知道冷予冰博士是2019年下半年在上海市建筑科學研究院有限公司召開的一次啟明星座談會上，主持座談會的時任建科院副總工程師許清風博士給我一一介紹了與會的8位星友，隨后的座談中許清風和冷予冰都提到的工程竹建筑是那次座談會上讓我記住的幾個話題。會后許總還贈我一本剛出版的《中國現(xiàn)代竹建筑》，該書印制精美，內(nèi)容涉及竹資源和建筑用竹的種類特點、不同竹建筑的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、相應的標準體系，并配發(fā)了竹建筑應用的典型案例，最后一章討論了中國現(xiàn)代竹建筑產(chǎn)業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)。這本書讓我記住了竹建筑，也記住了該書幾位作者中的許清風和冷予冰的名字。2021年上半年為紀念啟明星計劃實施30周年，啟明星協(xié)會擬出版一本啟明星科普文集。在物色選題和作者人選時，既體現(xiàn)中國傳統(tǒng)文化特色又融入更多現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展元素的竹建筑自然成為選題。我通過郵件與冷予冰聯(lián)系約稿，她很快回復，說她剛生完孩子由產(chǎn)院回到家，但她很愿意承擔這一撰稿任務(wù)，她也在約定時間里發(fā)來了圖文并茂的文稿。1988年出生的冷予冰眼下正是做事的最好年華，為人母后，她更自信更沉穩(wěn)。由于雙方父母都還在工作，如今18個月的兒子出生后一直是他們自己帶，冷予冰產(chǎn)后5個月不到就上班了，如今每天基本上回到家已是晚上8點后，盡管很累，但她說回到家看到兒子一切疲憊都置之腦后了。前不久聽說《中國現(xiàn)代竹建筑》已在2022年上半年由清華大學出版社和施普林格（Springer）出版社聯(lián)合推出英文版。這些因素促成了本期“今日啟明星”專欄對冷予冰的采訪。

全國大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽勇奪一等獎

冷予冰出生于安徽黃山一個風景優(yōu)美的小城市，老家就在古城屯溪老街，予冰說她從小就生活在生態(tài)建筑之鄉(xiāng)，周邊大都為典型的徽派建筑村落。她稍大一點后就和同學結(jié)伴去宏村、西遞這些古村落游玩，看過不少傳統(tǒng)的民居建筑。“我上高中那會每天騎30分鐘自行車沿著屯溪老街穿過老大橋到學校，這條路的一邊是屯溪老街，一邊是新安江。現(xiàn)在想想那種感覺特別好。”予冰是家中獨女，父親是醫(yī)生，母親在建筑行業(yè)工作。高考填志愿時爸爸特別愿意她學醫(yī)，媽媽只是隨她，愛學什么就學什么?；蛟S因為從小浸淫于古村落建筑文化，數(shù)理基礎(chǔ)很好的她就想報考建筑專業(yè)，但因不擅繪畫，因此選了與建筑密切相關(guān)的土木專業(yè)。2006年高考，分數(shù)很高的她以第一志愿填報了上海交大船舶海洋與建筑工程學院土木專業(yè)。

回溯上海交大本科四年，予冰坦陳前兩年學得比較難，但自己愿意花時間，成績在班級是居前的。大三時她有機會參加了全國大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，這是國內(nèi)土木工程專業(yè)最具影響力的大學生科技創(chuàng)新活動賽事，是教育部確定的全國九大大學生學科競賽之一。參賽學生通常以小組為單位申報，提交的設(shè)計作品在校內(nèi)先打擂臺，拿到學校第一名者才能代表學校參加全國賽。最終冷予冰三人小組代表交大參加了2009年在同濟大學舉辦的第三屆全國大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽并獲得一等獎?！爱斈甑膮①愖髌肥怯帽∧酒O(shè)計搭建一個風力發(fā)電塔，要設(shè)計一個風力發(fā)電塔基座和風機葉片，在鼓風機風力作用下葉片轉(zhuǎn)動發(fā)電，綜合考慮模型重量、發(fā)電電壓以及外形等計算得分?！崩溆璞〗M花了近三個月時間，從第一個模型開始不停地優(yōu)化，用木片膠合成基座和葉片的形狀是關(guān)鍵，在能承受一定載荷的前提下要求基座構(gòu)件的截面越小、越輕越好。說起當時情景，予冰記憶猶新：“我們用一臺鼓風機去吹基座上的葉片（葉片也是薄木片做的），葉片連著電容器可以發(fā)電，轉(zhuǎn)得越快發(fā)電量越高。葉片的形狀也是設(shè)計的內(nèi)容。當時那道題目我們花了三個月時間在指導老師宋曉冰的幫助下不斷優(yōu)化，這是命題作文，白天上課，晚上就琢磨這個事。”予冰說了當時印象特別深的一件事：正式比賽場地是一個較開放的空間，學校提供他們的場地是室內(nèi)環(huán)境，兩者的風場不同。為了能更準確地模擬開放空間的風場，當時想到的辦法是把窗戶拆了，以接近室外開放環(huán)境。12月的夜晚開著鼓風機吹很冷，盡管瑟瑟發(fā)抖，但不論多晚，宋曉冰老師每天都陪伴參賽團隊一起不斷地試驗、改進，或突發(fā)奇想或精雕細琢，看到發(fā)電值在上升大家就覺得要繼續(xù)堅持，宋老師的鼓勵、指導讓大家深受鼓舞。最終我們順利奪得了全國賽的一等獎。整個參賽過程予冰學習到了怎么考慮設(shè)計構(gòu)型、怎么優(yōu)化，對她以后碩博的學習啟發(fā)很大。當時的指導老師宋曉冰后來成為予冰的碩博導師，也是科研道路上的引路人。實際上，予冰的收獲還不止這些，三個月的參賽過程中他們?nèi)私M中的一位隊友后來成了她的先生，成就了一段因賽結(jié)緣的佳話。

第三屆全國大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽比賽現(xiàn)場

木-混凝土組合結(jié)構(gòu)振動臺試驗現(xiàn)場

冷予冰是先念碩士，之后覺得自己真的感興趣才去繼續(xù)讀博。博士課題是想研究了解核電站安全殼在極端荷載如地震、恐怖襲擊等作用下的受力性能。安全殼的主體材料是鋼板混凝土，導師讓她碩士第二年就參與了相關(guān)課題，重點研究鋼板混凝土組合結(jié)構(gòu)的受力機理，這后來就成了她的博士論文題目。予冰說她盡管現(xiàn)在多與竹木建筑打交道，但本質(zhì)還是研究結(jié)構(gòu)受力的安全性問題，所以從碩士開始她的課題方向是相通的：“本科是在一個比較寬泛的范圍內(nèi)學習基礎(chǔ)知識，碩士是在這個基礎(chǔ)上進一步學習解決問題的方法，規(guī)劃做實驗的方案，博士就進一步要去做機理和理論分析。這一路看似越走越窄，其實面對不同問題的求解要求我們要越學越多。不能路越走越窄，邏輯方法應用面應該越來越寬，這也是在宋曉冰老師的指導下同時結(jié)合自己實踐后總結(jié)出來的?！?017年初，予冰的博士論文答辯順利通過并受到好評。求職時，當時在上海建科院工作的陳溪師姐（2015級星友）推薦她來建科院，由于綜合素質(zhì)優(yōu)秀，經(jīng)一輪面試她就非常順利地拿到錄用通知，以博士后身份加入許清風博士帶領(lǐng)的團隊，許博士和上海交大的趙金城教授成為她的博后導師，并商定以木竹結(jié)構(gòu)方向作為博后研究課題。

入職建科院，主攻現(xiàn)代木竹結(jié)構(gòu)

木竹結(jié)構(gòu)研究室是上海建科院1958年成立之初的六個研究室之一，上海建科院在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域也有二十余年的研究經(jīng)驗。但把竹材作為建筑材料，進而到現(xiàn)代竹建筑，并把它作為一個方向，至少在上海建科院是近十年的事。許清風2013年在匹茲堡大學訪學時，美國的哈里斯（Harries）教授正是專攻圓竹結(jié)構(gòu)的力學性能的專家，同時致力于國際標準的研究和制定。許博士當時就想到美國的竹材資源其實不及中國。我國的竹材資源位居全球首位，而且有千年的竹文化傳統(tǒng)，在發(fā)展綠色建筑的背景下，在我國推廣現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑大有可為。許博士回國后就在建科集團的大力支持下開展了工程竹結(jié)構(gòu)的研究工作，而他本人此后的幾年里一直傾力于工程竹結(jié)構(gòu)這件事。其實，竹材、竹建筑的需求不斷，而且勢頭越來越大。但是許博士和2017年加盟團隊的冷予冰等都清楚竹材用到建筑上是缺標準的，缺標準意味著如果要用到建筑上就沒有辦法做設(shè)計，后續(xù)的驗收、維護都沒有標準可依，就很難大范圍推廣。我國作為擁有全球最豐富竹林資源和最深厚竹文化底蘊的國家，因為沒有竹建筑的適用標準，竹材料進不了建筑業(yè)大市場。這是當時橫亙在冷予冰和團隊成員面前的難題。

冷予冰一進建科院就參與了工程竹結(jié)構(gòu)課題，5年時間里從工程竹材料開始到構(gòu)件、節(jié)點等具體問題都要逐一應對。研發(fā)團隊這幾年主要精力是花在工程竹結(jié)構(gòu)必須面對的三大關(guān)鍵問題上：耐久、防火和抗震。這幾個問題不解決的話就會大大影響工程竹建筑的安全性。予冰也是由這個需求出發(fā)申請了啟明星課題——工程竹結(jié)構(gòu)耐久性機理和提升關(guān)鍵技術(shù)研究。這幾年里，在耐久、防火、抗震等難題持續(xù)研究的同時，團隊以予冰為主持續(xù)推進工程竹結(jié)構(gòu)系列標準的制定工作。予冰介紹說，他們用了5年時間編制標準，在2022年6月發(fā)布了工程竹結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程竹結(jié)構(gòu)施工及質(zhì)量驗收、工程竹結(jié)構(gòu)檢驗三個標準，涵蓋了工程竹建筑從選材到設(shè)計、施工、驗收、維護、檢測的全生命周期，填補了國內(nèi)外空白，為我國建筑業(yè)低碳發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。這樣設(shè)計、施工、監(jiān)理、第三方檢測檢驗機構(gòu)等應用方拿到這三本標準就可以直接使用。“我們正在國際標準化組織（ISO）的主持下，申請主編一本有關(guān)工程竹結(jié)構(gòu)設(shè)計的國際標準，這樣就能服務(wù)于所有有需求的國家，為我國的標準國際化貢獻力量。”

冷予冰的啟明星課題是支持她研究工程竹結(jié)構(gòu)的耐久性，解決工程竹結(jié)構(gòu)建筑在長期應用中的一些耐久性劣化問題。所謂長期一般是指50年，但問題在于短期內(nèi)要做這件事，根本拿不出50年的數(shù)據(jù)，甚至5年都很難。由此，冷予冰在想50年數(shù)據(jù)無法提供，是否可以采取人為加速的方法去探究工程竹材的耐久性劣化機理（劣化是指材料的物理、力學性能的退化），這是冷予冰的啟明星課題的研究重點之一。但做這件事還是有一個問題回避不了，就是人工加速老化方法能不能真實地反映50年的自然變化？也因此冷予冰還做了一件事：制作81根足尺的工程竹以及膠合木梁（每根長3.6米，截面為100毫米X190毫米，包括膠合竹梁、重組竹梁、膠合木梁）來驗證其自然老化的過程?！熬褪钦娴娜タ?0年的自然變化。我們把這81根梁放在實驗室的屋頂，讓它們經(jīng)受日曬、風吹、雨淋等復雜的自然環(huán)境。目前已放了3年多了。我會定期爬梯上到屋頂觀測拍照。先完成短期靜載作為對比，然后第1年取9根，第2年取另外9根，第3年再9根，接下來是第5年、第10年、第20年、第30年、第50年各做一次測試?！彼^測試，冷予冰告知是把這些自然老化后的工程竹梁一根根從屋頂取下拿到試驗機上，布設(shè)應變片和位移計進行加載直至破壞，看其承載力和剛度的退化程度。一般來講前三年相對好一點，后期會涉及蟲蛀、開裂、腐朽等問題。“到我30年后退休時不知道會發(fā)生什么情況？有沒有人會去做這么長周期的事。這個由啟明星計劃引出的有意思、有意義的課題，也是我想做的一件比較有意思的事?！?/p>

團隊成員在工程竹以及膠合木梁的室外自然老化試驗現(xiàn)場合影

冷予冰說起的這個50年周期的課題及其來龍去脈，引起我的興趣和感慨。興趣在于我也很想知道這些工程竹梁歷經(jīng)50年自然環(huán)境后會出現(xiàn)什么變化？這些變化會影響其使用嗎？感慨在于，冷予冰星友在已經(jīng)順利結(jié)題、完成任務(wù)后，居然還愿意花時間、花精力去驗證工程竹結(jié)構(gòu)的耐久性和長期安全性這件事，而且要花50年的時間！這可是跨越一個人人生長度的大部分時間?。〔稍L到此，我對眼前這位對自然和未知仍抱有強烈興趣、愿意長期堅持做一件事的星友更生出一份敬意，好樣的！

為臨港3萬產(chǎn)業(yè)工人支起安全廂

廂式鋼結(jié)構(gòu)抗風性能試驗現(xiàn)場

予冰說其實她2022年還做了一件比較有挑戰(zhàn)的事。東南沿海是受臺風影響最嚴重的地區(qū)之一，靠海的臨港滴水湖空曠地帶受臺風影響很大，臺風一來最受影響的是那里的產(chǎn)業(yè)工人，這些工人目前主要住在工地上集中建造的廂式鋼結(jié)構(gòu)中，臺風一來大批工人只能轉(zhuǎn)移到附近一些場館，每次轉(zhuǎn)移的人力、物力、資金成本都很高，現(xiàn)在又增加了防疫安全問題。目前有一個急迫的需求是需要通過試驗、分析，為廂式鋼結(jié)構(gòu)的整體抗風性能評估提供依據(jù)。這是一個非?，F(xiàn)實的問題，也是一個挑戰(zhàn)。目前居住在這樣的廂式鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)工人有2萬多，根據(jù)測算到年底最高峰時將達近10萬人。受命負責這項工作的冷予冰和項目組同事先進行風洞實驗，然后做了足尺廂式鋼結(jié)構(gòu)包括圍護結(jié)構(gòu)的力學性能試驗，同時他們到臨港項目現(xiàn)場做了大量的調(diào)研，結(jié)合數(shù)值模擬分析對其抗風性能做出評價。我好奇集裝箱這樣體量的物體怎么做風洞實驗。予冰解釋他們是使用縮比模型做的風洞模型實驗，探測風壓的分布及各個方向的受力情況，然后按照等效原則將風荷載換算成相應比例的集中荷載去做足尺結(jié)構(gòu)的力學性能試驗，利用作動器模擬臺風的等效水平荷載，得出抗風性能測試結(jié)果。我去訪問的一周多前予冰他們剛完成風洞試驗，接下來馬上要做足尺的結(jié)構(gòu)力學性能試驗。“如能在這樣的荷載下不受損，就表示它能承受相應的風力。這就是用數(shù)據(jù)來說話?！鳖愃婆R港這樣臨危受命的工程上有需求的活對他們來說并不鮮見，因為這些需求背后都是城市安全問題，是相通的。

冷予冰很年輕，她獲得啟明星計劃時只有31歲，而她進入建科院從事工程竹結(jié)構(gòu)研究也只有5年時間，但她依靠兢兢業(yè)業(yè)做事和敢于迎接挑戰(zhàn)的進取心贏得了廣泛認可，《中國現(xiàn)代竹建筑》中英文版的出版也是一種激勵。當然這些很大程度上得益于她所在的建科院團隊的集體力量，更得益于可持續(xù)發(fā)展、綠色低碳發(fā)展的理念越來越成為人類發(fā)展的共識。但是，還必須看到要使工程竹建筑真正躋身于主流建筑市場還有很長的路要走，還有許多瓶頸需要突破。但有了建科院冷予冰星友為代表的青年專家的推動和持續(xù)努力，現(xiàn)代竹建筑一定會在中國扎根，竹居文化也會時興起來。到那時，一定會有更多人為中國竹建筑喝彩，為冷予冰博士的持續(xù)努力和規(guī)劃的50年堅持喝彩！

江世亮采寫于2022年10月21日