，需要做方案并分析论证。“当时，我工作的水工二处处长立刻让我做拱端切角方案，并计算分析对坝体应力的影响。通过几天的加班熬夜，发现切角开挖可行，并提出了对结构受力无不利影响的拱端切角开挖方案”。

成都院前辈们对待工程严谨的科学精神、坚韧的意志和高度的责任感，对这个年轻人产生了深遠影响。

主持设计溪洛渡，拱坝优化成就宝典

成长宛如筑坝，过程中任何看似微不足道的努力和进步，都将成为日后成功的一个坚实注脚。1991年，工作刚满五年的王仁坤接受了新的任务——担任国家“西电东送”骨干工程、金沙江溪洛渡水电站副总设计师。

吉普车在山间缓慢前行。王仁坤与部分勘测设计人员一道，经风带雨，前往工程所在地察看坝址地形地质条件。

路越走越窄，越走越险。夏季多雨，滑坡塌方，交通中断，经常发生。王仁坤初次去踏勘溪洛渡坝址，就遇到跨越滑坡路段的险情。临近坝址约有50多公里处，因下雨出现了滑坡，原有的道路靠外侧一半多垮塌了，车辆不能通行。该处的上下岩坡高陡，短期内很难修通。为了不影响踏勘工作，驻坝址现场的勘探人员运来了一根木头并搭置于公路塌方缺口处。车上人员步行越过塌方区，驾驶员开着车，一侧轮子压在木头上慢慢开过去，好险！在场的人无不提心吊胆，开车的师傅也惊得满头大汗。

一路颠簸，风尘仆仆，从成都出发，三天后才到达四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江畔。跋涉于深山峡谷、水流湍急的岸边，开拓者的路总是艰辛曲折，但王仁坤不在意生活和工作环境的苦，在他看来，设计建造好溪洛渡水电站，前面还有更多的挑战。

拱坝是适合于狭窄河谷修建的安全性与经济性均较优越的坝型，也被认为是水工界最复杂的建筑物。双曲拱坝挡水能够充分发挥压力拱的作用，可以大大节省混凝土。建于金沙江的溪洛渡混凝土双曲拱坝，高285.5m，属300m级特高拱坝，兼具高拱坝、高抗震和坝身多泄洪孔口等特点，综合设计难度极大，也由此带来一系列技术挑战。

王仁坤说，溪洛渡可行性研究报告的审查意见，肯定了工程的技术方案。“在招标设计阶段，本着为国家、业主高度负责的态度，体现设计人员精益求精的精神，我率领一大批设计科研人员，开展了一系列设计优化和深化工作。”

溪洛渡拱坝优化设计的研究论证工作是多方面的，在查清坝址地质条件的基础上，王仁坤选择从最具挑战性的拱坝建基面优化研究着手。他说，拱坝建基面在可研阶段放在微新岩体上，进行优化后，主要利用弱风化下段岩体，建基面平均嵌深减少了15米至20米。“虽然这是主攻方向，但问题也随之而来，对于一座特高拱坝，这样做行不行？对大坝的安全有没有影响？如有影响，会到什么程度？这些显然不能靠简单的算术题得出结论。毕竟特高拱坝的建基面嵌深嵌浅，对安全和投资影响巨大。”

2002年，王仁坤带着这个课题，进入清华大学水利系攻读博士研究生，师从中国科学院院士、中国工程院院士潘家铮。他将理论与实践有机结合，将课堂上的所学所思更好地投入到工程实践，又从工程实践的千头万绪中找到通向更高境界的道路。

紧紧抓住拱坝与地基相互作用及影响的辩证关系，经过巨量数值分析计算和物理模型验证，王仁坤确信，建基面外移至弱风化岩体，通过加强基础固结灌浆及坝趾区锚固处理，仍可维持良好的承载能力和抗滑稳定，优化后的拱坝方案，不仅维持大坝安全原有等级不变，而且因建基面嵌深减少，拱的跨度减小，整体刚度增强，大坝整体超载安全度略有提高。

“别小看这么一个细微调整，基础开挖和大坝混凝土浇筑工程量比可研推荐方案分别减少了约160万方和110万方，节省工程直接投资约6亿元，建设工期缩短半年多，经济效益十分显著。”

溪洛渡坝址河谷狭窄，两岸山体雄厚，除了挡水建筑物采用混凝土拱坝外，引水发电建筑物则布置在左右两岸的山体内，工程枢纽与环境地貌最佳融合。王仁坤介绍，溪洛渡枢纽左右岸地下厂房各装机9台单机770MW机组，每岸主厂房洞室长440多米，宽30多米，高约80米，还有主变室、尾水调压室以及母线洞和引水尾水洞等构成水电站最大地下洞室群，洞室围岩层间层内错动带发育；超大洞室群的围岩稳定控制难度极大，弄不好容易引起岩体破坏或塌方，影响施工安全和后期运行安全。

王仁坤提出“洞頂拱效应、拱座需固稳，高墙控变形，汇口叉锁固”的设计理念，并带领团队构建了水电站超大地下洞室群围岩稳定分析方法与安全控制成套技术，成功解决了层状岩体内开挖建设特大洞室群等世界级难题，为后续同类工程建设提供了经验。

溪洛渡拱坝优化设计乃至整个工程的优化设计，每前进一步，都付出了无数艰辛。但王仁坤始终坚持：“设计是工程建设的灵魂。只设计，不考虑施工的可行和难易，或者把这样的难题直接推给业主和施工方解决，肯定不行。”

最终，溪洛渡水电站在工程招标和技施设计阶段，优化设计共节省了直接投资15亿元。其中，《溪洛渡拱坝优化设计报告》获得多名院士、专家组成的评审组的一致肯定，被潘家铮院士称为“高坝设计宝典”。

创新研究突破瓶颈，推进水电技术不断进步

溪洛渡，富有诗意的名字背后，是同样壮美奇绝的景色。峡谷两侧悬崖峭壁，江水从高处飞流直下，激起重重水花。令人叹服的自然景观，却为工程修建带来许多新的问题。

溪洛渡300米级特高拱坝枢纽工程的设计大大超出已有经验和设计规范的适用范围。有人犹豫，有人质疑，有人担忧，但王仁坤的态度始终坚定、明确，在科学论证的基础上，打破常规、勇于突破关键核心技术，创新设计，精益求精，锻造精品工程。

他常说，抓住工程特点、难点与关键问题，从科学原理出发，厘清问题的关联因素，从主要矛盾着手，总会找到解决问题的最优方案。只要问题研究透彻了，该突破的就要勇敢创新突破，不要受条条框框的约束。先进技术一定要与重大工程实践相结合才能发展与进步。

在系统总结已有类似工程技术的基础上，王仁坤牵头推进了数十项重大关键技术的科技攻关，用于工程，不仅解决了关键技术难题，而且获得巨大经济、社会效益和环境效益。

在溪洛渡水电站的设计方案中，左右岸地下发电厂房各布置2条出线竖井，其中有3条竖井内径为10米，一条竖井内径为11米；竖井深度左岸为488.5米，右岸为493.50米，均超过东方明珠电视塔的高度，右岸竖井深度甚至超过上海环球金融中心492米的高度。

竖井内主要分设管道井、电梯井、楼梯间、前室、加压送风井及电缆井等。竖井除了电缆敷设，更是连接地面与地下、通风及安全疏散的重要通道。“以当时的施工技术，如果在岩石上开挖如此深度的竖井，并不算难事，而溪洛渡竖井偏偏遇到拦路虎——上部覆盖层厚度120米，往下才是岩体。”王仁坤说。

考虑结构衬砌需要，开挖断面直径约14至15米，这么大尺寸的电缆竖井穿越如此巨厚覆盖层，在水电工程及其他矿井工程中没有先例。由于没有类似经验可以借鉴，王仁坤和团队追寻答案的过程并不顺利。当时他们了解到煤矿的一些矿井与溪洛渡出线竖井的覆盖层有相似性，便去调研并收集施工经验，结果令人失望。这些覆盖层的深度往往较小，超过50米深的都不多见，洞径也小，处理起来相对容易。

在工程界，洪积冰积覆盖层成井的处理方式，大致有冷冻法、沉井法、灌注桩法等。照搬这些常规方法，费用无法估量，也不符合工程实际。在这些“寻常路”上绕圈，总是不得要领。但问题摆在那儿，总得要解决。

溪洛渡电缆竖井的建造，关键是要保证覆盖层竖井大断面施工的井壁稳定和长期运行安全。王仁坤坚信一定能研究出可行的竖井建设方案。在分析研究了大量成果资料的基础上，打破传统方法，他创新性提出“二衬法”以及顶部洪积层的井口锁固和小梯段开挖衬砌的施工方法。所谓“二衬法”，即衬砌分2次完成，第一次只衬砌井壁外侧一部分，起到覆盖层竖井的固壁作用，让竖井开挖成型；第二次将余下的衬砌连同井内其他结构自底至上连续施工。“二衬法”可以确保深大竖井施工过程中的井壁稳定和安全，又满足机电预埋件和设备安装的定位与精度要求。

覆盖层竖井结构为圆形断面井筒结构，在外侧土压力作用下的受力性态好，对井壁稳定有利。初次衬砌的混凝土结构，自上而下，挖一段衬一段，并将井口段一开始就设计成一个锁定在井口的喇叭状井口盘。

这个井口盘，不仅能有效解决上面遇到的难题，而且能提供向下的压重，压实下面土体，边挖边衬，确保施工安全和开挖成井。王仁坤独创性的设计方案和施工方法，保证了竖井安全顺利建成，安全又经济。

2013年7月15日零点，溪洛渡水电站首台机组正式投产并网发电。此时，距离王仁坤第一次站在金沙江畔勘查、规划，已经过去了20多年。此间的他不知多少次往返于成都与金沙江畔，不知多少次在工程现场奔走，“上上下下、每个角落，包括工程枢纽区两岸纵横交错的地下洞室群，我都再熟悉不过。”王仁坤笑着说，这是技术总负责、设计总工程师应该干的事，“工程装在心里，重点环节要了如指掌，关键数据要脱口而出，才能把握全局。”

截至今年2月14日，溪洛渡水电站累计发电量突破6000亿千瓦时，相当于节约标准煤1.8亿吨，减排二氧化碳4.94亿吨。

接力建设最优大坝，责无旁贷使命光荣

随着西部大开发、西电东送战略的实施，一大批巨型水电工程相继建设。作为院总工程师或分管总工，与溪洛渡电站同期建设的锦屏一级水电站和大岗山水电站的总体设计任务仍然落肩于王仁坤及其团队。

锦屏一级水电站是雅砻江干流下游的控制性水库梯级电站，具有世界最高拱坝，堪称世界上“技术难度最大、施工环境最危险、施工布置最困难、建设管理难度最大”的水电工程。

锦屏一级拱坝高305米，为当前世界最高大坝。虽坝址河谷狭窄，但左右岸地形不对称，地质条件最复杂，尤其左岸中上部的地质条件极差，拱坝设计极具挑战性。坝址坝型已定，王仁坤必須直面这些难以想象的挑战。他带领团队，通过多方案的探索研究，创新性提出在左岸中上部基础区布设大垫座，其高度达155米、混凝土方量约55万立方米，就像给大坝穿了一只靴子。垫座增强了拱坝基础的整体性并将拱端推力扩散传至地基，避免了基础产生不均匀不协调变形。

为了确保大坝基础固若金汤，在垫座以里还布设了3层传力洞式结构和大范围固结灌浆等基础处理措施。针对坝址地形地质的不对称性，通过坝体几何刚度的空间调配，研究提出的实施方案，确保了大坝在各种工况作用下均能满足应力与稳定的控制要求，大坝安全可靠。实现了世界最大规模、地质最复杂的拱坝与基础处理的成功建设。

突破关键技术是工程建设的核心。大岗山拱坝的地震设防烈度高，坝址基岩设计水平峰值加速度值为世界高坝最大。如此高标准的抗震设防要求，大坝如何才能扛住？他带领团队通过大量专题研究论证，最终提出了特高拱坝结构抗裂和工程抗震措施体系，为高地震烈度地区高坝建设探索出重要成果。2022年，泸定突发6.8级地震，距震中仅21公里的大岗山正常发电。王仁坤率领团队完成的300米级特高拱坝安全控制关键技术获得国家科技进步二等奖。

从二滩到溪洛渡，再到锦屏一级、大岗山，王仁坤一路攻坚克难，引领世界筑坝技术。锦屏一级工程创造了多项世界第一，与溪洛渡水电站作为中国水电引领全球的里程碑工程，均获得工程界诺贝尔奖——菲迪克杰出工程奖，代表又一座“水电珠峰”。

有标准才有话语权。工程规模和技术的不断突破，对适用于坝高200米以内的原规范进行修编，显得刻不容缓。王仁坤带领团队，在系统总结吸收新理论、新方法、新结构、新材料、新工艺的基础上，主持修编完成了具有中国特色的拱坝设计新标准和水电站地下厂房设计规范，将科学引领国内后续高拱坝建设，还对中国水电“走出去”、成为又一“中国名片”起到重要作用。

回望来时路，王仁坤在四川达州大山中长大，上大学时第一次坐火车，沿途的一切都那么新鲜。小时候，家里生活贫寒，王仁坤每天看着天色估摸着上学时间。“总是急急忙忙吃完饭，然后就往学校跑。”小学时离家一两公里，到初中时四五公里，再到高中时更远些，王仁坤就这样奔跑着，一直跑到大江大河的岸边。

父亲曾参加农村几处小型水库的建设，希望儿子上大学后能成为一名工程师。1979年，王仁坤考上了河海大学水利专业。本科期间实习，在安徽六安佛子岭水库，王仁坤第一次看到真正的水电站，内心澎湃，浮想联翩。那时他已经明确“将来就要搞水电了”，也坦言那时确实幻想过自己设计的水电站会长什么样，“但无论如何都不可能想到溪洛渡、锦屏一级”。然而，时代已经将一幅波澜壮阔的水电项目画卷，悄然铺展到这个一路奔跑的水利人面前。

从事水电工程设计和研究38年来，王仁坤先后获4项国家科技进步二等奖、22项省部级科技进步一等奖、21项省部级优秀工程设计一等奖和数十项发明专利。还先后获得全国工程勘察设计大师、新世纪百千万人才工程国家级人选、中央企业优秀共产党员、全国五一劳动奖章、首届中国大坝杰出工程师等荣誉。他将荣誉归于集体和时代，却把责任扛在肩上。他爱水电工程，成就却早已超过工程本身；始于设计，成果却早已超越设计。

王仁坤已年过六旬，在野外勘查时，他总是走在最前面，山路陡峭，难免磕磕绊绊，却依旧走得又稳又快，沿途仔细查看、记录，一天下来仍是兴致勃勃、精力充沛，连团队的年轻人都自叹不如。王仁坤哈哈笑着说，可能与自己三十多年的野外勘察历练有关，也可能是个人性格原因。“我这个人就是这样的，承诺的事情就一定要认真努力干好。到了现场，就要亲自到达点位，查看情况分析问题。只有这样，才能有真实的认识和收获，为工程问题的解决发挥作用。”他常说“搞水电，入行就是一辈子。不论什么样的工程，都要把设计做到安全可靠、方案最优，这是使命，责无旁贷。”

责任编辑 陈晰