清華大學(xué)土木系聶建國教授等完成的“大跨建筑鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)新技術(shù)及其應(yīng)用”項目獲2012年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎
理想繪制藍圖 匠心構(gòu)架彩虹
記者 趙姝婧 實習(xí)記者 趙聰
項目名稱：大跨建筑鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)新技術(shù)及其應(yīng)用
項目完成人：聶建國 樊健生 陶慕軒 張振學(xué) 溫凌燕 卜凡民
項目介紹：會展中心、交通樞紐等公共建筑和高層建筑對大跨重載結(jié)構(gòu)有巨大需求。該項目針對傳統(tǒng)大跨重載結(jié)構(gòu)的問題和不足，發(fā)明了新型大跨組合樓蓋結(jié)構(gòu)、組合轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵配套技術(shù)，并通過系列試驗、理論分析和工程應(yīng)用，攻克了這些新型結(jié)構(gòu)的優(yōu)化構(gòu)造形式、空間受力機理、組合節(jié)點構(gòu)造、負彎矩區(qū)混凝土板抗裂等關(guān)鍵技術(shù)難題。發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，自重、用鋼量、截面高度等降低20%～60%。
該項目技術(shù)發(fā)明成果被國內(nèi)16個大型設(shè)計院直接采用，成功應(yīng)用于武昌火車站、山東濱州會展中心、安徽飯店B塔、某航天發(fā)射塔、北京大屯路下穿隧道等大型工程建設(shè)項目，授權(quán)國家發(fā)明專利5項，發(fā)表SCI、EI檢索論文50余篇，并被國家行業(yè)標準所采納。項目成果有效解決了制約大跨組合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的“連接”和“抗裂”兩大難題，實現(xiàn)了組合結(jié)構(gòu)從構(gòu)件層次到體系層次的跨越，經(jīng)濟與社會效益顯著。
圖為聶建國教授近照。
“我們的團隊精神堅如磐石，正是眾人的共同努力才有了今天的成果。此次獲獎只能代表過去，不能代表今天和未來，我們會繼續(xù)努力，爭取再過若干年能夠取得一些新的成果，為清華爭光，為國家爭光，為實現(xiàn)中華民族的土木工程強國夢繼續(xù)貢獻我們的力量。”
——聶建國
圖為新型大跨異形斜交組合樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于山東濱州會展中心。
圖為新型大跨雙向組合樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于武昌火車站。
圖為新型大跨重載組合轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的大比例模型試驗。
在清華大學(xué)土木系結(jié)構(gòu)工程實驗室的后院里，隨處可見多個大小不等的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)實驗?zāi)Ｐ汀６盏年柟忪o靜地灑在上面，清晰地映射出模型上落滿的灰塵和斑駁的印跡，也見證著它們曾與土木系聶建國教授團隊共度的奮斗歲月。
而在土木系結(jié)構(gòu)工程新實驗大廳里，卻是另一番景象：這里熱火朝天，是真正的施工現(xiàn)場和科研前線，繁忙中又蘊含著秩序。大型實驗設(shè)備發(fā)出低沉的轟鳴，頭戴安全帽、身著工作服的聶建國和他的團隊成員們手持圖紙，通過悉心構(gòu)思和精心試驗，逐步構(gòu)架起他們心中理想的新型大跨組合結(jié)構(gòu)。
聶建國在清華土木系已勤奮工作20多年。這些年來，他所帶領(lǐng)的研究團隊瞄準新型大跨重載組合結(jié)構(gòu)這一前沿課題開展持續(xù)研究，最終解決了傳統(tǒng)大跨重載結(jié)構(gòu)的多項瓶頸難題，取得了大跨雙向組合結(jié)構(gòu)、大跨組合轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、系列節(jié)點構(gòu)造技術(shù)和綜合抗裂系列技術(shù)等多項技術(shù)發(fā)明，這些成果已成功應(yīng)用于多項大型工程中，取得了顯著的經(jīng)濟社會效益，為推動鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展做出了重要貢獻。2013年1月18日，聶建國所帶領(lǐng)的研究團隊榮獲2012年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
做一等事業(yè)，構(gòu)建土木強國藍圖
1994年秋天，聶建國完成為期兩年的清華大學(xué)土木系博士后研究工作，毫不猶豫地選擇了留校任教。他為自己在我國選擇了土木工程作為他的事業(yè)而慶幸，因為他遇上了千載難逢的好機遇。
“西方發(fā)達國家自20世紀六七十年代以來，已基本完成大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)。由于缺乏應(yīng)用需求，發(fā)達國家近二三十年對新結(jié)構(gòu)形式和體系的研究動力明顯不足。與此形成鮮明對照的是，我國在當(dāng)前及可以預(yù)見的未來很長一段時期內(nèi)，土木工程仍會維持在快速發(fā)展的水平，這為我國實現(xiàn)趕超并引領(lǐng)世界結(jié)構(gòu)工程發(fā)展潮流創(chuàng)造了千載難逢的契機。”聶建國堅信，“只要我國土木工程領(lǐng)域的科技工作者堅持不懈地努力，必將實現(xiàn)老一輩提出的土木工程強國的目標，而組合結(jié)構(gòu)也必將會在實現(xiàn)我國土木工程強國的進程中發(fā)揮重要作用。”
結(jié)構(gòu)工程特別是組合結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前我國土木工程建設(shè)中的重要發(fā)展方向之一。從30年前踏入學(xué)術(shù)道路開始，聶建國就致力于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)研究與工程實踐。扎實的理論功底和堅持不懈的毅力，成為了他日后成就事業(yè)大廈的堅實“基礎(chǔ)”。
近年來，會展中心、交通樞紐等公共建筑與高層建筑對大跨重載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大需求，但傳統(tǒng)的大跨重載混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)存在截面尺寸大、自重大、施工難度大、綜合效益差等明顯不足，“鋼材適于抗拉而混凝土適于抗壓，如果能把鋼和混凝土的各自優(yōu)勢發(fā)揮出來，揚長避短，必將能‘組合’出更具競爭力的結(jié)構(gòu)形式，就是要實現(xiàn)這種‘1+1>2’的效果。”
要做一等事業(yè)，離不開“十年磨一劍”的艱苦奮斗，“如果說我們上世紀80年代的時候是‘跟蹤’研究，那么到了90年代就開始加緊步伐不斷‘趕超’，90年代末以后我們已基本實現(xiàn)‘跨越’，進入21世紀，在組合結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域內(nèi)，我們團隊在部分方向上已逐漸處于‘引領(lǐng)’地位。”聶建國和他的團隊?wèi)汛е聊緩妵膱远ㄐ拍睿耦^實干，耐得住寂寞，不隨波逐流，以勤奮贏得進步，以堅持收獲成功。
至今，聶建國團隊在鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)新體系和新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，組合結(jié)構(gòu)基本性能、設(shè)計理論和計算方法等方向上取得了一系列創(chuàng)新性成果，完成了大量組合結(jié)構(gòu)的試驗研究和理論分析，建立了相關(guān)設(shè)計計算方法，拓展了組合結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用范圍，解決了大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)中的多項關(guān)鍵技術(shù)難題。
激發(fā)團隊使命感——我們不允許失敗！
聶建國指出：“外形決定了建筑的美觀，但它的安全性能則直接取決于內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們要研究的就是建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。土木工程這個學(xué)科關(guān)系到國計民生，我們作為這個行業(yè)的科技工作者，責(zé)任尤其重大。看看那些在橋梁事故和地震中垮塌的生命線工程，還有那些短命的建筑，這告訴我們必須要有強烈的使命感和社會責(zé)任感，絕不允許失敗！”
聶建國對實際工程的科研咨詢項目都是力求精益求精，不僅大膽創(chuàng)新，而且以嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度不斷完善直至證明其確實安全可靠，總是以追求卓越的精神提交盡可能完美的成果。因為土木工程的失敗很可能是以生命為代價的，容不得半點疏忽。
結(jié)構(gòu)工程是一項實踐性很強的學(xué)科，只有堅持在實踐的第一線，才能對結(jié)構(gòu)性能有最透徹的認識。多年來，聶建國始終堅持親自參與試驗的整個過程。“一個結(jié)構(gòu)模型試驗從設(shè)計到準備、制作，往往需要兩至三個月乃至更長的時間，而試驗的破壞過程卻往往只有短短幾分鐘，為了這寶貴的幾分鐘，我們投入了太多的時間和精力，所以我堅持每次都在現(xiàn)場和學(xué)生們一起完成試驗，以免錯過這寶貴的幾分鐘，留下遺憾。如果我每次只是在試驗結(jié)束后看試驗照片的話，我想我永遠都不會有親臨試驗現(xiàn)場才會有的那種深刻體會以及隨之激發(fā)出來的靈感。”聶建國說。
圖為聶建國和他的團隊在施工場地討論。
結(jié)構(gòu)工程專業(yè)既需要消耗極大的腦力勞動，還得付出繁重的體力勞動，結(jié)構(gòu)工程研究的另一片沒有硝煙的“戰(zhàn)場”便是外面真實的施工工地。他們總是第一時間出現(xiàn)在工地上，身背照相機，頭戴安全帽，為了得到第一手資料，不懼危險爬到高高的腳手架上或鉆到橋底下，用最嚴謹?shù)目蒲凶黠L(fēng)和最大的工作熱情保證新技術(shù)應(yīng)用中的安全可靠和萬無一失。
做工程應(yīng)用的“引領(lǐng)者”
緊密結(jié)合工程實踐是聶建國團隊研究工作的重要特色之一，他們時刻緊密結(jié)合我國基本建設(shè)的國情，致力于解決大型復(fù)雜土木結(jié)構(gòu)工程中的一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。聶建國團隊的靈感很多來源于工程實踐中暴露出來的具體而實際的現(xiàn)實問題，但又不局限于具體問題本身，而是提煉成具有廣泛意義的科學(xué)問題，這樣做出來的成果才能反過來指導(dǎo)并引領(lǐng)一大批類似的工程，這就是聶建國始終堅持的“源于工程、服務(wù)于工程、高于工程、指導(dǎo)工程、引領(lǐng)工程”。
“在不斷的實踐中，我們團隊會從工程需求出發(fā)一起討論預(yù)測這個領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢，以需求促進創(chuàng)新，以創(chuàng)新促進發(fā)展。”聶建國強調(diào)，“當(dāng)前的熱點問題需要研究，但那些未來可能成為熱點的原創(chuàng)性研究更有意義，最終才有可能實現(xiàn)引領(lǐng)。”
正是懷著這樣的抱負，聶建國團隊努力踐行著“做一流科研，出一流成果，做學(xué)術(shù)精品”的理念，自主研發(fā)了一系列新型大跨重載組合結(jié)構(gòu)體系和技術(shù)，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)進行了重要發(fā)展，這些成果已成功應(yīng)用于包括大跨結(jié)構(gòu)、高層建筑、國防工程、地下工程等在內(nèi)的多個領(lǐng)域，被多個大型設(shè)計院所采用，并得到國內(nèi)及國際同行的認可。
悉心培養(yǎng)人才 增強團隊實力
優(yōu)秀科研成果的創(chuàng)造，與一個優(yōu)秀的科研團隊是緊密相連的。對于人才培養(yǎng)聶建國有他的獨到理解：“一方面要重視對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但更重要的是首先要‘為人’，‘為人’才能更好地‘為學(xué)’。”
圖為聶建國（中）、樊健生（右）、陶慕軒（右）在他們研究團隊的實驗作品前合影。
從學(xué)生剛剛踏上科研之路開始，聶建國就耐心仔細地把自己人生的經(jīng)驗和體會告訴他們。“要做好一個人，就要學(xué)會感恩，感謝曾經(jīng)在各個人生階段幫助過自己的人，同時也要清醒，充分客觀地認識到自己的不足。”聶建國用自己的實際行動給他的學(xué)生樹立了良好的榜樣，一直以來，無論取得什么成績，聶建國始終非常謙虛，他經(jīng)常說自己只是趕上了機遇，在已有的工作基礎(chǔ)上做了一些發(fā)展。面對這次獲獎，聶建國說得最多的是“應(yīng)該感恩于前輩的引領(lǐng)、指導(dǎo)和鼓勵，感恩于國家大發(fā)展給土木工程學(xué)科尤其是我所從事的領(lǐng)域帶來的歷史機遇，感恩于清華這個平臺，感謝我的學(xué)生，感謝各方的大力支持，沒有清華這個學(xué)術(shù)平臺和學(xué)術(shù)氛圍、沒有我們重點實驗室，沒有我們團隊一批非常優(yōu)秀的研究生，沒有各方的大力支持，是不可能有這個結(jié)果的。”這樸實無華的言辭，正是一位科技工作者品格和胸懷的寫照。
本次獲獎項目第二完成人、土木系青年教師樊健生談到：“聶老師無論是平時還是周末、假期，都盡可能堅持在辦公室、試驗室工作，并且經(jīng)常工作到很晚。如果想找聶老師，幾乎每天晚上都能在辦公室找到他，隨時可以跟他討論問題，暢談研究方向和工作方法，而他永遠都充滿了熱情和旺盛的精力。”
本次獲獎項目第三完成人、聶建國剛畢業(yè)的博士生陶慕軒談到自己本科三年級初識導(dǎo)師時的情景，至今仍非常感動：“那時我抱著試一試的心態(tài)，把現(xiàn)在看來尚顯粗淺的研究想法整理好給聶老師發(fā)了一封郵件。聶老師立即回復(fù)并約我見面。去了之后發(fā)現(xiàn)聶老師已經(jīng)把我的文檔用紅筆逐字逐句進行了仔細的修改。”陶慕軒說，“聶老師當(dāng)時給了我很大鼓勵，并告訴我?guī)讉€能夠繼續(xù)深入發(fā)展的方向。這在我科研啟蒙時期非常重要，培養(yǎng)了我的興趣和自信心。”
聶建國非常重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，他善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的長處，并引導(dǎo)鼓勵他們盡快獨立，“青出于藍而勝于藍是我的目標，我們的科研成果也是我和我的學(xué)生們共同努力的結(jié)果。”
談到此次獲獎，聶建國多次肯定了學(xué)生們的工作和努力，“我們的團隊精神堅如磐石，正是眾人的共同努力才有了今天的成果。”他反復(fù)強調(diào)，“此次獲獎只能代表過去，不能代表今天和未來，我們會繼續(xù)努力，爭取再過若干年能夠取得一些新的成果，為清華爭光，為國家爭光，為實現(xiàn)中華民族的土木工程強國夢繼續(xù)貢獻我們的力量。”
（清華新聞網(wǎng)1月19日電）
編輯：襄樺
