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淺談茅以升工程科技思想

來源:UC論文網2019-05-17 09:41

摘要:

  [摘要]茅以升是我國著名的橋梁專家和工程教育家。他畢生致力于我國科技事業,并以其在工程實踐中所迸發出的科技思想,為我國橋梁的建設及科技人才的培養做出了巨大貢獻。本文旨在通過分析茅以升在工程建設中提出的工程創新科技思想,以期為科技思想更高效、快捷地轉化為科技成果提供思路。  [關鍵詞]科技;思想;規律;實踐  作者:吳昕蕓  1.茅以升科技思想產生背景  茅以升(1896.1.9―1989.11...

  [摘要]茅以升是我國著名的橋梁專家和工程教育家。他畢生致力于我國科技事業,并以其在工程實踐中所迸發出的科技思想,為我國橋梁的建設及科技人才的培養做出了巨大貢獻。本文旨在通過分析茅以升在工程建設中提出的工程創新科技思想,以期為科技思想更高效、快捷地轉化為科技成果提供思路。


  [關鍵詞]科技;思想;規律;實踐


  作者:吳昕蕓


  1.茅以升科技思想產生背景


  茅以升(1896.1.9―1989.11.12)字唐臣,是中國現代橋梁工程先驅。他出生于江蘇鎮江的書香之家,從小受家庭的熏陶,好學上進,善于對問題進行獨立思考。1912年,孫中山先生在唐山路礦學堂講演時,指出開礦山、修鐵路的重要性,茅以升深受感染,堅定了走“科學救國”、“工程建國”的道路。之后,他便把建設自己的祖國視為己任,更加努力讀書。1916年,從唐山工業專門學校畢業之后,茅以升被清華學堂官費保送,去美國留學。1917年,他不僅獲得美國康奈爾大學土木專業碩士學位,還榮獲了該大學獎勵優秀研究生的“斐蒂士”金質研究獎章。1921年,獲美國卡內基?梅隆大學大學工學院工學博士學位。其博士論文《橋梁桁架的次應力》的科學創見,被稱為“茅氏定律”(1)。


  在求學過程中,各位指導老師的思想使茅以升深受啟發,并且在今后的一生中,不僅自己堅守老師的正確指導思想,而且試圖不斷把這些思想發揚光大。比如大學時的恩師羅忠忱。此人曾留學美國學習土木工程,深受西方教育思想,因此他的教學方法也很西化,講課注重邏輯性且言簡意賅。而且,他對學生的要求非常嚴格,經常會出其不意地考學生,而且嚴格限制時間。若學生在規定時間內沒有交卷,判為零分;若計算結果沒有準確到小數點后三位,判為零分。他的思想,就是要培養學生對計算結果的絕對準確。因為將來在工程設計中,一個小數點的錯誤將會導致非常嚴重的事故(2)。從后來周恩來要求人民大會堂的工程設計方案中一定“要有茅以升的簽名來保證”,可以看出,羅老師對茅以升做工程設計的嚴謹思想起了很大的作用。


  再比如當時在橋梁力學界有所建樹的康奈爾橋梁系的主任賈貝克,他對茅以升在科技思想上非常重要的影響是注重實踐。他曾對茅以升說:橋梁這門專業,實踐更為重要,沒有實際經驗等于什么都沒學會。在茅以升今后的工程實踐中,茅以升特別強調做工程要邊實踐邊學習,這與賈貝克老師的指導是分不開的。


  2.茅以升的主要科技思想


  2.1新科技方法要依自然規律而提出,利用已有的客觀條件解決問題


  在中國,茅以升這個名字始終是和錢塘江大橋緊密聯系在一起的。錢塘江大橋位于浙江省杭州市西湖之南,六和塔附近的錢塘江上。它是由茅以升主持設計,是我國自行設計、建造的第一座公路鐵路兼用的現代化大橋(3)。然而,這個成就的取得相當困難。由于錢塘江水文地質條件十分復雜,民間有“錢塘江上架橋――辦不到”的諺語,工程技術界也認為在錢塘江上架橋幾乎無法實現。1933年,在資金緊張、設備簡陋、國內政局不穩可能隨時停工的條件下,茅以升直面困難,迎難而上。在工程實踐中利用自然規律,突破了80多個技術難題,創造了一些新型的施工方法,保證了工程的順利進展。


  在建橋過程中,茅以升遇到的第一個難題就是打樁。根據測量,當時一共要將1440根長樁準確地埋進江底。雖然為此特別制作了兩只能起重140噸的打樁機船,但是因為江底泥沙中有砂礫層,輕則打不下去,重則樁會折斷,這種力度很難掌握。這個難題讓茅以升和其他工作人員很焦慮。后來看到有人拿鐵壺澆花時,流出的水向花壇猛沖過去,把花壇中的小塊泥土沖出一個小洞,突然給了他靈感。他利用錢塘江水多的優勢,把江水抽到高處,再向江底猛沖,把泥沙沖出一個洞后再把木樁放到洞里,然后用汽錘擊打。通過在工程中使用這種利用自然優勢打樁的方法,茅以升使打樁的效率提高了30倍。


  在建橋的過程中,怎樣把橋墩筑好也是一大難題。錢塘江水深流急流沙厚重,厚重的材料放在流沙里一般會隨江流的沖刷往上流方向移動。為此,茅以升利用江底的水壓,發明了“沉箱法”:將鋼筋混凝土做成的箱子口朝下沉入水中,使其罩在江底;再用高壓氣把箱里的水排走,讓工人在箱里挖沙作業,使沉箱與木樁逐步結為一體;最后在沉箱上再筑橋墩。盡管方法已經設想的比較全面,但因浪潮和江流的猛烈沖擊,放置沉箱仍會發生“亂竄”的情況。于是,茅以升和工作人員仔細研究江流和海潮的規律,趁漲潮時放下沉箱,落潮時借潮水之力讓其迅速就位。由此,解決了筑橋墩的問題。


  在錢塘江上建橋,利用江水的優勢來輔助運用在了很多方面,很多科技創新思想也都由此產生。而這些,都是光學習書本、學習理論知識無法創造出來的。只有在實踐過程中,才更容易發現問題;然后通過各種思路找出應對方案并檢驗,再在實踐中得出檢驗的結果。茅以升處理工程難題,不是想要通過征服自然達到自己的目的,而是善于利用自然的力量,順勢解決。這么做,不僅可以提高效率,而且可以促進人與自然的和諧發展。從長遠來看,這種科技思想是非常正確的。


  2.2科學為生產服務,理論需通過實踐轉化為成果


  茅以升所從事的工程建設領域,尤其需要產生實際的成果。僅通過研究理論來分析項目的可行性,是不可靠的。實際運行過程中,不可能存在理論研究時假設存在的諸多理想狀態,實施過程中總是有意想不到的外部因素干擾。例如在錢塘江大橋筑橋墩時,若只通過思考放置沉箱是否可行,而不是通過實際放置,就不會發現海潮的干擾作用。因此要想理論和實際成果不脫節,就應該把理論研究放到實踐操作中去檢驗,不然只研究理論,不出成果,只會導致空想(4)。


  基于此理念,1954年,茅以升率先提出“生產教育和研究的三位一體”,即“產學研”三結合的觀點,并在他所主持的鐵道科學研究院中貫徹執行,要求科研人員為生產服務。他認為:“我們進行科學研究工作的目的主要有兩個:一是提出關于新技術的建議,在工農業生產中試行推廣,以便解決生產中的技術問題,進行技術改造,或者生產新品種,實行新措施;二是提出科學上的新理論,以便逐漸形成新技術,為將來的生產服務。總的來說,科學研究的任務就是為了生產,包括今天的和明天的(5)。”茅以升對此做了一個生動的類比:如果基礎科學是棉花,技術科學是布匹,那么生產實踐就是衣服。科學的最終歸宿還在生產的運用,棉花、布匹的最終歸宿就是做成衣服。為了提高科學變為生產的轉化率,他提出了“習而學”的思想,打破傳統理論與實踐脫節的現象,建議學生邊實踐邊學習。他把橋梁專業學習內容按學年分為四個階段(6):第一年級,新生在造橋工地和橋梁工廠各實習半年,練習繪圖;第二年級,前半年學習與橋梁有直接關系的理論課程,后半年在施工現場實習,晚間閱書及繪圖;第三年級,前半年在學校學習較為基本的理論課,后半年在施工現場實習較為負責的施工、管理和設計等項目,晚間閱書及繪圖;第四年級,全年在校學習基礎科學課程并在實驗室做實驗。在現場實習時,必須有各種教師(教授或者工程師)協助布置每天工作計劃,講解工作內容,并安排有經驗的工人對學生進行指導。這樣,在實踐過程中,學生不僅可以加深對理論的理解,而且可能在實踐過程中發掘新的解決方案,其結果不僅可以提高生產效率,而且可以創造出新產品。


  不僅如此,為了盡快達到理論與實踐的理性契合,加快教育界與產業界的互動,茅以升還設計了彈性化的學制管理,即在每一學年結束后,學生都可以根據自己是否需要繼續接受理論知識來選擇是否直接開始就業。這種彈性化的學制管理,可以將擁有不同層次理論的人才根據企業需要,安排在各個崗位,將他們掌握的理論知識運用到不同層面的實踐中去,用這種方法,可以加快不同層面工程項目的開發,提高科研成果的轉化率。這種理念就是我們現在經常提到的“產學研”,概括起來說就是:企業、科研院所和高等學校之間通過合作,將科研理論通過開發,變為實際成果推向市場。


  2.3生產要為科學服務,引申為國家要為培養科技人才而實施激勵政策


  茅以升所提出的生產要為科學服務,主要是指生產要為科學提供器材、輸送科技人才等。但是,這些都不是輕而易舉能得到的。優質先進的科技器材需要大量資金購買,沒有國家的資助,個人難以承擔;杰出的科技人才如果僅占少數也是不夠的,一個國家整體科技力量的提高,需要杰出科學家和千千萬萬個科研工作者共同努力,如果沒有國家的激勵政策,難以確保大多有科技天賦的人愿意從事這一工作。


  從茅以升自身的經歷來說,也處處可以看出國家對科技工作者的激勵政策。由于茅以升之前的學業優異、能力突出,國家給他提供工程人員、經費、器材,助他修建錢塘江大橋、人民大會堂等,讓他充分施展自己的才能;修建完畢,給他應有的職位、贊譽和待遇,讓他在受褒獎、無后顧之憂的條件下繼續努力工作;同時,由于對他的信任,給予他培養更多科技人才的機會……想要科學家及科技工作者充分發揮自己的才能與智慧,國家的激勵政策作用相當顯著。


  3.總結


  利用已有的客觀條件,依自然規律解決問題;強調“產學研”,提出科技要為生產服務,提高科研成果轉化率;認為生產要為科學服務,是茅以升的主要科技思想。正是在這些思想的指導下,茅以升在中國乃至世界橋梁建設領域取得了不凡的成績,并為科技思想與科技成果的高效轉化提供思路。這些重要的工程科技思想對我國目前的科技領域研究仍具有重大的指導意義。


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