1936年出生的林元培,小時候家境貧寒,但是父親卻經常對作為家中長子的林元培說:“人窮志不窮,一個人,給你一座銀行,不如身懷絕技。”父親的話,深深印在林元培的腦海里,要想做一個有用的人,只有學習、學習、再學習。1954年他進入了上海市市政設計研究院的大門,正當林元培準備大展身手的時候,一場政治運動使他受到沖擊,他被下放到農村勞動,先在浦東,后來到了松江的佘山。他后來回憶說:在農村的勞動中,他慢慢地平靜了下來,決心把自己酷愛的數學和力學撿起來。從此,他把所有勞動之余的時間,都用來看書、學習,有時學習到了深夜,為了不影響同屋其他人的休息,他便借助手電筒的燈光,躲在被窩里看書。林元培每個月拿出工資的大部分資助家里,自己留下很少的一部分,也總是用來買書。他一向服膺愛因斯坦,先從狹義相對論下手,隨后又開始鉆研廣義相對論,為此,他自學了《絕對微積分》、《黎曼幾何學》,還學習了《彈性力學》以及其他土木工程方面的理論。
在學習的同時,林元培寫下了大量的心得筆記,這成為日后他撰寫論文的基礎。“在佘山可以說是我心最靜的時候。”他后來回憶說,“那一段歲月,對我的一生極其重要!”事實上,林元培今天輝煌的事業(yè)大廈,正是在彼時打下了堅實的基礎。這,大概可以成為成語中“因禍得福”,“塞翁失馬”的最佳注解了。當年的學習筆記,林元培還小心翼翼地保存著,他也曾多次回到松江,或許是懷舊,或許是勵志。李國豪教授親自將林元培的論文推薦到國際橋梁與結構學會會刊上發(fā)表。幾年后,26歲的林元培從農村回到了設計院,同事們都覺得他像換了一個人。自從他無師自通地掌握了廣義相對論后,再回頭來看土木工程的種種理論問題,就有如站在高山之巔俯瞰人間城郭。林元培很清楚,這是科學知識的力量所在!
不久,他那孕育于苦難之中的論文陸續(xù)發(fā)表了。第一篇就一鳴驚人,論文題目為《裝配式橫向鉸梁式橋板橫向分布系數的計算》。論文發(fā)表時,因為林元培為第一作者,主任工程師張乃華為第二作者,而當時的張乃華先生在造橋界已經很有名氣,但林元培的名字,大家卻根本沒聽說過,所以,人們紛紛猜測,這位名字排在張先生前面的人,究竟是何方來的高手。這篇出山之作,在橋梁界產生了一定影響,后來,被選入了大學教科書。
1964年后,林元培接連在學術界的頂級刊物上發(fā)表論文,此舉既使他的理論水平得到了鞏固和提高,同時,也使前輩和同事們對他刮目相看。李國豪教授是中國橋梁界的權威,他曾提出斜板理論在世界上很有影響。上世紀70年代中期,日本的成岡昌夫教授經過實驗、求證,在德國雜志上發(fā)表論文稱:他發(fā)現李國豪教授的理論,在通過電算求解與模型試驗的實測后有一定差距。這自然引起了對學術難題有所偏愛的林元培的興趣。當時,他剛剛設計完一座小橋,尚有些時間。于是,他對李國豪的斜板理論進行了研究。根據愛因斯坦假定越少越好的思想方法,他感到李教授的理論中的一個假定可能多余的。當他去掉這個假定再來推導,發(fā)現結果和成岡昌夫的實測完全一樣。
于是,林元培撰寫了《斜交構造異性板的理論及其應用》的論文,并寄給了李國豪教授。作為老一輩的橋梁專家,李教授充分肯定了林元培的論文,并親自將論文推薦到國際橋梁與結構學會會刊上發(fā)表。正是由于這篇論文的發(fā)表,1979年林元培應邀出席了在奧地利維也納舉行的第十一界國際橋梁與結構會議。這里還有個小插曲。當時因為國門初開,出國名額非常緊張,林元培最后得以成行,還得到了當時主管科技的國務院副總理方毅的支持。這篇論文后來在上海第一次科學大會上榮獲了重大科技成果獎。林元培看技術論文的速度奇快,同事們都說他像看小說一樣,其實,他是善于抓住內容最關鍵的本質,不為繁瑣的數學符號所迷惑。多年以前,他曾有過把學校安排兩個學期學完的教課書,一個晚上就全部看完并掌握其實質的記錄。
扎實的理論基礎,不僅使林元培掌握了科學知識,也使他的思想境界不斷地升華,更為他在橋梁設計上大顯身手奠定了極為穩(wěn)固的基礎。林元培就像一個修煉多年的武林高手,十年磨一劍,在沉默中等待著機會,一旦風云際會,他的出山,勢必驚世驚人!嘉陵江石門大橋合龍那一天,林元培竟然激動得昏了過去。1963年,林元培參與設計的第一座大橋,是位于廣西的柳州大橋。橋的跨度約124米,是全國第一座T型鋼構橋。時任市政院副總工程師的劉作霖擔任了總設計師。當時,市政院所設計的都是像蘇州河上的小橋,因此,對百米大橋的設計建設沒有任何經驗。接受這個任務,敢于迎接挑戰(zhàn),是要擔風險的。但是,創(chuàng)新就會有風險!當時的青年技術人員都摩拳擦掌,躍躍欲試,但關鍵,是看劉作霖敢不敢、肯不肯負這個責任。最后,劉作霖毅然拍板:做!
很多年以后,功成名就的林元培認真地說:劉作霖是對他人生影響最大的人之一。劉先生使他懂得了橋梁設計的關鍵就是敢于承擔責任。林元培還認為,當年劉總讓他參加,就是因為看中了他在理論方面的功底。當時,林元培的任務,就是為設計人員掃除一切理論上的障礙。后來,林元培又參與設計了在黃浦江支流上的泖港大橋,這是國內第一座200米跨度的斜拉橋,技術難度很大。其中,橋梁懸臂對攏是最大的難題。當時,他偶然參加了一個科普報告會,講到了用卡爾曼濾波法修正導彈軌跡和解決宇宙飛船的對接問題,林元培受到啟發(fā),心中豁然開朗:理論與實際總是存在著一定的偏差,但可以在實踐中采取隨時修正的辦法。他馬上找來了卡爾曼濾波法的資料進行研究,由于有著相對論的功底,他馬上理解了其中的奧義。隨后,他首次成功地運用了卡爾曼濾波法控制施工,使兩岸懸臂施工的橋梁在合龍時,將對接的誤差控制在了2厘米之內。
后來,林元培又造了很多橋,每造一座橋,他都向自我挑戰(zhàn),力求運用新技術,不搞簡單的重復。1982年通車的松江泖港大橋成功地探索了雙塔雙索面的橋型;1985年設計的廣東西樵山斜拉橋和上海新客站恒豐北路斜拉橋,前者跨越能力為250米,后者解決了軟土地基的深樁技術;在1987年的重慶嘉陵江石門大橋上,他更是創(chuàng)造了單索面斜拉橋的世界紀錄,跨越能力達到了452米。林元培也是凡人,當他的心血從圖紙變成現實時,他同樣會高興,會不能自已。當嘉陵江石門大橋合龍那一天,他從上海飛抵重慶,在他剛剛到達位于山上的重慶大學招待所時,就聽到了山下傳來的喜訊,林元培竟然激動得昏了過去。林元培的心中一直有一個夢想,當石門大橋獲得了成功之后,他知道,自己離這個夢想越來越近了。美國著名橋梁結構權威鄧文中先生說:“南浦大橋成功的建造,說明中國人可以參與和完成世界上任何工程項目。”這個夢想,就是要在黃浦江上造大橋。這不僅是林元培的夢想,而且是從茅以升、李國豪開始的幾代造橋人共同的夢想。作為橋梁專家,林元培更希望有一天,黃浦江上的大橋是由自己設計的,他要實現“零”的突破。上海,這個擁有上千萬人口的遠東第一大都市,有著同巴黎塞納河、倫敦泰晤士河一樣聞名于世的黃浦江,然而在20世紀80年代以前的漫長歲月中,黃浦江城區(qū)段上卻沒有一座橋!上海,做了近百年的大橋夢。
鏡頭一:清末小說家、上海青浦人陸士諤,在宣統(tǒng)二年出版的小說《新中國》中寫道:宣統(tǒng)二十年,萬國博覽會在浦東舉辦,黃浦灘已建成了浦江大鐵橋,小說主人公前去游玩,一跤跌醒,方知是南柯一夢。
鏡頭二:1931年,上海地方商紳籌建了建橋機構并與一家法國廠商草簽協議,準備在董家渡建一座鋼質浮船橋梁。后因當局不予資助,只得作罷。
鏡頭三:1945年,抗戰(zhàn)勝利,在有識之士推動下,上海成立了越江工程委員會,由茅以升、趙祖康等著名專家主持規(guī)劃,經過3年的辛勤工作,完成了3種越江工程方案。當時的國民黨政府也曾撥款兩億元作為規(guī)劃、設計經費,但物價飛漲,到頭來這兩億元只能買20斤茶葉,造橋計劃再成泡影。從上世紀80年代開始,上海市的經濟規(guī)模逐年增大,每天過江量達104萬人次和2.2萬車次,黃浦江市區(qū)段再也不能沒有橋了!可是要在黃浦江上架橋卻又絕非易事,必須解決資金問題和具備相應的設計能力。作為上海父母官的幾任市長汪道涵、江澤民、都對此給予了極大的關注。時機終于在20世紀80年代中期成熟:亞洲開發(fā)銀行愿意貸款,上海市政工程設計研究院有能力擔任主體設計。上海市政府在落實了這兩個關鍵問題后,果斷拍板:造橋!而且一舉就是兩座:先南浦,后楊浦。
1984年走上市政設計院總工程師崗位的林元培,終于遇到了設計黃浦江大橋這一歷史性的機遇,幸運女神開始向他微笑。由于加速開發(fā)、開放浦東的需要,上海市政府在決定興建南浦大橋時做出決策,南浦大橋必須在3年內建成通車,1989年必須開工。這時,留給設計者的時間只有1年半。用這么短的時間設計一座中國從未做過的疊合梁斜拉橋,并且是世界級的大跨徑,這在國際上也是罕見的。林元培在接受南浦大橋設計任務的當初,也確實感到了新技術風險的壓力。不錯,他設計或主持設計過的多座斜拉橋,座座不同且均有創(chuàng)新,可以說是成績卓著,但設計疊合梁斜拉橋還是第一回。南浦大橋要設計成這種問世不久的新潮橋型,而且跨徑位居當時世界第三,沒有一定的技術實力和氣魄是不行的。
林元培透露,時任上海市市長的朱基同志曾專門把他請到自己的辦公室,只是為了問他一句話:“你有沒有把握?有多少把握?” 林元培考慮了一下,一字一句地回答朱市長:“我有80%的把握!”他心想,還有20%的風險,但我會用120%的努力去克服。但是設計南浦大橋的風險依然存在。后來,林元培曾對自己的家人說:設計南浦大橋他有一種走在懸崖峭壁上的感覺,但我一定要走過去。林元培決定借鑒加拿大安娜西斯橋的經驗。不料,從加拿大考察回來的工程師帶回了一個令人吃驚的消息:安娜西斯橋出現了許多裂縫!
林元培坐不住了,1989年春節(jié)剛過,他親自前往加拿大考察。在安娜西斯橋,林元培頂著溫哥華北緯49度的凜冽寒風,爬上爬下仔細觀察,并用照相機從不同角度將橋上100多條裂縫全部拍攝下來。不久,當他們出現在美國貝當大橋工地時,又獲悉貝當橋的錨固構造要修改,但怎么修改方案未定,林元培的神情一下子變得凝重起來。因為他非常清楚:南浦大橋如不做新的技術處理,裂縫問題就無法避免。回國后,林元培把自己關在客廳里看幻燈片,細細琢磨那一道道揪人心的裂縫,細細琢磨那一個個化解裂縫的方法,度過了一個又一個不眠之夜。智慧是世上最有價值的財富。裂縫難關導致林元培一篇全新論文的誕生:《南浦大橋設計》。他針對安娜西斯橋的4種裂縫,提出了4類化解方法。果然,按照林氏新方法施工的南浦大橋,經過36輛30噸載重卡車的荷載試驗和實際運營,仍不見裂縫的蹤影。真是一個奇跡!林元培在南浦大橋設計和施工中,根據實際情況提出了一系列獨創(chuàng)性的見解,并采取有效的措施(如在岸上設置輔助墩以減少塔根彎矩等),使南浦大橋已經在很大程度上不同于安娜西斯橋和貝當橋了。
國際同行肯定了林元培從理論到實踐對疊合梁斜拉橋做出的突出貢獻。
1991年4月26日,美國著名橋梁結構權威、D R C公司總裁鄧文中先生在寫給大橋指揮部的信中說:“看到南浦大橋成功的建造,使我感到很興奮。我覺得這充分說明中國人潛力很大,可以參與和完成世界上任何工程項目。”舉行楊浦大橋通車慶典的那天,朱基說:“老林啊,你現在是出了大名了。” 如果說南浦大橋的建成通車,實現了黃浦江市區(qū)段上“零”的突破,那么楊浦大橋的建成則使我國的斜拉橋設計建造能力一舉領先于國際橋梁界,奠定了我國在國際橋梁界的地位。楊浦大橋在設計上,當時有3種方案可供選擇:一種方案是照搬南浦大橋設計跨度423米,這是一個現成的方案,但一個橋墩將落在黃浦江中;第二個方案是將一個橋墩緊靠在岸邊放置,這樣跨度達到580米,但岸邊地基十分復雜;第三個方案是兩個橋墩都在岸上,跨度602米。這是當時世界第一的跨度。林元培面臨的選擇是,要么單純求穩(wěn),采用第一種方案,但是這樣會留下深深的遺憾;要么爭創(chuàng)一流水平,但要承擔巨大的風險。最后,林元培下了決心,要么不造,要造就要造最好的橋。他義無返顧地選擇了風險較大,但最為合理的602米造橋方案。
楊浦大橋比南浦大橋主跨一下子長出179米,量的變化引起了質的變化。橋梁設計首要的問題是計算出橋梁的內力,而古典的橋梁理論在楊浦大橋面前已顯得無能為力了。憑借豐富的實踐經驗和深厚的理論功底,林元培早在主持設計重慶嘉陵江石門大橋、重慶長江二橋和南浦大橋等跨徑超過400米的大橋時就發(fā)現,古典理論的內力計算同橋梁的實際內力存在誤差,而跨度越大,誤差也就越大。楊浦大橋當時是世界第一跨度,這個前人沒有解決過的問題,自然必須由創(chuàng)造第一的人來解決。林元培創(chuàng)造性地提出了全新的理論——適用于一切空間結構而不囿于橋梁的“空間結構穩(wěn)定理論”。有位外國專家用古典理論作了一個楊浦大橋設計方案供有關方面參考,它同用“林氏理論”計算的方案相比較,結構的剛度存在著明顯不足,內力計算誤差竟達62%!楊浦大橋的設計成功,證實了林元培為橋梁理論所做出的最新貢獻。
楊浦大橋當時不僅在跨度上創(chuàng)造了世界第一,林元培和他的同事們在橋梁理論的實踐中也創(chuàng)造了許多第一:斜拉索從平面布置改成空間索面布置后的復雜計算,錨箱因鋼梁斷面改變而作的全新設計,塔形由南浦大橋的H形改為多角鉆石形后對拉索上端錨固方式采取的全新構思等。1992年8月,鄧文中博士與斜拉橋歐洲流派代表人物、德國萊翁哈特設計事務所經理斯文森,斜拉橋北美流派代表人物、美國聯邦政府公路運輸部總工程師伯特爾尼博士和日本東京大學教授西野應“亞行”邀請專門對大橋設計組成員進行了面對面的設計審查,還考察了現場,專家組的結論是:“楊浦大橋的設計不僅在技術上是合理的,而且它代表了橋梁工藝的一個杰出進步。”其中,斯文森的比喻更為精彩,他說:“一個發(fā)展中國家能夠在短時間內建造一座創(chuàng)造世界紀錄的斜拉橋,這好比在奧運會上獲得半打金牌。”這是世界一流的專家對世界一流的大橋所作的一流評價。舉行楊浦大橋通車慶典的那天,時任中共中央政治局常委、國務院副總理的朱基與建設功臣代表一一握手。當他來到林元培面前時,特意多停留了一會兒,親切而意味深長地說:“老林啊,時勢造英雄,你現在是出了大名了,今后還要做到國外去。”
林元培當時心里一陣激動,不禁有點語塞,只是不住地點頭,連連說:“是,是。”
當天晚上,從來不沾煙酒的林元培破例端起一小杯花雕酒,笑吟吟面對家人一飲而盡,共慶勝利。林元培坦言:楊浦大橋的建成,是他有生以來最最激動的時刻。他證明了自己,也為中國贏得了榮譽。 1992年9月,在紐約國際橋梁會議的講臺上,林元培作為斜拉橋中國流派的代表,向與會的近百名世界各國橋梁設計巨匠們清晰地闡述了他對上海“南浦”、“楊浦”兩座斜拉橋的設計理論,并描繪了中國斜拉橋的發(fā)展前景。他的發(fā)言,贏得了全場熱烈的掌聲,與會專家們紛紛翹起大拇指,連聲稱贊“Excellent,Excellent(杰出的、優(yōu)秀的)!”有位外國朋友甚至這么說:“中國的楊浦大橋現在已和中國的長城一樣出名。”走在楊浦大橋上,他的心中有一種永不消失的感覺。現在的林元培擁有了鮮花、掌聲,也有了名譽和地位,但他很清醒,總是謙虛地說:“完成這兩座雄偉大橋的,是一個專家群體,我只是有幸被推上了總工程師、總設計師崗位罷了,掛上了一個‘總’字,是要最后拍板,要多操一點心,多承擔一點責任。一個人本事再大,也是難以獨立設計一座世界級大橋的。”在隨后建造的徐浦大橋中,他毅然把大橋正副設計負責人的重擔交給了3位30多歲的青年技術人員。在工作中,他采取了“放手不放眼”的方法,鼓勵年輕人敢想敢為。他要把大橋設計工程變成一個培養(yǎng)青年人的工程。還是在楊浦大橋通車的那天,妻子問他:“下一步想干什么?”林元培豪氣沖天地說:“好好睡一覺,然后再造一座更大的橋,最好是2000米的!”
林元培設想自己在退休后,會有更多的時間來鉆研自己最為喜愛的微分幾何。這純粹是為了自己的興趣,對他而言,這是一個極大的快樂!現在,在閑暇時,林元培偶爾會帶著孫子登上離自己家很近的楊浦大橋,走在橋上,他的心中有一種永不消失的感覺,這種感覺,親切、溫暖、平和,這時,大橋仿佛有著生命。林元培——造橋大師和大橋會在同一個時間里一起呼吸。