行走瞬間 鐫刻永恒——記中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員周家漢

本刊記者 劉 慧

行走瞬間 鐫刻永恒
——記中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員周家漢

本刊記者 劉 慧

一顆沙中看出一個世界/一朵花里看出一座天堂/把無限放在你的手掌上/把永恒在一剎那收藏。

——威廉·布萊克《天真的預(yù)示》（宗白華譯）

在爆破瞬間現(xiàn)象里進(jìn)行探索

觀察爆破瞬間里發(fā)生的奇跡

控制爆破瞬間對國家文物產(chǎn)生的危害

記錄爆破瞬間的故事

感受爆破瞬間的無奈

處理爆破瞬間的事故

做出爆破瞬間的是非判斷

這，是周家漢幾十年來經(jīng)常要面對的生活：爆破只在一瞬，創(chuàng)造的卻是未來長久的改變；同樣，一個人對文保的奔波也不過是歷史長河的一瞬，挽留的卻是逝去的永恒的歷史。

行走于瞬間，目光卻落于永恒，周家漢以寬廣的胸襟書寫著人生。

為安全拆除錦上添花

對于國人來說，“拆除”兩字顯然并不陌生。改革開放以來，它不斷出現(xiàn)在大街小巷的舊建筑上。這兩個字，有人聞到荒涼，有人看到希望，然而不論如何，這個曾經(jīng)，或者常在城市中出現(xiàn)的詞，都在醒目地彰顯去舊迎新。

周家漢的前半生便與“拆除”這兩個字緊密相關(guān)，確切地說，還要再加兩個字“爆破”。

1964年7月，周家漢畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系爆炸力學(xué)專業(yè)，同年分配到中國科學(xué)院力學(xué)研究所爆炸力學(xué)研究室，從事爆破理論和爆破技術(shù)應(yīng)用的研究工作。1978年，他參與的“定向爆破開山造田和筑水壩”項目獲全國科學(xué)大會獎；“8020銨木炸藥”項目獲中國科學(xué)院重大科技成果獎。也是這一年，中國科學(xué)院力學(xué)研究所開創(chuàng)了城市建筑物控制爆破拆除技術(shù)的應(yīng)用研究，周家漢也投入其中。

眾所周知，建筑物拆除一般采用機(jī)械和人工方法，但這種方法，對于一些高大的鋼筋混凝土建筑物或結(jié)構(gòu)物就無能為力了。此時，能否采用爆破的手段進(jìn)行拆除？即使可以，在熙攘的城市中，怎樣才能實(shí)現(xiàn)安全爆破？

“城市建筑物控制爆破拆除技術(shù)的應(yīng)用研究”，正是中科院力學(xué)所針對社會需要所作出的反饋。在此之前，周家漢長期從事爆破理論和爆破技術(shù)應(yīng)用的研究工作，他系統(tǒng)性地研究了定向爆破設(shè)計中臨空面、布藥律、耗藥量對拋擲距離、堆積形狀的影響、給出了在藥包平面布置設(shè)計條件下重心拋擲距離和用藥量的關(guān)系；采用電磁法測速計和X光技術(shù)對土巖模型在爆破作用下的空腔擴(kuò)展、裂縫發(fā)展、介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動速度進(jìn)行了系統(tǒng)觀測和研究，給出了爆破時介質(zhì)獲得的運(yùn)動能量、用于介質(zhì)破碎作功、殘余或散遺在空氣中的能量的比例。這些研究結(jié)果使周家漢明白——原來用于巖石拋擲的能量不過只是炸藥能量的一小部分。據(jù)此，他發(fā)表了“炸藥拋擲能力的相對比較”、“平地定向爆破試驗(yàn)研究”等研究報告。而在總結(jié)大量定向爆破搬山造田設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)后，他主筆編寫了《定向爆破及其在農(nóng)田基本建設(shè)中的應(yīng)用》一書，為定向拋擲爆破設(shè)計提出了新的設(shè)計計算方法。

多年的積累，周家漢逐漸成長為我國知名爆破專家，他的這些工作也為后來投入城市建筑物控制爆破拆除技術(shù)的應(yīng)用研究打下了厚重的基礎(chǔ)。通過百余項大大小小的爆破拆除工程的實(shí)施，他先后對爆破部位和起爆時間設(shè)計對控制爆破拆除建筑物倒塌過程的作用、大型起爆網(wǎng)路的設(shè)計和實(shí)施技術(shù)、建筑物倒塌破碎的必要條件、拆除爆破時的爆破振動和塌落振動的觀測和衰減規(guī)律研究以及不同建（構(gòu)）筑物爆破拆除時藥包布置原則進(jìn)行了深入研究，提出了建筑物塌落振動對周圍環(huán)境影響的計算公式，已被國內(nèi)外爆破工程師廣泛用于爆破拆除工程設(shè)計計算，并收錄在全國工程爆破技術(shù)人員統(tǒng)一培訓(xùn)教材——《爆破設(shè)計與施工》等多種出版物里。

通過分析研究總結(jié)大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，他發(fā)表了30余篇有關(guān)控制爆破拆除技術(shù)的研究報告。1982年，“建筑物爆破拆除的設(shè)計與應(yīng)用”獲得中國科學(xué)院成果二等獎；1986年，“石景山電廠控制爆破拆除工程”獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎。

面對眾多的成績與贊譽(yù)，周家漢從不自矜其功。他更關(guān)注的，是做過多少事。在他眼中，爆破雖與“拆除”相形相生，卻不同于無謂的破壞?！氨啤薄ⅰ安鸪钡南乱徊?，便是“建設(shè)”，他所做的無非是為了更好的建設(shè)。只要看到更為合理更為完美的建筑從爆破處崛起，他的心中便滿是欣慰。

2006年，在三峽大壩地下發(fā)電廠房施工現(xiàn)場與爆破工人交談

北京華僑大廈——20世紀(jì)5500年代北京十大建筑之一，位于王府井大街北口，大廈主樓8層高34m，磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積11..33萬mm2。

該建筑處于鬧市區(qū)中心，環(huán)境復(fù)雜，拆除難度很高。大廈舊建筑物拆除的爆破時間選擇在凌晨5點(diǎn)。在有周家漢參加指導(dǎo)下的精確爆破設(shè)計，不僅實(shí)現(xiàn)了爆后整體塌落、解體充分，對周圍環(huán)境的影響也幾乎為零——周圍建筑(包括民房,危房)安然無恙，馬路上無飛石，臨近干道交通正常運(yùn)行，就連大廈東邊僅8米之隔的時為全國工商聯(lián)宿舍樓四層住戶在地板上倒置的啤酒瓶都沒有倒。令人嘆為觀止！而這次成功爆破，也標(biāo)志著我國在城市建筑物拆除爆破技術(shù)的成熟和發(fā)展。

重慶發(fā)電廠西廠——始建于11995544年，拆除面積22..77萬mm2，工程量超過33萬mm3，是國內(nèi)一次爆破拆除建筑面積最大的爆破工程。

這是國家能源部“八五”重點(diǎn)技改項目中第一項要進(jìn)行的拆除工程。由于廠房建筑結(jié)構(gòu)牢固、地下設(shè)施復(fù)雜、與需要保護(hù)的建筑物相距僅幾米、又緊鄰成渝鐵路，其爆破難度和規(guī)模在國內(nèi)均屬罕見。在該項拆除爆破設(shè)計中，周家漢提出“四期建成的整個建筑一次爆破完成”的方案——采用不同高度布置藥包，不同時差起爆，以控制整個廠房分塊依次爆破后失穩(wěn)傾斜塌落。1993年1月31日下午3點(diǎn)，隨著現(xiàn)場指揮一聲起爆口令，連續(xù)11次爆破聲猶如悶雷滾動，不到5秒鐘，重慶發(fā)電廠西廠主廠房一次整體性爆破成功，解體破碎效果良好。成功地控制了震動和飛石，保證了拆除范圍外僅一馬路之隔的東廠發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，離爆區(qū)40米的成渝鐵路未受到任何干擾和影響。

這次爆破堪稱典范，為安徽淮南發(fā)電廠中壓站主廠房及相關(guān)建筑的爆破拆除提供了設(shè)計藍(lán)本，也顯示出中科院力學(xué)所爆破拆除技術(shù)在全國的領(lǐng)先地位。

延伸古建筑的生命力

乘坐地鐵或火車時，即使再平穩(wěn)，人們也能體會到它行駛時帶來的振動。

其實(shí)，振動是自然界常見的一種物理現(xiàn)象，現(xiàn)代社會發(fā)展的生產(chǎn)活動和現(xiàn)代交通都在不時地產(chǎn)生振動。人們利用振動作用的功效，同時又受到振動的損害。像這種交通中產(chǎn)生的振動，對建筑尤其是歷史悠久的古建筑來說更是不可忽視的擾動。在參與的爆破施工作業(yè)中，周家漢深刻體會到振動的危害性。他不僅注意爆破振動對民房建筑物和設(shè)備的影響，更是關(guān)注爆破振動、還有列車運(yùn)行振動對文物建筑的影響。2001年12月，周家漢從中科院力學(xué)所退休，有更多的精力和時間關(guān)心和研究列車振動對文物建筑的影響和保護(hù)問題。

由于年代久遠(yuǎn)，文物古建筑經(jīng)歷了無數(shù)自然災(zāi)害的襲擊或人為的傷害，都存在著不同程度的損害和破壞。這種累積的傷害，嚴(yán)重降低了它們抵抗自然災(zāi)害和現(xiàn)代社會活動帶來的干擾的能力。因此，專門研究確定它們可以承受的振動安全控制值是十分必要的。但由于古建筑物類型多，建筑年代差異大，難于確定一個統(tǒng)一的振動安全控制標(biāo)準(zhǔn)。周家漢認(rèn)為，對古建筑的振動安全標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)是以回避現(xiàn)代社會活動的干擾影響確定一個保護(hù)范圍，依據(jù)科學(xué)分析給出有足夠安全性的約束值。為此，周家漢在參加多項為保護(hù)文物建筑，確定鐵路選線的研究中，不僅觀察了現(xiàn)代交通不同震源的影響，更在努力探索這些振動的傳播規(guī)律。如：為保護(hù)龍門石窟文物，找出既有鐵路振動規(guī)律，確定焦枝鐵路修建復(fù)線外移的距離；為預(yù)測京滬高鐵列車振動對蘇州虎丘塔的影響，他提出的由列車速度、列車軸動載荷和振動傳播距離組成的無量綱參數(shù)，通過比例距離公式的運(yùn)算既可以計算既有鐵路振動，還可以應(yīng)用于預(yù)測高速列車運(yùn)營可能產(chǎn)生的振動等。

2010年7月，周家漢一紙信箋直抵中南海，上書溫家寶總理，闡述了對西安地鐵建設(shè)過程中文物保護(hù)的認(rèn)識。

西安，我國歷史上建都時間最久、朝代最多的古都。與北京一樣，西安古城文物建筑、遺跡星羅棋布，古城墻、鐘樓、大雁塔更是古城西安的標(biāo)志性建筑。早在2006年西安進(jìn)行城市快速軌道交通線網(wǎng)一、二號線建設(shè)項目時，周家漢就以監(jiān)測到的現(xiàn)有地面交通在鐘樓、南北城墻處產(chǎn)生的振動都已超過國家標(biāo)準(zhǔn)為由，提出西安地鐵不宜穿越古城墻，更不應(yīng)該從鐘樓下經(jīng)過，從長遠(yuǎn)計，應(yīng)考慮環(huán)城（城外100m）選線方案。2010年5月，周家漢應(yīng)中國文物信息咨詢中心項目審核部之邀，再次對“西安地鐵三號線一期工程文物保護(hù)方案”進(jìn)行評審。方案中提到擬建的西安地鐵四號線在大明宮遺址、大雁塔地下通過；六號線則穿越西安明城墻東、西門，在鐘樓地下與二號線交匯。周家漢認(rèn)為，一條二號線已經(jīng)令鐘樓負(fù)擔(dān)頗重，更何況還有線路要在鐘樓下交匯，建議調(diào)整線路。他認(rèn)為，現(xiàn)代建設(shè)和文物保護(hù)要兼顧時，應(yīng)是建設(shè)要避讓為先、保護(hù)為主。要讓它們盡可能地處在一個相對安靜、接近于過去年代的環(huán)境里，特別是西安古城、鐘樓、大雁塔等標(biāo)志性建筑物。

同年9月，溫家寶總理做了重要批示，國家發(fā)改委及時和國家文物局會商研究貫徹批示精神，陜西省、西安市領(lǐng)導(dǎo)也特別重視?，F(xiàn)在，西安規(guī)劃局已修改了該路段的走向設(shè)計，“在4號線大雁塔段新方案中，加大了地鐵線路與大雁塔之間的距離，以盡量減少對大雁塔的影響，繞過大雁塔后再回歸雁塔南路”。

責(zé)任——如果不是責(zé)任，真的很難解釋他對文物建筑保護(hù)的熱衷。“上世紀(jì)60年代，北京率先開建的地鐵2號線，經(jīng)過正陽門樓和前門箭門樓，付出了拆除從復(fù)興門到北京站間的城墻和城門的代價。為此，梁思成先生痛心疾首。沒辦法，那個年代我們對地鐵列車振動影響認(rèn)識不足，后來認(rèn)識到的時候，已經(jīng)晚了，只能留下這個遺憾?，F(xiàn)在，我們有了更多有關(guān)振動對文物建筑影響的資料和更強(qiáng)的保護(hù)意識，就應(yīng)該少一些重蹈覆轍的案例?！?/p>

正是這份遺憾和責(zé)任，周家漢總是三思而后行。為確保北京紫禁城，故宮古建筑的安全，他建議“不在皇城根兒下動土”，為北京地鐵六號線避繞紫禁城工程做出了重要貢獻(xiàn)。此外，在合武鐵路修建中，在為保護(hù)六安漢王陵地下文物，調(diào)整該路段線位的修改方案中，他計算給出的科學(xué)數(shù)據(jù)，為政府決策提供了舉足輕重的修改意見。“科學(xué)論證不能心存僥幸，我們的鐵路建設(shè)也好，地鐵建設(shè)也罷，不能只重視可行性，而忽略不可行性?！敝芗覞h這樣說。

洛陽龍門石窟——佛教藝術(shù)寶庫。1961年即被國務(wù)院公布為全國第一批重點(diǎn)文物保護(hù)單位，1982年被國務(wù)院公布為全國第一批國家級風(fēng)景名勝區(qū)，22000000年被國際教科文組織評為世界文化遺產(chǎn)，2007年被國家旅游局評定為全國首批“5A級旅游景區(qū)”，2009年被中國世界紀(jì)錄協(xié)會收錄為中國現(xiàn)存窟龕最多的石窟，創(chuàng)造了現(xiàn)存窟龕數(shù)量中國之最。

1992年，國家要修建焦枝鐵路復(fù)線，之前焦枝鐵路洛陽龍門段穿越石窟保護(hù)區(qū)。鐵路要建設(shè)，文物要保護(hù)。我們知道，鐵路列車運(yùn)行振動是存在的。鐵路振動有多大，鐵路要外移，移多遠(yuǎn)合適要進(jìn)行科學(xué)論證。通過實(shí)測列車運(yùn)行振動傳播規(guī)律的研究，考慮列車運(yùn)行振動對石窟文物的影響，周家漢提交的“鐵路振動對龍門石窟保護(hù)的影響”為焦枝鐵路復(fù)線外移距離的確定提供了科學(xué)依據(jù)。提出以龍門石窟區(qū)的地脈動為標(biāo)準(zhǔn)，讓焦枝鐵路復(fù)線東移700m，為龍門石窟申報世界文化遺產(chǎn)成功奠定了必要的基礎(chǔ)條件。

京滬高鐵蘇州段——虎丘塔，是京滬高鐵蘇州段的必經(jīng)之路。它是蘇州現(xiàn)存最古老的一座佛塔，蘇州的標(biāo)志性建筑，古城蘇州的象征，被譽(yù)為“吳中第一名勝”，國家級重點(diǎn)文物保護(hù)單位。

京滬高鐵蘇州段建設(shè)，要求在既有鐵路蘇州站處建設(shè)高鐵蘇州站，這樣一來，高鐵通過虎丘塔時就要在滿足運(yùn)行速度的同時北移200余米，也就更接近虎丘塔。為保護(hù)虎丘塔不受高鐵振動影響，周家漢應(yīng)鐵道部第四設(shè)計院委托，負(fù)責(zé)鐵路列車運(yùn)行造成的地面振動傳播規(guī)律和預(yù)測高速列車運(yùn)行地面振動如何變化的研究。在京滬線蘇州段和廣深線實(shí)測了大量列車運(yùn)行地面振動數(shù)據(jù)后，周家漢應(yīng)用無量綱參數(shù)分析方法，對列車運(yùn)行產(chǎn)生的地面振動的物理本質(zhì)進(jìn)行了科學(xué)的闡述。他提出了由列車速度、列車軸動載荷和振動傳播距離組成的無量綱參數(shù)，稱作比例距離的無量綱參數(shù)的變化決定了地面振動的變化規(guī)律。

經(jīng)過設(shè)計，蘇州段采用高架橋結(jié)構(gòu)設(shè)計以有效減少鐵路運(yùn)行的振動強(qiáng)度，有利于虎丘塔的保護(hù)；而他提出的“采用既有線的列車運(yùn)行振動傳播的規(guī)律和比例距離推測未來高速鐵路列車運(yùn)行振動的方法”，也在廣深線得到了的驗(yàn)證。該成果為確定高速鐵路選線，鐵路振動安全控制范圍及重要建筑物和文物的保護(hù)提供了科學(xué)根據(jù)。

“雙料專家”的人生

從事科研工作近半個世紀(jì)，周家漢是國內(nèi)屈指可數(shù)的一流爆破力學(xué)專家，是中國工程爆破協(xié)會連續(xù)三屆當(dāng)選的副理事長，是公安部特聘的爆破人員培訓(xùn)考核專家組成員，也是聲名鵲起的文物保護(hù)專家。做爆破，他踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)；做文保，他直言無畏。他以自己的行動逐漸成為眾所公認(rèn)的“雙料專家”。

無疑，他是成功者。而他的成功之路，我們試圖從他在培訓(xùn)講課中提出的“三張圖”里進(jìn)行解讀。他說，“第一張圖是原地面地形地貌圖。爆破設(shè)計前，要對原狀進(jìn)行周密的測量和調(diào)查，將爆破對象周圍的環(huán)境完整、真實(shí)地表述出來?！蓖ｎD了一下，周家漢繼續(xù)說，“第二張圖是工程設(shè)計圖，所要表述的是如何設(shè)計藥包、參數(shù)選擇、計算結(jié)果，包括各種設(shè)計圖表；體現(xiàn)的是爆破設(shè)計思想、技術(shù)水平。第三張圖是爆破效果圖，展現(xiàn)目標(biāo)對象經(jīng)過爆破之后應(yīng)該呈現(xiàn)的狀態(tài)?！?/p>

錢學(xué)森先生曾指出：“爆炸可以產(chǎn)生極強(qiáng)的脈沖電流，爆炸可以產(chǎn)生極強(qiáng)的脈沖磁場，爆炸可以產(chǎn)生極高的壓力，而這些都是現(xiàn)代科學(xué)研究所要求的。這里有能量的轉(zhuǎn)化問題，而對研究來說，特別要求轉(zhuǎn)化過程的精密控制?！?/p>

是的，爆破研究的目的要精密控制。科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、精密，周家漢的“三張圖”凝聚的就是這三個詞語。而這三個詞語背后，還是少不了責(zé)任。他相信，只要處處小心時時在意，環(huán)環(huán)相扣，就能夠保證爆破工程的質(zhì)量，容易對工程建設(shè)進(jìn)行對照檢查，避免事故的發(fā)生。萬一發(fā)生事故，也容易找出故障原因。“相反的，爆破事故的發(fā)生，就是因?yàn)樯倭恕畧D’?！比龔垐D、三個詞語，讓我更能深刻理解他的人生格言“成功在于一絲不茍”的含義。

“做事是這樣，做人又何嘗不是呢?！闭劶坝诖耍芗覞h很是感慨?！叭龔垐D”是他科研中的指導(dǎo)思想，也是生活中的原則。在對自己進(jìn)行評價時，周家漢用了“勤奮”一詞。勤奮堅持是他成功的要素。一輩子勤奮的他更是孩子們的榜樣。如果說，之前他的堅持更多是為了爆破研究和文物建筑保護(hù)事業(yè)，那么，退休后，鍛煉身體則成為他的另一種堅持?！拔液头蛉?，每天堅持爬香山，打太極拳。”綠色、陽光、氧氣、鍛煉，他用自己的方式享受著特殊的“高爾夫（GLOF）運(yùn)動”。

再回首來時路，周家漢的追求，一直是長久，能夠影響人的研究，能夠保護(hù)傳承的文物建筑。他常常說，影響他至深的是錢學(xué)森先生，錢老的嚴(yán)格、錢老的淡泊、錢老的胸襟……提起恩師，周家漢總是贊嘆不絕，“像錢老這樣的大科學(xué)家，很了不起，挨到他的一點(diǎn)邊兒，就受益終身?！彼脑挊銓?shí)而又真摯。事實(shí)上，近半個世紀(jì)以來，他也一直以錢老的要求來鞭策自己，自己做，也對外傳播，希望能夠有更多人如他一般行動起來?！斑@不是心高，是不自覺地關(guān)心這個行業(yè)?！彼坪跤X得有些不妥，周家漢誠懇地補(bǔ)充道。

這就是一個真實(shí)的周家漢。