勤奮務實 銳意創(chuàng)新
——從一個大學肄業(yè)生成長為水電界科技成果最多的院士之經歷與體會

編者按：新中國成立以來，我國水利水電建設取得了舉世矚目的巨大成就。在建成一大批規(guī)模宏偉、影響深遠的水利水電工程的同時，也涌現出一批高水平壩工專家，朱伯芳院士正是其中一位極其出色的水利工程科學家。從提出大壩混凝土標號分區(qū)，并在世界范圍廣泛使用，到提出雙向變厚度支墩壩應力的理論解，大大提高工作效率，再到建立大體積混凝土溫度應力理論體系、拱壩優(yōu)化理論方法與軟件、混凝土壩仿真分析方法以及數字監(jiān)控理念等四個新學科，結束“無壩不裂”的歷史等，這位創(chuàng)造了諸多世界“第一”的中國水利科學家，對其65年連續(xù)工作的回憶梳理，某種意義上就是一部濃縮的我國水利水電工程科技發(fā)展史。本期《見證》欄目走近這位對我國水利事業(yè)作出杰出貢獻的水利科學家朱伯芳院士，聽他講述經歷與體會，感知分享時代脈搏。

朱伯芳，中國工程院院士，中國水利水電科學研究院教授級高級工程師，第8屆、第9屆全國政協委員。

筆者1948年9月以總分第一名成績考入國立交通大學（現為上海交通大學）土木工程系，該系下設鐵道、公路、結構、市政工程等四個專業(yè)，1950年三年級分組時選擇了市政工程組，準備畢業(yè)后從事都市建設工作。1951年9月以上海交通大學四年級學生身份到淮河實習，分配到佛子嶺水庫技術室設計組，原計劃實習一年后回學校再念一年書才正式畢業(yè)，但次年大學本科改為三年，淮委通知我們已提前畢業(yè)，并留在淮委繼續(xù)原來的工作。因此，1952年9月正式參加工作，放棄了原來搞都市建設的夢想，改行搞了一輩子的水利水電工程。迄今已連續(xù)工作65年，本文做一回顧。

參與設計了我國第一批三座混凝土高壩，從零開始，為我國掌握現代混凝土高壩設計技術作出貢獻，在世界上首創(chuàng)大壩混凝土標號區(qū)分技術

佛子嶺是我國自行設計建設的第一座混凝土壩（主壩為連拱壩，西端接平板壩和重力壩），梅山是當時全世界最高的連拱壩，響洪甸是我國第一座混凝土拱壩。曹楚生、裘允執(zhí)、薛兆煒、周允明與筆者是壩工設計主力，萬事開頭難，白手起家一無經驗，二無資料，但我們邊干邊學，許多設計方法和計算公式都是我們自己研究出來的，短短數年，完成了這三座高壩的設計，至今已60多年了，佛子嶺、梅山、響洪甸這三座高壩仍正常運行，說明當時的設計是成功的。

這其中有幾點體會：一是勇于創(chuàng)新。當年全世界的混凝土壩都是全壩采用一種混凝土標號，筆者首次提出大壩混凝土標號分區(qū)，節(jié)省了大量水泥，迅速在全世界廣泛應用；首次提出雙向變厚度支墩壩應力的理論解，過去用差分法計算，兩人平行計算，20多天才能算出結果，現在用理論解，幾分鐘就能算出結果。二是工作縝密。梅山壩前有一大沖溝，壩基巖石暴露于沖溝中，當時筆者建議用混凝土包住暴露巖石，防止漏水，但因施工進度緊張未被采納，蓄水后高壓水侵入巖體，引起大變位，被迫放空水庫修理。如當初采用筆者設計方案，就可避免事故。三是視野廣闊。筆者早年參加工作不久，只是一名技術員，但工作勤奮，關心的不僅是自己的工作，而是放眼世界，謀劃水工結構學科的發(fā)展。比如1955年，建議水利部組團赴西歐考察壩工技術，被采納，10年后，美國也組團赴西歐考察壩工技術；建

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獲獎情況介紹

早期獲獎：

1953年，在安徽佛子嶺水庫指揮部被評為“治淮功臣”。

1954年，在佛子嶺水庫被評為“安徽省治淮優(yōu)秀青年團員”。

1956年，在治淮委員會被評為“安徽省先進生產者”。

五項大獎：

1982年，“水工混凝土溫度應力研究”獲國家自然科學三等獎。

1984年，被人事部授予首批“國家級有突出貢獻中青年科技專家”稱號。

1988年，“拱壩優(yōu)化方法、程序與應用”獲國家科技進步二等獎。

2001年，“混凝土壩仿真與數字監(jiān)控”獲國家科技進步二等獎。

2007年，獲國際大壩會議終身成就獎與榮譽會員稱號。

此外，先后獲水利部和電力部科技進步獎8項。

重要經歷、成果及著作介紹

1.參與了我國水利水電建設的全過程，參加了我國第一批三座混凝土高壩設計，為我國掌握現代高壩設計技術作出了貢獻，并在世界上首創(chuàng)大壩混凝土標號分區(qū)技術，可節(jié)省大量水泥。

2.參加了新安江、劉家峽、三峽、小灣等一系列混凝土高壩的科學研究、設計審查和工程咨詢。

3.在世界上首次建立四個新的學科：

（1）首次建立了混凝土溫度應力理論體系，解決了大壩裂縫問題；

（2）首次建立了拱壩優(yōu)化理論，可節(jié)省10%～30%壩體混凝土，已應用于100多個實際工程，節(jié)省投資20余億元；

（3）首次建立了混凝土壩仿真分析方法，使混凝土應力分析水平顯著提高；

（4）首次建立了混凝土壩數值監(jiān)控理論和方法，使大壩安全監(jiān)控由過去的定性監(jiān)控上升為現在的定量監(jiān)控，大壩安全監(jiān)控水平大幅度提高。

4.著書10本，發(fā)表論文246篇，是我國水利水電界科技成果最多的一位學者。其中專著《有限單元法原理與應用》和《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》分別被評為我國水利行業(yè)和建筑行業(yè)被引用最多十書之一；2014年《Thermal Stresses and Temperature Control of Mass Concrete》由Elsevier集團在美國紐約出版。議我國進行第一個拱壩結構模型試驗，被采納；在全世界首次進行混凝土壩溫度應力研究，獲成功，解決了長期困擾人們的大壩裂縫問題。1974年，在全世界首創(chuàng)混凝土壩仿真計算，獲成功。1976年，在全世界首次開展拱壩優(yōu)化研究，獲成功，節(jié)省投資20余億元。1990年，在全世界首創(chuàng)混凝土壩數字監(jiān)控，獲成功。

參與我國一系列大型水電站的科學研究、設計審查與工程咨詢，提出了許多重要建議，并被采納

由于汪胡楨院士的推薦，筆者于1957年年底調到中國水利水電科學研究院工作，該院人才濟濟，筆者所在的結構研究所就擁有11位海外留學回來的專家，其中2位留美的，1位留日的，8位留蘇的。筆者只讀了三年大學，學歷很低，但因為參與過三個高壩設計，在當時就算經驗比較多的，而且通過刻苦自學，筆者的理論涵養(yǎng)也較好，因此，水電總局（現為水電水利規(guī)劃設計總院）、各設計院和工程局對筆者比較重視，經常邀請筆者參與重要工程問題的研究，委托給筆者的科研任務也較多，因而十分忙碌，每天工作11～12小時。

筆者經常深入水利水電工程施工現場，研究解決工程問題，比如古田、新安江、劉家峽、丹江口、桓仁、三門峽、小灣、拉西瓦、溪洛渡、三峽等不少工地去過多次，認真研究，積極提出建議，解決工程中存在的問題，但有時難免得罪一些權威人士。例如，當年一位老院士提出報告，建議東北葠窩水庫修建腹拱壩，水電總局召開專門會議進行研究，老院士介紹，根據光彈性試驗結果，在壩踵和拱頂雖有拉應力，但數值不太大，勉強可以過關。筆者看過研究報告后，發(fā)現只考慮了自重和水壓力兩種荷載，沒有考慮溫度應力，但葠窩水庫地處東北，氣候寒冷，單獨由溫度引起的拉應力就超過40 kg/cm2，遠遠超過了混凝土的抗拉強度，而且受拉范圍很大，葠窩水庫不宜修建腹拱壩。當時有些猶豫，如果不提意見，葠窩興建腹拱壩，產生大量裂縫，國家將遭受損失；如果提出意見，否定老院士的方案，難免得罪于他。反復斟酌之后，決定以國家利益為重，提出自己的意見，最后水電總局采納了筆者的建議。

十分重視科學技術創(chuàng)新，在解決大量實際工程問題的同時，在世界上首次建立四個新的學科

1.建立大體積混凝土溫度應力理論體系，在世界上首次解決了大壩裂縫問題

混凝土壩裂縫是一個長期困擾人們的老問題。20世紀50年代，美國墾務局出版《混凝土壩冷卻》一書，介紹了一些簡單的一維溫度場計算方法；前蘇聯全蘇水電科學院提出了一維溫度應力計算方法。但混凝土溫度應力實際上是二維和三維的問題，當時基本是空白狀態(tài)，筆者與王同生、宋敬廷等合作，建立了混凝土壩溫度應力的完整理論體系。

一是建立了混凝土壩溫度徐變應力分析的精細計算方法和軟件，可以考慮氣候條件、施工進度、溫控措施等因素，計算混凝土壩的溫度應力，如發(fā)現拉應力過大，可采取措施，從而避免裂縫；二是建立了各種水工混凝土結構溫度應力計算方法；三是糾正了過去只重視早期保溫的錯誤，提出“全面溫控，長期保溫”的重要準則；四是提出了各種不同條件下的正確溫控措施。目前我國已建成數座無裂縫的混凝土壩，結束了全世界“無壩不裂”的歷史。筆者撰寫的《大體積混凝土溫度應力與溫度控制》一書，被評為我國建筑行業(yè)被引用最多的十書之一。

2.建立了拱壩優(yōu)化理論、方法與軟件，節(jié)省壩體混凝土10%～30%，節(jié)省資金20余億元

筆者與賈金生、饒斌、厲易生等合作，在世界上首次建立了拱壩優(yōu)化理論、方法與軟件，可節(jié)省壩體混凝土10%～30%，工作效率提高10倍以上，已成功應用于100多座拱壩，節(jié)省資金20余億元。

3.提出混凝土壩仿真分析方法，大幅度提高了壩體應力分析水平

混凝土壩采用分層施工，施工時間歷經數年，應力狀態(tài)十分復雜，過去無法計算。筆者提出了一系列計算方法，包括分區(qū)異步長算法、水管冷卻等效熱傳導方程，混凝土徐變應力隱式解法等，使三維有限元混凝土壩仿真計算變得切實可行，計算結果符合實際，大幅度提高了混凝土壩應力分析水平。

4.提出混凝土壩數字監(jiān)控新理念，建立大壩安全監(jiān)控新平臺

儀器觀測只能給出測點的應力，不能給出全壩的應力和安全系數。筆者在世界上首次提出混凝土壩數字監(jiān)控新理念，建立了大壩安全監(jiān)控新平臺，大幅度提高了大壩安全監(jiān)控的水平，使大壩安全監(jiān)控面貌一新，從過去的定性監(jiān)控發(fā)展為現在的定量監(jiān)控。

首創(chuàng)一系列世界先進的水工結構新方法新技術

除了建立上述四個新學科和發(fā)展徐變理論之外，筆者還在世界上首創(chuàng)大壩混凝土標號分區(qū)技術、有限元等效應力、拱壩溫度荷載、地下結構山巖壓力等一系列新技術和新方法，納入我國重力、拱壩、水工結構等設計規(guī)范的有14項之多。

①首次提出大壩混凝土標號分區(qū)，節(jié)省大量水泥。

②提出有限元等效應力及控制標準，使有限元可用于拱壩設計。

③提出滲流場分析夾層代孔列法，可在大壩穩(wěn)定分析中考慮排水孔影響。

④提出混凝土壩反分析與反饋設計的概念與方法。

⑤提出混凝土壩水管冷卻新方法——小溫差、早冷卻、緩慢冷卻，可大幅度減小溫度應力。

⑥提出混凝土徐變應力隱式解法。

⑦提出地下結構山巖壓力計算方法。

⑧提出混凝土的半熟齡期，適當改變半熟齡期，可大幅度減小溫度應力。

⑨提出混凝土徐變的兩個定理，闡明了徐變對結構應力與應變的影響。

⑩提出庫水溫度計算方法。

?提出拱壩溫度荷載計算方法。

?提出重力壩加高的新方法，避免新老壩塊接縫被拉開。

?提出船塢和水閘溫度應力計算方法。

獻身水電60年：勇于進取，兢兢業(yè)業(yè)，不斷創(chuàng)新，成果豐碩

筆者只讀了三年大學就參加工作，學歷偏低，平時忙于工作，未曾進修，之所以能完成大量科技工作，并當選院士，建立四個新學科，成為我國水利水電系統中影響較大、科技成果最多的學者，得益于有幸參與我國水利水電建設的偉大歷程，在實際工程中得到鍛煉，關鍵是“勤奮、務實、創(chuàng)新”六個字，以及“工程經驗，理論涵養(yǎng)，創(chuàng)新精神”三者兼?zhèn)洹?/p>

一是勤奮。堅持三勤：勤于工作，勤于學習，勤于思考。70歲以前，每天工作11～12小時；目前88歲，每天工作6～7小時，最近5年，發(fā)表論文達50篇，根據中國科學院信息中心發(fā)布的統計資料，仍是全國水利水電系統中每年出成果最多的一人。二是務實。科技工作做到三條：來自生產，科研課題來自生產實踐，不是來自文獻；用于生產，科研成果用于生產實踐；高于生產，科研成果水平高于當時國內外實際生產水平。不滿足于發(fā)表論文，要求科研成果形成新的生產力。三是創(chuàng)新。在世界上首創(chuàng)四個新學科：混凝土壩溫度應力，解決了大壩裂縫問題；拱壩優(yōu)化，可節(jié)省壩體混凝土10%～30%，工效提高10倍以上；混凝土壩仿真分析，計算結果符合實際；混凝土壩數字監(jiān)控，形成大壩安全監(jiān)控新平臺，大幅度提高了混凝土壩安全監(jiān)控的水平。此外，還首創(chuàng)了一系列新方法新技術，提出的計算方法和公式獲得廣泛應用。

三者兼?zhèn)洌阂皇秦S富的工程經驗，70歲以前每年有一半時間在外出差，研究工程問題，因而熟悉水電工程；二是精湛的理論涵養(yǎng)，通過刻苦自學，建立了堅實的理論基礎，1961年找來北大數學力學系課程表，發(fā)現除了微分幾何外，筆者全學過，而且學得比他們更多。三是強烈的創(chuàng)新精神，畢生追求技術上和學術上的創(chuàng)新。不斷地探索，不斷地創(chuàng)新，不斷地開辟新領域，不斷地獲得新成果。

1969年水科院被撤銷，筆者下放三門峽市郊大安村，住在荒廢多年的土坯工棚中，第一年在澆筑隊勞動鍛煉，第二、三年研究三門峽改建問題，后來無事可干，大好年華付之東流，決心自己找事干，把國外剛興起的有限元方法引入國內，與宋敬廷合作編寫了五個有限元程序，獲廣泛應用，又專著《有限單元法原理與應用》一書，出版后廣受歡迎，被許多高校用作教材，被評為我國水電專業(yè)被引用最多的十書之一。

回顧過往，下放三門峽10年，70歲后十幾年，這兩個階段，如思想稍微松懈，可能一事無成，但筆者仍辛勤工作，成果豐厚。

結語

大學讀書只三年，工作已逾六十載。水利水電建設中，辛勤耕耘結碩果。設計首批三高壩，建立四個新學科。溫度應力已解決，拱壩優(yōu)化節(jié)省多。仿真計算成果好，數字監(jiān)控新平臺。發(fā)表論文二百四，出版著作十大本。國家國際五大獎，報效祖國赤子心。