“造地震”的追夢人

“未來，這里也許總發(fā)生著‘8級地震’，但不遠(yuǎn)處的校園仍會風(fēng)平浪靜。我們‘制造’的‘地動山搖’，是為了讓世界更加平安美好。”在天津大學(xué)北洋園校區(qū)里，青年學(xué)者燕翔指著約10層樓高的巨型鋼結(jié)構(gòu)建筑暢想。

這是我國地震工程領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——大型地震工程模擬研究設(shè)施項(xiàng)目，被譽(yù)為繼“中國天眼”、廣東散裂中子源等之后的又一“國之重器”。十年來，一批“造地震”的青年學(xué)者，攻克一個個科學(xué)難關(guān)，用擔(dān)當(dāng)散發(fā)青春之光芒。

十年磨一劍：“造地震”的年輕團(tuán)隊

為什么要“造地震”？

“汶川大地震的傷亡令人痛心。我們想從科學(xué)的角度搞清楚，為我們遮風(fēng)避雨的樓房在地震中的薄弱環(huán)節(jié)到底在哪里？怎樣才能抵御地震的破壞？”大型地震工程模擬研究設(shè)施建設(shè)管理辦公室科學(xué)工藝部成員、天津大學(xué)青年教師燕翔說。

但科研的第一步，就卡在了研究平臺的制約上。“實(shí)際發(fā)生的強(qiáng)地震相對較少，靠真實(shí)的地震來獲取研究數(shù)據(jù)，不僅機(jī)會非常少而且周期長。用以開展抗震模擬研究的地震模擬振動臺雖然解決了這一問題，但因其規(guī)模較小或?qū)嶒?yàn)功能單一，無法滿足我國重大工程對抗震安全的迫切需求。”燕翔解釋。

于是從2008年起，天津大學(xué)的學(xué)者們堅定了一個信念：建立一個能“造地震”的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。

從能不能，到怎么能，從理論到實(shí)踐，經(jīng)過科學(xué)家們十年醞釀，以及上百次論證，終于在2018年8月，我國地震工程領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——大型地震工程模擬研究設(shè)施由國家發(fā)改委批復(fù)立項(xiàng)。項(xiàng)目由天津大學(xué)牽頭建設(shè)，建成后將成為世界最大的、功能最強(qiáng)的重大工程抗震模擬研究設(shè)施。

“我們這個設(shè)施占地100畝，最大埋深達(dá)18米，地上鋼結(jié)構(gòu)高38米，超過10層樓高。在設(shè)施內(nèi)部可以建一個5層樓高的真實(shí)建筑，看它在我們的模擬地震中會發(fā)生什么。”燕翔說。

而推動項(xiàng)目一步步取得進(jìn)展的科研團(tuán)隊，平均年齡只有36歲。

“為了讓項(xiàng)目建設(shè)精準(zhǔn)完成，我們制定了詳細(xì)的工作計劃，甚至把日程安排具體到每一天。每個階段的規(guī)劃都與上一個階段的規(guī)劃環(huán)環(huán)相扣，完善每一處細(xì)節(jié)，按時完成每一項(xiàng)節(jié)點(diǎn)任務(wù)。”燕翔說。

實(shí)踐出真知：住在工地的兩年

28歲的何金明從研究生期間就開始參與到項(xiàng)目中。

“我已經(jīng)在工地住了近2年時間。每天一推開窗，就能看到項(xiàng)目的進(jìn)展，像是在記錄一個孩子的成長。”大型地震工程模擬研究設(shè)施建設(shè)管理辦公室工程管理部成員、天津大學(xué)青年教師何金明說。

從2019年10月項(xiàng)目動工伊始，一張簡易床、一個辦公桌，是他屋內(nèi)僅有的幾個“大件”。每周只有項(xiàng)目例會時，他才能“走出工地，看看世間的繁華”。“一到冬天，我住的活動板房里的溫度和屋外一樣冷，電暖氣是唯一的依靠。偶爾遇上停電，只有蜷縮成一團(tuán)再蓋上好幾層棉被才能睡著。”

對年輕的科研工作者來說，生活的難題容易克服，建設(shè)的難題則需要“逢山開路，遇水修橋”的智慧。

“我們常說，這個項(xiàng)目是一本土木工程的‘百科全書’。”何金明說，因?yàn)槭澜绶秶鷥?nèi)可遵循的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不多，很多難題是第一次面對，“所以我們?nèi)粘５墓ぷ骶褪墙鉀Q一個個新問題，面對一個個新挑戰(zhàn)。”

為了將停留在紙面的科學(xué)設(shè)想落在實(shí)處，何金明和參與現(xiàn)場建設(shè)的工人們成了緊密合作的好友。“我們在科學(xué)層面及時解決問題，工人們在實(shí)踐中現(xiàn)場檢驗(yàn)，我喜歡和他們聊天，他們的經(jīng)驗(yàn)非常多。”

對于“造地震”，最重要的是“打地基”，所謂“地基不穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)不準(zhǔn)”。因而施工過程中出現(xiàn)的一點(diǎn)小紕漏，都可能極大地影響未來實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度。

“我們要讓重量堪比‘400頭大象’的實(shí)驗(yàn)物經(jīng)歷‘地震’，但運(yùn)動的精度卻要求是毫米級別的，難度可想而知。”大型地震工程模擬研究設(shè)施建設(shè)管理辦公室科學(xué)工藝部成員、天津大學(xué)青年教師劉銘劼解釋說。

為了精準(zhǔn)，在去年的地下施工階段，2萬立方米的混凝土進(jìn)行了一次性澆筑，混凝土澆筑設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了60多個小時。“將近300人明確分工，團(tuán)隊成員輪崗值守，實(shí)時監(jiān)測混凝土的性能指標(biāo)，嚴(yán)格控制溫度的影響，才能確保地下特大設(shè)備基礎(chǔ)的一體性。”劉銘劼說。

同步伴成長：用科學(xué)護(hù)佑生命

遠(yuǎn)眺工地，雛形已現(xiàn)，巨大的鋼結(jié)構(gòu)建筑挺立在天津大學(xué)的一角。2024年，它將完全建成投入使用。

“設(shè)施建成后，可以再現(xiàn)地震中真實(shí)的建筑破壞過程，還能評估建筑破壞時內(nèi)部管線、電氣損壞造成的火災(zāi)等次生災(zāi)害風(fēng)險。”燕翔說。同時，它還將是世界上唯一可以模擬復(fù)雜波浪、海流環(huán)境的水下地震模擬裝置。

“它將為跨海大橋、海底隧道、海上風(fēng)電等‘超級工程’保駕護(hù)航。”說到這里，燕翔的語氣里全是自豪。

今年，劉銘劼和同事們一起參觀了位于唐山市的唐山抗震紀(jì)念館。“在紀(jì)念館參觀時被深深觸動：當(dāng)年的唐山大地震，把百年工業(yè)城市瞬間夷為平地，24萬人遇難，天津也有傷亡。如今我們在做的，就是想讓城市更加安全，想讓建筑更加牢固，想讓悲劇不再發(fā)生。”

“我們現(xiàn)在最大的愿望，就是項(xiàng)目建成第一天就能立刻投入地震模擬實(shí)驗(yàn)。建好之后，用得好才是關(guān)鍵。”劉銘劼說。

未來，這一大科學(xué)裝置不僅能夠用科學(xué)幫助人類實(shí)現(xiàn)從災(zāi)后救助向?yàn)?zāi)前預(yù)防的轉(zhuǎn)變，年輕的團(tuán)隊還希望它能發(fā)揮更大的作用——為全世界地震領(lǐng)域的科學(xué)家提供開放共享的實(shí)驗(yàn)平臺，為全社會普及防震減災(zāi)的科學(xué)知識。