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公忠坚毅 勇担大任 ——记机械工程学院杨华勇院士

编辑:admin 时间:2021年12月07日 访问次数:3752

导引

 

地铁四通八达,隧道穿江越洋,盾构设备功不可没。盾构设备能够实现切削、排渣、衬砌等隧道一体化掘进作业,修管道、建地铁,挖掘跨越江河、洞穿大山的隧道,都离不开它。随着经济高速发展,我国已成为全球盾构需求最大的国家。然而在十几年前,盾构技术尚处于国外严密的技术封锁中,隧道掘进装备基本是“洋盾构”的天下,中国企业只担当了“施工队”的角色。从上世纪90年代以3.5亿元的高价进口一台“洋盾构”,到2011年“国字号”盾构占国内市场份额的61%,以浙江大学机械工程学院杨华勇院士为代表的科研团队,走出了一条盾构设备自主研发的成功之路,为重大装备生产国产化作出了重要贡献。2013年,“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”荣获2012年度国家科学技术进步奖一等奖,杨华勇也当选工程院院士。

 

艰苦求学 结缘浙大

 

1977年高考的恢复,震动了沉寂已久教育界,让无数被耽误的有志青年重新看到了读书的希望,许多跟杨华勇院士一样满怀热情的学子踏上了高考的战场,希望能够走入大学,站在更高的位置报效祖国。1978年,杨院士考入华中科技大学,成为了千里挑一的“天之骄子”。杨院士回忆道,那时候,所有人的学习热情都十分高。在高校里,周一到周六都有课是常态,自习室和图书馆统统都是拥挤不堪,稍微晚到些就没位子可坐,那时候学校的硬件设备,几乎无法承载同学们学习的热情。

 

在如此艰苦的条件下,杨院士不仅顺利的完成了学业,还在两年之后,踏上了远赴英国的求学之路。在英期间,他一直与时任浙江大学校长的路甬祥教授一直保持着书信交流。1988年冬,杨院士回国,恰巧应邀到浙江大学做短期访问,浙大严谨求是的校风给杨院士留下了深刻的印象,这让他最终决定加入浙大机械学院,师从路甬祥院士读博士后。

 

 

顶“天”立“地”誓破难题

 

杨院士回国伊始,就开始关注地下掘进设备的动向。彼时的中国城市,尤其是北上广等的一线城市,正处在一个井喷式发展的进程之中,城市经济的高速发展与滞后的基础设施建设使得城市交通拥堵的问题日益严重,原有的交通设施很快不堪重负。修建地铁可以很大程度的缓解交通拥堵,并且还是一种在可预见的未来中一劳永逸的解决方案,但人工修建地铁进度缓慢,北京地铁一号线十几公里的里程就挖了十八年。

 

除了拥堵之外,城市发展需要着架设越来越多的管道和线路,但是当时的国内的施工条件只能笨拙的把土地挖开埋线再填平,可城市的发展日新月异,每天都有新的线路要架设,重复的开挖填埋费时费力。如何实现只破坏一小块地表,就能在地下进行管道线路的铺设,就成为一个难题。

 

想要达成前者,如果不靠人工耗时耗力的笨办法,就要依赖进口的盾构设备;想要达成后者,也依然要依赖国外成熟的技术,但国外对盾构技术进行封锁,进口盾构设备也十分昂贵。当这些难题一个个摆在杨院士和他的团队面前的时候,打破“洋盾构”一统天下的局面,尽快把拥有自主技术的“地下工作”搞起来、搞出来,就成为了他们的首要任务。

 

排除万难 打破垄断

 

如何打破“洋盾构”对国内市场的垄断?杨院士认为关键在于创新。“之前在盾构掘进过程中,80%的事故是由一直没有得到根本解决的国际三大技术难题所引起的,即界面失稳引起的地面坍塌、载荷突变造成的装备失效以及方向失准导致的隧道掘进偏离设计轴线等”,杨华勇院士说,“攻克‘三失’是解决盾构技术进步的关键”。

 

杨华勇院士认为,要想从根本上解决“三失”,就需要自主研发独立的电液驱动、推进和控制系统,而电液与控制系统是盾构的“心脏”,也是国外技术封锁最严密的部分,杨华勇院士带领他的团队与企业的技术人员一道经过数年的研究,发明了密封舱压力动态平衡控制系统,有效地避免了施工掘进围堰地面的坍塌或隆起;首次提出盾构掘进系统载荷顺应性设计方法,减少了突变载荷对装备的冲击,提高了施工的速度和效率;提出了基于油缸压力检测的姿态预测性纠偏方法,成功解决因掘进方向失准而造成的盾构掘进偏离设计轴线较大的难题。

 

“三失”难题关键技术的成功攻克,使我国在盾构关键技术上拥有了发言权,成为继欧美日之后进入盾构设计制造的先进国家行列。2004年第一台自主设计制造土压平衡盾构出厂,2008年第一台复合盾构机下线,2009年第一台泥水盾构研制完成。2012年中国市场销售盾构141台,而杨华勇团队长期技术合作的中铁装备等企业生产了67台,占国内年新增全部市场的一半。 

 

公忠坚毅 勇担大任

 

盾构研制的中国自主化不仅需要技术的攻关,还需要惊人的勇气与魄力。杨院士回忆道,“科研方面的技术难题都容易攻克,最大的难题是用户的问题”。如何为盾构这种大型设备找到用户,如何说服用户、使用户信任自主研发的盾构设备,反而杨华勇院士及其团队最头痛的事情。

 

2003年,上海地铁2号线延长段的隧道施工项目使用的还是六千多万一台的德国海瑞克“洋盾构”。“当时这个隧道工程项目准备实施国家863项目单元技术课题,而我们是863项目的参与单位之一,负责‘洋盾构’液压单元技术的攻克”,杨华勇院士回忆道。当人员设备都已经就位,想要大显身手的时候,却遭到了来自施工方和地铁公司两方面意想不到的阻力。“一直以来施工方使用的都是国外的设备,他们害怕国产系统的首台样机会有问题,怎么也不放心”。往大了说,地铁项目是一个国家工程,老百姓都翘首期盼地铁能够按时开通,工期不得延误;往小了说,每一个地铁工人的工资都与当日的掘进量直接挂钩,万一设备出现问题,他们的工资就无法保证。考虑到这些,杨院士提供了一个由两套设备并联的方案,一旦国产设备出现问题,可以立即换上进口设备继续作业。可尽管如此,施工方还是不同意。

 

杨院士认为,既然获得了国家863项目的资助,就应该替国家技术攻关分忧。为此杨院士和施工方领导进行了多次的沟通,在最后一次沟通的时候,杨院士直接在通话中把电话撂了,双方几乎快到撕破脸的地步。

 

第二天施工方负责人打电话表示同意切换。令施工人员震惊的是,国产设备比进口设备表现还要优秀,顺利的完成了掘进作业,这使得施工方对于国产盾构的看法大有改变,以至于后来对方兴奋地询问杨院士是否还有其他设备,他们随时欢迎试用。但杨院士认为其他项目还没有完成可靠的论证和实验,不能贸然拿到工程上进行使用。

 

经此一役,课题组正式走上了跟盾构企业的合作之路。现如今,跟杨院士的团队合作的企业,均已跻身行业的世界前三。比起十几年前,盾构技术也已经有了长足的进步。与此同时,杨院士的课题组还在不断的研发新的设备,比如新近研制出来的硬岩掘进设备,已经找到了合作伙伴,现正在某隧道的挖掘工作中全力搬运着土方,而14m大直径泥水混合作业设备还在积极地寻找客户,一旦找到机会投入作业,这个设备便会向世界纪录发起冲击,把我国自主产权盾构设备技术的辉煌,永远写入世界盾构设备的发展史中。

 

在盾构领域取得的成功,并没有让杨院士和他的团队骄傲自满。杨院士提到,在科研中,最重要的是看清方向、找准市场,当年的他们看到了国家的需求,在城市飞速发展的大背景下,顺应市场研究盾构。杨华勇院士指出,一个新的研究方向,在初期必定是荆棘满布,但当有学者踏出了最艰难的第一步,柳暗花明之后,自然会有更多的人参与其中。可如果此时才参与,也就只能在他人身后亦步亦趋。他坚信,像浙大这样的学府,在科研上应该时刻走在时代的前沿,走在中国的乃至世界的前沿,勇于提出和发现问题,积极进取开拓创新,为我国的发展贡献自己应尽的力量。

 

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