2008年5月12日發(fā)生的汶川地震對中國來說無疑是一場災難，但對于橋梁工程師來說，也是一個很好的學習機會。每一次震害過后，自然力都會揭示出許多我們曾經忽略了的實際隱患，而解決這些問題會比任何試驗都能帶給我們更多且更實用的結論。11月4日，在孫峻嶺博士的引薦之下，我們在香格里拉飯店的咖啡廳里再次見到了美國結構工程領域的資深專家、美國工程院院士弗瑞德·塞泊先生(Dr.Frieder Seible)。這距上一次采訪，已經過了整整一年時間。這天又正好是美國第44任總統(tǒng)大選的日子。塞泊院士這次是應中國鐵道部工程管理中心的邀請，來中國進行中美鐵路橋梁抗震設計與抗震技術研究的交流。
高速鐵路抗震研究現狀
《橋梁》：據了解，您這次來中國主要是為了和中國的橋梁技術人員交流關于高速鐵路的抗震問題，希望您結合汶川地震以及美國抗震研究的經驗，談一談您對橋梁抗震現狀的看法。
Dr.Seible：據我觀察，汶川地震和世界其他國家和地區(qū)發(fā)生地震后所必須面對的情況非常相似。每當有地震發(fā)生后，當地政府都需要解決兩個方面的問題：一是技術問題，二是政治問題。政府會被社會質問：“房屋、橋梁等這些基礎設施為什么會倒塌?”而工程師會被質問：“作為專業(yè)技術人員，既然你知道會倒塌為什么不提前采取措施?”將這兩方面問題同時溝通好是非常難的，政府和工程師要坐在一起解決。
為了解決這個問題，加州專門成立了抗震技術顧問委員會，它的職能就是直接為州政府提供抗震技術政策和核心抗震技術實施的咨詢，以幫助加州政府抗震工作的具體實施。在大地震發(fā)生后，地震委員會會向州長辦公室提交三份報告：即《與時間賽跑》《更大的挑戰(zhàn)》和《基礎設施的安全》。從這三個報告中，就可以了解抗震技術委員會所做的工作。
其中《與時間賽跑》講的是緊急的救援和調研。民眾要第一時間知道為什么出現倒塌，哪些地方受到的破壞最嚴重及其嚴重程度。這部分對于橋梁工程師來說更加重要?！陡蟮奶魬?zhàn)》包含三個方面的內容。一是現有的基礎設施系統(tǒng)非常龐大，其中有很多是不滿足實際需求的；二是隨著我們的信息化系統(tǒng)工程的建立，數據整理的工作量具有相當的挑戰(zhàn)性；最后一方面也是最重要的方面，即今后的抗震工作如何從以救災為主轉變成以預防為主。第三份報告即《基礎設施的安全》是為發(fā)生大地震之前寫的。在大災難發(fā)生之間都會有一段相對長的平穩(wěn)時期，所有地區(qū)都一樣，政府在這段平穩(wěn)時期往往會掉以輕心。這份報告的目的就是為了提醒政府在發(fā)生任何災難之前，要繼續(xù)進行抗震研究，繼續(xù)推進抗震加固的措施。下一次的大地震是肯定會發(fā)生的，只是我們不知道它什么時候發(fā)生而已。
《橋梁》：現在鐵路橋梁抗震在土木工程界屬于前瞻性的研究領域，它從研究到實際運用會面臨哪些挑戰(zhàn)?
Dr.Seible：作為美國總統(tǒng)大選的一部分，今天美國加州就加州整個高速鐵路的建設經費問題也有一個全民的投票公決。此公決如果通過 (現已通過)，加州所面臨的很多問題都和中國相類似。比如加州有很多高速鐵路要么越過地震帶，要么沿地震帶建設，中國也是這樣的。我們很愿意了解中國這方面的建設情況，另外也很想和中國分享在高速鐵路抗震減災方面的措施和經驗。
高速鐵路的功能特點要求其位移要非常小，不管是震前還是震后，其運營階段的剛度要非常強大。但實際的運營又要求，鐵路無論剛性再強也要有一定的位移能力、變形能力，如何解決這個矛盾問題是個很大的挑戰(zhàn)。而公路就是要利用結構變形的韌性來完成減震抗震，與鐵路的情況非常不同。
另一方面的問題是在大地震發(fā)生后，實際情況的緊迫性不允許我們再花兩三個月的時間去調研原因、了解情況?，F在的要求是，在一兩個小時之內就要知道什么地方有問題，什么時候能通車。這也正是為什么土木智能化系統(tǒng)在高速鐵路上極端重要的原因?，F在高速鐵路建設中已經運用了很多單獨的高性能傳感器，但我們需要的是一個好的傳感器群，并將它們聯系在一個系統(tǒng)內，再通過這個系統(tǒng)來處理問題。但這個方面現在仍處在研究階段，和實際應用還存在差距。前不久，在美國圣地亞哥召開的關于結構檢測和實時監(jiān)測的高性能傳感器智能化研討會也旨在解決這一問題。
結構工程領域前瞻性研究及運用
《橋梁》：在上次的采訪中，您為我們介紹了美國在結構工程領域里的一些前瞻性研究方向，在過去的一年中它們是否有實質性的進展?
Dr.Seible：首先是新材料的運用?，F在橋梁工程界越來越多的關注新材料的研制和運用。這種新材料具有優(yōu)良的物理力學性能，使用壽命長。美國的勞動力是非常昂貴的，所以使用性能好、耐腐蝕性強的材料從長期效益來講更加經濟。但經過很長一段時間的實踐證明，由于高性能復合材料的價格比較昂貴，將其廣泛地運用到橋梁建設中的進程還比較緩慢，其推廣過程也有一定困難。以美國橋梁抗震加固領域為例，更多還是采用傳統(tǒng)材料的新技術，但橋梁上部結構的耐久性加固已經開始采用新研制的碳纖維復合材料。而且這種材料也推廣到了世界其他國家。
現在，美國橋梁正在進入大規(guī)模的維護、翻新階段。我們更加注重橋梁的“結構再生工程”，這包含兩個層面：一是對現有工程壽命的延長，二是對新建橋梁的結構設計和對橋梁整個新系統(tǒng)壽命的延長。由于能源危機的加劇，在過去的一段時間里，美國民眾對于整個交通系統(tǒng)有了認識上的調整。這種調整帶來的結果就是，現在美國車輛的減載率有20％～25％，也就是說，更多的人愿意搭乘公共交通系統(tǒng)。人們開始意識到，可以用軌道交通來解決當前能源緊缺的問題。所以，現在有很多輕軌和高速鐵路的項目都在討論當中。
另外，在過去的幾年里，信息工程在土木工程領域取得了長足的發(fā)展。原來價格昂貴的高性能傳感器現在便宜了許多，得到了廣泛的運用，在有些結構中可以安裝上千個這樣的傳感器。可隨之而來的問題就是，如何給這些傳感器提供能源和電力呢? 又如何將大量數據進行處理，并為政府基礎設施管理提供真正有用的信息? 所以，現在工程師們將研究重點轉到如何運用結構本身產生的能量，并將其傳遞到傳感器上，形成一種自身能源運用，使其成為一種智能傳感器。這已經成為一個重要的項目，我正是這個項目的主要研究負責人。在工作的過程中發(fā)現，雖然我們對這個研究已經投入了很大的財力和人力，但它與實際應用層面仍存在很大程度的脫節(jié)。我也為此正在和加州州長辦公室聯系，希望能將整個加州變成一個智能化的結構體系。
這些問題的研究最后都會落實到如何在實際的建設中廣泛運用。 把實驗室里最新的研究成果真正轉化成建設中的實際運用，整個過程需要相對長的一段時間，在美國這需要10～15年。這個現象不僅僅出現在美國，這是世界各國土木工程界都需要解決的問題。
我國抗震研究的“不對稱”與“大脫節(jié)”
《橋梁》：您認為美國的抗震經驗對中國有什么啟示? 您對中國的橋梁抗震現狀有什么建議?
Dr.Seible：美國是一個地震頻發(fā)的國家，無論是1989年的舊金山洛克龐馬地震還是1994年加州洛杉磯諾斯里奇地震，都導致了多座橋梁倒塌和嚴重的交通中斷現象。在這些地震抗災實踐中美國雖然蒙受了很多損失，但更重要的是，也獲得了很多寶貴的經驗。無論是相關方面的技術研究，還是相關部門的政策措施，都促使美國在過去的三十年里堅持對基礎設施做抗震加固以及防御措施，所以我們的交通基礎設施在經歷震害的時候，表現得相對良好。
關于對中國橋梁抗震現狀的建議，塞泊院士攤開雙手，抱歉地一笑，表示對中國的情況不十分熟悉。坐在旁邊的孫峻嶺博士代替他談了對國內橋梁抗震現狀的一些認識和看法：
現在橋梁抗震總體來說存在著“三個不對稱和一個大脫節(jié)”現象。第一，震災地區(qū)在全球的分布不對稱，震災集中分布在幾個國家和地區(qū)。很不幸，中國就在這幾個地區(qū)之一。而且，有史以來由于震災死亡人數最多的國家就是我們中國。第二，全球范圍內抗震技術的分布也不對稱，主要分布在美國和日本，而中國及其他第三世界震害多發(fā)國家的抗震成套系統(tǒng)、成熟系統(tǒng)都比較少。第三個相對嚴重的不對稱是由于國家的組織形式，在僅有的資源里還橫向分成幾個部委，豎向分成各個省、市、自治區(qū)。資源分割比較嚴重，各個部委對抗震的基本理念都不一樣，更說不上“一致”了。另外，我們的抗震技術從研究到實踐應用過程存在著相當大的脫節(jié)。以至于地震后，看著被水泥板壓在下面的孩子，我們束手無策。用手挖不出來，大機器也不敢動，急需的輕型千斤頂卻沒有……
中國現行的《公路工程抗震設計規(guī)范》是1989年頒布的，近二十年來一直都沒有更新過。我們迫切地需要適合現在建設實際的抗震減災方面的技術規(guī)范。這些在國外已經很成熟了，所以不要再重新發(fā)明同樣的東西了，要引進集成。從長遠的立場出發(fā)，我們應該立足于自主，但是有些東西首先還是需要引進。先引進、消化，再根據中國自己的國情改進，這樣對我們是有幫助的。我們還可以與國際一流的機構合作，建立一個國際抗震研究中心，這個機構可以直接對國家提出技術政策的建議。
短短數十分鐘的采訪，我們不僅了解到了美國結構工程領域前瞻性的研究方向以及這些研究的實際運用現狀，還對于美國在高速鐵路抗震方面的最新經驗進行了交流。美國的橋梁建設發(fā)展比我們提前了幾十年，他們的經驗值得我們借鑒并從中得到啟發(fā)，并結合我國的實際情況做出最快、最正確的反應。目前，我國擁有世界上最大的橋梁建設市場，全世界的目光都集中在這里。希望這些相對前沿的經驗和資訊可以給正準備大展拳腳的橋梁設計和建造者們一些實用的借鑒。
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加利福尼亞高速鐵路是一個連接南、北加州的高速鐵路系統(tǒng)，該系統(tǒng)是從舊金山經由中央河谷(Central Valley) 到沙加緬度，以及經由伊利諾斯州(Inland Empire) 延伸到洛杉磯與圣地亞哥。整個項目由加利福尼亞高速鐵路管理局計劃籌備，整個執(zhí)行計劃在2005年8月通過，2007年起開始進行環(huán)境評估。
該項目總投資約為350億美元，如此大的項目通常是向政府和民眾共同集資。聯邦政府通過發(fā)行公債預計資助120-180億，剩余60-80億預計由民眾投資。聯邦政府于美國時間2008年11月4日以52.13％的同意率通過普選，發(fā)行了第一期99億5000萬美元公債，其中90億美元用于開始興建舊金山到安那翰之間的路線，另外9億5000萬美元用于改善區(qū)域客運鐵路服務。
美國建造一個國家級的項目時首先要論證它的可行性和必要性，這不可以由一兩個領導決定，而是要先由專家對于地區(qū)人口交通成長狀況進行一番科學論證，然后由全體加州民眾表決才可以通過。人口學家的研究表明，加州在2020年人口將增加1100萬人，對交通運輸建設的需求日益增加。專家預估從洛杉磯到舊金山，開車至少需要8小時；至于搭飛機，加上地面交通和機場安全檢查的時間，預計共需3小時26分鐘。如果興建縱貫加州南北的高速鐵路，北起加州首府沙加緬度，然后到北加州重鎮(zhèn)舊金山，南下經過洛杉磯，最后到達美國的邊境城市圣地亞哥。全長1120公里，設計時速為360公里／小時，從洛杉磯至舊金山只需2小時25分鐘，即使加上中間停站時間也不超過3個小時。
