秦顺全, 汉族, 九三学社社员, 1963年7月生, 1987年毕业于西南交通大学。2003年获第六届詹天佑铁道科学技术成就奖, 2004年享受国务院特殊津贴, 2006年被评为全国杰出专业技术人才, 第十、 十一、 十二届全国人大代表,2009年当选中国工程院院士, 2013年当选全国人大常委, 2017年当选九三学社湖北省主任委员, 2018年当选湖北省政协副主席。
1963年, 秦顺全出生并成长于四川绵竹。他家虽在平原, 但四川大部分地貌复杂, 山脉连绵, 江河纵横。童年时期的秦顺全, 经常能见到山民出行或徒手爬岩, 或溜索过江, 为了把活猪运回家, 过河时双人扁担抬的场景。
那时候, 他是多么渴望家乡能有一座大桥—让乡亲们在面对悬崖绝壁时, 可以借助它横跨天堑; 在面临急流险滩时, 可以通过它到达彼岸, 从此 “天堑变通途, 蜀道不再难” 。从那时起, 一颗“大桥梦” 种子, 悄悄埋在秦顺全心底深处, 并逐渐生根发芽。
小荷露尖角 大桥展雄姿
“如果你想翱翔蓝天, 就要跟雄鹰一起飞翔; 如果你想驰骋大地, 必须与骏马一起奔驰。 ” 这是秦顺全最喜欢的一句谚语。
在靠近武汉长江大桥之处, 有一片约234亩的区域。这里曾是武汉长江大桥建设者们的驻地大本营, 是中国现代桥梁的发源地, 汇聚着新中国成立以来我国 “最会建桥的人” 。这片区域叫 “建桥新村” , 秦顺全曾经的宿舍就在这里。在这里, 让他最感欣慰的是, 自己能尽情与高飞的雄鹰, 以及驰骋的骏马们, 一起遨游在桥梁的世界里。刚入职, 秦顺全便被安排参与钱塘江二桥设计。
钱塘江!对于新中国成立后成长起来的桥梁工程师, 只要看到钱塘江, 就一定会联想到茅以升和钱塘江大桥。这可是秦顺全追逐的 “大桥梦” 里一座不可动摇的精神丰碑。
受限于过去的计算手段, 国内对箱型截面连续梁的计算分析, 仅停留在纵向受力分析上, 还未曾对桥面横向偏载产生的扭矩对梁部结构的影响进行详细计算。时任大桥勘测设计院设计室主任朱华民, 知道秦顺全在学校的研究方向是 “箱梁扭转计算” 后, 便安排他依托钱塘江二桥, 进行箱梁扭转计算分析, 并编写相关应用程序。
很快, 秦顺全结合钱塘江二桥设计完成了 “箱梁扭转计算程序” , 解决了约束扭转应力的计算问题, 并成功运用于工程设计中。然而, 随着钱塘江二桥设计的深入, 又一个更加有挑战性的问题出现在他面前—箱梁的剪滞效应问题。当时, 国内桥梁工程界对这种 “剪滞效应” 多停留在实验和分析上, 基本没有运用于工程设计中, 导致设计优化受影响, 使局部构件过于保守, 又偏于不安全。
秦顺全和团队利用当时最新的有限元空间结构分析程序, 对剪滞效应进行仔细研究, 找出了其中的规律、 确定了纵向力计算的剪滞系数, 把在学校所学知识和生产实践结合起来, 最终完善了连续梁的计算和设计。
20世纪80年代末, 钱塘江二桥设计后期, 正值我国桥梁建设蓬勃发展之初。大跨度、 新桥型被提到了议事日程。由于经济建设的需要, 各项工程设计、 施工周期都必须缩短时间, 这意味着设计手段和施工手段都必须要有飞跃式创新发展, 才能满足新形势新要求。
就在此时, 武汉长江二桥被提上建设日程。这是当时我国最大跨度的混凝土斜拉桥。由于长江武汉段河道宽阔繁忙, 地质结构复杂, 而工期却只有4年时间。在传统的斜拉桥施工中, 均采用来自德国人发明的 “倒拆法” , 这是一种安全但保守的斜拉桥安装方法, 其主要问题一是安装计算工作量大, 二是安装过程中各施工工序不能并行作业。这极大制约了施工周期, 也与我国如火如荼的经济建设速度不相匹配。
因此, 与传统设计施工方法相比, 能否在设计中减少计算工作量, 又能否同时在施工中将部分工序并行, 且不影响桥梁的结构受力, 成为该项工程能否按期完成的关键。然而, 当时这项设计方案, 在国内既无参考案例, 亦无计算程序, 一切都得从零开始。
就在此时, 秦顺全进入了领导视“。接了军令状, 秦顺全不敢有一丝懈怠, 立即和团队广泛查阅资料, 向经验丰富的专家、 同事取经。直到有一天, 他在与专攻钢梁设计的同事聊起钢梁安装时, 灵感闪现: 同钢梁制造到安装的过程一样, 不管是什么构件只要把构件零应力时的状态 (主要是长度和曲率) 控制好, 在安装时不管是什么状态, 都不影响结构工作状态及受力状态。就像自行车钢圈一样, 修车师傅为将钢圈调圆, 旋紧连着钢丝的螺帽, 一圈又一圈来回调, 直到每根钢丝都紧了, 就调圆了……如果在每根钢丝上做一个长度的记号, 按照长度一根根拉上去, 最后是不是也就是圆的呢?
这其实便是后来的 “无应力状态控制法” 创新思路。但是, 要把这种思路上升到理论, 并运用于斜拉桥施工控制, 这仅仅是一个开始。激动万分的秦顺全,在办公室整整待了三天三夜, 推理、 演绎、 调试程序, 分析现有斜拉桥的安装计算方法, 确认思路的正确可行……一遍又一遍尝试, 一次又一次的推倒重来。最终认定可以采用部分预应力原则进行斜拉桥梁主梁设计, 创建了无应力索长计算方法控制软件系统, 为武汉长江二桥顺利建成通车作出了重大贡献。
多年以后, 秦顺全和团队潜心总结,将无应力状态法加以总结并上升到理论, 出版了专著 《无应力状态施工控制方法》 , 首次从理论上 “揪” 出桥梁构件单元的无应力状态量这一关键点, 使得各个工序互不干扰。这种创新大大减少了投资、 节省了工期、 简化了施工, 推动中国斜拉桥建造技术走向世界领先。
1996年, 武汉长江二桥建成后, 秦顺全被任命为中铁大桥勘测设计院总工程师, 全面主持设计技术管理工作。
那一年, 他33岁。
追逐 “大桥梦” 创新不止步
在追逐 “大桥梦” 路上, 从 “有没有”到 “好不好” , 好到什么程度, 秦顺全步履不止。
20世纪90年代末, 我国东南沿海地区开始筹建多座跨海大桥。杭州湾跨海大桥、 上海东海大桥等几乎在同一时间段进入研究和设计阶段。那时候, 国内在建设跨海大桥经验方面, 基本一片空白。特别是机械设备, 存在着极大的能力不足。同时, 对于施工建设者, 还面临着台风大, 海上施工作业时间难等困扰。
秦顺全和他的团队一致确定对策为: 大跨度、 工厂预制、 整体吊装。凭着对我国沿海气候和地理条件的超前研究, 秦顺全率领专家小组提出 “海上长桥整孔箱梁运架技术及装备” 新方案, 即在海上找一个岛, 在岛上构建一个3000吨左右的大的整体结构, 用大型设备把它运过来再架到桥上。这项技术荣获2005年度国家科技进步二等奖, 成功解决了跨海大桥施工中的一系列关键难题, 极大提升了我国跨海桥梁建造的技术水平。后来还被广泛应用到舟山群岛连岛工程、 沪崇苏越江通道、 青岛黄海大桥等跨海大桥运用的建设中。
之后, 秦顺全主持设计建造的武汉天兴洲公铁两用长江大桥和南京大胜关长江大桥, 分别于2010年和2012年获得美国国际桥梁大会 (IBC) 的最高奖项—乔治 · 理查德森大奖。其中, 应用于武汉天兴洲公铁两用长江大桥的 “三索面三主桁公铁两用斜拉桥建造技术” , 成功化解了桥面宽、 荷载重、 列车运行速度高等一系列技术难题, 获国家科技进步一等奖, 标志着中国从 “桥梁大国” 迈向了 “桥梁强国” 。
2017年下半年, 秦顺全又带领团队转战一座再次刷新世界纪录的大桥—常泰长江大桥。该桥主航道主跨 1176米, 连接常州与泰兴两市, 是世界上首座集高速公路、 城际铁路、 一级公路为一体的过江通道。
虽说, 目前我国长江上的大桥已有160余座, 但这一座长江大桥的建造难度和创新程度, 史无前例。为更好解决通航要求、 交通需求多样、 通道资源稀缺、两岸土地资源紧张等矛盾, 作为常泰长江大桥总设计师, 秦顺全坚持以 “满足人民美好生活需要” 为导向, 采用6车道高速公路、 双线城际铁路、 4车道普通公路三种交通形式合并过江、 下层桥面公路与铁路非对称布置的设计方案。设想很好, 理论也没问题, 但把蓝图变为现实,谈何容易!荷载超大、 跨径超大, 铁路还是偏在一边的, 常泰长江大桥成为了名副其实的 “偏心桥” , 这成了设计最大的难点, 也是建造时最复杂的关键点。
不惧怕失败, 敢于接受挑战, 这是秦顺全的品质。在日常的潜移默化中,秦顺全也把这种品质融进了他的团队。大桥主航道桥上部结构负责人苑仁安, 作为秦顺全团队核心成员之一,常泰长江大桥是他博士毕业后参与建设的第一座大桥。但受秦顺全影响, 他也始终坚信,“作为科技工作者, 唯有正视困难, 不畏艰险, 化被动为主动, 以科技创新的手段迎接挑战, 不断化解难题, 方能守正出新。 ”
针对大桥难点, 秦顺全团队相继开展了关键参数、 支撑性、 关键技术三大类课题; 通过引入新结构、 新材料、 新设备、新工艺等手段, 对桥梁方案进行了一系列创新性设计, 实现 “四个世界首创, 六个世界之最” , 发表论文20余篇, 申请发明专利10余项。2019年, 大桥正式开工建设。主墩基础采用首创的 “台阶型减冲刷减自重” 沉井结构, 底面积约足球场大小, 下沉需要穿越总厚度接近20米的粉质黏土层, 难度非常大。秦顺全团队研制了新型下沉取土装备, 提出了下沉控制理论, 开发了下沉智能控制系统。仅用1年时间顺利完成主墩沉井施工。
2022年3月, 大桥南主塔下横梁首个 “L” 形区域顺利浇筑完成, 标志着常泰长江大桥主塔下横梁浇筑施工全面展开。根据既定计划, 常泰长江大桥将于今年内完成 “世界第一高” 352米的主塔封顶, 2024年全桥合龙, 2025年初顺利通车。而此时两鬓斑白的秦顺全, 却早已把目光望向了大海更深更远处……