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杨庆山:让“鸟巢”“水立方”抗百年大风

2007-07-16 来源:光明日报 作者:本报通讯员向畅 我有话说

29岁获得国家科技进步二等奖,32岁晋升为博士生导师,35岁当上北京交通大学土木建筑工程学院副院长……尽管荣誉等身,但面前的杨庆山保持了作为一名教师的亲切与平实。杨庆山师从我国著名空间结构专家沈世钊院士,专攻建筑领域的前沿课题――大跨结构。2005年,他被聘为2008工程建设指挥部专家。

普通建筑

使用寿命达到50年就符合标准了,而奥运场馆的设计要求是保证使用上百年不出问题!中国建筑设计研究院在设计奥运会主会场“鸟巢”时,需要精确的风振系数和风振反应分析数据,他们立刻想到了杨庆山。由于“鸟巢”的占地面积是25.8万平方米,用钢量高达11万吨,要容纳10万观众,其安全性成为设计施工中考虑最多的问题。

“那么多钢管,没有一根是直的,像‘鸟巢’这样复杂的大跨度钢结构,别说在国内,就是在世界建筑领域也是罕见的,从工艺角度来说难度太大。”杨庆山说。由于结构特殊,进行“风洞实验”数据分析的工作量相当大,涉及大约数万个实验点和数十万个试验单元,杨庆山等人的全部研究工作持续了一年,最终得到了设计单位的好评。

“‘水立方’的主体结构是由一个个不规则多面体连接在一起的,有点儿像一大堆肥皂泡,只不过这些泡是用一种半透明膜材ETFE制成,里面注满空气。在外力作用下这种结构变化非常复杂。膜材表面能承受多大的力,在风、雨、雪等各种自然条件作用下出现形状变化等都是设计施工中必需的参考数据。”杨庆山一边用手比划着,一边滔滔不绝地介绍研究课题。他说,“水立方”属于大跨索薄膜结构,由于薄膜透光性好,可以减少灯光使用量,大大降低场馆运营成本。

这种结构在我国的应用始于1997年上海“八运会”主体育场。“当时从材料、设计到最后施工全是国外的,造价太高。”杨庆山带领着他的团队对薄膜结构进行了10余年探索,取得了一系列创新性理论成果,应邀到韩国、日本讲学,还担任了国际薄壳与空间结构学会(IASS)的Haigai奖评奖委员会委员。

但杨庆山接到这项任务时还是有些担忧。“内外立面膜结构加起来有3000多个气枕,覆盖面积10万平方米,是世界上唯一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。我们只能摸索着干。”施工中,杨庆山经常到现场担任咨询工作。今年3月31日,国家游泳中心比赛大厅内层膜结构顺利封闭完成。

除了要完成繁琐的行政工作,承担20多名研究生的教学指导,杨庆山还身兼多个国内外学术团体的职务,例如国际桥梁与结构学会(IAB-SE)会员、《世界地震工程》编委会委员……学生们却说他对教学和科研抓得很紧。“杨老师真的是以‘校为家’,基本上没有节假日,上班时间比我们还早呢。他的小女儿要见爸爸都得跑到办公室来。”一名研究生说,杨庆山教导学生不要为了眼前利益而去接没有科研价值的工作。为了鼓励学生搞课题,他还自掏腰包借给学生们研究经费。

翻着厚厚一叠关于杨庆山科研成果的介绍,我感到一名科学家最令人敬佩的就是孜孜不倦的探索精神。当谈到他为奥运场馆建设作出的贡献和刚刚获得的茅以升青年科技奖,杨庆山却显得很不好意思。“我只做了一点儿工作,解决了很小的问题,能得奖全是沾了奥运的光。”他说:“现代建筑设计越来越追求造型怪异,而且随着新材料的不断出现,将给科研人员提出更多技术难题,研究要不断深入。”今年,杨庆山的研究小组再次申请到国家自然科学基金,又开始了新的研究课题。

杨庆山简介:北京交通大学土木建筑工程学院副院长,教授、博士生导师,开辟了柔性结构与风环境的耦合作用分析研究方向,取得了突破性进展,达到了国际先进水平。全面参与了北京2008奥运场馆建设的咨询和科研任务。先后获得国家科技进步二等奖、建设部科技进步一等奖、茅以升青年科技奖。

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