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与风共舞的年轻人

来源:作者:邵玉潇时间:2022-05-18 14:19



在北京冬奥会张家口赛区云顶滑雪公园空中技巧和U型场地技巧的赛道两侧,由9根雪白色塔杆、8块平展的雪白色防风网组成的防风装置成为了一道亮丽的风景。它样态看似寻常,实则科技含量十足。

这些防风网由高密度聚乙烯材料制成,厚度仅有4毫米左右,1米宽度的防风网却可以承受1.2吨的压力。每秒十几米的大风,经过它的阻挡后,风速就可以降到每秒3.5米以下。它还同时兼具牢固、透光、阻燃、抗低温、抗紫外线等多项性能,为比赛顺利进行保驾护航。

这套防风装置是由石家庄铁道大学风工程研究团队仅用6个月时间研发建成的。从分析数据、模拟计算、风洞试验、获取参数再到生产安装防风网,每个重要环节都有风工程研究团队青年人参与其中,他们夜以继日,辛勤付出,与风为伴,御风前行……

逆风而行:“科研工作要无惧挑战,勇闯难关”

“读博期间,就听说过学校风工程研究团队,毕业后能够成为其中的一员,感到非常荣幸。”2017年1月,刚刚博士毕业的贾娅娅正式加入石家庄铁道大学风工程研究团队。于她而言,从那一刻开始便意味着需要担负起科研创新使命。

贾娅娅正在进行数值流体计算

2021年初,张家口赛区云顶滑雪公园场地进行冬奥项目测试赛时,工作人员发现赛场风速对空中技巧和U型场地技巧两个项目影响尤为明显。由于运动员起跳高、空中动作多,受风的影响大,安全也难以保障。按照惯例,需要修建防风网将场地上的风速降至要求的风速以下。该项技术由欧洲某家企业所垄断,造价高、耗时长、受国外疫情影响工期难以保证。为了解决该“卡脖子”问题,石家庄铁道大学风工程研究团队临危受命,向这一国内空白发起挑战。

作为团队一员的贾娅娅在统一安排下承担结构风场、风荷载的数值计算工作,包括冬奥期间空中技巧、U型技巧两个比赛场地上风向和风速的分布等。“这些数值计算是开展后期研发工作的基础,只有建立起空中技巧、U型技巧两个比赛场地风场数据和气象站之间的数值关系,才能评测出防风网挡风效果的指标。由于涉及到的数值计算量大,缺乏可参考借鉴的资料,在这种情况下进行防风网的研发,对我们来说是极大的考验。”贾娅娅坦言。

若想确保防风网在使用年限内发挥良好效果,结构本身也需要具备抗风安全性,研发过程中就需要全面、细致地考虑各种影响因素。连续两个月,团队成员每周都会共同讨论各种细节,经常要忙到深夜。“正是思维上无数次的碰撞,长夜里无数次的交流,让我深刻感知到科研工作就是要无惧挑战,勇闯难关,进而突破创新。没有这个劲头,就不可能真正取得科研成果。”贾娅娅对此深有感触。

风雨同舟:“集体的通力合作让我充满战斗的勇气”

“时间非常紧张,任务十分繁重。”接到地形模型风洞试验任务后,刚刚加入团队一年多的靖洪淼备感压力。他要做的是在模拟实际地形的模型中,检验各种参数下防风网的防风效果,为防风网的高度和位置设计提供依据。除了要完成防风网模型设置前后的风场测量这项繁重的工作外,更让他感到困难的点在于考虑各种因素影响下试验精度的提高。这需要进行大量的反复测试,最终根据最新试验结果,提出设计方案。

靖洪淼带着研究生进行风洞试验

防风网研发所做的地形模型风洞试验,前期会经过团队成员的沟通、地形模型的设计制作、试验方案的拟定和完善等一系列准备工作。“团队成员不分昼夜赶工试验,实时向团队负责人汇报进展情况,每件事情都会遇到不同程度的难题。”靖洪淼平淡语气中,道出了试验工作的不易。“但我并不是孤军奋战,集体的通力合作与团队完善的机制让我充满战斗的勇气,也是我们一次次克服难题的有力保障。”

这份团队力量让团队成员各司其职,各尽其力,各抒己见,共同合作。在紧张有序的节奏中,团队成员共同克服困难,仅用国外方案的1/5造价和1/4工期,就圆满完成防风网研发任务。

如今,靖洪淼依旧在团队激励下,参与着团队的京雄高速永定河大桥、马来西亚Lupar 1桥等项目的抗风研究,承担桥址风参数、桥梁动力特性、桥梁抗风初步评估等研究工作。

追求突破:“着力解决科研难题的同时,不断弥补自身的知识漏洞”

“主要的防风功能满足后,防风网是否具有足够的强度稳定性也非常关键。”29岁的团队成员孙一飞说。鉴于两个场地赛时的低温环境,防风网不仅要满足挡风要求,使用材料还要避免低温引起的脆化和冲击强度降低等问题。为此团队专门进行了抗低温试验,确保防风网在零下不同温度条件中的力学性能。

孙一飞在冷冻实验机器旁

试验累计做了十多天。工作量大,要求精细,从0℃到零下40℃的情况都要充分考虑在内。在进行第三轮试验后,为避免出现气温快速升降、防风网结冰等导致强度和韧度降低的问题,团队又增加了冻融循环试验,以检验材料反复冻融下的力学性能。“各种状况、多种因素都要处理,还要根据实际所测对象的结构特点临时制作辅助性工具。”孙一飞说,看似简单的防风网,其实一点儿也不简单。

在防风网性能不断优化的过程中,孙一飞也完成了自身突破:“以前我对这方面的知识储备很少。产生新疑问后,就会翻看专著和文献资料,渴望在其中能寻求到解决问题的思路,力图用简化、适合的方法解决问题。在着力解决科研难题的同时,我也在不断弥补自身的知识漏洞,提升自己的科研能力。”

现在的孙一飞正在努力攻读博士学位,主要为如何减少斜拉桥上斜拉索的气动力进行研究攻关。参与防风网的研发让他受益匪浅,也让他终身难忘。“虽然我只是其中一个很小的‘螺丝钉’,但是能有机会为冬奥盛会胜利举办发挥能量,作出贡献,就是荣耀,心里也觉得骄傲。”他笑着说。

甘之如饴:“现场条件虽然艰苦,但从中获得的成就感是无可比拟的”

如果说防风网从研发到生产,是迈向成功的前九十九步,安装工序则是跨向成功的最后一步,至关重要。

团队成员柴晓兵自去年9月就跟随团队负责人刘庆宽教授进驻现场,开展防风网安装工作。在建设现场要同委托方和施工安装方进行技术交流和对接,落实团队的安装方案,耐心、细致、高效是他在沟通时遵守的重要原则。

柴晓兵(左)和刘庆宽教授一起在U型技巧场地测试风速

“施工队伍有两个,一个负责挂缆索,一个负责挂防风网和安装牵引卷扬设备。不用心协调,就会产生许多状况,耽误工期,影响进度。”柴晓兵说。要想要在9根塔杆中间挂好8张网,两个队伍之间就需要不断沟通协商,确保挂缆索顺序、间距与防风网和牵引卷扬设备的安装需求完全相匹配。

59天,柴晓兵从接到任务赶往建设现场,就始终坚守在岗位上,亲眼见证了从一个缆索到另一个缆索,从一张网到另一张网的安装、挂起过程。

为保障冬奥会,他放弃春节同家人团聚,跟随刘庆宽教授再次进驻赛场闭环,持续为冬奥会做技术保障工作。大家每天天不亮就冒着零下二三十摄氏度的严寒和冷风到场地,清理防风网下的雪面,检查各个挂点是否牢靠,牵引系统启动运行是否正常,并进行运动空间风场测试,检查各类应急使用的零件和备品是否齐备和正常等等,每个环节都不能有丝毫马虎。比赛前后还要按奥组委指令及时张开和回收防风网,既要保证张开防风网进行赛时防风,又要保证比赛间隙压雪车通行要求收回防风网。因为严寒,团队成员佩戴的口罩很快就结成冰块,眼睫毛、眉毛上结满冰疙瘩,手、脸也有不同程度的冻伤。

“现场条件虽然艰苦,但值得高兴的是,我们没有白白付出心血与汗水,从中获得的成就感是无可比拟的。”柴晓兵说。自防风网投入使用至冬奥会结束,没有发生过任何事故,建有防风网的两个场地没有因为大风出现比赛延期和取消的问题,防风网运行十分顺畅,获得了很多国内外运动员、教练员的赞誉,这是让他和队友最为欣慰和自豪的。

2021年10月12日~15日,国际雪联和国际奥委会的专家进行场地考察后,认证该防风网是“世界一流的防风网设计”,推荐作为“今后雪上项目防风网设计建设的标准”。

在与风共舞的科研征途上,这些青年人仍会继续发扬迎难而上、不怕苦、不怕累的战斗精神,在风中笃定前行……


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