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【科学网】邱大洪院士:在科学研究与工程实践中勇于创新

 

时间:2017-07-25
来源:科学网  【责任编辑:】
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  ■王晶华 姜文洲

  

  邱大洪

  邱大洪(1930~),浙江湖州人,港口、海岸和近海工程专家,1991年当选中国科学院学部委员(中国科学院院士)。1951年从清华大学土木工程系毕业后,任教于大连工学院(现为大连理工大学)。现为中国海洋工程学会名誉理事长,大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室学术委员会顾问。主要从事波浪理论及其工程应用研究,在浅水区非线性椭圆余弦波工程应用理论和试验论证、不规则海浪和椭余波对常见海工结构作用力实用计算法、波浪在海床中的渗流与海工结构的相互作用等方面取得显著研究成果,为海岸工程设计提供了科学依据;同时开展了近海海域潮、波、波流共同作用下的污染物迁移转化规律研究。主编、合编著作4部,发表学术论文130余篇。获得国家金奖、省部级科技进步奖等10余项奖励,被授予国家有突出贡献中青年专家、国家重点实验室建设先进工作者、全国高等学校先进科技工作者等荣誉称号。

  良好的教育:从渭风、南模到清华

  邱大洪出生于上海,祖籍浙江湖州南浔。晚清同治、光绪年间,浙江湖州水乡古镇南浔出现了因丝绸业发家的富裕阶层,在当地被誉为“四象八牛七十二黄金狗”。“牛”有邢、周、邱、陈、金、张、梅、蒋八家,邱家便是“八牛”之一。富裕的家境使邱大洪从小就受到了良好的教育,5岁时就和姐姐一起上了上海私立渭风小学读书,小学三年级开始学习英文。父亲还请了一位先生教他学习书法。

  当然,父亲的教诲远不止这些。小学时,有一天父亲特意把邱大洪叫来,说:“大洪,你已经是读书人了。人嘛,方趾圆颅,有口有眼,大家都一样。而或灵或拙,区别就在于能否坚持学习。民惟邦本,本固邦宁。你要好好学习,做一个对国家有用的人。”年幼的邱大洪虽然没有完全理解,但他记住了父亲的话。从此,“做一个对国家有用的人”就成了邱大洪读书做人的奋斗目标。

  “八一三”事件后,日本帝国主义侵略上海。日伪当局规定:中国老百姓从日本哨兵面前走过,都必须向“皇军”行鞠躬礼。对此,邱大洪很是气愤,他每天上学放学宁肯绕远路,也不肯在日本侵略者面前弯腰。

  在上海私立渭风小学的学习是丰富而快乐的。他特别喜欢语文、英语和算术等课程,所学功课成绩始终在班级名列前茅。1941年7月,姐姐以优异成绩考入上海中西女中,邱大洪则考入了上海私立南洋模范中学。邱大洪在渭风小学的同班同学周干峙1952年毕业于清华大学建筑系,1991当选为中国科学院院士(学部委员)、1994年当选为中国工程院院士。此是后话。

  邱大洪在上海南洋模范中学度过了6年时光。“勤、俭、敬、信”是南模的校训,南模的教育历来以教学严谨著称,同时注重爱国主义教育,要求学生要做一个有追求、有理想、有抱负、对社会和国家有贡献的人。在南模的教育下,在中共地下党员的表哥的影响下,邱大洪憎恨国民党反动政府,积极参加义卖等反蒋爱国学生运动。

  邱大洪在南模学到了许多基础科学知识,奠定了他扎实的学业基础,同时也形成了正确的思想道德观念,养成了良好的修养和气质。回顾在南模的学习经历,邱大洪认为:在人的一生中,中学是人生的关键阶段,从某种意义来说,比大学还重要。中学是人生旅程的开始,对每个人的成长起着决定性作用。南模中学的六年,使他终身难忘。

  1947年,邱大洪中学毕业后,报考了7所大学,全部被录取,最终他选择了清华大学土木工程系。大学课程包罗万象,房屋建筑、水利工程、市政工程、道路与铁路工程等课程他们都学,到最后一年才分出几门专业课。在这所著名学府,邱大洪的学业大有长进。他记的笔记全用英文,写得工工整整;他从参考书和习题集(基本是英文原版)上找来各种题目练习,从头做到底,以增强对所学知识的理解,提高自学能力。四年里,他的各科成绩在班级总是名列前茅。清华大学非常重视社会实践,注重学生实际能力的提高。读书期间,邱大洪曾分别到沈阳驼峰调车场、郑州铁路局进行了两次野外实地测量,这为邱大洪日后的工程实践打下了非常好的基础。

  大学期间,邱大洪还多次参加社会活动,明白了许多革命道理。大学毕业前,他有幸聆听了朱德总司令和冯文彬、安子文等同志为北京市应届毕业生所作的报告,深受鼓舞,决定放弃留校任教的机会,要求到工业建设第一线去,到东北去。在组织安排下,他来到了建国前夕我党亲手创办的第一所新型正规大学——大连大学(当时已更名为大连工学院,现为大连理工大学)任教。从此,他把一生都献给了高等教育事业和科技事业。

  幸遇恩师:钱令希悉心指导年轻人

  初建的大连工学院,可以说是“白手起家”。全国解放前后,虽从香港、上海等地招聘了一批知名专家教授,但师资依然短缺。头几年,邱大洪一面虚心向老教师学习,一面承担了繁重的教学任务。他几乎同时为4位教授、副教授助课,包括工程制图、测量学、土力学、结构力学等课程。他博采众长,不断充实自己的理论基础。1952年,学院决定“靠海吃海”,创办港口工程专业,这是新中国的第一个港口工程专业,也是新中国建国前从未有过的专业。由港口工程教研室主任钱令希教授主讲“港口工程”,邱大洪担任助教。

  1955年,邱大洪开始与侯穆堂副教授一起主讲港口工程课程。1956年,邱大洪担任了港口工程教研室副主任。1958年,他和侯穆堂副教授合作编著出版了我国第一本港口工程专业高校通用教材——《港口及港工建筑物》,由高等教育出版社出版,在高教界引起了良好反响,工程设计界也把它当作主要参考书。邱大洪还结合教学工作主编了本科生全国通用教材《工程水文学》和研究生教材《波浪理论及其在工程上的应用》。

  对邱大洪事业影响最大的应该是钱令希教授。邱大洪担任钱令希的助教,协助他开设交通部港工培训班,并结合我国港口建设的实际,指导学生做毕业设计。钱令希非常喜欢这个聪明好学、悟性极强的年轻人。

  初到大连工学院,邱大洪对于什么是科学研究和怎样做科学研究还没有深刻的认识。1954年,学校拥有港工、水工、水力学(包括水力机械)和水能利用4个实验厅的水利馆落成。港工实验厅不仅有港工模型实验水池,还有波浪水槽、船闸模型实验水槽,以及引进的九线电磁示波仪等现代化测试系统,是当时具有世界先进水平的海洋动力学实验基地。1955年,钱学森来校参观,高兴地说:“想不到国内已建立了这样具有现代化水平的实验室。”当时,我国高校和研究机构所使用的量测设备都比较落后。为此,大连工学院开办了一个电测培训班,培训各高校和研究机构的实验工作人员。在钱令希领导下,邱大洪参与了水库动水压力的电模拟试验,认识到水库动水压力的数学方程和电流在电场内流动的数学方程是同样的拉普拉斯方程,因此,用电模拟方法测定模型水库边界上的电压就可以得到真实水库坝面上的动水压力。这使他对数理方程在工程方面的应用有了更深的认识,为他走上科研之路指明了方向。

  邱大洪刻苦钻研,很快写出了一篇关于高桩台计算的论文。计算高桩台可以采用好多方法,邱大洪利用钱令希提出的利用弹性的连续梁来计算。钱令希看罢论文,表扬邱大洪想法好,有创新,并动手帮助邱大洪认真修改,最终定稿。论文实事求是,每个计算都做得很准确,语言平实,措词严格。邱大洪学到了撰写论文的方法。

  1957年2月,中国科学院物理学、数学、化学部和技术科学部联合召开第一次全国力学学术报告会,并通过了中国力学学会章程,选举了35位著名力学家为理事,钱学森为第一任理事长,中国力学学会正式成立。就是在这次会上,邱大洪宣读了《柔性高桩台的计算》论文,在力学界引起关注。

  有一次,邱大洪看到一篇文献,述及在地中海的一次风暴中,热那亚港的防波堤被大浪冲毁,数百上千吨的混凝土方块被冲下海。文章中详细阐述了风浪的强度和破坏的状态。邱大洪想,能不能在实验室的风浪水糟中复演出这种状态?钱令希非常支持他的想法。于是,邱大洪就按文章介绍,在实验室中进行了多次试验。最终证明,当风浪水槽中产生的波浪达到文献所述水平时,防波堤就会被冲垮,毁坏的状态和文献介绍十分一致。通过这个试验,使他在感性上对海浪的能量有了更切实的了解,这对他确定今后的研究方向产生了不小的影响,并对科学研究要密切结合工程实践有了较深的体会。

  以上这些,看似细枝末节,却是邱大洪走向科学研究道路的开端。名师的指导、实践的勇气和脚踏实地的作风,正是邱大洪学术成长的宝贵财富。邱大洪对钱令希十分尊敬和爱戴,每年春节都去拜年。钱老八十寿辰时,邱大洪还特意送去一个大花篮。

  如今,邱大洪也培养了一批又一批硕士生、博士生和博士后科研人员,他们也成长为高校和研究院所的重要科研力量和行业领域领导和业务骨干。

  科学研究创新:创建国家重点实验室

  此后,邱大洪在波浪理论及其工程应用等主要研究领域开展了一系列有创造性的工作。他坚持教学、生产和科学研究相结合的原则,在理论研究中既重视学科发展的前沿课题,又重视理论的工程应用和实践方法。他发展了浅水区非线性椭圆余弦波的工程应用理论,系统研究了波浪在海床中的渗流与海工结构的相互作用,部分成果被列入交通部修订的设计规范。在不规则海浪统计特性研究中,他将对海浪波面极值的统计分析理论应用到对建筑物波浪力过程线极大值的统计分析中,对单柱、柱群、单墩、墩群等海工建筑物波浪力进行了理论研究,得到了工程上简易可行的计算波浪力极大值的方法。在开展关于波浪引起海床内的渗流与海工建筑物相互作用课题的研究中,他系统地对墩柱、平台、直墙、海底埋设管线等一系列海工结构上的波浪渗流力及其周围的波浪渗流场进行了理论和实验研究,得到了解析解和数值解。他主持完成“波浪渗流理论的工程应用”研究项目,获得1996年国家教委科技进步奖二等奖。

  邱大洪认为:要使科学研究达到高水平,除了实践、认识、再实践、再认识外,创新是关键。同时,现代化的试验研究是检验创新思想的非常重要的手段,而试验研究现代化又必须具有先进的试验设备和手段。

  1978年,在开始对不规则波进行研究时,这一工作在国内刚刚起步,没有相应的试验设备,也没有引进国外设备的条件。邱大洪决定自力更生,提出了改造原有的规则波造波机为调频式不规则波造波机的技术方案,在实验室进行了改装。1986年,他接受国家计委的工作任务,在以前工作的基础上主持筹建海岸和近海工程国家重点实验室。从组织实验室规划设计、编写实验室建设计划任务书,到引进国外设备谈判,进行国内配套设备研制,以及基建工程和设备安装、调试、验收,再到制定实验室研究方向,建立各项规章制度,等等,邱大洪主持参与了全部工作。1990年实验室通过国家验收对外开放以来,针对我国港口与近海工程的大规模发展、海洋环境污染治理和深海能源开发等国家重大需求,围绕海岸、近海和深海工程中的重大基础科学问题和关键技术,以海岸和海洋动力环境及作用、海岸和海洋岩土工程、海岸和海洋工程结构、海岸和海洋工程防灾减灾、海岸和海洋工程实验模拟技术为主要研究方向,承担了大量重大科研任务,取得了一大批高水平的创新性研究成果,并广泛应用于工程实践,取得了显著的社会经济效益。实验室总体定位准确,研究方向充分体现了国际前沿和我国区域特色,在国内外产生了重要影响。实验室设备先进,尤其在自主研制的重要试验设备方面体现出很强的综合实力,是我国港口、海岸及近海工程的重要研究基地。海岸和近海工程国家重点实验室1994年、1997年、2003年、2008年、2013年五次通过科技部组织的评估。

  2017年6月20日,以大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室、澳大利亚西澳大学海洋基础研究中心为核心成员,以中国海洋石油总公司、澳大利亚伍德赛德石油公司为协作成员组建的海洋油气工程国际合作联合实验室接受了教育部科技司组织的现场考察,专家组一致同意海洋油气工程国际合作联合实验室通过立项论证。海岸和近海工程国家重点实验室的发展即将拉开新的篇章。

  工程实践创新:设计大连渔港、大连新港

  邱大洪常说,“All knowledge comes from practice.”(“一切知识来源于实践。”)他认为:从事科学研究和工程教育,到工程实践中汲取营养和成长锻炼至关重要。1958年,大连市为发展海洋渔业资源,要修建一座当时亚洲最大的渔港。大连工学院承担了大连渔港工程的全部设计任务,邱大洪作为技术总负责人。这一年,他只有28岁。

  这座渔港规模很大,而且是完全敞海,在我国渔港建设方面史无前例。担此重任,邱大洪如履薄冰,十分慎重。他首先和市水产公司、本校教师一起到烟台港、青岛港实地考察,学习建设经验;又跑遍市郊海区,选择港址;还主持了扩初设计和施工图设计(陆域上的工艺和厂房由其他单位设计),并开展了港口整体模型等试验。在施工中,他经常深入现场解决技术难题。终于,这座拥有4个现代化的卸鱼浮码头、年卸鱼量12万吨,海域面积5万多平方米、可以同时停泊300艘渔轮,防波堤总长1327米,配有上冰上箱码头、修船码头等设施的大连渔港于1966年胜利建成。经验收,质量优良,完全达到国家标准。渔港建成后,日共中央政治局委员、日本国会众议院议员志贺义雄前来参观时感叹地说:“不仅日本还没有这样现代化的渔港,甚至整个亚洲都还没有。”1987年,邱大洪再次担任总工程师,主持了大连渔港的扩建工作,使这座港口拥有了接纳万吨级远洋捕捞船的能力。扩建工程于1989年竣工投产。

  根据周恩来总理关于“三年改变港口面貌”的指示精神,1973年,交通部决定在大连建设我国第一个现代化原油输出港——大连新港。大连工学院土木工程系、数理力学系、机械工程系、电子工程系等与大连市其他有关单位共同协作,主持设计并建设实施这一多学科协同作战的国家重点工程。此前,曾与外商谈判,准备引进海底管线和单点系泊工程方案,后因对方谈判条件苛刻而中断,改为栈桥式码头工程方案。教师们贯彻“独立自主、自力更生”的方针,憋着为国争光的一口气,承担了全部主体工程的设计和研究任务。邱大洪主持了码头工程设计工作,并担任施工现场设计单位代表。他带领学生,从油港的勘测、规划、设计、研究、施工到竣工投产,付出了极大的辛劳。在分析当时技术条件和现场实际情况的基础上,合理利用自然条件,细致地进行了波浪、水流等资料的勘测分析,做了16项模型试验和原型观测分析研究,采用了开敞式码头的方案。钱令希等设计的百米大跨抛物线空腹桁架全焊接栈桥,材料省、施工快,外形美观,节省投资2500多万元。六层楼高的19个巨型桥墩采用的预制和浮运设计施工方法,在我国建港史上均属首创。这些成果先后获得全国科学大会奖和“70年代优秀设计金奖”。我国一位远洋油轮的老船员第一次来到大连新港,顿时热泪盈眶,说:“这个港为我们争了气,说明中国知识分子和工人的智慧与能力是不可低估的!”

  20世纪70年代,我国海上采油事业蓬勃兴起,邱大洪认识到海洋环境条件的复杂多变,开始了在海洋环境荷载方面的研究工作,研究领域从海岸工程拓展到近海工程。1983年,为开发我国南海北部湾石油资源作前期预研,探索在我国建造钢筋混凝土平台的可能性,主持原国家教委组织的五校联合设计组的工作,承担了该项目“六五”科技攻关任务“混凝土多用采油平台的可行性研究”。在各高校和工程单位100多名同行的共同努力下,圆满完成研究任务,1986年获国家教委科技进步奖一等奖。

  邱大洪通过参加上述一系列工程实践,既检验了理论知识,又丰富了工程经验,为他从事国内多项重大工程的咨询和顾问工作打下了基础。他受交通部和建设单位委托,结合连云港集装箱码头工程和深圳赤湾9#深水泊位集装箱、散粮码头工程,对采用预应力大管桩的新结构进行理论分析计算、模型试验及工程设计研究,在连云港工程中提出了双排管桩新结构方案,并在计算理论、构造设计、施工方案等方面解决了一系列关键技术,经国家教委科技司组织国内学校和工程部门专家鉴定,认为该结构为国内首创。这一设计被业界同行称为“邱式板凳”。

  2000年,在上海市“建设‘三港’服务全国”研讨会上,邱大洪作了《尽早尽快建设上海国际航运中心集装箱深水枢纽港——洋山港区》的发言,认为根据当前设计施工能力和水平,到2005年,用4~5年的时间建成洋山港区一期工程是完全可以做到的。而后,在洋山深水港区的建设过程中,他多次参加工程问题研讨会。在四期工程建设时,由于前三期工程建设后,港区的地形地貌和潮流态势发生了较大变化,原设计方案要把最西侧的一个汊道口堵死,工程单位提出保留,引起了激烈的争论。邱大洪经过深入思考潮流和泥沙运动规律,提出坚决保留汊道口。事实证明,这一方案是成功的。

  法国科学家路易·巴斯德曾说过:“在观察事物之际,机遇偏爱有准备的头脑。”2010年9月8日,在大连理工大学刘长春体育馆,邱大洪院士应邀为入学新生作报告——《谈谈人生、生活、机遇》,他告诫青年学生要“勤恳实践、锐意创新”。他说:“一个人的成长靠的是志坚、机遇和勤奋。什么是机遇?机遇就是遇到的机会。机会在哪里?就在你身边,就在你生活的环境里。机遇是可遇而不可求的。你在学校努力学习,在工作岗位上好好工作,若干年后,再回过头去,才知道当时抓住了机遇。如果你不好好干,白白放过身边的机会,却去求那些不在你身边的机会,那就永远抓不到机遇。”邱大洪真正做到了干一行,爱一行,专一行,他是机遇的宠儿,是专业理想的坚守者,更是勤奋的智者、科学研究和工程实践的创新者。

  (王晶华系大连理工大学建设工程学部党委副书记兼副部长、纪委书记;姜文洲系中国科学院大连化学物理研究所五级职员)

  

  

  

  ①渭风小学毕业照(前排左一为邱大洪,摄于1941年)。

  

  
 

  ② 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室港珠澳大桥海底沉管试验。

  

  

  

  ③我国自行设计建造的第一个开敞式现代化油港——大连新港。

  

  

  

  ④邱大洪院士在为大连理工大学2010级入学新生作报告。

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