經濟快速發展的今天,國內超高層建築仿如「雨後春筍」,越修越多。在山城重慶,據不完全統計,已建成或封頂的超高層建築就有41棟,位居中國內陸第四。要保障建築安全,防風抗風結構設計也成為當下國際前沿的研究課題。中國工程院2017年增選的外籍院士——日本工程院院士、重慶大學教授田村幸雄,就是一位享譽國際的「龍捲風」專家。2017年10月14日受聘為重慶大學土木工程學院全職教授後,田村幸雄正致力於在保障建築安全的風研究領域取得重要突破。
認識風的破壞力
重慶大學土木工程學院正致力於風工程·風環境·風資源研究中心建設,投資6000多萬元的風洞實驗室也正在建設之中。風研究中心項目的發起人之一,正是田村幸雄。
「在中國,上世紀90年代以來,超過300米以上的超高層建築越來越多,如今還湧現出了一批600米以上摩天大樓,有關抗風的構造建設研究也十分必要。」 「正是重慶大學結構風工程和環境風工程這兩大科研項目,我選擇來到這裡。」田村幸雄說,結構風工程項目主要是對超高層建築的抗風防風能力進行研究;環境風工程項目則主要是有關室內外空氣流動換氣的研究。記者了解到,風研究中心將建立起風資源利用及風機設計、城市風環境與建築通風節能、航空低速空氣動力學等5至7個風工程研究方向。
風力可能對建築帶來多大的影響和破壞?「人無法行走,眼睜不開,站不住。」 田村教授回憶,在他學生時代,有次經歷的風速高達42m/s,電梯都不能運行。「提到自然災害,除了地震、洪水,風的災害不容小覷,80%的經濟損失都是風造成的。」他說。
在本世紀初,當時在日本東京工藝大學任教的他,通過多次實驗建立了風荷載資料庫,並根據數據建立數學模型,找到了風力和建築物損壞程度之間的量化關係。為了測風震動,他和同事們經常待在塔裡感受風,有時一整晚都沒出來。
雖然今年已經71歲,田村教授依舊奔波世界各地,在第一時間出現在各大風災現場,參與風災一線調研。2016年,中國江蘇鹽城發生特大龍捲風災害,造成90餘人死亡。田村教授得知消息,立即前往鹽城調研,穿行在災後散落著鋼筋、玻璃、彩鋼板的泥地上,考察建築物的受損情況,為制定中國龍捲風強度標準身體力行。「看到因風災破壞而變得無家可歸的人們,我內心受到很大觸動。」
「聯合國防災署有研究地震等各種災害,就是沒有風。」在田村教授的呼籲下,2009年,他與聯合國防災署合作,發起成立了強風關聯災害防治組織,致力於減少風災帶來的危害。
防治風災碩果纍纍
2014年,剛退休的田村,應邀來到北京交通大學,與該校教授楊慶山找到了建築物抗擊風力的結構設計方法,並成功應用於瀋陽南站、廈門高崎國際機場T4航站樓、雲南科技館等重大工程。2017年1月,楊慶山來到重慶大學,擔任土木工程學院院長。在他的引薦下,田村來到重慶大學。同年7月,風工程·風環境·風資源研究中心項目啟動。
「田村教授長期致力於結構風工程研究,其突出學術成就和貢獻主要集中在建築結構風荷載的數學模型、量化和分析,為實現合理的建築結構抗風設計做出了創造性貢獻,是建築結構抗風研究和應用領域的國際著名專家。」重慶大學土木工程學院楊慶山院長介紹,國際風工程學會主席一般沒有連任,而田村教授連任了兩屆主席。
田村幸雄來重慶已有近3個月時間。「重慶是山城,綠化很美麗,不過還不習慣這裡偏辣的飲食。」雖已過7旬,田村教授看上去很精神。早上6點到辦公室,常常深夜回到公寓,熟悉他的人都評價他精力旺盛。而他的學生常常在第二天發現凌晨一兩點收到教授發來的郵件。
「在科研工作中,田村教授是一絲不苟、非常負責。」 重慶大學風研究團隊的成員之一劉敏介紹說,田村教授在指導學生論文時,不管是詞句的推敲,還是圖表的製作,甚至是文中每個標點符號的選擇,他都要仔細琢磨,讓每篇文章做到最好。
「田村教授曾帶過結構風工程的課程,除了介紹基礎的學科理論和前沿的研究成果外,他常常講述一些有趣的小知識,讓課堂充滿歡聲笑語。」劉敏回憶,一次在講到尾流時,教授告訴學生們,大雁飛成「人」字形,是因為後面的大雁可以藉助前面大雁遇風產生的尾流,而省力不少。正在大家嘖嘖稱嘆時,教授又考大家為什麼大雁冬天要飛去南方?學生們紛紛搖頭,等待他揭曉另一個風工程小知識,這時他卻幽默地說:「因為走過去太遠了,所以要飛過去。」(光明融媒記者張國聖 通訊員李凡)