2016年6月29日凌晨，伴隨著最后一個(gè)中跨鋼箱梁進(jìn)入江海直達(dá)船航道橋合龍口，港珠澳大橋主體橋梁宣告成功合龍。
作為連接香港、珠海和澳門的超大型跨海通道，港珠澳大橋集橋、島、隧道于一體，全長(zhǎng)55公里，是世界上最長(zhǎng)的跨海大橋。因其創(chuàng)下了橋梁建設(shè)史上的多項(xiàng)第一，而被業(yè)界和媒體譽(yù)為中國(guó)乃至世界上最具挑戰(zhàn)性的建設(shè)項(xiàng)目之一。
而當(dāng)人們普遍的關(guān)注點(diǎn)都放在這座跨海大橋的諸多“世界第一”上時(shí)，卻不知道它也是中國(guó)橋梁建設(shè)史上設(shè)計(jì)施工難度最大的跨海橋梁。在設(shè)計(jì)建造過(guò)程數(shù)不清的技術(shù)難題中，橋梁的“減震”和“減振”即是其中之一。
說(shuō)起橋梁減振，人們不禁會(huì)想起網(wǎng)上廣為傳播的美國(guó)塔科馬峽灣大橋被大風(fēng)吹垮的視頻。1940年11月7日早上，跨度為850米的美國(guó)塔科馬峽灣懸索大橋遇到了一場(chǎng)時(shí)速為60~70km/h的大風(fēng)。隨后，大風(fēng)引發(fā)了橋梁的扭轉(zhuǎn)共振。人們束手無(wú)策，只能眼看著大橋扭轉(zhuǎn)晃動(dòng)的幅度越來(lái)越大。兩小時(shí)后，這座剛剛建好半年的特大橋被風(fēng)吹垮。
從那以后，土木工程師們就開(kāi)始研究風(fēng)激振機(jī)理和各種橋梁建筑的振動(dòng)控制技術(shù)。而如今，在我國(guó)科技工作者的共同努力下，我國(guó)的振動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)居于世界前列。
以柔克柔 TMD護(hù)駕超級(jí)工程
TMD的全稱為“調(diào)諧質(zhì)量減振器”，是目前大跨度、大懸挑與高聳結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制裝置之一。
TMD是一個(gè)由彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊組成的振動(dòng)控制系統(tǒng)，支撐或懸掛在需要振動(dòng)控制的主結(jié)構(gòu)上。當(dāng)主結(jié)構(gòu)在外界激勵(lì)力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)TMD系統(tǒng)一起振動(dòng)，通過(guò)頻率調(diào)諧，使TMD系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)力再反作用到主結(jié)構(gòu)上，使其與外來(lái)激勵(lì)力的方向相反，抵消一部分激勵(lì)力，使主結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)反應(yīng)值（振動(dòng)位移、速度和加速度）大大減小，從而達(dá)到控制主結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。TMD的質(zhì)量越大，減振效果越好。
如果說(shuō)隔振技術(shù)是以柔克剛，TMD技術(shù)則是以柔克柔。TMD的主要結(jié)構(gòu)型式分為抗垂向振動(dòng)和抗水平振動(dòng)兩種。在應(yīng)用中，工程人員需要具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)所要控制的振型來(lái)決定使用哪一種結(jié)構(gòu)。早在港珠澳大橋之前，TMD技術(shù)在我國(guó)就取得了廣泛的應(yīng)用。
以千禧橋?yàn)榇淼拇罂缍然蛘邞姨艚Y(jié)構(gòu)，如人行天橋、體育看臺(tái)和大型橋梁等，在交通或人行激振下往往會(huì)產(chǎn)生共振。盡管這些振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度并無(wú)多大危害，但卻會(huì)大大影響行人或者工作人員的舒適度。這時(shí)，抗垂向振動(dòng)的TMD就會(huì)大顯身手。
2007年，浦東機(jī)場(chǎng)二期在國(guó)內(nèi)率先設(shè)計(jì)采用了一種非常新穎的登機(jī)橋。這種登機(jī)橋登機(jī)和下機(jī)都是順坡，且長(zhǎng)達(dá)50米的登機(jī)橋中間沒(méi)有任何立柱或接頭，輕巧而美觀。但是，這么優(yōu)美的登機(jī)橋在技術(shù)上還有一個(gè)難題必須解決，即人行激勵(lì)引發(fā)的共振問(wèn)題。這座橋的固有頻率約為2.2Hz，與人的行走頻率非常接近，兩個(gè)人同步行走就會(huì)引發(fā)登機(jī)橋的共振，使人感到心慌。為此，登機(jī)橋設(shè)計(jì)者委托隔而固公司尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)了專用的抗垂向振動(dòng)TMD。
TMD工程有一個(gè)規(guī)律，那就是TMD的頻率調(diào)得越準(zhǔn)，阻尼比越合適，減振效果也越好。但是橋梁最終完成之前，光靠理論計(jì)算的頻率值是不準(zhǔn)確的。
為了實(shí)現(xiàn)最大的減振效果，尹學(xué)軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)了一種頻率和阻尼均可現(xiàn)場(chǎng)精確調(diào)節(jié)的TMD，并趕在成橋鋪裝時(shí)，在登機(jī)橋上進(jìn)行精確測(cè)試，然后根據(jù)登機(jī)橋的頻率現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)TMD的頻率和阻尼比。
利用這項(xiàng)技術(shù)，他們?yōu)?3座登機(jī)橋安裝了92個(gè)TMD，每個(gè)TMD約重750千克。減振效果測(cè)試表明，減振效率最高達(dá)到了80%。多年來(lái)，即使廊橋里人們魚貫急速行走，登機(jī)橋的舒適度也在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。之后，這項(xiàng)技術(shù)陸續(xù)在虹橋機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋、虹橋高鐵站廊橋以及全國(guó)的許多跨街天橋中得到應(yīng)用。
2010年4月30日晚，世博會(huì)開(kāi)幕式在世博文化中心隆重舉行。入場(chǎng)式上，黃浦江上彩旗飄揚(yáng)、百舸爭(zhēng)流，一場(chǎng)現(xiàn)代的“春江花月夜”令各國(guó)來(lái)賓流連忘返。同時(shí)，黃浦江岸上兩座富有特色的巨型建筑也給人們留下了深刻的印象。
一座是號(hào)稱“東方之冠”的中國(guó)館，其以紅色棟梁層層出挑的主體造型顯示了現(xiàn)代工程技術(shù)的力學(xué)美與結(jié)構(gòu)美，凸顯了東方文明大國(guó)的莊嚴(yán)；另一座就是舉行開(kāi)幕式的文化中心，其現(xiàn)代化的造型猶如一個(gè)巨型飛碟靜悄悄地飄落在黃浦江岸邊。
但人們不知道的是，這座大飛碟背后就有TMD技術(shù)的支持。由于飛碟的觀景環(huán)廊向外懸挑了30多米，當(dāng)人群密集或快速行走時(shí)，仿真分析發(fā)現(xiàn)舒適度會(huì)略有超標(biāo)。為此，工程設(shè)計(jì)者們選用了TMD技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)最高的減振效果和精確調(diào)頻，尹學(xué)軍采用了三種不同剛度的彈簧組合，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，根據(jù)實(shí)測(cè)頻率精調(diào)TMD頻率和阻尼比，圓滿地完成了任務(wù)。文化中心項(xiàng)目總建筑師汪孝安親臨調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)之后，對(duì)技術(shù)團(tuán)隊(duì)一絲不茍的科技工匠精神給予了高度肯定。
在此之后，廣州亞運(yùn)綜合館等多個(gè)大型工程也都成功采用了垂向TMD減振技術(shù)。
2012年11月，我國(guó)長(zhǎng)江最東端的江蘇崇啟長(zhǎng)江大橋開(kāi)通。大橋主橋鋼箱梁跨度185米，豎向固有頻率僅約0.56Hz，在風(fēng)荷載激勵(lì)下容易產(chǎn)生塔科馬大橋那樣的豎向渦激共振現(xiàn)象。
為了控制這種振動(dòng)，尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)為大橋4個(gè)185米主跨總共設(shè)計(jì)安裝了32個(gè)TMD減振裝置，單個(gè)質(zhì)量達(dá)3.6噸。大橋TMD系統(tǒng)啟用以來(lái)，經(jīng)過(guò)了多次大風(fēng)考驗(yàn)，主橋連續(xù)鋼箱梁從未產(chǎn)生過(guò)渦振。TMD技術(shù)的使用，不僅為崇啟大橋的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保證，也為控制大跨度橋梁渦激振動(dòng)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
另外一種需要TMD“呵護(hù)”的則是各類高聳結(jié)構(gòu)。觀光塔、摩天大樓、電視塔和煙囪等在風(fēng)力渦激的作用下也會(huì)產(chǎn)生水平振動(dòng)，使主結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期振幅過(guò)大，從而影響人們的舒適度。我國(guó)科技工作者在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的創(chuàng)新。
2010年9月29日，世界第一高的電視觀光塔——廣州塔宣布落成。總高達(dá)610米的廣州塔（俗稱“小蠻腰”）矗立在廣州新城市中軸線上，成為廣州的新地標(biāo)。然而不為人知的是，這座塔就有TMD的保護(hù)。
為了控制觀光塔的振動(dòng)，中國(guó)工程院院士周福霖和歐進(jìn)萍領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合減振科研團(tuán)隊(duì)對(duì)廣州新電視塔進(jìn)行了減振技術(shù)研究，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)地在塔體438米處安裝了“兩級(jí)主被動(dòng)復(fù)合調(diào)諧減振控制系統(tǒng)”，巧妙地利用總重1500噸的水箱質(zhì)量作為TMD質(zhì)量，節(jié)省了專用質(zhì)量和空間，并利用疊層橡膠支座超低的水平剛度構(gòu)成無(wú)擺索式水平TMD。
該系統(tǒng)完全由我國(guó)專家自主設(shè)計(jì)，大大降低了成本，并大幅提高了減振效果，至今在世界上獨(dú)一無(wú)二，經(jīng)受韋森特、天兔等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)也絲毫未損。
2010年12月，杭州灣大橋觀光塔落成，人們爭(zhēng)相登塔賞景。觀光塔位于杭州灣跨海大橋中部海上平臺(tái)，建筑高度145.6米。由于該地段的風(fēng)速較大，而塔體的固有頻率較低，容易發(fā)生風(fēng)致共振。為了提高觀光塔觀光平臺(tái)的舒適度，保證在八級(jí)風(fēng)的條件下觀光塔仍能夠正常向游客開(kāi)放，隔而固公司尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)中標(biāo)完成了觀光塔TMD的研究設(shè)計(jì)和制造。
針對(duì)觀光塔的特殊結(jié)構(gòu)和嵌固條件，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)利用有限元仿真計(jì)算了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)，并據(jù)此設(shè)計(jì)了頻率和阻尼均可調(diào)的、質(zhì)量為100噸的TMD水平減振系統(tǒng)。在這項(xiàng)技術(shù)的保護(hù)下，觀光塔屹立于海浪海潮中歷經(jīng)多次臺(tái)風(fēng)暴雨而安然無(wú)恙。由于觀光塔當(dāng)時(shí)就安裝了先進(jìn)的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，至今已為TMD設(shè)計(jì)積累了大量的寶貴工程數(shù)據(jù)。人們無(wú)論在何地，通過(guò)因特網(wǎng)或手機(jī)，都可以實(shí)時(shí)觀測(cè)塔體及TMD質(zhì)量塊的振動(dòng)頻率，尤其是在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)。
2016年3月12日，設(shè)計(jì)高度達(dá)632米的中國(guó)第一高樓——上海中心大廈建筑總體正式全部完工。為了降低風(fēng)致振動(dòng)造成的大樓搖擺，上海中心采用了1000噸的水平擺式TMD，其中的阻尼器采用了中國(guó)工程院院士陳政清團(tuán)隊(duì)研發(fā)的電渦流阻尼系統(tǒng)。
該系統(tǒng)創(chuàng)造性地利用電磁原理，節(jié)省了400多平方米的空間，在世界上首次將電渦流阻尼應(yīng)用于超大型高聳結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制。而這個(gè)被稱為“上海慧眼”的云端也將成為全國(guó)最高的以振動(dòng)控制為主題的科普教育基地。
讓我們?cè)倩氐礁壑榘拇髽蝽?xiàng)目。港珠澳大橋地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)，為了控制臺(tái)風(fēng)引發(fā)的橋梁共振，大橋的設(shè)計(jì)者們經(jīng)過(guò)大量的仿真分析，為其設(shè)計(jì)了現(xiàn)代化的TMD減振系統(tǒng)。由于橋梁跨度大，橋梁的固有頻率低，TMD在技術(shù)設(shè)計(jì)上非常具有挑戰(zhàn)性。
有了崇啟長(zhǎng)江大橋、世博文化中心等超級(jí)工程的經(jīng)驗(yàn)，尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)?wèi){借強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力和精心準(zhǔn)備的計(jì)算設(shè)計(jì)方案，贏得了業(yè)主評(píng)審專家的信任，中標(biāo)了港珠澳大橋92個(gè)大型垂向低頻TMD的設(shè)計(jì)制造工程。
垂向低頻TMD的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一在于彈簧的壓縮量與頻率的平方成反比，頻率越低，彈簧越長(zhǎng)，而TMD是放在橋梁的箱梁內(nèi)部，高度是有限的。國(guó)內(nèi)外其它公司為了回避此問(wèn)題，一般采用壓縮彈簧和導(dǎo)向軸承，而軸承因?yàn)槟Σ聊p需要定期更換。對(duì)于設(shè)計(jì)壽命120年的港珠澳大橋來(lái)說(shuō)，不僅會(huì)產(chǎn)生一大筆額外的維護(hù)費(fèi)用，還會(huì)因?yàn)槟Σ炼绊憸p振效率，甚至失效。
為了打造世界一流的大型橋梁TMD技術(shù)，為港珠澳大橋抗臺(tái)風(fēng)保駕護(hù)航，尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)迎難而進(jìn)，設(shè)計(jì)了預(yù)緊式彈簧，節(jié)省了彈簧長(zhǎng)度，使TMD不僅可以滿足橋箱梁的空間要求，還無(wú)需軸承導(dǎo)向，從而從技術(shù)原理上做到了免維護(hù)。
為了驗(yàn)證TMD的設(shè)計(jì)壽命，研究團(tuán)隊(duì)還根據(jù)評(píng)審專家的建議，僅用一個(gè)多月的時(shí)間，就研制出了專門的大位移共振式TMD整機(jī)疲勞試驗(yàn)裝置，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)“5噸-0.8Hz-振幅±300mm”的大型低頻TMD的整機(jī)疲勞試驗(yàn)。最終，TMD經(jīng)過(guò)300萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)，通過(guò)了專家組的首件驗(yàn)收，也令德國(guó)同行對(duì)中國(guó)人的創(chuàng)造力和研發(fā)速度刮目相看。目前，港珠澳大橋已經(jīng)合龍，TMD正在安裝過(guò)程中。
此外，港珠澳大橋工程組和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與周福霖院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一起，還對(duì)這座世界上最長(zhǎng)的有地震斷層穿過(guò)的跨海大橋進(jìn)行了詳細(xì)的減隔震理論分析和試驗(yàn)研究，利用減隔震技術(shù)解決抗震難題，在橋梁和橋墩間設(shè)計(jì)了大型隔震支座。每個(gè)橋墩頂分開(kāi)兩個(gè)挑梁，挑梁上安裝著不同類型的隔震裝置，包括橡膠隔震支座、盆式摩擦滑板隔震支座等。
在廣大科技工作者的努力下，我國(guó)大型建筑及結(jié)構(gòu)工程TMD減振技術(shù)的研究與應(yīng)用不斷創(chuàng)新，總體上已經(jīng)走在世界前列。專家們堅(jiān)信，有TMD和隔震支座等多項(xiàng)世界一流的技術(shù)保駕護(hù)航，港珠澳大橋?qū)⒊蔀槭澜缟献畎踩目绾４髽颉?/font>
當(dāng)建筑遇上振動(dòng)干擾
伴隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程一路高歌猛進(jìn)，城市建設(shè)的步伐也越來(lái)越快。隨之而來(lái)的，是越發(fā)擁擠的城市用地和地上地下錯(cuò)綜復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)。
這就不可避免地為城市居民帶來(lái)一些困擾和煩惱：當(dāng)鄰近地段有地鐵或其它鐵路線，當(dāng)附近區(qū)域有工業(yè)企業(yè)的重型機(jī)械工作，當(dāng)鄰近的不平坦道路與橋梁上有重型車輛通過(guò)……這些情況下地面或結(jié)構(gòu)傳遞的振動(dòng)，已經(jīng)對(duì)建筑物中的居民和精密儀器產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。
然而棘手的問(wèn)題在于，常規(guī)的基礎(chǔ)并不能防止周圍的振動(dòng)干擾傳遞到樓房?jī)?nèi)，減小振動(dòng)源振動(dòng)的措施往往效果有限。通過(guò)調(diào)整樓房結(jié)構(gòu)而降低振動(dòng)的措施在大多數(shù)情況下都是不經(jīng)濟(jì)的，而且還有可能影響建筑美學(xué)。
那么，怎樣才能保證既能在上述地段建造居民區(qū)、辦公樓、旅館、音樂(lè)廳、會(huì)議中心或放置對(duì)振動(dòng)敏感的現(xiàn)代化設(shè)備，又不會(huì)對(duì)人、機(jī)器或樓房本身產(chǎn)生任何危害呢？這幾乎成為了困擾城市建造者們的一大難題。
為此，世界各國(guó)的工程師們可謂絞盡腦汁。早期有在傳遞路徑挖防振溝或打防振排樁等措施，這雖然對(duì)中高頻振動(dòng)是有效的，但是對(duì)于振動(dòng)波長(zhǎng)達(dá)20多米的低頻振動(dòng)，即使20米深的防振溝效果也極其有限。
當(dāng)今，行之有效的措施當(dāng)屬三維隔振技術(shù)，即在建筑和基礎(chǔ)之間設(shè)置由三維彈性隔振器和粘滯阻尼器構(gòu)成的隔振層。
三維彈性隔振器由螺旋鋼彈簧與鋼結(jié)構(gòu)箱體組成，其在垂向和兩個(gè)水平方向都具有很好的彈性，一般情況下隔振系統(tǒng)固有頻率為2.5~5Hz，能夠大幅衰減振動(dòng)傳遞，從而使得各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)滿足使用要求。與彈簧隔振器一同“守護(hù)”建筑物的是粘滯阻尼器，這是一種與速度成比例的粘性元件，其同樣在垂直方向與水平方向上都有阻尼作用。
傳承經(jīng)典，創(chuàng)新在變。在不斷的實(shí)踐總結(jié)與探索中，我國(guó)科技工作者通過(guò)自己的工匠精神與精益求精，將三維隔振技術(shù)及應(yīng)用不斷研究創(chuàng)新，服務(wù)于國(guó)家建設(shè)，尤其是一些國(guó)家重大工程。
“房中房”隔振又隔聲
對(duì)于眾多文化藝術(shù)愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，天安門廣場(chǎng)西側(cè)的半橢球形建筑一定不會(huì)令人陌生。它就是被譽(yù)為中國(guó)國(guó)家表演藝術(shù)最高殿堂的國(guó)家大劇院。
作為新北京十六景之一的地標(biāo)性建筑，國(guó)家大劇院造型獨(dú)特的主體結(jié)構(gòu)，一池清澈見(jiàn)底的湖水，以及外圍大面積的綠地、樹木和花卉，不僅極大改善了周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，更體現(xiàn)了人與藝術(shù)、人與科學(xué)、人與自然和諧共融、相得益彰的理念。
其中，這份人與科學(xué)的和諧統(tǒng)一，就離不開(kāi)現(xiàn)代減振科技的支持。
2007年，由于受到周邊地鐵、舞臺(tái)機(jī)械以及空調(diào)系統(tǒng)等環(huán)境振動(dòng)的影響，國(guó)家大劇院的設(shè)計(jì)者決定對(duì)5個(gè)錄音廳進(jìn)行隔振設(shè)計(jì)。隔而固公司尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)?wèi){借技術(shù)實(shí)力，贏得了該項(xiàng)研制任務(wù)。他們對(duì)國(guó)家大劇院錄音廳的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)研與分析，在充分考慮到錄音廳設(shè)計(jì)既要隔振又要隔聲的特殊需求后，尹學(xué)軍提出了一種“房中房”的結(jié)構(gòu)。
所謂的“房中房”隔振，就是在錄音廳房間內(nèi)，再設(shè)計(jì)一個(gè)六面體房間，通過(guò)三維彈簧隔振器支承在原來(lái)房間地面上，其余五面與外部結(jié)構(gòu)無(wú)接觸。這樣的結(jié)構(gòu)在施工工藝上非常特殊，為了避免鋼彈簧特有的固體傳聲導(dǎo)致的高頻失效問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)采用了一種既能隔振、又能隔聲的彈簧隔振器。
起初，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)固有頻率為常用的4Hz，后來(lái)根據(jù)設(shè)計(jì)單位、聲學(xué)顧問(wèn)、業(yè)主和中方設(shè)計(jì)院的要求，研究團(tuán)隊(duì)本著精益求精的精神，進(jìn)一步將系統(tǒng)固有頻率修改為3Hz，提高了減振效果。
為了研究和驗(yàn)證所選彈簧的減振效果，研究團(tuán)隊(duì)在清華大學(xué)建筑物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了彈簧減振實(shí)驗(yàn)及固體聲試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，彈簧隔振器采用子母簧、阻尼器、防高頻失效措施等多項(xiàng)技術(shù)，在單個(gè)彈簧支撐10噸的條件下，“房中房”浮筑結(jié)構(gòu)的撞擊聲聲壓級(jí)為32dB，與剛性支撐的撞擊聲聲壓級(jí)78dB相比，可降低振動(dòng)噪聲46dB，是目前隔振效果最好的浮筑系統(tǒng)測(cè)試記錄。
上海東方藝術(shù)中心采用的則是“浮置地板”隔振技術(shù)，這是一項(xiàng)相對(duì)簡(jiǎn)單、性價(jià)比很高的技術(shù)。與“房中房”結(jié)構(gòu)類似，浮置地板是在樓板上再設(shè)置一層地板，用彈簧予以彈性支承，只是彈簧巧妙地隱藏在地板之中，不占用地板高度。
浮置地板可以大量應(yīng)用于振動(dòng)敏感區(qū)域，如電視、廣播或者錄音棚、音樂(lè)廳、排練廳、劇院、計(jì)算機(jī)房等需要安靜的場(chǎng)所，也可以用于體育館、迪斯科舞廳、供熱站、空調(diào)機(jī)房等受振動(dòng)噪聲干擾的場(chǎng)所。同時(shí)，浮置地板還有一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，如直升機(jī)的著陸機(jī)坪以及核電站精密儀器房間等。
目前，這些技術(shù)正在使越來(lái)越多的百姓受益，為社會(huì)創(chuàng)造更多的寧?kù)o與和諧。
藝高人膽大 隔振護(hù)航“平移屋”
2004年，一則消息震動(dòng)了中外建筑界：有著74年建筑歷史的上海音樂(lè)廳成功平移66.46米，為我國(guó)首次規(guī)模最大的文物保護(hù)建筑平移工程畫上了完美的句號(hào)。
66.46米，在普通人眼中，這只是一兩分鐘的距離，但對(duì)這座已步入古稀之年的上海音樂(lè)廳而言，跨越這段距離不亞于一次長(zhǎng)征。雖然困難無(wú)比，但它卻有著不得不移的“苦衷”。
由于上海音樂(lè)廳緊靠上海市車流量最為繁忙的延安路，噪音、尾氣無(wú)不侵蝕著這座已屆高齡的近代建筑，因此造成的噪音更影響了高雅藝術(shù)欣賞場(chǎng)所的正常演出效果。加之上海音樂(lè)廳又處在2002年上海市政府的市中心綜合改造規(guī)劃中，“動(dòng)”，成為了唯一的選擇。但鑒于上海音樂(lè)廳作為上海市代表性建筑和市民常年音樂(lè)活動(dòng)中心的特殊地位，市政府聽(tīng)取了專家的意見(jiàn)后，最終提出了以“平移”代替拆除的大膽設(shè)想。
平移成功后，一個(gè)更大的技術(shù)難題出現(xiàn)了。平移后的上海音樂(lè)廳雖然解決了附近環(huán)境噪聲的干擾，但是由于平移后與地鐵1號(hào)線的距離又近了不少，地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪音對(duì)于音效要求甚高的音樂(lè)廳而言，無(wú)疑又是一個(gè)困擾。
如果不采取隔振措施，地鐵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲就會(huì)通過(guò)土壤向上傳播，再通過(guò)固體傳聲和墻體的反射，影響到觀眾席和舞臺(tái)部分。如此一來(lái)，觀眾可能欣賞到的不是優(yōu)美的音樂(lè)，而是地鐵運(yùn)行產(chǎn)生的轟隆的噪聲，這將大大影響音樂(lè)廳的使用功能，并且后期無(wú)法補(bǔ)救。因此，有效隔離地鐵運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)，滿足音樂(lè)廳觀眾席的使用功能，成為了音樂(lè)廳平移后所要面對(duì)的首要問(wèn)題。
尹學(xué)軍根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)考察和音樂(lè)廳的聲學(xué)要求，結(jié)合其特殊構(gòu)造和建筑材料特性，憑借其工程經(jīng)驗(yàn)，大膽地提出了僅對(duì)一樓觀眾席整體三維隔振的方案。這個(gè)方案雖然簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但卻需要承擔(dān)很大的責(zé)任，一旦噪聲不達(dá)標(biāo)就會(huì)非常棘手。
面對(duì)如此艱巨的托付，隔而固人絲毫不敢怠慢，立即抽調(diào)精兵強(qiáng)將組成攻關(guān)小組。為了避免達(dá)成聲橋，團(tuán)隊(duì)決定將觀眾席樓板與四周墻體在結(jié)構(gòu)上完全斷開(kāi)，將觀眾席樓板支撐在12根橫梁上，每根橫梁的兩端設(shè)置彈簧阻尼隔振器，共選用24個(gè)，每個(gè)彈簧隔振器設(shè)計(jì)承載40t，彈簧靜態(tài)壓縮量為20mm，豎向固有頻率3.5Hz，可以對(duì)頻率范圍在20~20000Hz之間的高頻地鐵振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效衰減。
項(xiàng)目完工后，上海音樂(lè)廳方面組織了國(guó)內(nèi)的聲學(xué)專家對(duì)整個(gè)觀眾席的建筑聲學(xué)進(jìn)行了測(cè)試和鑒定。杰出的聲學(xué)效果讓包括業(yè)主在內(nèi)的所有參與專家都如釋重負(fù)，各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果均表明，音樂(lè)廳的各項(xiàng)建設(shè)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到并優(yōu)于預(yù)期要求，觀眾席區(qū)聽(tīng)不到任何地鐵運(yùn)行的噪聲，背景噪聲比平移前降低了13分貝。專家們一致認(rèn)為，隔而固此次采用的將池座觀眾席整體浮置的隔振技術(shù)，在隔絕地鐵振動(dòng)影響方面達(dá)到了滿意的效果。
盡管這次在技術(shù)上走了一步“險(xiǎn)棋”，但隔而固人又一次不負(fù)眾望，為業(yè)主節(jié)省了大量不必要的資金。
整體浮置“開(kāi)先河”
獨(dú)立擁有頂級(jí)品質(zhì)的音樂(lè)廳，是每一個(gè)世界級(jí)交響樂(lè)團(tuán)的光榮與夢(mèng)想。2009年，以打造中國(guó)乃至世界最好的演藝廳和錄音室為目標(biāo)的上海交響樂(lè)團(tuán)音樂(lè)廳項(xiàng)目正式啟動(dòng)，世界級(jí)建筑聲學(xué)大師豐田泰久和后現(xiàn)代主義建筑大師磯崎新宣布加盟其中，力求使建筑設(shè)計(jì)完全服從于聲學(xué)設(shè)計(jì)，在聲學(xué)上達(dá)到完美。
事實(shí)上，音樂(lè)廳的聲學(xué)設(shè)計(jì)也的確趨于完美：大廳內(nèi)6塊巨大的反聲板和天花反射板、墻面與地面精雕細(xì)琢的材料、反復(fù)試驗(yàn)所得的座椅布置，使得演出廳每一個(gè)位置都能達(dá)到均衡的音質(zhì)與完美自然的混響效果，恰當(dāng)?shù)貙⒅笓]家、演奏家對(duì)音樂(lè)的情感傳遞給每一位觀眾，達(dá)到最佳的聲學(xué)體驗(yàn)。
但是，即便內(nèi)在的聲學(xué)設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到極致，但卻仍然存在無(wú)法回避的環(huán)境因素。
音樂(lè)廳新址位于復(fù)興中路，雖然地理位置十分優(yōu)越，但是此處臨近上海地鐵10號(hào)線，地下建筑部分離地鐵最近的地方僅僅7米，這對(duì)一座音樂(lè)廳來(lái)說(shuō)近乎是噩夢(mèng)——每輛隆隆穿梭的地鐵都會(huì)直接影響音樂(lè)會(huì)的聲效。為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和聲學(xué)大師與尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了合作研究。
尹學(xué)軍親自帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察、測(cè)試，利用現(xiàn)代化的分析軟件進(jìn)行仿真分析，與音樂(lè)廳和設(shè)計(jì)院等相關(guān)單位充分討論后，提出了一個(gè)堪稱大膽的方案——將兩座總重26000噸的音樂(lè)廳整體懸浮于彈簧隔振器之上！
這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)實(shí)在有些異想天開(kāi)，可是尹學(xué)軍團(tuán)隊(duì)卻充滿信心。因?yàn)樗麄円呀?jīng)完成了許多近萬(wàn)噸重的汽輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)三維彈性隔振工程，這些工程還有高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)引發(fā)高頻振動(dòng)的動(dòng)力問(wèn)題，在技術(shù)上更加復(fù)雜。
“我們用為上海交響音樂(lè)廳量身定做的約300只大型彈簧隔振器，將總重達(dá)26000噸的大小兩座音樂(lè)廳全部彈性支承起來(lái)，也就是使建筑“懸浮”在300只大型彈簧隔振器基礎(chǔ)之上。”尹學(xué)軍告訴《科學(xué)新聞》。
由于地鐵運(yùn)行以及公路交通產(chǎn)生的振動(dòng)被彈簧隔振器高效隔離，不會(huì)在音樂(lè)廳內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲影響，因此，這項(xiàng)開(kāi)先河的“鋼彈簧整體浮置”技術(shù)既能隔振、又能隔聲，從而保證了音樂(lè)廳的最佳聲學(xué)效果。而這些“神奇彈簧”的支撐也使音樂(lè)廳成為了中國(guó)第一座名副其實(shí)的“全浮”建筑。
2014年9月，上海交響樂(lè)團(tuán)建團(tuán)135年音樂(lè)會(huì)在新落成的上海交響樂(lè)團(tuán)音樂(lè)廳作為開(kāi)幕首場(chǎng)演出成功舉行。當(dāng)著名鋼琴家郎朗演奏的《第一鋼琴協(xié)奏曲》的最后一個(gè)音符緩緩飄落時(shí)，觀眾席上爆發(fā)出長(zhǎng)久而熱烈的掌聲。
生態(tài)而時(shí)尚的建筑、高品質(zhì)的聲學(xué)效果、余音繞梁的音樂(lè)，這一切給聽(tīng)眾留下深刻印象的同時(shí)，更詮釋出隔而固人用科學(xué)服務(wù)藝術(shù)的理念與初衷。
“音樂(lè)廳首演大獲成功，未受到地鐵及環(huán)境交通所產(chǎn)生的影響，達(dá)到了完美的音質(zhì)效果與聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。尹學(xué)軍博士主持設(shè)計(jì)研發(fā)的‘鋼彈簧整體浮筑’隔振技術(shù)起到了關(guān)鍵性技術(shù)貢獻(xiàn)。”上海交響樂(lè)團(tuán)在應(yīng)用證明中這樣評(píng)價(jià)隔而固的貢獻(xiàn)。
如今，為了向廣大聽(tīng)眾和市民宣傳這個(gè)科學(xué)為藝術(shù)服務(wù)的典范，上交音樂(lè)廳特意將地下室設(shè)計(jì)成為可以參觀的場(chǎng)所，賓客可以來(lái)這里參觀，近距離觀摩這項(xiàng)藝術(shù)杰作及其背后的隔振技術(shù)。
隔振從不是一個(gè)遙遠(yuǎn)而陌生的概念，它早已融入我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ⅻc(diǎn)點(diǎn)滴滴。
當(dāng)你從天橋上通過(guò)馬路，當(dāng)你穿越登機(jī)橋進(jìn)入機(jī)艙，當(dāng)你站在觀光塔頂鳥瞰萬(wàn)里碧波，當(dāng)你俯身看臺(tái)為喜歡的賽事助威吶喊，當(dāng)你站在摩天樓頂放眼車水馬龍，當(dāng)你坐在高雅的音樂(lè)廳中聆聽(tīng)氣勢(shì)恢宏的交響樂(lè)演奏，當(dāng)你徜徉在古老而迷人的建筑群中……科技在改變生活，科技在服務(wù)人類，雖然它潛移默化，但它卻無(wú)處不在�！�