[指南]方荣：《群言》--科学研究需要开创精神——访著名桥梁结构力学家李国豪教授

[指南]方荣：《群言》--科学研究需要开创精神——访著名桥梁结构力学家李国豪教授 科学研究需要开创精神 ——访著名桥梁结构力学家李国豪教授 方荣 李国豪教授是我国著名的桥梁结构力学家、土木工程学家和杰出的教育家。他曾担任同济大学校长、上海市科技协会主席、上海市政协主席。他毕生致力于教学和科学研究，培养了中国几代土木工程科学技术人才。在教学和研究工作中，他崇尚实事求是的作风和严谨科学的态度，并特别注意理论联系实际，他以刻苦坚毅和富于创造性的精神解决了结构理论中的很多难题。在学术上的最突出成就是对大跨桥梁结构中的空间和非线性分析方法以及稳定和振动问题所做的开创性工作，从而赢得了国内外同行的赞誉。 受《群言》杂志编辑部的嘱托，我前往他的寓所拜望了这位德高望重的知名科学家。年逾八旬的李老是个大忙人，我不便过多地占用他的宝贵时间，谈话很快就转入了正题。他把自己坐的沙发移近了我，使我这个晚辈对学界泰斗原有的拘束感顿时消失了。谈话显得更加亲切和热烈。 方:李校长,大家都很关心您最近都在忙些什么, 李:近几年来我国桥梁建设的形势非常之好，可以说是历史上罕有的繁荣时期，这就使我作为一个桥梁结构力学工作者有了更多的用武之地。上海的南浦大桥、杨浦大桥、江阴长江大桥、广州虎门大桥、汕头的海湾大桥我都参加了专家顾问组，并主持工作。最近汕头又在建第二座海湾大桥，所以我在这方面的工作这几年来接连不断。 方:李校长,您一生中的两个最艰苦的时期却是您最为发奋、作出卓越贡献的时期,请您谈谈这两段时期的经历好吗, 李:回顾一生,我出成果一个是在留学德国时期。1938年到1945年共7年,主要是前5年。当时我在德国达姆施塔特工业大学进修，由于我大学学习成绩比较突出，德国校方破例批准我直接考博士学位，跟随钢结构克雷帕尔学派开创人克雷帕尔教授做学问。当时工程实践也比较多,我也没有什么可分散精力,所以能全力以赴,时间和精力都集中在科学研究上了。1939年春,汉堡要修建一座主跨80米的公路铁路两用悬索桥,我就结合这座桥的实践开始我的博士论文研究工作。在做模型和试验的同时，进行理论探索和演算，通过研究悬索桥加劲梁变位理论(二阶理论)的弹性弯曲微分方程，悟出悬索桥的受力相当于一个受竖荷载的梁同时受一个轴向拉力的道理，由此演引出从概念到方法都十分新颖的《悬索桥按二阶理论实用计算方法》博士论文，并用模型试验加以验证。不到一年功夫，我也由此得到工学博士学位，并得到了“悬索桥李”的名声，当时我才26岁。 二次世界大战爆发使得我没法回国。我于1940年初担任克雷帕尔教研室的研究工作，一直到1944年9月大学校舍被炸。在这一时期，我除了从事钢结构焊接问题的研究外，主要负责研究工程建设中出现的各种桥梁结构方面的新问题和老难题，从中对悬索桥、桁梁桥和结构稳定的分析都作出了有创造性的研究，发表了近10篇重要论文。这个时期，由于年纪轻，精力充沛，思想非常活跃，加上工程实践多，出的成果也比较多。1942年我以《刚 构分析的几何方法》的论文成为第一个获得德国“特许任教工学博士”学位的中国留学生。 1946年回国以后，我满怀激情想参加桥梁工程建设，但那个时代我能干什么,于是又回到同济大学去教书，生活一直不安定。解放以后,我担任了同济大学教务长，以后又是副校长，学校行政工作比较多，加上运动太多，所以心有余而力不足，有成果，但不多。 我第二个出成果时期倒是在“文化大革命”期间。这个时候我有时间了，我被关在隔离室里有两年多。 1968年的一天，我从广播里听到南京长江大桥通车的消息，作为南京长江大桥技术顾问委员会的主任委员，我当然很高兴，但也使我想起当年武汉长江大桥通车典礼时出现的晃动现象。由于对晃动的原因一直没有科学的解释,后来影响到南京长江大桥的设计。在逼供、批斗的间隙，我在隔离室里开始做艰难的研究工作。当时两手空空，能够利用的只有报纸的边角和夹缝，好在我的记忆力还不错,我把脑子里储存的知识运用出来，参考过去的成功经验，加上创造思维，我把桁梁桥这种空间离散体系化为连续体模型，建立弹性弯曲和扭转的微分方程组去求解。经过近一年偷偷的推导和计算,取得了理论分析的初步成功。 隔离室生活结束后，除了写检查、监督劳动之外，没人来管我做什么事情了。我把时间和精力都花在了研究武汉长江大桥的振动问题和南京长江大桥的稳定问题上了。我在家里做 并继续完善理论分析计算。1973年我写成了专著《桁梁扭转理论—桁梁桥模型和扭转试验, —桁梁桥的扭转、稳定和振动》。与此同时，我得知交通部要修订公路桥的计算，我就着手公路桥荷载横向分布的研究,进行理论分析，做模型试验，并将研究成果写成专著《公 受到广泛欢迎。后来我又将用于梁式桥的方法推广于研究拱桥路桥梁荷载横向分布计算》， 和曲线桥的荷载横向分布，取得了成功。这样，就建立起一个基于同一原理和力学模式、适用于各种公路桥梁荷载横向分布计算的统一方法。此外，我还研究拱桥和斜拉桥的空间振动问题，发表了被广泛引用的研究成果。唐山大地震后，我开始从事桥梁抗震的研究，并取得一系列成果。所以“文革”时期是我感到第二个取得比较有份量收获的时期。 方:您在从事科学研究的60年时间里,不断探求、勤于思考、刻苦工作,对结构理论的许多领域都有所建树,“悬索桥李”和“李氏理论”被学术界广泛引用,您能谈谈它们对工程技术发展的影响吗? 李:在我的博士论文发表之前，悬索桥也有计算和分析的方法，我的计算方法应该说是更形象更简洁，不能说我是开创了一种理论，这种说法是不好的,应该说我对分析的方法有所改进和创新。在博士论文完成后，我继续对汉堡拟建的悬索桥进行深入的研究，揭示出三跨连续加劲梁不设中间支座的体系无支承弯矩高峰的优点。这种体系在70年代美国修建的一座斜拉桥上被采用了。 所谓“李氏理论”是外国人叫出来的。1958年我发表了题为《斜交各向异性板弯曲理论及其对于斜桥的应用》的论文，我针对斜桥的实际构造，将正交各向异性板理论，通过斜交坐标延伸为斜交各向异性板的弯曲理论，使各向同性斜板理论和斜交梁格系理论成为它的两个特例。这项成果较有开拓性，很快就引起国外力学工作者的重视，他们引用时就冠以“李氏理论”的名称了。 方:那么上海的“南浦大桥”和“杨浦大桥”的建造是否运用了您的理论? 李:不能这么说。但是这两座桥设计的诞生还是很值得说一说的。当时日本人提出愿意为我们免费做可行性设计，目的是将来他来承包建造。我认为这种跨度的桥我们完全能够自己造,我就向当时的市委书记江泽民同志反映，江泽民同志很重视，他还亲自到同济大学召开座谈会，大家都认为我们自己能做。江泽民同志由此作出决策说，这个桥还是我们中国人自己来造。我们上海人自己设计，亚行贷了一点款。 南浦大桥的方案还是我提出的方案。当时上海市政设计院已经有了一个方案，叫依列混凝土梁的斜拉桥,我的方案是叠合梁的斜拉桥。所谓叠合梁就是钢梁上面依列混凝土桥面板组合起来的梁。后来采用了我的方案，这个方案有什么优点呢,第一是桥面比较轻，这样基础就比较轻了，可以节省开支;第二是架钢梁比在现场浇混凝土梁要快得多，很多工作可以在地面上做。在黄浦江上架桥一定要在两个台风季节之间合拢，不然的话，桥的稳定性就要受到台风的影响，叠合梁造得比较快，能保证在第一年的9月开工，第二年的6月台风到来之前合拢。斜拉桥的计算方法和悬索桥不一样，所以和我的理论没关系。 悬索桥和斜拉桥各有优点,悬索桥两边的索要有锚柱，上海的地基比较差，做锚墩就不经济了。像汕头的海湾大桥两边都是山，岩石上做锚墩就好做了;虎门大桥也是这样,所以那里就采用悬索桥。悬索桥的跨度比斜拉桥大，日本的悬索桥是一千九百九十多米，斜拉桥现在还没有达到这个程度，最大的跨度只有九百多米。 方:听一些学者介绍,在您的学生时期,常常以令人吃惊的速度完成教授交给的艰巨任务,同时又用创新的方法找到简明地揭示问题本质的钥匙。您的学生说,从您的身上学到了您实事求是的作风和严谨、科学的态度,那么您的治学原则是什么呢? 李:我认为我们搞工程技术科学的，一定要注意理论联系实际。我一贯坚持科研选题“必须具有工程背景,必须解决实际问题”，主张理论意义和实用价值相结合。工程技术科学工作者是很难凭空搞科研的。我搞悬索桥研究、两座大桥的振动和稳定问题的研究、公路桥荷载横向分布的研究，都是当时的实际需要提出了要求。所以大环境的需要还是很重要的。 我国的工程技术人员有很高的聪明才智。解放前，建设项目少，实践就少，成果出的也就少。解放后，特别是党的十一届三中全会以后，工程建设多了。在这个时代，就看你是不是跟得上实际需要，通过探索重要问题提出新的工程建设理论。 除了大环境和自己的志向外，还要有实力。我们的研究主体是工程，需要专门的知识，左右臂是数学和力学。你若缺乏这些知识，当你遇到问题时，你就无法搞清问题的关键;遇到了问题的关键,你也无法去解决问题。有了专门的知识，又有了数学和力学知识作为基础，还需要专心致志、锲而不舍的精神。我就喜欢研究老难题和别人尚未涉足过的新问题，这样才能培养自己的思维方法富于开创性。有些难题一时不能解决,但是你老是去想它,过了一段时间如一个月、三个月，你对问题的认识和酝酿的程度就跟你刚开始接触这个问题时不一样，有时会突然触发一点解决问题的新的思想出来。抓住这个想法，你的思想就上去了。要锻炼自己从纷繁迷离、错综复杂的现象中敏锐地看到问题的本质,要抓住重点,以独创的新颖的简练的手法去解决新问题和老难题。 勤奋也是我一贯主张的。不管是在德国时期还是在“文革”时期，我解决许多比较新的课题,都是经过非常艰苦的思维、反复的推导、大量的运算才得到成果的。那时我利用的只是一部手摇的计算器。要取得科研的成功，没有勤奋和成年累月的积累是办不到的。 方:在科学技术与生产实际相结合方面,您是大家学习的楷模。您作为宝钢的首席顾问,在避免一期工程下马和解决工程中的桩基水平位移问题时,曾以您的远见卓识和出色的理论分析作出了重大的贡献,您能谈谈当时的情景吗? 李:遇到重大工程问题时,我们工程技术人员应该服从真理，服从科学来进行工作。 人大代表的呼声很高，要求宝钢一期工程下马。1980年春天,正值国民经济进行调整， 夏秋时节，中央派的工作组已经到了宝钢工地,与宝钢领导商量怎样安排下马。宝钢工程技术顾问委员会成员应邀参加了一个座谈会。在当时的气氛下，大家都不大敢讲话了。我首先发言，我说宝钢不能下马:第一，宝钢建设到这个时候，已经不是从零开始了，一期工程共需120个亿，已经投入80个亿，下马盖仓库还要花十多亿,不下马再加一些钱就可以建成了;第二,那时我国钢产量只有三千多万吨,我国至少需1万吨钢，从长远看,我国钢铁工业必须发展;第三,宝钢下马，不光宝钢工人需要安置，为宝钢配套的一些企业，如加工设备的工厂等，都要受到影响。我发表意见后,宝钢工程指挥部将我的意见反映到市里,市委觉得很有道理,又转到中央。国务院开会时听取了这个意见并采纳了,决定缓建,不是停建。一年以后,工程又上马了,1985年9月正式投产。 第二个问题是桩基的水平位移。宝钢建设在长江边上，打了桩后，工人就在旁边挖基坑,之后就发生了桩基的水平位移。1980年春,我去视察后,就提出了问题的解决办法:第一，做试验、测量;第二，我提出理论分析的方案。同年夏天,试验的指标出来了，我利用一个暑假的时间进行分析、计算，写出了《关于桩的水平位移、内心和承载力的分析》的论文，提出了如何加固、哪些需要加固、哪些不需加固的意见。报告完成时，正值我方与日方进行工程谈判，宝钢工程总工程师专门来拜访我，表示感谢。他说，李校长，有了您的报告，我们谈判时心里就有数了。 这就是科学技术与生产实际相结合，帮助生产部门解决实际问题的例子。对重大工程我们工程技术人员有责任从宏观的科学技术的角度，实事求是地发表意见。中央虽然有决定了,但应该怎么说,还是要怎么说。工程技术人员要敢于服从真理,讲真话。 方:作为一位老一辈科学家,您对青年学者有什么期望和要求, 李:现在的青年科技工作者,多数是非常勤勤恳恳的，在工程实践、设计方面,作出了非常显著的贡献。国家应对他们在生活条件和工作条件上给予更多的改善和支持。作为青年科技工作者,应该看得远一些,有较大的抱负。目前，市场经济正在发展中，出现了各种思潮，希望青年科技人员不要被某些错误的倾向所误导。 做学问是一项很艰苦的工作,应该意识到,没有很舒坦的路给你走。我在德国留学时，为解决一个桁架的分析问题，一直搞到失眠，神经衰弱，休养了一个星期,回来再进行。在生活上也不可能有更多的要求。不过有一点,我们从事科学技术工作，得到成功时，那种满足和愉快不是任何什么所能代替的,金钱也是买不到的。我做校长时，让我给毕业同学讲话，我说:你们毕业后,究竟追求精神财富呢,还是追求物质财富?要两个财富兼而有之恐怕不太容易，要是追求物质财富，就得不到精神财富;要下决心追求精神财富，就要淡泊物质财富。我想，现在的青年同志还谈不上物质很丰富，有些人还有些困难，要国家多多关心。作为个人来说，这方面要淡泊一些，还是要以事业为重。 ,原文刊《群言》1996年3月号,P23–26,