原標(biāo)題：減震抗風(fēng)利器 千噸水箱助廣州塔抵御“山竹”

【看世界 國內(nèi)熱點(diǎn)】導(dǎo)讀：毀滅性的臺風(fēng)最高風(fēng)速可達(dá)到每小時一百多千米，可輕易吹倒高樓大廈，不過在廣州塔上隱藏著一對抗臺風(fēng)的利器：兩臺各裝滿10萬公升水的巨型水槽……9月16日，“山竹”來襲之后，在網(wǎng)上流傳的“廣州塔塔頂竟然裝了20萬公升水，知道為什么嗎？”的一段視頻不免讓人驚嘆。

譚平，廣州大學(xué)工程抗震研究中心教授，正是這一裝置的設(shè)計者，他解釋道：網(wǎng)傳20萬公升水的說法并不嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)則是兩個各650噸水箱，每個水箱的水約350噸，另外300噸是混凝土水箱重量。

“山竹”到來的當(dāng)日，他像日常一樣“輕描淡寫”：“只派了一名年輕的老師去塔頂采集數(shù)據(jù)”，如果放在以前，“要派一大隊(duì)人上去”。

“按照我們的設(shè)計，再來兩個‘山竹’也不怕”，在位于廣園路28號的辦公室內(nèi)，譚平說話的語氣堅定。

位于廣園路28號的廣州大學(xué)工程抗震研究中心，墻上的牌匾字跡已經(jīng)斑駁發(fā)黃，譚平的辦公室就在這棟老樓里。在與辦公室相鄰的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，堆積著包括廣州塔、港珠澳大橋橋墩、高鐵橋墩在內(nèi)的抗震實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

600多米廣州塔的抗震裝置就誕生在這棟有些年代的樓里。

因廣州塔回國

譚平從沒有想到過自己的人生會與廣州塔聯(lián)系起來。然而，2006年，正是廣州塔讓當(dāng)時在美國做博士后的譚平下定決心回國。

2005年中，譚平在美國做博士后時，接到自己國內(nèi)導(dǎo)師周福霖院士的電話，動員他做一點(diǎn)實(shí)際的工程項(xiàng)目。老師所說的這次機(jī)會指的就是廣州塔的抗震系統(tǒng)。

在美國留學(xué)做理論研究多年的譚平有些動心：“可能一輩子就只有這一次難得的機(jī)會。”

當(dāng)時，譚平的學(xué)術(shù)之路可謂順風(fēng)順?biāo)?，他的?dǎo)師正是當(dāng)時美國減震控制學(xué)會的主席，憑著自身的研究實(shí)力，譚平很快就在美國學(xué)術(shù)界嶄露頭角。

在很多人看來，譚平未來之路順其自然會留在美國發(fā)展。譚平卻志不在此，“在美國這種發(fā)達(dá)國家，做理論做實(shí)驗(yàn)比較多，但真正用到實(shí)際工程的機(jī)會非常少”。

“像紐約、芝加哥，城市建設(shè)已經(jīng)基本完成，新建建筑很少；而中國正是建設(shè)的高潮，現(xiàn)在全球最高的二十多棟建筑，有十幾棟都是中國的。”譚平心中的天平早已傾斜。他暗自下定決心：“要做出點(diǎn)事才行?！?/p>

老師周福霖的電話就像給他點(diǎn)了一把火，“一著就燃”。在譚平回國前的半年時間里，他就開始在學(xué)研之余查閱各種相關(guān)資料。他記得很清楚，2006年1月6日回到祖國。不過周末，他沒有休息，也沒回湖南老家探望父母，而是直接去了辦公室開始了籌備工作。

“對那一年的春節(jié)沒什么印象了”，譚平隱約記得當(dāng)時已經(jīng)接近年關(guān)，人們都逐漸進(jìn)入到放假模式，然而對譚平來說，“緊張的日子剛剛開始”。

譚平及早地開工，正是預(yù)料到了整件事的難度，“僅廣州塔的減震方案就做了兩年”。此項(xiàng)方案的原理說起來并不難，但在廣州塔這一獨(dú)特造型內(nèi)具體實(shí)施時，“難題就出來了”。

“摳門”設(shè)計師不斷優(yōu)化方案

當(dāng)時，譚平去了臺北101大廈取經(jīng)。一研究，他就發(fā)現(xiàn)難有借鑒之處。“臺北101大廈給了五層樓高的空間做抗震系統(tǒng)，而廣州塔只‘給’了兩層，還不是完整空間，要與一些觀光游樂設(shè)施共享?！弊T平說，最后他拿到的“地盤”只有不到9米，水平距離±1.2米。

“空間的高度不夠，水平方向的位置也不足，這給我們的挑戰(zhàn)非常大?！弊T平心里有些打鼓，“基本沒有先例可循?！?/p>

更讓譚平覺得“雪上加霜”的是，“作為觀光塔，要求設(shè)備不能用混凝土弄得黑乎乎的，還要具有一定的觀賞性”。所以，現(xiàn)在看到的這個水箱造型，既要滿足減震功能，又要好看，“這一項(xiàng)，我們花了三個月時間來優(yōu)化”。

從剛開始幾個不同的方案，到最后確定一個最可行的方案，譚平說：“我們計算分析花了一年多時間?！弊詈蟀堰@一方案確定后，譚平團(tuán)隊(duì)又花了數(shù)年時間來完成各細(xì)部的深化設(shè)計，試驗(yàn)與現(xiàn)場調(diào)試。

譚平滿眼自豪：“臺北101大廈是一個被動控制系統(tǒng)，而廣州塔加入了人工智能的元素，有主動控制也有被動控制系統(tǒng)。整個塔遍布傳感器，能即時把數(shù)據(jù)傳遞到電腦，再根據(jù)內(nèi)置的實(shí)時智能算法，可以下指令讓減震系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，把整個塔的震動減到最小?！?/p>

還讓譚平更驕傲的是，廣州塔的這套減震系統(tǒng)還是個“摳門”的方案：把塔內(nèi)原有的消防水箱的質(zhì)量變成整個減震系統(tǒng)的組成部分?！芭_北101大廈減震系統(tǒng)的金球花了400萬美元，廣州塔不可能花這么多錢來做。我們用混凝土增加消防水箱的重量，通過優(yōu)化外形，結(jié)果看起來也還不錯?！弊T平笑道，“混凝土和水都花不了什么錢。”

逼出來的方案

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這些年來，減震系統(tǒng)也遭遇了好幾次大臺風(fēng)的正面“宣戰(zhàn)”，這次的“山竹”是風(fēng)力最大的一次，不過，譚平卻沒有2012年“韋森特”來訪時那么緊張，當(dāng)時塔頂風(fēng)速達(dá)到35米/秒，這次的塔頂風(fēng)速超過了40米/秒。

前幾天“山竹”到來，譚平說：“大家都在感嘆，減震系統(tǒng)都運(yùn)行八年時間了?！?/p>

“從2006年開始到確定減震方案，花了1年多時間，各關(guān)鍵子系統(tǒng)模型的性能測試試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室里又花了近兩年時間；在廣州塔頂?shù)脑涂刂葡到y(tǒng)的現(xiàn)場安裝與調(diào)試，又花了兩年時間?！弊T平說，直到2010年，整套減震系統(tǒng)才正式啟用。

譚平感嘆，子系統(tǒng)測試時，全部人擠在狹窄的空間里工作，特別是炎炎夏季，塔頂上也沒有空調(diào)設(shè)備，常常在里面一待就是一整天。

不過，這些在譚平看來也“算不得什么”。2008年，整體方案的計算已經(jīng)完成，但“設(shè)計每一個子系統(tǒng)，精確到每一個零部件”讓他非常頭疼?！拔覀兇_定采用世界首創(chuàng)的主被動復(fù)合質(zhì)量調(diào)諧控制技術(shù)后，要把這個理念落實(shí)到每一個子系統(tǒng)，包括調(diào)諧所需質(zhì)量如何利用現(xiàn)有消防水箱達(dá)到？怎么把水箱支承起來又不能偏離中心？怎樣讓系統(tǒng)運(yùn)行時的摩擦最??？采用何種驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首例主動控制。”譚平形容走的每一步都“揪心”。

比如他們最初設(shè)計的兩個正交的阻尼器，在水箱下部的有限空間運(yùn)行時極有可能會“打架”?！昂迷谶€有一絲可能性”，后來，他們把整套系統(tǒng)的每一寸空間都進(jìn)行了優(yōu)化，把空間“擠到極致”。然而，牽一發(fā)而動全身，一丁點(diǎn)空間的騰挪往往要對整個系統(tǒng)進(jìn)行重新調(diào)整，這個工作量就極大了。

他拍著辦公桌說：“好多個晚上就在這里，覺得做不下去了?！辈贿^，心里還是想著：絕不能放棄?！昂迷诓皇且粋€人，大家一起想點(diǎn)子，把它堅持做下來了?！弊T平說，“有好的想法要去真正實(shí)現(xiàn)并不容易。最后出來這樣一個方案，完全是逼出來的?！?/p>

廣州塔減震系統(tǒng)介紹：

根據(jù)廣州塔的實(shí)際情況確定采用兩級主被動復(fù)合調(diào)諧控制技術(shù)，減震控制效果約40%以上，為國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到世界一流水平。

在塔頂對稱設(shè)置了兩套混合調(diào)諧控制系統(tǒng)。每套控制系統(tǒng)由被動調(diào)諧子系統(tǒng)與主動調(diào)諧子系統(tǒng)組合而成，采用該塔中固有的消防水箱(每個消防水箱，含水箱與水總重量約650噸)調(diào)諧質(zhì)量。

風(fēng)再大塔都吹不倒

記者：廣州塔的減震系統(tǒng)還會不斷更新嗎？

譚平：我們會不斷地更新。因?yàn)槿斯ぶ悄馨l(fā)展越來越快。其實(shí)，我們已經(jīng)更新過一次了。

在過去，我們的目標(biāo)是能夠做成就行了，現(xiàn)在則會更多考慮到它的安全可靠。譬如裝了這么多傳感器，萬一有一個傳感器失靈，我們就會把這個傳感器的信息屏蔽掉，不會因?yàn)殄e誤信息而誤導(dǎo)控制系統(tǒng)。

再過兩年我們設(shè)計的系統(tǒng)就十年了，到了這個十年的階段我們會為系統(tǒng)做一次全面的“體檢”。

記者：假設(shè)有比“山竹”更猛的臺風(fēng)，會不會擔(dān)憂廣州塔的抗風(fēng)能力？

譚平：沒有什么擔(dān)憂的。首先廣州塔本身沒有安全性的問題，風(fēng)再大塔都是吹不倒的。

其次，系統(tǒng)現(xiàn)在的這個潛力才用了不到一半。整套系統(tǒng)都有±1.2米的位移，這次“山竹”臺風(fēng)系統(tǒng)的位移才40厘米左右，即便到了80厘米，系統(tǒng)進(jìn)入第二級工作狀態(tài)，系統(tǒng)的阻尼會增大，減震效果稍有下降，但整套系統(tǒng)的安全裕度還很大。

“山竹”已經(jīng)是個足夠猛烈的臺風(fēng)了，要比“山竹”大一倍的風(fēng)力才能達(dá)到我們第一級優(yōu)化的極限，我覺得我們(的系統(tǒng))是絕對安全的(笑)。

記者：為什么當(dāng)時下定決心回國？

譚平：我的家人都想不通。他們覺得國外好一些。我跟家人說我到哪里工作都餓不死，在美國也能過得很好，但是人不僅僅是謀生的問題，還是要做點(diǎn)事情。在國外可能只能做研究，但是回國后可以學(xué)以致用。

記者：回國之后就一直待在這里做工程防震研究嗎？

譚平：是的，我從2000年參加工作之后就一直待在這里。你看到的是破破爛爛的實(shí)驗(yàn)室，我倒是覺得這里是扎實(shí)做學(xué)問的地方。當(dāng)時回國也有些學(xué)校邀請我，但我還是回到了廣州大學(xué)。一方面我的導(dǎo)師在這里，另一方面是廣州大學(xué)在這一塊領(lǐng)域做得非常好。

記者：現(xiàn)在國際交流有沒有共同合作的空間和方向？

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譚平：廣州市給我們投了3.6億元在大學(xué)城建立新的實(shí)驗(yàn)室。建好后的實(shí)驗(yàn)室在全世界都是一流的，我們希望借助這個平臺，和更多同行交流和合作。

現(xiàn)在提倡“一帶一路”，我們也希望通過這種交流，看看別人怎么做的。我們馬上要去訪問意大利減震方面世界知名企業(yè)，我們中國也有一些相當(dāng)規(guī)模的企業(yè)。希望借助這種平臺能把國外的先進(jìn)產(chǎn)品引進(jìn)來，同時把國內(nèi)好的產(chǎn)品帶出去。