1936年出生的林元培,小时候家境贫寒,但是父亲却经常对作为家中长子的林元培说:“人穷志不穷,一个人,给你一座银行,不如身怀绝技。”父亲的话,深深印在林元培的脑海里,要想做一个有用的人,只有学习、学习、再学习。1954年他进入了上海市市政设计研究院的大门,正当林元培准备大展身手的时候,一场政治运动使他受到冲击,他被下放到农村劳动,先在浦东,后来到了松江的佘山。他后来回忆说:在农村的劳动中,他慢慢地平静了下来,决心把自己酷爱的数学和力学捡起来。从此,他把所有劳动之余的时间,都用来看书、学习,有时学习到了深夜,为了不影响同屋其他人的休息,他便借助手电筒的灯光,躲在被窝里看书。林元培每个月拿出工资的大部分资助家里,自己留下很少的一部分,也总是用来买书。他一向服膺爱因斯坦,先从狭义相对论下手,随后又开始钻研广义相对论,为此,他自学了《绝对微积分》、《黎曼几何学》,还学习了《弹性力学》以及其他土木工程方面的理论。
在学习的同时,林元培写下了大量的心得笔记,这成为日后他撰写论文的基础。“在佘山可以说是我心最静的时候。”他后来回忆说,“那一段岁月,对我的一生极其重要!”事实上,林元培今天辉煌的事业大厦,正是在彼时打下了坚实的基础。这,大概可以成为成语中“因祸得福”,“塞翁失马”的最佳注解了。当年的学习笔记,林元培还小心翼翼地保存着,他也曾多次回到松江,或许是怀旧,或许是励志。李国豪教授亲自将林元培的论文推荐到国际桥梁与结构学会会刊上发表。几年后,26岁的林元培从农村回到了设计院,同事们都觉得他像换了一个人。自从他无师自通地掌握了广义相对论后,再回头来看土木工程的种种理论问题,就有如站在高山之巅俯瞰人间城郭。林元培很清楚,这是科学知识的力量所在!
不久,他那孕育于苦难之中的论文陆续发表了。第一篇就一鸣惊人,论文题目为《装配式横向铰梁式桥板横向分布系数的计算》。论文发表时,因为林元培为第一作者,主任工程师张乃华为第二作者,而当时的张乃华先生在造桥界已经很有名气,但林元培的名字,大家却根本没听说过,所以,人们纷纷猜测,这位名字排在张先生前面的人,究竟是何方来的高手。这篇出山之作,在桥梁界产生了一定影响,后来,被选入了大学教科书。
1964年后,林元培接连在学术界的顶级刊物上发表论文,此举既使他的理论水平得到了巩固和提高,同时,也使前辈和同事们对他刮目相看。李国豪教授是中国桥梁界的权威,他曾提出斜板理论在世界上很有影响。上世纪70年代中期,日本的成冈昌夫教授经过实验、求证,在德国杂志上发表论文称:他发现李国豪教授的理论,在通过电算求解与模型试验的实测后有一定差距。这自然引起了对学术难题有所偏爱的林元培的兴趣。当时,他刚刚设计完一座小桥,尚有些时间。于是,他对李国豪的斜板理论进行了研究。根据爱因斯坦假定越少越好的思想方法,他感到李教授的理论中的一个假定可能多余的。当他去掉这个假定再来推导,发现结果和成冈昌夫的实测完全一样。
于是,林元培撰写了《斜交构造异性板的理论及其应用》的论文,并寄给了李国豪教授。作为老一辈的桥梁专家,李教授充分肯定了林元培的论文,并亲自将论文推荐到国际桥梁与结构学会会刊上发表。正是由于这篇论文的发表,1979年林元培应邀出席了在奥地利维也纳举行的第十一界国际桥梁与结构会议。这里还有个小插曲。当时因为国门初开,出国名额非常紧张,林元培最后得以成行,还得到了当时主管科技的国务院副总理方毅的支持。这篇论文后来在上海第一次科学大会上荣获了重大科技成果奖。林元培看技术论文的速度奇快,同事们都说他像看小说一样,其实,他是善于抓住内容最关键的本质,不为繁琐的数学符号所迷惑。多年以前,他曾有过把学校安排两个学期学完的教课书,一个晚上就全部看完并掌握其实质的记录。
扎实的理论基础,不仅使林元培掌握了科学知识,也使他的思想境界不断地升华,更为他在桥梁设计上大显身手奠定了极为稳固的基础。林元培就像一个修炼多年的武林高手,十年磨一剑,在沉默中等待着机会,一旦风云际会,他的出山,势必惊世惊人!嘉陵江石门大桥合龙那一天,林元培竟然激动得昏了过去。1963年,林元培参与设计的第一座大桥,是位于广西的柳州大桥。桥的跨度约124米,是全国第一座T型钢构桥。时任市政院副总工程师的刘作霖担任了总设计师。当时,市政院所设计的都是像苏州河上的小桥,因此,对百米大桥的设计建设没有任何经验。接受这个任务,敢于迎接挑战,是要担风险的。但是,创新就会有风险!当时的青年技术人员都摩拳擦掌,跃跃欲试,但关键,是看刘作霖敢不敢、肯不肯负这个责任。最后,刘作霖毅然拍板:做!
很多年以后,功成名就的林元培认真地说:刘作霖是对他人生影响最大的人之一。刘先生使他懂得了桥梁设计的关键就是敢于承担责任。林元培还认为,当年刘总让他参加,就是因为看中了他在理论方面的功底。当时,林元培的任务,就是为设计人员扫除一切理论上的障碍。后来,林元培又参与设计了在黄浦江支流上的泖港大桥,这是国内第一座200米跨度的斜拉桥,技术难度很大。其中,桥梁悬臂对拢是最大的难题。当时,他偶然参加了一个科普报告会,讲到了用卡尔曼滤波法修正导弹轨迹和解决宇宙飞船的对接问题,林元培受到启发,心中豁然开朗:理论与实际总是存在着一定的偏差,但可以在实践中采取随时修正的办法。他马上找来了卡尔曼滤波法的资料进行研究,由于有着相对论的功底,他马上理解了其中的奥义。随后,他首次成功地运用了卡尔曼滤波法控制施工,使两岸悬臂施工的桥梁在合龙时,将对接的误差控制在了2厘米之内。
后来,林元培又造了很多桥,每造一座桥,他都向自我挑战,力求运用新技术,不搞简单的重复。1982年通车的松江泖港大桥成功地探索了双塔双索面的桥型;1985年设计的广东西樵山斜拉桥和上海新客站恒丰北路斜拉桥,前者跨越能力为250米,后者解决了软土地基的深桩技术;在1987年的重庆嘉陵江石门大桥上,他更是创造了单索面斜拉桥的世界纪录,跨越能力达到了452米。林元培也是凡人,当他的心血从图纸变成现实时,他同样会高兴,会不能自已。当嘉陵江石门大桥合龙那一天,他从上海飞抵重庆,在他刚刚到达位于山上的重庆大学招待所时,就听到了山下传来的喜讯,林元培竟然激动得昏了过去。林元培的心中一直有一个梦想,当石门大桥获得了成功之后,他知道,自己离这个梦想越来越近了。美国着名桥梁结构权威邓文中先生说:“南浦大桥成功的建造,说明中国人可以参与和完成世界上任何工程项目。”这个梦想,就是要在黄浦江上造大桥。这不仅是林元培的梦想,而且是从茅以升、李国豪开始的几代造桥人共同的梦想。作为桥梁专家,林元培更希望有一天,黄浦江上的大桥是由自己设计的,他要实现“零”的突破。上海,这个拥有上千万人口的远东第一大都市,有着同巴黎塞纳河、伦敦泰晤士河一样闻名于世的黄浦江,然而在20世纪80年代以前的漫长岁月中,黄浦江城区段上却没有一座桥!上海,做了近百年的大桥梦。
镜头一:清末小说家、上海青浦人陆士谔,在宣统二年出版的小说《新中国》中写道:宣统二十年,万国博览会在浦东举办,黄浦滩已建成了浦江大铁桥,小说主人公前去游玩,一跤跌醒,方知是南柯一梦。
镜头二:1931年,上海地方商绅筹建了建桥机构并与一家法国厂商草签协议,准备在董家渡建一座钢质浮船桥梁。后因当局不予资助,只得作罢。
镜头三:1945年,抗战胜利,在有识之士推动下,上海成立了越江工程委员会,由茅以升、赵祖康等着名专家主持规划,经过3年的辛勤工作,完成了3种越江工程方案。当时的国民党政府也曾拨款两亿元作为规划、设计经费,但物价飞涨,到头来这两亿元只能买20斤茶叶,造桥计划再成泡影。从上世纪80年代开始,上海市的经济规模逐年增大,每天过江量达104万人次和2.2万车次,黄浦江市区段再也不能没有桥了!可是要在黄浦江上架桥却又绝非易事,必须解决资金问题和具备相应的设计能力。作为上海父母官的几任市长汪道涵、江泽民、都对此给予了极大的关注。时机终于在20世纪80年代中期成熟:亚洲开发银行愿意贷款,上海市政工程设计研究院有能力担任主体设计。上海市政府在落实了这两个关键问题后,果断拍板:造桥!而且一举就是两座:先南浦,后杨浦。
1984年走上市政设计院总工程师岗位的林元培,终于遇到了设计黄浦江大桥这一历史性的机遇,幸运女神开始向他微笑。由于加速开发、开放浦东的需要,上海市政府在决定兴建南浦大桥时做出决策,南浦大桥必须在3年内建成通车,1989年必须开工。这时,留给设计者的时间只有1年半。用这么短的时间设计一座中国从未做过的叠合梁斜拉桥,并且是世界级的大跨径,这在国际上也是罕见的。林元培在接受南浦大桥设计任务的当初,也确实感到了新技术风险的压力。不错,他设计或主持设计过的多座斜拉桥,座座不同且均有创新,可以说是成绩卓着,但设计叠合梁斜拉桥还是第一回。南浦大桥要设计成这种问世不久的新潮桥型,而且跨径位居当时世界第三,没有一定的技术实力和气魄是不行的。
林元培透露,时任上海市市长的朱基同志曾专门把他请到自己的办公室,只是为了问他一句话:“你有没有把握?有多少把握?” 林元培考虑了一下,一字一句地回答朱市长:“我有80%的把握!”他心想,还有20%的风险,但我会用120%的努力去克服。但是设计南浦大桥的风险依然存在。后来,林元培曾对自己的家人说:设计南浦大桥他有一种走在悬崖峭壁上的感觉,但我一定要走过去。林元培决定借鉴加拿大安娜西斯桥的经验。不料,从加拿大考察回来的工程师带回了一个令人吃惊的消息:安娜西斯桥出现了许多裂缝!
林元培坐不住了,1989年春节刚过,他亲自前往加拿大考察。在安娜西斯桥,林元培顶着温哥华北纬49度的凛冽寒风,爬上爬下仔细观察,并用照相机从不同角度将桥上100多条裂缝全部拍摄下来。不久,当他们出现在美国贝当大桥工地时,又获悉贝当桥的锚固构造要修改,但怎么修改方案未定,林元培的神情一下子变得凝重起来。因为他非常清楚:南浦大桥如不做新的技术处理,裂缝问题就无法避免。回国后,林元培把自己关在客厅里看幻灯片,细细琢磨那一道道揪人心的裂缝,细细琢磨那一个个化解裂缝的方法,度过了一个又一个不眠之夜。智慧是世上最有价值的财富。裂缝难关导致林元培一篇全新论文的诞生:《南浦大桥设计》。他针对安娜西斯桥的4种裂缝,提出了4类化解方法。果然,按照林氏新方法施工的南浦大桥,经过36辆30吨载重卡车的荷载试验和实际运营,仍不见裂缝的踪影。真是一个奇迹!林元培在南浦大桥设计和施工中,根据实际情况提出了一系列独创性的见解,并采取有效的措施(如在岸上设置辅助墩以减少塔根弯矩等),使南浦大桥已经在很大程度上不同于安娜西斯桥和贝当桥了。
国际同行肯定了林元培从理论到实践对叠合梁斜拉桥做出的突出贡献。
1991年4月26日,美国着名桥梁结构权威、D R C公司总裁邓文中先生在写给大桥指挥部的信中说:“看到南浦大桥成功的建造,使我感到很兴奋。我觉得这充分说明中国人潜力很大,可以参与和完成世界上任何工程项目。”举行杨浦大桥通车庆典的那天,朱基说:“老林啊,你现在是出了大名了。” 如果说南浦大桥的建成通车,实现了黄浦江市区段上“零”的突破,那么杨浦大桥的建成则使我国的斜拉桥设计建造能力一举领先于国际桥梁界,奠定了我国在国际桥梁界的地位。杨浦大桥在设计上,当时有3种方案可供选择:一种方案是照搬南浦大桥设计跨度423米,这是一个现成的方案,但一个桥墩将落在黄浦江中;第二个方案是将一个桥墩紧靠在岸边放置,这样跨度达到580米,但岸边地基十分复杂;第三个方案是两个桥墩都在岸上,跨度602米。这是当时世界第一的跨度。林元培面临的选择是,要么单纯求稳,采用第一种方案,但是这样会留下深深的遗憾;要么争创一流水平,但要承担巨大的风险。最后,林元培下了决心,要么不造,要造就要造最好的桥。他义无返顾地选择了风险较大,但最为合理的602米造桥方案。
杨浦大桥比南浦大桥主跨一下子长出179米,量的变化引起了质的变化。桥梁设计首要的问题是计算出桥梁的内力,而古典的桥梁理论在杨浦大桥面前已显得无能为力了。凭借丰富的实践经验和深厚的理论功底,林元培早在主持设计重庆嘉陵江石门大桥、重庆长江二桥和南浦大桥等跨径超过400米的大桥时就发现,古典理论的内力计算同桥梁的实际内力存在误差,而跨度越大,误差也就越大。杨浦大桥当时是世界第一跨度,这个前人没有解决过的问题,自然必须由创造第一的人来解决。林元培创造性地提出了全新的理论——适用于一切空间结构而不囿于桥梁的“空间结构稳定理论”。有位外国专家用古典理论作了一个杨浦大桥设计方案供有关方面参考,它同用“林氏理论”计算的方案相比较,结构的刚度存在着明显不足,内力计算误差竟达62%!杨浦大桥的设计成功,证实了林元培为桥梁理论所做出的最新贡献。
杨浦大桥当时不仅在跨度上创造了世界第一,林元培和他的同事们在桥梁理论的实践中也创造了许多第一:斜拉索从平面布置改成空间索面布置后的复杂计算,锚箱因钢梁断面改变而作的全新设计,塔形由南浦大桥的H形改为多角钻石形后对拉索上端锚固方式采取的全新构思等。1992年8月,邓文中博士与斜拉桥欧洲流派代表人物、德国莱翁哈特设计事务所经理斯文森,斜拉桥北美流派代表人物、美国联邦政府公路运输部总工程师伯特尔尼博士和日本东京大学教授西野应“亚行”邀请专门对大桥设计组成员进行了面对面的设计审查,还考察了现场,专家组的结论是:“杨浦大桥的设计不仅在技术上是合理的,而且它代表了桥梁工艺的一个杰出进步。”其中,斯文森的比喻更为精彩,他说:“一个发展中国家能够在短时间内建造一座创造世界纪录的斜拉桥,这好比在奥运会上获得半打金牌。”这是世界一流的专家对世界一流的大桥所作的一流评价。举行杨浦大桥通车庆典的那天,时任中共中央政治局常委、国务院副总理的朱基与建设功臣代表一一握手。当他来到林元培面前时,特意多停留了一会儿,亲切而意味深长地说:“老林啊,时势造英雄,你现在是出了大名了,今后还要做到国外去。”
林元培当时心里一阵激动,不禁有点语塞,只是不住地点头,连连说:“是,是。”
当天晚上,从来不沾烟酒的林元培破例端起一小杯花雕酒,笑吟吟面对家人一饮而尽,共庆胜利。林元培坦言:杨浦大桥的建成,是他有生以来最最激动的时刻。他证明了自己,也为中国赢得了荣誉。 1992年9月,在纽约国际桥梁会议的讲台上,林元培作为斜拉桥中国流派的代表,向与会的近百名世界各国桥梁设计巨匠们清晰地阐述了他对上海“南浦”、“杨浦”两座斜拉桥的设计理论,并描绘了中国斜拉桥的发展前景。他的发言,赢得了全场热烈的掌声,与会专家们纷纷翘起大拇指,连声称赞“Excellent,Excellent(杰出的、优秀的)!”有位外国朋友甚至这么说:“中国的杨浦大桥现在已和中国的长城一样出名。”走在杨浦大桥上,他的心中有一种永不消失的感觉。现在的林元培拥有了鲜花、掌声,也有了名誉和地位,但他很清醒,总是谦虚地说:“完成这两座雄伟大桥的,是一个专家群体,我只是有幸被推上了总工程师、总设计师岗位罢了,挂上了一个‘总’字,是要最后拍板,要多操一点心,多承担一点责任。一个人本事再大,也是难以独立设计一座世界级大桥的。”在随后建造的徐浦大桥中,他毅然把大桥正副设计负责人的重担交给了3位30多岁的青年技术人员。在工作中,他采取了“放手不放眼”的方法,鼓励年轻人敢想敢为。他要把大桥设计工程变成一个培养青年人的工程。还是在杨浦大桥通车的那天,妻子问他:“下一步想干什么?”林元培豪气冲天地说:“好好睡一觉,然后再造一座更大的桥,最好是2000米的!”
林元培设想自己在退休后,会有更多的时间来钻研自己最为喜爱的微分几何。这纯粹是为了自己的兴趣,对他而言,这是一个极大的快乐!现在,在闲暇时,林元培偶尔会带着孙子登上离自己家很近的杨浦大桥,走在桥上,他的心中有一种永不消失的感觉,这种感觉,亲切、温暖、平和,这时,大桥仿佛有着生命。林元培——造桥大师和大桥会在同一个时间里一起呼吸。