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中国勘察设计协会主管主办

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万叶青:“振动”在手 未来在心

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在我们关注工业工程振动控制领域日益蓬勃发展的同时,有这样一个人,他隐身于喧嚣热闹的都市背后,几十年如一日,默默潜心研究,用实际行动践行“科学技术是第一 生产力”。他先后完成了150多个工程设计项目,解决了上百个工程振动控制问题;他提出了三坐标测量机容许振动指标,填补了国家标准的空白;他提出了液压振动试验装置振动荷载作用分析方法,解决了工程设计难题并获得了国家发明专利;他在建筑工程领 域首次提出的声学环境振动的容许振动标准,专家组认为“用振动指标来评价固体噪声是迈出了历史性的一步”……这个人,就是中国汽车工业工程有限公司工程振动研究中心主任万叶青,同事口中的“老万”。


2020年10月的一天,《中国勘察设计》记者一行前往位于天津市南开区长江道591号的中国汽车工业工程有限公司对老万进行采访。采访期间,他轻描淡写,避开个人宣传,交流对话就像一场博弈,记者总是试图挖掘这位科技“老兵”身上不同于常人的特别之处。不想让老万为难,但也要完成工作,记者惴惴不安,希望笔下的他,既能还原其低调、务实的本色,又能从某种层面上折射出他身上的闪光点。


结缘“振动”    矢志不渝


万叶青,1957年9月出生于浙江省青田县一个普通知识分子家庭。因母亲姓叶,故取名“叶青”。


“我的同学、朋友经常友善地拿我的中文名字‘说事’。说我如我的中文名字,寓意好。我承认这种说法大体上是正确的。的确,在我的人生遇到重要转折点的时候,我常常碰巧是‘非常幸运’的!”万叶青说。


万叶青四岁随父母迁至南京,并在这里读完中小学,学习成绩一直名列前茅。由于那个时期课业不多,万叶青有充裕的时间用于无线电知识的学习。他还自己去“淘”各种配件,并和几个同学一起“捣鼓”出了半导体收音机、电视机。万叶青坦言:当时十分渴望成为一名无线电领域的科学家。


1977年,万叶青参加了恢复高考制度后的第一次高考,顺利通过录取分数线并经过了体检。然而,当时幸运之神并没有眷顾这位学子,他最终没有被录取。随后,他就在当地的一个建筑公司当起了建筑工人。


这次“变故”,并没有磨灭万叶青求知的动力。他深信:“是金子总会发光”。于是,他在工作之余潜心复习各门功课,准备第二次参加高考。1978年,他顺利被中山大学数学力学系录取。


“当时第一志愿是南京邮电学院(现南京邮电大学),还是想学无线电专业,但最终被中山大学数学力学系录取,虽然有些遗憾,但还可以接受,毕竟是重点大学嘛。”万叶青笑着说道。由于“振动”研究离不开数学力学知识、无线电中也蕴含着许多“振动”的概念,也许正是因为这份不太“理想”的经历,才使他得以与 “振动”结缘,一份不解之缘。


回忆这一段大学经历,万叶青表示感受颇多。他认为:“高校学习是形成初步的世界观和人生观的阶段,学到的书本知识仅是一方面,更重要的是体验到讲求实效的学习方法和宽松开放的思维模式。当时广东地区作为改革开放的前沿,我也略微接触到一些时代的新理念,为日后的科研探索和技术创新工作打下了良好的基础。”


1982年,万叶青大学毕业后开始了数十年的专业技术研究工作。1982年至1991年,在原机械工业部洛阳拖拉机研究所从事拖拉机零部件振动强度研究工作;1992年至1995年,在原机械工业第四设计研究院(现为中国汽车工业工程有限公司,2010年由机械工业第四设计研究院与第五设计研究院合并重组而成)计算站负责建筑结构计算分析;1996年至2013年,在中汽工程结构室从事建筑结构设计和研究;2013年至今,在中汽工程技术部从事工程振动和建筑结构的设计研究工作。


为了进一步提高中国汽车工业工程有限公司在工程振动领域中的技术水平,更好地发挥他在工程振动领域的科研创新带头作用,公司于2017年成立了工程振动研究中心,重点研究和突破包括大型机械设备的振动控制和精密仪器设备的防微振控制在内的汽车工业乃至工业工程中的振动控制难题。在近3年的工作中,他带领团队攻克多个工程振动控制难题,在提高工程质量和建筑性能的同时,也得到了许多客户的高度赞扬。


在40多年的工作生涯中,“得益于单位对‘工业工程振动控制’和‘建筑结构’研究工作的高度重视和投入,得益于行业领导和前辈的悉心指导”,他先后担任计算站主任、结构所所长、技术部副部长和工程振动研究中心主任,并长期担任中国汽车工业工程有限公司结构技术委员会主任等职,完成了从助理工程师、工程师、教授级高级工程师的成长,逐步成为享誉行业的权威专家。


不忘初心  勇于探索


在数十年的岁月中,万叶青的工作岗位在变,而其核心研究内容却一直未变,始终围绕着“振动”这一主题词,在工程设计和科研创新的一线,坚守着探索研究的那颗“初心”。


早在上世纪80年代初,万叶青就全身心投入到振动研究工作中,研究的主要对象是陆用车辆,如汽车、拖拉机和工程车辆等行驶时的整车平顺性和零部件疲劳强度问题。为了探索振动测量方法,他开展了多个实际工况下的车辆振动试验,其中包括拖拉机田间作业、车辆道路行驶以及工程车辆作业等。在大量振动试验的基础上,他结合当时引进的先进振动试验装置,建立了一整套完整的在试验室条件下按照车辆功率大小等级分类、分别模拟不同车型振动环境的随机模拟试验方法。


根据拖拉机驾驶员多轴线全身振动特征,他提出了矢量叠加评价方法,并制定了驾驶座振动容许振动标准和驾驶员全身振动标准;针对不同类别拖拉机机体振动特性,结合拟定的容许振动标准,建立了驾驶座动态优化方法,为减振驾驶座研发提供了有效技术手段;对钢丝绳隔振器进行试验研究,提出了钢丝绳隔振器非线性分析方法,进而分析得出钢丝绳隔振器非线性分叉机理,为隔振驾驶座的产品研发奠定了基础。


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在对机械零部件随机疲劳和快速试验方法进行深入研究之后,万叶青先后完成了两项原机械工业部科研基金项目,提出了拖拉机零部件振动可靠性试验评估方法,编制出《拖拉机驾驶座可靠性试验方法》行业标准。这些试验分析方法,为产品质量性能考核和新产品研发及科研项目提供了有效技术保障。


1982年至1991年间,万叶青还先后研发出了三种减振驾驶座,完成了国家和原机械工业部科研基金项目3项,编制国家和行业标准5项、撰写学术论文10余篇,获得省部级科技进步奖3项,其中由他主编的《拖拉机驾驶座传递振动测量方法》GB8421-87,获得了1990年机械电子工业部科技进步二等奖。


1992年,万叶青因工作需要,调到了原机械工业第四设计研究院,开始转行从事建筑结构设计与研究工作。面对新的专业领域,他结合工程项目的设计,自学建筑结构知识,对每一个工程设计项目,不论大小、不管难易,都非常认真地对待,把每一项结构设计都当作是一个科研课题,认真细致地建模计算、分析优化,并于1997年顺利通过一级注册结构工程师考试。那一年,他40岁。


在工程建设领域,建筑结构设计是极其重要的一个环节,它不同于其他专业设计,其设计理念和质量直接影响着工程的安全可靠、节能环保、经济适用、建设周期等,可以说是一个工程中重要的生命线。


如何做好建筑结构设计?万叶青说,在结构设计中,首先需要有清晰的概念,能拟定合理的结构方案;其次需要具备较强的分析能力,精确计算出结构受力状况;最后需要准确的画图表达,简洁明了地绘制出完整的施工图。


万叶青是这样说的,也是这样做的。


在1998年新飞销售大楼的结构设计中,他运用次梁预应力技术,解决了高层建筑中大开间层高限难题;采用加强后浇带技术,解决了结构超长的问题。建成后的大楼成为当时该地区的标志性工程之一。


2014年,广州大学建设抗震实验中心,试验室中有当时国内最大的地震模拟振动试验台震。“ 大型振动试验台振动强度大,会对模拟试验和周边环境造成不利影响,必须加以控制。由于受到建设场地条件的限制,基础难度很大。”于是,他从确定容许振动指标入手,在分析作动器激振作用条件之后,根据场地条件对地震试验台基础进行多方案比较,最终经过大量计算分析得到了最佳结果。


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在支架钢结构设计中,H型钢和槽钢等构件是最常用的构件,“ 这些钢结构杆件属于开口构件,在弯扭荷载作用下,很容易屈曲变形,从而失去承载能力”。 万叶青运用数值方法结合理论分析,发现了钢结构开口杆件在双力矩作用下的几何非线性特征,提出了双力矩作用下钢结构构件的分析方法,并在工程设计中拟定了相应的设计原则和技术条件。


……


万叶青通过精心设计,在提供最佳技术方案的同时,不但得到了业主的一致好评,在工程设计中展现出的技术水平还得到了单位和同事的充分认可。他也因此很快成为了公司首席结构专家。



奋力攻关  壮志未泯


工业工程振动控制与建筑结构设计也可以结合在一起?面对记者的疑问,万叶青这样作答:在建筑领域,振动问题归属于结构专业。从专业属性来看,建筑工程振动和建筑结构是一体的,两者的融合“并不需要花费太多心思”。


然而记者深知,二者的结合并非一件容易的事儿,一定花费了他不少心思。


据他介绍,工业工程振动控制涉及多个技术行业领域。基于土木工程的建筑振动是一个多专业交叉学科,是一项跨行业、跨学科、具有较大难度的技术,需要有很强的数学力学基础;工业工程振动面向的对象主要是大型振动装备和精密仪器设备,而对这些设备进行振动控制是国际上公认的难题。


“大型装置的种类较多,振动控制的方法也不同。”万叶青介绍说,按照振动特性分类,可以分为稳态周期振动设备,如旋转式机器(电机、水泵和风机等)和往复式机器(发动机、曲柄压缩机等);瞬态冲击振动设备,如锻锤、压力机等;随机振动设备,如破碎机、磨机等。“不同类型的机器需要采用不同的振动控制方法。”


“在主动隔振方面,需要解决的是各种不同的大型装备的振动问题。”万叶青表示,大型振动试验装置广泛应用于机械电子、汽车列车、航空航天、医疗设备和生物科学等领域。在工业建筑中,锻锤、压力机、振动试验装置、压缩机、电机、风机、水泵等设备工作时,产生的振动对环境影响较大,不但会影响周边的社会生活环境,还会影响精密仪器设备的正常使用,严重的还会影响厂房结构的安全,危及操作工人的安全和健康。


为了研究大型冲击设备的振动问题、了解冲击设备打击力特征,万叶青于2014年成功地组织了锻锤打击力测试。这样的锻锤打击力测试在世界上尚属首次。看到打击力测试结果,在场的锻锤行业专家纷纷表示:此次锻锤打击力测试,打破了原教科书上的认知。


此后,他提出了五种脉冲函数,以描述不同设备类型、不同工作状态下大型冲击设备的振动荷载作用。同时,他还建立了有阻尼脉冲响应计算方法,为锻锤、压力机等冲击设备振动控制提供了实用、可靠的振动控制设计方法,并应用于数十个冲击设备基础的设计中。


“振动台振动强度大、激励特性复杂、频率分布广泛,这些都是振动台基础设计的难点。”为了破解这些难题,万叶青根据激振器的结构特性和工作原理,提出了一种计算振动试验装置激振力三折线对数分析方法,并建立了振动试验装置振动控制设计方法。这些方法先后应用于30项振动台基础设计,取得了较好的应用效果。


在防微振控制方面,万叶青在大量收集资料设计资料的同时,结合工程设计项目,开展大量试验研究,提出了三坐标测量机基础容许振动标准,建立了多种三坐标测量机基础隔振设计方法。


对于振动较大、难以满足三坐标测量机使用条件的场地,万叶青根据场地的地基条件,分别选用阻尼弹簧隔振器、非连续屏障桩隔振或其他隔振技术,采取防微振的被动隔振措施,在数十个工程项目中取得了良好的隔振效果。


噪声不但会影响社会的生活环境,严重的还会危害人的身体健康、带来多种疾病。其中,低频固体噪声会使人感到烦躁,影响休息和睡眠。“ 建筑结构中的固体噪声是由结构构件振动形成二次声辐射产生的,治理起来难度很大。”万叶青说。


他通过多年的理论分析、试验研究和工程实践,提出了声学环境振动控制指标体系,对声固耦合振动与声辐射的关系进行深入分析,建立起了量化计算方法,用1/3倍频程振动加速度指标来评价固体声的影响。目前,研究成果已应用于多个工业和民用建筑工程的噪声控制中。例如,在中国一拖技术中心发动机整机消声室房中房设计方案中,采用阻尼弹簧隔振器对内房整体隔振的方法,以有效阻隔固体声的传播。消声室建成后,在正常工作情况下,A计权背景噪声仅为12dB(A)。


潜心研究  享誉行业


在近20年的建筑结构设计工作中,万叶青先后完成了150多个工业和民用建筑工程设计项目。其中,他负责设计的郑州宇通新能源项目,总建筑面积近60万平方米,建设投资约80亿元,是世界规模最大的大客车生产基地;他负责设计的广州大学抗震实验中心,布置有当时国内最大的地震模拟振动试验台台阵系统和尺寸最大的反力墙结构,设计方案与实验分析结果得到了著名工程结构与抗震隔震减震控制专家、中国工程院院士周福霖的充分认可;他主持的中国一拖集团技术中心能力提升项目,获得国机集团科技进步二等奖、机械工业优秀勘察设计二等奖……


面对取得的成绩和荣誉,老万十分淡定,依然沉浸于他的分析和研究中。


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每做完一个项目,万叶青都要认真总结。他表示:一方面回顾在工程设计中采用的一些技术方法,不断积累经验;另一方面发现分析计算中的技术难点和存在的问题,为以后更深入的研究作准备。


“当一栋漂亮的大楼建造完成后,人们首先想到的是建筑师,很少有人注意到结构设计师。”有人曾问他:什么是结构的美?他是这样回答的:结构美可以表现为内在美、力量美和永恒美三个方面。具体来讲,“ 内在美是指受力钢筋都是埋在混凝土里,从不外露;力量美是指结构构建承载着整个建筑荷载的能力;而永恒美则可以从建筑工地上‘百年大计、质量第一’的标语中很容易感悟到”。


“从中国的长城、埃及的金字塔,我们可以清晰地看到最真实的结构美。其实,这正是一个结构设计师应具备的最基本的素质和应表现出的最质朴的美。”万叶青如是说。


他不仅对项目成果进行总结,还积极参与标准制定、修订和相关课题研究。


在先辈技术体系的指引下,万叶青充分利用自己扎实的数学力学基础知识,结合在研究所开展的振动和试验经历,掌握了许多工程振动控制技术,进一步系统全面地完善和发展了振动控制的理论和技术方法,其中包括振动激励(输入条件)-隔振结构(振动体系)-控制目标(容许标准)这一完整的分析流程。


在中国工程院院士、中国机械工业集团公司原总经理兼总工程师徐建创建的“工程振动控制技术标准体系”框架下,万叶青参加了8项国家标准的编制和修订,特别是在该标准体系的三项最重要的基础标准编制过程中,做了大量试验和研究工作:


他以第二编制人参编的《建筑工程容许振动标准》GB50868-2013,首次将测试方法、评价指标和容许振动标准形成完整体系;


他针对《建筑振动荷载标准》GB/T51228-2017提出的液压振动试验台荷载作用对数三折线分析方法,获得了国家发明专利;他在建筑工程领域首次提出的声学环境振动的容许振动标准,被专家组认为“用振动指标来评价固体噪声是迈出了历史性的一步”;


他将可靠度分析方法应用在动力荷载的组合计算中,根据工程可靠度设计方法,建立了振动荷载的组合叠加计算公式,合理地解决了振动荷载组合效应问题,对多振源、复杂振动环境的振动控制提供了有效计算方法;


他提出的三坐标测量机和振动试验台容许振动指标,填补了国家标准的空白;


他作为主要参与人参加的“工业工程振动控制关键技术研究与应用”研究课题,获得了2014年国家科技进步二等奖。近期,国家相关部委印发《绿色建筑创建行动方案》《关于推动智能建造与建造工业化协同发展的指导意见》《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》等政策文件,明确提出要大力发展钢结构建筑。推广钢结构建筑,成为建筑产业转型升级的重要方向之一。在谈到钢结构行业的发展时,万叶青表示,最近20多年时间,我国的钢结构工程发展非常迅速,他也在这样的建设浪潮中获得了较为深入的体验。


他认为,从绿色建筑的角度来看,钢结构的优势非常突出。一是钢结构的特点是强度高、韧性好,便于加工,不但节能、环保,还可以重复利用、节约资源;二是钢结构构件容易进行建筑工业化制作,可以充分发挥工厂加工制作的效用;三是有利于构件的长距离运输,能节省建设存放场地面积,现场拼接安装既便捷简单又绿色环保;四是由于钢结构的承载力高和抗冲击韧性强,具有良好抗震性能,特别适合用于重荷载、大跨度,超高层等结构中。


言传身教  甘为人梯


在成长过程中,万叶青历尽了各种坎坷与风风雨雨,然而,不论是顺境还是逆境,他始终坚定一个信念:“献身科学、报效祖国”,这种奉献精神也深深影响着他身边的人。


“生活和工作的经历丰富了我的人生,我是非常幸运的。”万叶青直言:自己原先的想法非常简单,个人的兴趣是在计算分析上,特别是对动态和不确定性问题的分析。至于获得的一些荣誉,确实是“超出了我的预期”——获得4项国家发明专利,荣获国家、省部级及其他奖项11项,2010年被授予“洛阳市科技标兵”,2013年入选“中国汽车工业工程有限公司首席专家”,2014年被评为“中国工程建设标准化年度人物”,2015年荣获“中国汽车工业工程有限公司十年杰出贡献科技成就奖”、享受国务院特殊津贴,2020年获得“标准科技创新奖‘领军人才奖’”……


而万叶青的“预期”是:只要能够把自己掌握的一些技术方法用于解决工程建设的实际问题,然后能得到业主的认可,自己就已经非常知足了。


一直以来,万叶青还有一个愿望,那是做好技术和知识的传承。在原机械工业第四设计研究院工作期间,万叶青有幸与全国工程勘察设计大师、建筑结构领域著名学者杨先健先生相识,并有幸传承了先生的技术体系。“他在工业与民用建筑结构工程设计与研究,特别是工业环境振动领域的研究,对公司来讲,堪称开创性与奠基性!我也要把先辈的思想衣钵传承下去,为工程振动控制发展尽自己的绵薄之力。”万叶青说。


一花独放不是春,万紫千红春满园。万叶青深知:企业的发展离不开人才,高素质的人才队伍是企业参与竞争、谋求可持续发展的有力保障;一个人的能力是非常有限的,一个带头人必须适时组建人员知识层次、年龄层次合理,能够高效协作的团队。


为此,他积极主导组建公司工程振动研究室并出任主任一职,做好传帮带工作。中汽工程振动研究室是一支以技术创新、工程设计、试验研究为主的工作团队。在成立之初,研究室坚持“以工程实践为基础来挖掘课题、以技术创新为动力来攻克难题、以业务发展作支撑来反哺科研”为工作思路,重点抓核心技术、分析方法和作业流程等,充分利用公司资源,用技术能力带动相关部门的业务发展,分享创新红利,共同进步。


为了克服研究室人员少、负荷大、人才梯队存在较大断层等难题,促使年轻人尽快得到成长,万叶青在指导他们工作方法的同时,给他们压担子,给予合理的引导。具体措施包括:一是根据每个人不同特点,因材施教;二是鼓励创新,并在纠错中改进工作方法;三是强化质量意识,不断培养精细化工作态度。


在开展日常业务活动过程中,他们努力推广新技术应用,创建新的作业流程,打造新的内部资源共享协作关系。由于新技术应用带动的新业务往往体量小、工作杂、风险大,他们把工作重点放到抓技术质量上。无论是科研、设计还是试验,他们都把工作做细,从内容分解、工作方法、作业流程、交付物验证等环节严格把控技术质量。


近期,他还结合公司新的五年计划,制定了研究室今后工作的总体规划:进一步完善和发展振动试验装置基础设计方法、探索建立工业建筑场地振动区划评估方法、结合工程项目努力拓展建筑物理之振动声学性能,等等。


万叶青常用“1+1>2”的形象说法来阐述其对团结协作、团队精神的理解和认识。在他的影响下,大家团结一心,攻克了多个工程振动控制难题,取得了一个又一个重大突破。工程振动研究室刚成立1年就实现了盈利,带动了公司相关部门的业务发展和技术提升。良好的工作成效赢得了越来越多客户的信任,用事实证明了“质”与“量”的关系——优异的“质量”带来了丰厚的“数量”回报。研究室还先后培养了包括博士后、高级工程师在内的多名青年技术骨干。


“我们从古以来,就有埋头苦干的人,有拼命硬干的人……,这就是中国的脊梁。”老万对鲁迅先生在《且介亭杂文》中的一句话深有感悟。如今,步入花甲之年的他仍奋斗在一线,他做研究、跑工地、带团队、参加研讨会……,每天仍要工作12个小时以上,不停地为工程振动控制和建筑结构设计等领域的发展殚精竭虑。记者不禁发问:“您其实已功成名就,为何还要不懈奋斗?”他笑着回答:“未来,还有很多事儿要做!”


未来的工作还很多。“思考未来”,是老万最常用的词汇,也是这位科技“老兵”的执着与才智。在他心底,未来,才是自己最高标准的追求和目标。(本文原载于《中国勘察设计》杂志2020年12期,文章作者刘红伟,原文标题为:《“振动”在手  未来在心——记中国汽车工业工程有限公司工程振动研究中心主任万叶青》,转载请注明来源。)