文圖/葉青

中國工程院院士、廣州大學(xué)教授周福霖：為老百姓建造大地震時確保安全的房屋

文圖/葉青

周福霖院士

距1976年唐山大地震，今年剛好40周年。

被譽為中國抗震的權(quán)威、現(xiàn)代“張衡”的周福霖院士，是國內(nèi)知名的工程結(jié)構(gòu)與工程抗震減災(zāi)專家，今年雖已76歲，但他仍繼續(xù)奔波在抗震第一線。對他來說，這40年是極其不平凡的。

“沒想到一次考察完全改變了自己的人生軌道。”憶起40年前，周福霖院士如是說道，“唐山大地震讓我轉(zhuǎn)到隔減震技術(shù)研究上，盡管此路走得艱辛，但我堅定不移、專心致志，一定要為老百姓建造大地震時確保安全的房屋。這成為我40年來為之奮斗不止的事業(yè)，成為我畢生的追求”。

周福霖院士說，2011年我當(dāng)選“國際隔震減震學(xué)會”主席時，我的外國導(dǎo)師稱我是他“最偉大的學(xué)生”，我回答：“因為我是中國人”。我感受到作為一個中國人的自豪。我體會到，一輩子做成一件事情不容易，要有鍥而不舍、水滴石穿的毅力去堅持。但能做成一件事情，這一輩子也就值了。

“一次考察改變了人生軌道”

1976年7月28日凌晨，一場7.8級強震突襲唐山，一夜之間，整個城市幾乎被夷為平地。地震過后第三天，時任機械部第四設(shè)計院青年工程師的周福霖接到通知，立刻前赴地震災(zāi)區(qū)調(diào)查災(zāi)情。

“說實在話，當(dāng)時聽說唐山地震死傷無數(shù)，我心里也很害怕，但必須去，心里壓力很大?！备鎰e才出生3個月的女兒，周福霖院士跟隨中央赴災(zāi)區(qū)的調(diào)查團奔赴災(zāi)區(qū)。

唐山大地震的慘狀大大超出周福霖院士的預(yù)想?！罢鞘袔缀醭闪藦U墟，無路可走，只能在尸體間穿行。老百姓沒水喝、沒飯吃，每天靠空投饅頭為生，每人每天只分到一碗水。我一星期都沒得洗頭，很癢，但也只能抓一抓解決了事，一個月后習(xí)慣了，也不覺得癢。3個月后結(jié)束調(diào)查任務(wù)回到北京，我連續(xù)洗澡洗了2、3個星期。”雖然事情已過去了40年，回憶起來，周福霖院士的心情依然沉重。

為了開展震害調(diào)查，周福霖院士跑遍整個災(zāi)區(qū)，為所有倒塌房屋拍照，邊拍邊記錄。有一次，為了拍攝一棟建筑物受破壞的照片，他爬到一殘缺的3層樓房上面，突然發(fā)生余震?！拔蚁胩聛?，可下面滿是磚頭。情急之中只好緊緊抱住一根柱子，好在余震很快過去?！彼偹憧恐@根柱子保住了自己的性命。經(jīng)歷過死亡，周福霖院士的心靈深處受到深深的震撼。

整個大唐山，唯有兩棟4層高的磚結(jié)構(gòu)民宅沒有倒塌，這引起了周福霖院士的注意。他發(fā)現(xiàn)，這兩棟按北方房屋風(fēng)格建造的民宅沿著地基以下的油氈防潮層滑動了40多公分。僅靠一層柔軟的防水油毛氈就挽救了樓里的400多人，且樓房毫發(fā)無損。周福霖院士靈機一動，心里想著：假如房子能滑動，地震中是不是就能避免災(zāi)難性的破壞？

思想火花一迸出，隨即種下種子?！皼]想到一次考察完全改變了自己的人生軌道，其時我并不是從事地震研究的?！?在唐山目睹了空前慘烈的地震災(zāi)難和災(zāi)區(qū)人民的痛苦，讓周福霖院士開始思考自己。他說，特別是當(dāng)災(zāi)民們責(zé)問我們：為什么地震到來之前沒有一點消息？為什么地震一來房屋都倒塌？你們這些工程師到底是干什么的？

“作為一名建筑工程師，我感到一種使命在呼喚：一定要為老百姓建造大地震時確保安全的房屋。這成為我之后40年來為之奮斗不止的事業(yè)，成為我畢生的追求?！痹?015年度廣東科技獎突出貢獻獎頒獎現(xiàn)場，周福霖院士的獲獎感言如是說道。

提出“以柔克剛”抗震新理念

從唐山回京后，周福霖院士的心情久久無法平靜。他的眼前常浮現(xiàn)唐山大地震的慘狀，常想起唐山老百姓的質(zhì)問。強烈的責(zé)任感驅(qū)使他走上尋找房屋隔震減震的研究之路，但此路布滿荊棘。

1977年，在全國抗震工作會議上，周福霖院士在國內(nèi)率先提出“結(jié)構(gòu)消能減震”的理論構(gòu)思?！巴ㄟ^房屋滑動或者房屋里某些柔軟的東西消耗掉能量，以減少房屋倒塌的危險性。前者叫隔震，后者叫減震。傳統(tǒng)抗震技術(shù)是房屋越強越好，柱子越粗越好，以硬抗硬，而隔震減震技術(shù)恰恰相反，它把建筑物的底下做成柔性的橡膠支座，主張越柔越好，以柔克剛?！?但由于他提出的新抗震理念，即使在國外，用在房屋領(lǐng)域的時間也不長，因此受到學(xué)術(shù)界部分人的質(zhì)疑甚至反對。

堅持還是放棄？周福霖院士毫不猶豫選擇了前者。1981年，他公派前往加拿大攻讀抗震專業(yè)，師從國際工程抗震研究界赫赫有名的教授、國際地震工程學(xué)會主席。

來到這里，周福霖院士的研究對象剛好就是他最初的理念設(shè)想。他和導(dǎo)師一起做了一個隔震房屋地震震動臺模擬試驗，完成世界上首次隔震試驗。該試驗把四層樓的房屋模型放在震動臺上，下面做一層隔震層。輸入地震波，發(fā)現(xiàn)不隔震的房屋劇烈搖晃，遇強震就被破壞，隔震的房屋卻能承受9級或更大的地震。周福霖院士大受鼓舞。此后他承擔(dān)了加拿大聯(lián)邦科學(xué)基金項目“結(jié)構(gòu)隔震與消能減震控制”的研究工作，先后完成了多種抗震減震結(jié)構(gòu)構(gòu)件低周疲勞破壞試驗、大比例隔震結(jié)構(gòu)模型振動臺試驗、新型抗震減震結(jié)構(gòu)體系實驗等多項研究，后來集合成“房屋隔震消能新技術(shù)”理論。在此基礎(chǔ)上，他又創(chuàng)立了“房屋減震控制新體系”，包括房屋減震新概念、新理論和新設(shè)計方法。

1988年，在日本東京召開的第九屆世界地震工作會議上，周福霖院士公開提出該理論體系和研究方法，引起了與會學(xué)者的廣泛關(guān)注。

1997年，我國著名地震工程研究專家、中國科學(xué)院院士胡聿賢在為周福霖院士專著所作的序言里評價說：“近20年來，周福霖院士孜孜不倦、鍥而不舍地為創(chuàng)立、完善和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)減震控制這個嶄新的結(jié)構(gòu)領(lǐng)域進行了開創(chuàng)性的工作，為創(chuàng)立和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)減震控制新體系、新理論和新技術(shù)做出了杰出的貢獻。如此系統(tǒng)性地研究應(yīng)用這一新技術(shù)，在我國為第一人。”

廣州塔、港珠澳大橋橋墩等模型

“世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個里程碑”

帶著為老百姓建造大地震時確保安全房屋的樸素想法，1983年，周福霖院士學(xué)成歸來，希望推廣“多層房屋隔震”新技術(shù)。

“我當(dāng)時很想在我國做一個隔震點，正琢磨從哪找突破點呢。恰好聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織找到我，希望我在中國建一棟真正的隔震住宅房，然后向第三世界推廣?！逼鋾r周福霖院士的工作已調(diào)到廣東，他的想法也得到省科技廳的大力支持。

1989年，周福霖院士在家鄉(xiāng)汕頭主持設(shè)計一棟采用隔震技術(shù)的樓房。1993年，建成我國第一棟橡膠支座的8層隔震住宅，這是當(dāng)年世界最高最大的隔震住宅樓。

次年，臺灣海峽發(fā)生一次7.3級地震，地震波及臨近的汕頭地區(qū)。同建的另一棟傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生劇烈晃動，三樓住戶看到金魚缸在搖晃，而住在隔震房屋里面的住戶卻毫無震感，沒有任何損壞，這下隔震樓“火”了。開發(fā)商特別開心，擔(dān)心賣不出去的房屋一下子被搶光了，開發(fā)商自己也買了3套。

1994年，聯(lián)合國工發(fā)組織在汕頭隔震建筑現(xiàn)場召開了有18個國家、120名專家參加的國際隔震技術(shù)會議，向世界推廣房屋隔震技術(shù)。聯(lián)合國工發(fā)組織評價其為“世界隔震技術(shù)發(fā)展的第三個里程碑”。

從此，隔震技術(shù)開始用于我國及世界各國量大面廣的住宅房屋，開辟了我國防震減災(zāi)的新思路和新技術(shù)。該項創(chuàng)新技術(shù)先后獲得建設(shè)部、廣東省科技進步一等獎，國家科技進步二等獎。

周福霖院士的隔震技術(shù)厲害之處在哪呢？原來他通過在建筑物下方加裝橡膠墊，一層橡膠加一層鋼板，再加一層橡膠，再加鋼板……像“三明治”一樣把建筑物與地面隔離。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，讓建筑物在橡膠支座上處于彈性狀態(tài)，既能隔震又不影響承載力。實驗結(jié)果顯示，采用這一技術(shù)可將地震破壞力減少到1/6-1/8?！斑@是以柔克剛的方法。目前世界上采用隔震技術(shù)的房屋，還沒有一座被震倒。”周福霖院士說。

2013年4月的蘆山地震中，被稱為“樓堅強”的蘆山縣人民醫(yī)院連窗戶玻璃和樓頂招牌都完好好無缺，成為地震中唯一正常運轉(zhuǎn)的醫(yī)院及搶救受傷人員生命的救護中心。周福霖院士說，這主要是因為其門診樓采用了橡膠隔震墊、阻尼器等先進抗震新技術(shù)。

實驗室外擺滿的各種樓層模型 葉青攝

“層間隔震”研究成果已應(yīng)用到多項工程

周福霖院士和他的隔震減震控制與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室（培育基地）藏身于廣州廣園中路248號一個不起眼的地方，實驗室門外擺滿各種建筑模型，“小蠻腰”縮尺鋼架、港珠澳大橋橋墩模型、地鐵隔振裝置實驗……實驗室內(nèi)高達15米高，轟隆作響的地震臺模擬實驗正在進行中，同時進行的還有一項設(shè)計時長為50年的隔震材料老化試驗，15年來，被加壓的橡膠永久變形不到3毫米?！斑@種實驗急不來，2050年我可能已經(jīng)不在了，不過后面接力的研究人員會看到實驗的結(jié)果?！敝芨Ａ卦菏啃χf。

對研究必須一絲不茍，以科學(xué)事實證明，這是周福霖院士的科研準(zhǔn)則。對于老百姓擔(dān)心的隔震層橡膠墊老化疑問，他除了自己做實驗，還在全世界四處尋訪存活超百歲的橡膠生存狀況。

英國倫敦有一房屋隔震房，建于1931年，聽到此消息后，1995年周福霖院士前去拜訪，守房人不肯讓其進入，理由是房屋多年沒有住人，擔(dān)心地下室里不安全，多次溝通才得以進入，通過測量，發(fā)現(xiàn)64年只老化了3毫米；澳大利亞一橋梁，建于1889年，距離1999年周福霖院士去考察已有106年之久，橡膠也只老化了4.6毫米。周福霖院士說，“事實證明，橡膠經(jīng)過100年，老化程度不超過5毫米。為此，我們在橡膠墊外加4毫米保護層，過了200年、500年都不成問題的?！?/p>

從唐山大地震后，周福霖院士開始為萌發(fā)的抗震新想法而實踐之，為了證實該理念的可行性，他進行了大量的調(diào)研。

“我走訪世界各地的古建筑，特別是搜尋地震區(qū)剩存下來的建筑物，發(fā)現(xiàn)一獨特現(xiàn)象。很多古建筑下面地基鋪滿灰沙；廟宇柱子不是直接插在地里，而是放在石墩上，地震來時灰沙、柱子搖擺，通過摩擦達到減震效果?！敝芨Ａ卦菏繌墓糯缫咽褂玫臏p震技術(shù)中得到啟發(fā)，在此基礎(chǔ)上，他提出的“層間隔震”和“三維隔震”新技術(shù)體系的研究成果已成功應(yīng)用于到多項工程中。

幾年前，周福霖院士團隊與港珠澳大橋工程設(shè)計團隊一起，對這座世界上最長的、有地震斷層穿過的跨海大橋，研究采用隔減震技術(shù)，解決抗震設(shè)計難題。經(jīng)過詳細(xì)計算分析，周福霖院士帶領(lǐng)團隊將隔震層設(shè)置在橋墩頂不怕?！敝芨Ａ卦菏空f，經(jīng)過隔震保護的港珠澳大橋，在防震上可以稱得上是“世界上最安全的跨海大橋”。

對于已有的建筑，尤其是學(xué)校和醫(yī)院，又該如何進行防震呢？對此，周福霖院士也有高招。他提出采用后加固方法，即可在首層或采取挖地下室的辦法加裝隔震墊，給老建筑加了一道防震安全鎖。

周福霖院士還把隔震技術(shù)應(yīng)用到文物保護上，他和團隊已為故宮博物院、西安碑林博物館的珍貴文物進行加固保護，在珍貴文物下加裝一層隔震層，這是現(xiàn)代隔震技術(shù)在國內(nèi)文物地震保護中的首次應(yīng)用，“要使我國珍貴文物在特大地震下不倒不壞、完好無損” 。

“讓地震不可怕”

“回憶這40年，我有兩個體會：一是一輩子做成一件事情不容易，要鍥而不舍、石滴水穿的毅力去堅持，要有坐冷板凳的心態(tài)。但能做成一件事情，這一輩子也就值了。二是我們團隊太不容易了，這么多年來，不管外面刮什么風(fēng)，都憑著高度責(zé)任心和良心安心做事?！敝芨Ａ卦菏空f，40年來，從無到有，從有到強，我和我的同事們持之以恒，不懈努力，為把隔震減震技術(shù)在全國、在全世界的推廣應(yīng)用而奮斗，隔震減震技術(shù)也被國內(nèi)外公認(rèn)為40年來地震工程領(lǐng)域的重大創(chuàng)新成果之一。

改革開放浪潮下，大家都忙著畫圖賺錢了。有人勸他放棄抗震減震研究，直接說：“周福霖，別再研究了，賺不到錢的。而且地震也不知道啥時再來，難以產(chǎn)生濟效益的?！?/p>

但周福霖院士堅定不移，他常常想起唐山老百姓的質(zhì)問：地震來了，為何房屋都倒了？唐山地震后，我國也經(jīng)歷了汶川等幾次大地震，每次都是地震一來，房屋都倒了。這更加堅定了他為老百姓構(gòu)建安全房屋的信念。

這一堅持就是40年?，F(xiàn)在，隔震減震技術(shù)不僅用于汶川地震后學(xué)校醫(yī)院和民居重建，也用于廣州塔、港珠澳大橋、核電站、昆明和北京大機場等的建設(shè)。此外，還正針對我國將要大量建設(shè)的近海橋梁、高鐵橋梁、“一帶一路”通過的川滇疆藏地區(qū)跨河橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)的地震破壞機理進行深入試驗研究，并提出了有效解決方案。目前，隔減震技術(shù)已在我國5000多棟房屋和350座橋梁上應(yīng)用。

然而，周福霖院士的愿望遠(yuǎn)不止于此。他希望隔減震技術(shù)能全面得到推廣和應(yīng)用。

“人們沒有更新抗震概念，老百姓不相信加橡膠墊就能抗震，最初甚至有人問在下面加幾個大蜂窩煤（注：橡膠墊形似以前的蜂窩煤）有用嗎？加上設(shè)計規(guī)范和程序等配套標(biāo)準(zhǔn)不完善，造成了推廣難。”不過，讓周福霖院士高興的是，2014年2月，住建部發(fā)通知在全國推廣隔震技術(shù)，云南等省市要求醫(yī)院、學(xué)校、指揮中心和交通樞紐強制使用隔減震技術(shù)。

他說，我國隔減震技術(shù)的各種配套規(guī)范和計算機軟件等科研技術(shù)都已逐步建成，特別隨著人們觀念改變，隔減震技術(shù)造價增加又不大，現(xiàn)在該技術(shù)能順利推廣了。

“因為房屋下面增加了橡膠墊，減小了房屋上面的承受力，因此柱子可減小，從整體來看，并不增加任何費用。假如柱子面積保持不變，采用隔減震技術(shù)的房屋每平方米也只增加150-200元左右?！敝芨Ａ卦菏拷忉尩?。如今，他正在主持編寫我國第一本《建筑隔震設(shè)計規(guī)范》（2014-2015）國家標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計今年年中完成。

明年，廣州大學(xué)城，高達27米、全球最先進的隔震檢測實驗室將落成，擁有新的地震震動臺和各種先進隔減震試驗研究設(shè)備，將建成國內(nèi)外人才聚集、創(chuàng)新技術(shù)合作交流的新平臺。

周福霖院士說，我的理想是讓地震中的建筑物能像停泊在水里的船一樣，飄動幾下又歸于平靜；讓地震像一場暴風(fēng)雨一樣，平凡而不可怕。創(chuàng)新是發(fā)展的靈魂，不斷創(chuàng)新隔震減震技術(shù)，是我這輩子為之奮斗的人生目標(biāo)。我將和我的團隊潛心鉆研，為我國基本建設(shè)和各種工程的有效減震防災(zāi)作出更多貢獻。