作者:韩文鋆 来源:中国科学报 发布时间:2017/10/9 16:11:10
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陈肇元院士:清华烟雨 土木人生


 

陈肇元

陈肇元, 1931年出生,浙江宁波人,1949年考入上海的中国纺织工学院,1950年转学清华大学并于1952年提前一年从土木系毕业留校任教。1997年当选中国工程院院士。他曾历任中国土木工程学会常务理事,教育工作委员会主任,中国工程院土木、水利与建筑工程学部主任,曾任国务院学位委员会第二、三、四届土木类学科评议组成员和人事部博士后管理委员会第五届专家组成员。陈肇元从20世纪50年代开始从事土木工程相关调查与研究工作,先后从事竹结构、防护工程、高强高性能混凝土、地下工程设计与施工、工程救灾与公共安全、工程结构耐久性等多个领域的研究,发表了大量学术研究成果,并撰写有大量的项目研究报告,出版了多本设计规范。

■韩文鋆

江南少年 成长之路

1931年,随着“九一八”事变的枪声响起,中华民族开始了此后长达十四年的抗日战争。

这一年的10月1日,陈肇元出生于浙江宁波的一户普通的银行职员家庭。对他成长影响最大的是母亲,她很重视孩子们的教育,经常教导他们做人要诚实,对人要诚恳,有事不要与人争。然而,这个经济条件一开始相对宽裕的家庭并没有给他的童年带来安稳的生活,他出生后在宁波城内的中介小学仅读到三年级。

1941年,日军占领宁波,他跟随家人逃难,小学和初中教育大部分时间都是在宁波乡下和沦陷区度过的。在辗转求学的过程中,他亲眼目睹国人受日军压迫的痛苦,路过宁波当时最大的桥梁(灵桥)时要向日本兵鞠躬还可能被搜身,而日本宪兵牵着狼狗在最繁华的城区到处吓人。

1945年,随着抗日战争的胜利,陈肇元转学到了战后复校的宁波私立效实中学,并在这里从初三一直读到高中毕业。这所以培养全面、校风严谨著称的浙江私立中学历史上曾产出14位院士。在这里,陈肇元不但通过住读生活学会照顾自己的起居、学会和他人友好相处,更是耳濡目染接受诸多杰出教师的教育。

高中时期,班上同学之间流传进步书刊,陈肇元常常捧着美国记者埃德加·斯诺写的《西行漫记》,从书里,他了解到陕甘宁边区的实际情况。像埃德加·斯诺一样,那时的陈肇元也“从事过新闻工作”,他和班上的同学一起编辑过油印期刊和墙报《北斗河》,在小小的方寸间留下了进步的文字。

1949年夏天,正值宁波解放,陈肇元从效实中学毕业,当时考大学不像如今有全国统考,江浙两省的考生一般都就近选择到上海参加考试。

经过战争的摧残,那时的中国大地满目疮痍,铁路、海路中断,他只能乘坐破旧的长途汽车前往上海,一旦遇到被炸得坑坑洼洼的地段时,就要下车,靠自己随身携带着的一根扁担,一头挑着箱子、另一头挑着包袱步行。一旦遇到国民党的飞机轰炸还得设法躲避,所以漫长的夜晚没有人敢闭上眼安心睡觉,一车人都只能在路边坐下熬过一夜。

就是这样,陈肇元来到了上海——那时的上海,壮美山河被硝烟呛伤,历史斑驳脱落。

尽管在上海,他以优异的成绩考取了包括清华大学、上海交通大学在内的十所大学,但他最终按照姑父的建议选择了中国纺织工学院(东华大学前身)。这个决定不难理解,当时家中生活日渐拮据,上大学需要靠姑父资助,他作为长子,又必须尽早毕业工作补贴家用,而纺织业在以往一直是个高报酬的行业。

陈肇元是这么想的,也这么做了。中午一碗阳春面果腹,一周三个傍晚做家教辅导一个小女孩功课,这就是陈肇元在上海的走读生活。他在这所无锡荣氏家族创办的,由上海交通大学、圣约翰大学等名校著名教授兼职的大学里度过了自己的大一时光。

但事情完全不像开始想象的那样,受到国民党海军封锁等影响,解放后的纺织业一片萧条。1950年,姑父又去台湾经商,他想到全国解放后国内总要大搞建设需要土木人才,于是报考清华大学在上海招收的大二土木系转学生。就这样,他成为国内大学之间的末代转学生。

从宁波到上海再到北京,经过两天一夜的奔波,陈肇元来到了始建于1911年的清华大学。偌大的清华园里,既有西方学院式的系馆、大礼堂和体育馆,又有古色古香的工字厅皇家建筑和荷花池,让过惯南方拥挤生活的陈肇元大开眼界。在明斋270房间,他和同寝室的三个转学生一起,开始了在清华大学土木工程系的求学生涯。

一个人的出生是别无选择的,但他的命运却是可以改变的,这便是个体生命的精彩所在。陈肇元赶上了中国历史上最动荡的年代,在战火纷飞、风雨飘摇的年代里,他饱尝颠沛流离的战乱之苦。然而,正是这种动荡的生活,赋予了他坚忍不拔的品格和满腔爱国热情。

许多年后的今天,陈肇元仍然对江南水乡的青葱岁月充满怀念和感激。

为人师表 任则必勤

1952年,国家开始实施第一个五年计划急需专业人才,政府决定全国高校的大三学生提前一年毕业参加工作,全班同学满腔热情,大家都抢着报名要到最艰苦的地区工作和锻炼,但大多被分配留校工作。这一年的秋季,陈肇元被分配到了土木工程系任教。

刚参加工作的陈肇元首先赶上全国高校大调整,大批苏联专家进驻高校,在中央“一边倒”方针下,清华大学开始以苏联的高校模式办学。在“向苏联老大哥学习”的口号下,大学要以苏联的教科书进行教学,陈肇元到土木工程系报到后的第一件事就是突击学习俄语。他从小到大学的外语都是英语,所以这对他来说是不小的挑战。那时,留校当助教的他,被安排到结构力学和钢木结构教研组,除了为学生们答疑辅导“结构力学”这门课外,还要讲授“钢木结构”课程。

1952年底,蒋南翔任清华大学校长,提出年轻教师要“双肩挑”,就是一头挑业务工作,另一头挑社会工作。在当时,陈肇元除了抓紧一切时间参加竹结构的研究以外,还被任命为土木工程系教师青年团的支部书记。

曾经有人问陈肇元,他是如何保持这么高的工作效率的,他回答说:“我总是习惯在每晚睡觉前,回顾总结一天的工作,规划好第二天要做的事,这使得工作能够做得顺利些。”

1957年,他担任了系里主管科研的系秘书,因为看不惯某些做法,被认为思想“右倾”,成为系内教师中的右倾典型,受到了批判和脱产半年多下放种菜的处罚。此后的二十多年,他主要从事的是国防和人防科研任务。

1976年,陈肇元从石景山开门办学工地回到校内,担任土木建筑系的副系主任兼地下工程教研组主任。除正常教学科研工作外,他还要主编一本全国统一教材、从事手头的防护工程科研,唐山大地震后还要同时参与建筑物抗震的项目研究,工作量很大,但他仍然能够将各项工作安排得井井有条,学校拟提拔他为教授。

但是,陈肇元考虑到从1957年“反右”开始,学校已多年没有评过正高职称,系内有大量高水平的老教师尚未提升,所以坚决推辞了这一安排。许多年后接受采访的陈肇元说:“我52岁评上教授,比起系里兢兢业业教了一辈子书的老师,有的在退休时还得不到高级职称,我已经非常幸运了。”

无独有偶,1984年,系党委决定任命他为土木工程系系主任,他也是一再推脱,最后实在推辞不掉,才在确定了继任者人选的情况下答应只干一届(四年)。

同事崔京浩对陈肇元这种“不贪恋名位”的行为赞赏有加:“不干则已,干则必成;任则必勤,功成身退,实乃土木工程界的一股清流。”

陈肇元上任之后就致力于学科和专业的拓展工作,增设了建设工程管理专业,新增了城市交通和计算机应用两个教研组,重新开始了“大土木”的专业设置思路。此外,他率先在课程设置上增设了用英语讲授的“结构力学”和“钢筋混凝土”两门主课并采取了一系列创新措施,使得土木工程系的面貌焕然一新。

同样是在80年代,国内各专业学会开始恢复,陈肇元自此开始担任中国土木工程学会的常务理事长达十八年之久。在此期间,他发起成立教育工作委员会,组织各土木工程院、系主任的工作交流十余年,并多次组织高校土木工程优秀毕业生表彰大会,都取得了良好的效果……

时隔多年,许多当时的同事仍然对他在任时的表现记忆犹新、啧啧称赞。

专注科研 涉猎面广

新中国成立初期,由于全国钢材奇缺,国家号召“要千方百计节约钢材”和“以竹代钢”,他开始了此后长达十年的圆竹结构的研究。

1955年,清华大学派陈肇元到当时集中了一大批苏联专家的哈尔滨工业大学去进修。在哈尔滨工业大学,陈肇元跟随苏联专家卡岗教授学习,他研究的还是竹结构。但是由于竹结构本身的一些弱点如承载力低、易蛀、易腐,在当时条件下很难解决,结果未能推广应用。

到了60年后的今天,他又重操旧业,与香港中文大学协作,共同培养博士研究生,研究圆竹建造桥梁和房屋供乡镇使用,为农村脱贫作贡献。

1959年,中苏关系公开破裂后,中央提出“深挖洞,广积粮”的号召,1962年,清华大学组织有关院系成立与战备有关的保密项目,其中的一个与土木工程相关的是修建地下防护工程。当时,土建系(1960年土木工程系和建筑系两系合并,至1980年分开)主要抽调了一批青年教师组成研究队伍,成立了代号为“0304”的课题组。

在国防项目中,如果把核武器研究比作用于进攻的“矛”的研究,那么防护工程研究就是用于防守的“盾”的研究。如果只有“矛”而没有“盾”或者只有“盾”而没有“矛”,都将使国家安全在当时的历史背景下处于极大的威胁之中。

防护工程的目的就是防卫武器效应,当时考虑的主要是核武器效应。在核武器效应中,爆炸冲击波对人员伤亡最大。地下和地上的工事,受到冲击波压力时会产生变形破坏,这种变形的速度非常快,一般是毫秒级,可从几毫秒到几十毫秒。陈肇元接受的任务就是研究在这种毫秒级的冲击波压力下,防护结构或工事的承载能力。

这一研究离不开必要的试验,因此课题组首先要解决的是如何制造出在实验室内能够产生结构快速变形的加载机械设备和测量仪器。

陈肇元学的并不是机械工程,从未接触过有关结构材料和结构构件快速变形性能的研究,国内也没有相应的加载试验装置,一切都要从零开始,可以说是个考验。他用尽一切办法搜集当时可能得到的外文资料,然后寻找其中有用的线索,设计加工成用高压氮气作动力,最大压力从5吨、30吨到150吨等5种不同吨位的快速变形加载试验机,从而进行结构材料和结构构件的拉、压、弯试验。

他和实验室的工程技术员张达成一起画机械零件图、跑工厂。当时,哪怕加载设备制造需要的各种O型密封圈在市场上都没有供应,还得自行设计钢模具,然后请加工厂加工。为了来回运送零件设备和进行试验用的高压氮气瓶,陈肇元甚至学会了蹬三轮车。

有了这些装置,陈肇元研究组进行了不同强度钢材、混凝土等不同结构材料的快速变形实验,取得了大量有用数据,成果很快得到实际应用,并为有关设计规范采纳。例如,我们如今仍在使用的北京地铁一号线车站,不但深入地下,而且其中有许多“粗壮”的钢管混凝土柱,就是其研究成果的现实应用之一。

值得注意的是,他的这些成果所研究的结构材料,其强度和性能都远远高于当时在国内一般民用工程中所采用的低强度钢材和低标号混凝土。比如当时大量采用的混凝土的强度只有20MPa,而防护工程中研究的已达到90MPa。80年代起,国内开始大规模工程建设,高层建筑大量兴起,高强和高性能混凝土具有广泛应用前景。

陈肇元敏锐地提前发现这种情况,在清华大学土木系率先对高强混凝土结构的结构设计方法进行了研究,在中国土木工程学会中发起成立了高强混凝土委员会,主编了高强混凝土结构设计施工规程,取得了很高的经济效益和工程效益。高强混凝土委员会每隔两年召开一次全国性的学术会议,如今在学界和业界已享有盛誉。

“防护工程是我一生中投入时间最长的研究项目,脱产研究的时间长达27年。”陈肇元在自传中写下这样的话,“在防护工程领域,一些研究成果被国防、人防工程设计规范所采用,很多成果在此后的城市化建设中也起到了很大作用。”

此外,陈肇元对地铁等地下工程的研究也取得不少成果,比如为广州地铁一号线的14个车站编写了《深基坑支护综述》《广州地铁14个车站基坑支护调查报告》等十余个总结,总计近60余万字,还编写了多本具有极大影响力的设计施工工程和指南。

他凭着自己在防护工程和高强混凝土结构、地下工程等领域的努力,作出了卓越的成绩,1997年被选为中国工程院院士。

延长混凝土结构的使用寿命

回首过往的清华岁月,陈肇元在土木系近65年的工作中,除教学外的大部分时间都全身心投入到了科研中,不仅从事理论探索,还研究工程技术。

从90年代中期起,陈肇元的研究工作开始转向工程防灾,并向有关部门积极提出要提高我国结构工程设计的防震、防风灾和燃气爆炸的能力。2003年,他被聘为公安部的灭火救援专家组顾问,多次为消防部门的技术人员讲授有关消防技术,编写了不少讲义。

此后,他又将主要精力转移到研究国内土建结构工程的安全性与耐久性问题上来。

他对结构工程领域的长期研究使他逐渐领会到结构实际使用寿命问题的重要性,尤其是关于建筑物的使用寿命问题。他认识到工程结构的安全性、耐久性和适用性,最后都体现在它的使用寿命上,但是我国的实际情况是土木工程设计规范所规定的安全性与耐久性设计标准在全世界范围内可以说是最低的。

他的科研工作,一直立足国家的实际情况、紧跟着国家发展的需要,所以他总能提前发现国家建设、发展过程中存在的问题。

“普通混凝土房屋结构的设计使用年限是50年,为达到这一要求,需有95%以上的房屋结构应能在这一年限内不需大修,因为设计年限也是有安全储备的,所以有的国家设计使用年限为50年的房屋基本能用100年。”陈肇元反复强调,“但是我国的建筑物实际使用寿命一般仅有50年上下,不少房屋、桥梁几乎二三十年就要大修一次甚至重建,既浪费无法恢复的砂石等天然资源,又浪费大量人力物力。”

为此,他多次向国家有关领导部门反映要提高结构的使用寿命,并到全国各地反复办班讲课,宣传提高结构使用寿命的重要性。

尽管他的呼吁也得到了一些部门的重视,国内混凝土结构设计规范在安全性和耐久性设计要求上有了一点提高,但仍然不够。他在自传中提到:“希望在有生之年尚能见到技术规范的编制和建筑工程管理制度有一个根本性的转变。”

几十年过去了,当年哈尔滨街道上的马车叮当声有时夜里仿佛还会在耳畔回响,夏天中关村街道上骑三轮车的场景似乎总在午夜梦回时让人感慨时光飞逝。

从事土木工程研究的人有很多,但像陈肇元这样与国家紧迫需要密切结合并作出成绩,还异常谦虚低调的学者并不多。他把青春献给了土木工程研究,也献给了中华民族伟大复兴的事业。即便如今年过八十,他仍然关心着中国土木工程研究的发展……(作者单位:中国人民大学)



 

①20世纪70年代,陈肇元在清华大学工程结构实验室。

②1997年,南京,陈肇元在作高强混凝土技术讲座。


 

③1997年,陈肇元在重建的清华大学二校门前留影。

④2004年,上海,陈肇元参观上海工地。

延伸阅读

我眼中的陈肇元

■崔京浩

1952年9月陈肇元在清华大学土木系提前毕业留校任教,开始了他毕生从事教学和科研的生涯,尤以科研为主且研究面宽广近乎涉及土木工程各个领域,直至80岁成为资深院士之后还利用各种机会和场合针对中国土木工程的一些陈腐的规定和弊病秉笔直书、直言陈谏。他可算得上是一个终其一生都致力于土木工程领域的研究型学者。

在我眼中,陈肇元凡是国家需要,就身心投入、全力以赴、持之以恒。

上世纪60年代,土木系成立了代号0304的以防核爆为主的课题研究组,陈肇元负责研究模拟防护结构在爆炸压力荷载下发生毫秒级变形的快速加载试验机,这是传统的土木工作者极不熟悉的领域。他凭借刻苦的努力和个人的天赋查阅资料、设计和绘制加工图,组织安排加工和装配。他身体力行骑三轮车频繁地来回运送设备零件和氮气瓶。这也基本上是那个年代能出成果的知识分子的状态和形象。

一项研究从零开始,历时20多年最后取得一系列完整优秀的成果实属不易,陈院士堪称军事部门以外防护工程研究的先驱和领路人,展示了他从事研究工作“国家需要、身心投入、全力以赴、持之以恒”的风骨和韧劲。

在我眼中,陈肇元紧跟时代、观察锐敏,不但涉猎面广,而且有始有终。

20世纪80年代我国开始了大规模的建设高潮,解放后长期使用的低标号混凝土已经不能适应了,要提高混凝土的强度相继而来的工作度如流动度、密实度等性能问题必须同时考虑,于是一个新的课题“高强高性能混凝土”的研究开始了。他又发现许多早年的混凝土在环境的影响下产生了严重的腐蚀和脆化,这是一个材料的耐久性问题,他锐敏地认识到对于混凝土的高性能问题除了那些传统的性能以外,必须把耐久性作为重点考虑。

除防护工程、高强高性能混凝土、深基坑开挖以外他还涉足地下工程设计与施工、工程救灾公共安全等领域,如地下结构的外水压力、地铁车站水压折减系数试验研究等,仅围绕广州地铁就写过50多万字的报告。

在我眼中,陈肇元圄与任职,但任则必勤,他敢于担当、功成身退。

陈肇元最不愿干的是行政职务,但是他为人坦诚而宽厚颇得众望。1984年在群众推荐和领导任命下陈肇元担任了土木系系主任,但声明只干一届4年。他不负众望,白天大部分时间花在系主任的行政工作上,而他喜好的科研工作则放在晚上去做。

他在任职期间土木系增设了一个建筑工程管理专业,与此同时,在土木系还增设了城市交通和计算机应用两个教研组,在国内带头用英语讲授结构力学与钢筋混凝土两门主课,开设了几门拓宽专业知识的选修课,选送年轻教师和优秀毕业生出国深造。他甚至在教师队伍上也作了重要的调整,当时土木系教师人数偏多,他通过系党委调整输送了十名副教授到校外发挥更大的作用。

除此以外,陈肇元利用自己的学术身份大力推广他成熟的研究成果,他的工作获得了土木工程界和人防工程界的普遍欢迎。他更是利用这个身份主持并参与编制建设部、交通部、铁道部等多个部门的技术标准和规范达十余种之多,至于国防和人防部门的技术规程的编制和审核更是少不了他。在学术职务方面他更称得上是“不任则已,任则必勤”的。

陈肇元院士为人豁达大度、聪慧勤奋、简约务实、不善辞令。最让人难忘的就是,在他任土木系系主任的4年间工作成绩很大但极少开会,仅在年终手写一份总结分发大家并同时开一个茶话会。这种性格和作风颇得众望,以至于4年届满功成身退之时从校领导到系内同仁多有表示惋惜乃至挽留之意,但都被他谢绝了。

他这样的品格实在是难能可贵,也是非常值得我们学习的。当然,也正因为如此,他才是一位令人佩服的院士。(作者系清华大学教授)

《中国科学报》 (2017-09-25 第8版 印刻)
 
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