人物簡介：

朱萬旭，教授級高級工程師，1972年3月出生，廣西玉林市興業(yè)縣人，本科就讀于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，清華大學(xué)碩士畢業(yè)后回到廣西，長期在柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司工作，2015年開始執(zhí)教于桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，系廣西第一批、第五批特聘專家，入選2005年度“廣西新世紀(jì)十百千人才工程”第二層次人選，2013年被評為廣西優(yōu)秀專家，兼任中國土木工程學(xué)會混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會理事、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會理事。

他為“中國天眼”織就世界最大索網(wǎng)

——記廣西特聘專家、桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院教授朱萬旭

文/本刊記者  李國君  鄧  卉  通訊員 方  亮

“我國500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程索網(wǎng)制造和安裝工程近日順利完成，這意味著該工程在關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了突破。”這是2015年2月新華社權(quán)威報(bào)道。

位于貴州省黔南州平塘縣的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡稱FAST工程，譽(yù)為“中國天眼”）是目前世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，2011年開始建設(shè)，定于2016年建成，建成后成為世界級射電天文研究中心。索網(wǎng)制造與安裝工程是“中國天眼”工程的主要技術(shù)難點(diǎn)之一，既是目前世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系，工程的關(guān)鍵指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)范要求，在世界范圍內(nèi)沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)或資料。同時(shí)，索網(wǎng)總重量約1300噸，由于場地條件限制，全部索結(jié)構(gòu)須在高空中進(jìn)行拼裝。“中國天眼”工程建造單位國家天文臺面向全國尋求能完成這項(xiàng)“國字號”工程的能工巧匠，廣西柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司接住“索網(wǎng)繡球”，并由一位廣西工程師憑著超人的想象力、敢創(chuàng)一流的毅力，帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)成功完成了這個(gè)“不可能的任務(wù)”。他，就是歐維姆機(jī)械股份有限公司原副總工程師、現(xiàn)桂林理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院教授級高級工程師朱萬旭。

中國人有信心建造“中國天眼”

1931年，美國無線電工程師央斯基在研究長途電訊干擾時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)存在來自銀河中心方向的宇宙無線電波，由此開創(chuàng)了射電天文學(xué)。

“射電”是比紅外線頻率還要低的電磁波段，射電望遠(yuǎn)鏡與接收衛(wèi)星信號的天線鍋一樣，通過鍋的反射聚焦把幾平方米至幾千平方米的信號聚攏到一個(gè)點(diǎn)，天文學(xué)家就能接收到射電電波。為了提高射電望遠(yuǎn)鏡的精度，天文學(xué)家利用多個(gè)天線鍋對準(zhǔn)同一目標(biāo)，通過比對信號算出更精確的信號位置，但是想接收到更微弱的射電電波，就必須把天線鍋造得更大。

1993年東京召開的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會上，包括中國在內(nèi)的十國天文學(xué)家提出建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”，中國建造500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程“中國天眼”的動機(jī)肇始于此。

“中國天眼”之前，世界上有兩個(gè)超大射電天線鍋，一個(gè)是德國100米直徑的“埃菲爾斯伯格”望遠(yuǎn)鏡，一個(gè)是美國300米直徑的“阿雷西博”望遠(yuǎn)鏡。中國科學(xué)院國家天文臺射電部首席科學(xué)家李菂說，在“中國天眼”項(xiàng)目建成之前，美國的“阿雷西博”是世界最大望遠(yuǎn)鏡。“中國天眼”項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)就是要比“阿雷西博”更加靈敏，500米半徑球面由4400多面主動反射單元構(gòu)成，因此，“中國天眼”的靈敏度可達(dá)“阿雷西博”的2倍，巡天速度是“阿雷西博”的10倍。中國科學(xué)院國家天文臺“中國天眼”工程首席科學(xué)家、總工程師南仁東說，宇宙空間混雜各種輻射，遙遠(yuǎn)的信號像雷聲中的蟬鳴，沒有超級靈敏的耳朵就分辨不出來。

1994年底，原北京天文臺（現(xiàn)中國科學(xué)院國家天文臺）牽頭國內(nèi)20所院校提出“喀斯特工程”，擬從中國西南無數(shù)個(gè)喀斯特地貌的凹坑中，選出一個(gè)來建大望遠(yuǎn)鏡。最終，貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的一個(gè)圓形洼地——大窩凼被選中。“中國天眼”工程2007年底正式立項(xiàng)，2011年3月正式開工，建設(shè)周期5年半，2016年9月初步投入使用。

“中國天眼”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是把覆蓋30個(gè)足球場的信號聚集在藥片大小的空間里，才有可能監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號。500米的結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)毫米級精度，是天文學(xué)家從未做過的。比起目前領(lǐng)先的“埃菲爾斯伯格”望遠(yuǎn)鏡，“中國天眼”的靈敏度將提高10倍。這意味著，遠(yuǎn)在百億光年外的射電信號，“中國天眼”也有可能聽到。南仁東說：“月亮上打手機(jī)，‘中國天眼’也能聽得一清二楚。”

在工程設(shè)計(jì)方案中，“中國天眼”的框架、索網(wǎng)、接收器等每一部分的位移都要控制在毫米級，“中國天眼”才能正常工作。其中的關(guān)鍵一環(huán)，就是索網(wǎng)——“中國天眼”的天線鍋，這個(gè)鍋在工作時(shí)會不斷變形，聯(lián)系著邊框以及2000多個(gè)天坑地表面上的小電機(jī)，整個(gè)變形過程，由激光定位系統(tǒng)校準(zhǔn)。

“中國天眼”的鋼索網(wǎng)很重，拉扯十分頻繁，因此需要超高的耐疲勞強(qiáng)度。我國大型工程包括斜拉橋上的鋼索，其強(qiáng)度都是200兆帕、200萬次彎曲的，但“中國天眼”對索網(wǎng)要求更高、建設(shè)難度極大，國內(nèi)多個(gè)知名研究院所、工廠幾經(jīng)試驗(yàn)，均不能達(dá)到國家天文臺的設(shè)計(jì)要求。

2年前，國家天文臺副總工程師在南寧參加會議期間偶遇廣西柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司（以下簡稱“歐維姆公司”）總工程師龍躍，雙方談起此事，歐維姆公司樂意一試，先由一批技術(shù)骨干研發(fā)，但進(jìn)展不大，公司分管技術(shù)研發(fā)的副總工程師朱萬旭，這位從清華大學(xué)取得碩士學(xué)位后，直接回桂參加工作的廣西玉林人得知情況毅然扛起這“燙手重?fù)?dān)”，他的理由是：“中國人有信心建造‘中國天眼’。”

朱萬旭長期從事錨固結(jié)構(gòu)研究工作，潛心研究錨固機(jī)理，并采取理論分析、有限元計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合方法對錨具進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化，改進(jìn)和完善了我國預(yù)應(yīng)力錨固體系，解決了國產(chǎn)錨具錨固效率系數(shù)不穩(wěn)定的難題，為核電站和超低溫儲罐工程應(yīng)用國產(chǎn)化錨具打下基礎(chǔ)；研究拉索錨固單元的耐疲勞設(shè)計(jì)，使得鋼絞線拉索系統(tǒng)的疲勞性能滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。2011年，他主持完成“GJ鋼絞線整束擠壓拉索體系”，獲廣西科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（排名第二）；2014年，參與完成“現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第七）。憑著自己掌握的尖端技術(shù)基礎(chǔ)，讓朱萬旭敢于挑起“中國天眼”索網(wǎng)重?fù)?dān)，帶著新組建的科研團(tuán)隊(duì)與國家天文臺密切協(xié)作，強(qiáng)力攻關(guān)。

“中國天眼”索網(wǎng)是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系，其反射面面積約30個(gè)足球場大，技術(shù)難度不言而喻，需要攻克的技術(shù)難題貫穿索網(wǎng)的設(shè)計(jì)、制造及安裝全過程，其關(guān)鍵技術(shù)問題主要包括：超大跨度索網(wǎng)安裝方案設(shè)計(jì)、超高疲勞性能鋼索結(jié)構(gòu)研制、超高精度索結(jié)構(gòu)制造工藝等。如，主索索段控制精度必須達(dá)到１毫米以內(nèi)，主索節(jié)點(diǎn)的位置精度須達(dá)到５毫米。整個(gè)索網(wǎng)共6670根主索、2225個(gè)主索節(jié)點(diǎn)及相同數(shù)量的下拉索。僅以高應(yīng)力幅鋼索研制為例，“中國天眼”工程對拉索疲勞性能的要求相當(dāng)于規(guī)范規(guī)定值的2倍，國內(nèi)外均沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)或資料作為參考。索網(wǎng)的研制工作經(jīng)歷了“失敗—認(rèn)識—修改—完善”過程，前后歷時(shí)一年半時(shí)間，最終，歐維姆公司完成技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)索疲勞問題的系統(tǒng)解決方案、主索網(wǎng)精度控制工藝及方法、剛性與柔性自適應(yīng)配合問題等三大自主創(chuàng)新，發(fā)明了冷鑄擠壓復(fù)合錨固技術(shù)、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼絞線組合制索技術(shù)等高新技術(shù)，研發(fā)出符合要求的新的鋼索材料、包裹材料和制造工藝，凸顯四個(gè)特點(diǎn)：世界跨度最大、精度最高；工程用拉索可承受應(yīng)力幅比國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)高2倍；首創(chuàng)反射面自適應(yīng)連接機(jī)構(gòu)；在同行業(yè)率先創(chuàng)建索類制品信息化管理系統(tǒng)。

索網(wǎng)項(xiàng)目的成功研發(fā)，使“中國天眼”工程避免采用造價(jià)高達(dá)6億多元的日本碳纖維拉索，為國家節(jié)約至少4.8億元成本，使得歐維姆公司獲得“中國天眼”工程索網(wǎng)制造與安裝的合同，成為廣西唯一參與“中國天眼”這個(gè)國家重大科學(xué)工程的單位，并最終獲得中國科學(xué)院國家天文臺（業(yè)主）及北京市建筑工程研究院有限公司（駐場監(jiān)造）的高度肯定。

索網(wǎng)項(xiàng)目成功解決了FAST建造的關(guān)鍵技術(shù)難題，使得我國射電天文研究領(lǐng)域具有了世界領(lǐng)先的觀測設(shè)備；形成12項(xiàng)自主創(chuàng)新性的專利成果，其中發(fā)明專利７項(xiàng)，取得成果已在國際專家評審會上得到國外專家組的認(rèn)可，除成功應(yīng)用于“中國天眼”工程，這些成果對我國索結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的研發(fā)及制造能力起到了巨大的提升作用，也將應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的其他領(lǐng)域，已先后在開原市濱水新城2號橋、新疆伊犁皮里青河橋、印度STAR BAZZR斜拉橋等工程上得到應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，經(jīng)過一定的結(jié)構(gòu)簡化或變更，索網(wǎng)工藝可以廣泛應(yīng)用于公路、鐵路和市政等索類工程。

“中國天眼”的主要目標(biāo)是探測宇宙中的遙遠(yuǎn)信號和物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對宇宙物質(zhì)成分和演化歷史最基本的理解，也可被用于探測地外文明和生物。李菂說，“中國天眼”是中國很難得的具有世界領(lǐng)先技術(shù)指標(biāo)、又有自主知識產(chǎn)權(quán)的科學(xué)大設(shè)備。

朱萬旭回憶“中國天眼”索網(wǎng)研制和建設(shè)過程，感慨地說：“有志者事竟成，我們團(tuán)隊(duì)歷盡艱辛終于建成500米索網(wǎng)，我心里松了一口氣，也對這個(gè)大家伙充滿期待，希望它能早日有重大發(fā)現(xiàn)，那時(shí)候就真正驕傲了。”

朱萬旭參與“500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡超大空間結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新與實(shí)踐”項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工研究，攻克“中國天眼”500MPa超高疲勞應(yīng)力幅拉索系統(tǒng)難題，獲得2015年中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)（排名第三）、2016年北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)（排名第三），2016年獲廣西技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)（排名第一）。朱萬旭對預(yù)應(yīng)力錨具和拉索工程實(shí)踐認(rèn)識更加深刻，先后獲30項(xiàng)相關(guān)發(fā)明專利授權(quán)，并積極參與我國相關(guān)規(guī)范制訂，主編了JT/T 850-2013《擠壓錨固鋼絞線拉索》。

廣西技術(shù)“托起”世界最長跨海大橋——港珠澳大橋

“它就是現(xiàn)代世界七大奇跡之一。”這是英國《衛(wèi)報(bào)》對一橋飛架三地的港珠澳大橋的最高致敬。而在這座橋的建設(shè)過程中，朱萬旭帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)再度施展了超級技術(shù)——

港珠澳大橋是連接香港、珠海和澳門三地的特大型橋梁隧道結(jié)合工程，橫跨珠江口伶仃洋海域，全長55公里，大橋集橋、島、隧道于一體，不僅是世界上最長的跨海大橋工程，也是中國建設(shè)史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項(xiàng)目。

港珠澳大橋項(xiàng)目研究始于2004年，2005年基本確定工程方案，西岸著陸點(diǎn)為珠海拱北和澳門明珠，東岸著陸點(diǎn)為香港大嶼山西北的散石灣。大橋的海中橋梁線路長，工程量浩大，水域臺風(fēng)頻發(fā)，涌浪大，施工環(huán)境惡劣，安全風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)保壓力極大；橋區(qū)的航線多、船行密度大，建設(shè)條件復(fù)雜，需穿越環(huán)境敏感區(qū)（中華白海豚保護(hù)區(qū)），環(huán)保要求高；海洋環(huán)境腐蝕性強(qiáng)，橋梁耐久性要求高，設(shè)計(jì)使用壽命為120年。為縮短海上作業(yè)時(shí)間，減少對環(huán)境影響，提高作業(yè)工效，確保工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性，大橋的建設(shè)選擇“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”施工方案。

橋梁墩臺是大橋承受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載及水平荷載的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

根據(jù)港珠澳大橋施工方案，港珠澳大橋非通航孔橋梁墩臺采用預(yù)制承臺及墩身節(jié)段拼裝工藝，必須使用大直徑預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋生產(chǎn)及其連接錨固體系，而國內(nèi)尚不具備軋制大直徑的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋工藝技術(shù)和裝備。

“我們要讓廣西技術(shù)‘托起’世界最長跨海大橋——港珠澳大橋。”朱萬旭向歐維姆公司立下錚錚誓言，他帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)兩年的艱苦攻關(guān)，終于研制成功大直徑預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋及其生產(chǎn)方法，非通航孔橋深水區(qū)下部結(jié)構(gòu)的墩身利用75毫米大直徑預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋錨固體系+剪力鍵將預(yù)制橋墩各節(jié)段連接為整體，這是目前國際上所使用的直徑最大的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋連接錨固體系，螺紋鋼筋設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度達(dá)到1030兆帕以上，2012年根據(jù)國家工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)結(jié)果，高強(qiáng)螺紋鋼筋主要性能參數(shù)各指標(biāo)均優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，達(dá)到國外同類產(chǎn)品要求。

產(chǎn)品研發(fā)成功后，歐維姆公司配合中國交通二航局等施工單位，在海上完成橋墩1∶1預(yù)制承臺現(xiàn)場工藝試驗(yàn)，進(jìn)行了高強(qiáng)度螺紋鋼筋錨固體系在承臺預(yù)埋、承臺吊裝、墩身節(jié)段拼裝、鋼筋張拉、孔道灌漿等工序工藝試驗(yàn)，并最終獲得港珠澳大橋主體工程橋梁工程合同，這是該體系在國內(nèi)的首次運(yùn)用，打破了國外大直徑預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋及其錨固體系的壟斷，也填補(bǔ)了國內(nèi)大直徑預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋及其錨固體系的空白。

由此，歐維姆公司負(fù)責(zé)完成港珠澳大橋主體工程中CB04和CB03兩個(gè)標(biāo)段44座橋墩共105個(gè)節(jié)段墩身預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)螺紋鋼筋的對接、張拉及壓漿施工。

“港珠澳大橋的橋墩，每座有幾十米高，分成3截，而歐維姆公司研發(fā)的高強(qiáng)大尺寸預(yù)應(yīng)力螺紋鋼棒穿插其中，把3截橋墩像糖葫蘆連一起。”歐維姆公司總工程師龍躍說，實(shí)際上，這根“糖葫蘆竹簽”并不簡單，港珠澳大橋的壽命要求為120年，跨海大橋的橋墩不僅要面對海風(fēng)海浪的沖擊，當(dāng)車輛駛過橋面時(shí)，也會將力傳遞給橋梁、橋墩。而超強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼棒就是要承受沖擊、維護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，就像“定海神針”穩(wěn)穩(wěn)地將橋墩拼接起來。這項(xiàng)在全國首創(chuàng)的技術(shù)，滿足了港珠澳大橋工程要求的120年壽命。

歷時(shí)7年多的建設(shè)，2016年9月港珠澳大橋主體工程中的橋梁工程全線貫通，2017年7月7日，港珠澳大橋海底隧道正式貫通，這也意味著全球最長的跨海大橋——港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)了主體工程全線貫通，今年年底將具備通車條件。

在產(chǎn)學(xué)研結(jié)合中攀登新的科學(xué)高峰

2015年，朱萬旭來到桂林理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院執(zhí)教，他想在“象牙塔”中靜心思考，為研發(fā)新的工程設(shè)計(jì)與施工方式找到創(chuàng)新的突破口，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的深度融合。

朱萬旭說：“從清華到歐維姆，我在施工工地奔忙了20年，如今想回到學(xué)校，一邊傳道授業(yè)，一邊總結(jié)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，思考新的科研方向。”

2017年6月，在桂林理工大學(xué)的大力支持下，朱萬旭帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立漢西鳴科技有限責(zé)任公司，主攻拉索預(yù)應(yīng)力錨具智能監(jiān)控方向，這是一項(xiàng)前景廣闊的新技術(shù)，就是要在拉索、索網(wǎng)上安裝“神經(jīng)系統(tǒng)”，感知結(jié)構(gòu)的受力壽命，更有效地管養(yǎng)大型索網(wǎng)設(shè)備。

目前，朱萬旭帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)參加第六屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽廣西賽區(qū)暨2017年廣西創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，以初賽組第一名的成績獲得該組別唯一的一等獎(jiǎng)。他指導(dǎo)本科生、研究生組隊(duì)參加“全國大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽”獲得廣西金獎(jiǎng)，將代表廣西參加全國決賽。

近年來，廣西大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，采取一系列政策措施，推動科技改革發(fā)展。朱萬旭說：“廣西人社廳、科技廳出臺各種配套政策，使各類人才創(chuàng)業(yè)有機(jī)會、干事有平臺、發(fā)展有希望，我們科技人員更有信心為廣西的經(jīng)濟(jì)提速貢獻(xiàn)智慧和力量。”