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侨界风采展示| 刘庆宽:中国侨联第九届侨界贡献奖二等奖获得者
  来源:河北省侨联      发布时间:2022-09-13

  刘庆宽,男,1971年1月生,日本京都大学博士,教授,博士生导师,现任石家庄铁道大学风工程研究中心主任,河北省风工程和风能利用工程技术创新中心主任,河北省侨联侨界专家委员会副主任委员兼秘书长,河北省政协委员,河北省科协常委。

  获得国家百千万人才、有突出贡献中青年专家、河北省高端人才、教育部新世纪优秀人才、河北省省管优秀专家等称号,为中国钢结构协会钢结构质量安全检测鉴定专业委员会常务理事,中国土木工程学会桥梁与结构工程分会理事,住房和城乡建设部防灾研究中心专家委员会委员。

  2007年1月回国,筹建了国内外首座回直流可变双试验段大气边界层风洞实验室,组建了风工程研究中心,主持国家及省部级科研课题十余项,完成三百余项大跨度桥梁、超高层建筑和大跨度空间结构、风力机和工业空气动力学、北京冬奥会场馆和赛场等防风抗风专项研究,发表SCI/EI论文102篇,授权专利13项,出版专著4部,编写国家及行业规范4部,获得河北省科技进步一等奖2项(主持),河北省科技进步二等奖1项(第三)。

  一、对北京冬奥会的贡献

  北京冬奥会张家口赛区云顶滑雪公园在冬季经常出现大风,对于空中技巧和U型技巧两个场地上的比赛项目,因为运动员跳跃高度大、空中动作多,受风的影响十分明显,往届冬奥会曾发生过多次因为大风比赛延期或取消、甚至运动员摔伤的事故,解决方法在这两个场地边建设防风网。

  但是符合国际雪联技术要求的防风网只有欧洲一家公司能生产,报价高、生产周期长、合同付款条件苛刻,加上欧洲疫情的影响,生产运输和安装的工期都无法保证。防风网的研发建设成了“卡脖子”问题摆在了奥组委面前。

  有着丰富风工程研究经验的刘庆宽教授临危受命,接收了奥组委的委托研发国产防风网。国际雪联对赛场防风网有着严格的要求,要确保赛道上比赛时风速不超过3.5m/s、产品要耐严寒、强度大、阻燃性能好、透光性好、视觉效果好,还要能快速张开和收回以便压雪车的通行等。而很多功能要求在技术实现方法上互相矛盾,难以解决。

  刘庆宽教授带领团队成员分析气象数据、反复电脑模拟计算并进行了几百个小时的风洞试验,日以继夜克服种种困难,终于找到了满足功能要求的防风网参数。可是,不但市场上找不到这样一款产品,也没有一家企业能生产出这样一款产品。

  重任在肩,时间紧急,根据线索南下反复求索,终于在南方找到一家丝网编制机器的生产厂家愿意配合,从调制原料到改造机器设备,历经千辛万苦,在常用单针床最多6针编制技术的基础上,最终改造成双针床12针的技术,才编制出符合要求的防风网。

  有了产品只是完成了第一步。设计铁塔、悬挂系统和张拉系统,并且在极短的工期和严峻的现场安装条件下,保证高精度、高效率的安装,也克服了种种难题,终于赶在2021年10月12日国际雪联场地和认证专家到来之前,完成了所有的安装工作。经过测试发现,在防风效果方面,能把场地上可能出现的大风都挡至3.5m/s以下;在景观效果方面,防风网具有抗紫外线、长期服役不变色的特性,和采用特殊喷塑工艺处理的塔一样均呈雪白色,网上配着鲜艳的会徽,在场地白雪的映衬下视觉效果特别好;在力学性能方面,每米宽度能承受超过1.2吨的拉力,能承受数十年一遇的大风,且零下四十多度的严寒天气里力学性能依然如故;关键是,赛时有些部位的防风网需要临时收回和张开,而这套防风网系统仅用6分钟就能实现,十分快捷和方便。

  经过测算,仅用了国外方案五分之一的造价和四分之一的工期,就完成了整个项目。

  国际雪联和国际奥委会的专家进行场地考察认证后,高兴地评价该防风网是“世界一流的防风网设计”,推荐为“今后雪上项目防风网设计建设的标准”。

  不仅仅是针对防风网,该团队为首钢大跳台的设计建设也贡献了不可或缺的科技力量。

  为了减少运动员起跳和空中动作完成时风的影响,其一是根据建设场地的风场分布,科学合理地确定大跳台的位置和朝向;其二是在不影响美观和转播的前提下设计大跳台两侧的护栏防风网,其三,作为永久结构,大跳台在使用年限内要抵御强风的作用不被破坏。刘庆宽教授带领团队在前期研究方案评审阶段一路过关斩将,在众多风工程团队中胜出,承担了该项目的全部防风抗风研究工作。以团队的研究成果为基础,大跳台如期建成并投入使用。

  为了保障冬奥,团队成员在赛前的腊月初八就进驻场地,放弃春节和整个正月同家人团聚的机会,每日天不亮就冒着零下二三十度的严寒和冷风到场地进行调试和维护,制定了详细的应急预案,备好了所有备品,并且进行了反复演练,确保万一发生突发情况,能在极短的时间内抢修、恢复防风网的功能。值得自豪的是,自防风网投入使用至冬奥会结束,没有发生过任何问题,自始至终运行顺畅。

  在比赛过程中,空中技巧场地和U型技巧场地附近分别监测到超过8m/s、15m/s的大风,数倍于国际雪联的要求。在防风网的保护下,赛道上风速极低,比赛顺利进行,且中国队在空中技巧获得男子和女子金牌、团体银牌、在U型场地获得女子金牌,在首钢大跳台获得男子和女子金牌,合计获得5金1银的历史最好成绩。

  三届冬奥会冠军、被誉为单板之王的美国选手肖恩怀特预赛后评价防风网说“防风网太神奇了,保护我们不受大风的影响”。空中技巧金牌得主徐梦桃赛后高兴地说,建了防风网的这个场地是“世界上最好的场地”。

  人民日报以“冬奥防风网,掌握核心科技”为题,报道了防风网的科技创新和同国外技术相比的优越性;光明日报以“与风共舞、助力冬奥:石家庄铁道大学‘黑科技’获奥委会点赞”为题,报道了研发过程;中央电视台先后6次报道了防风网,介绍了研发过程、科技含量、国内外运动员的评价等。目前百度“云顶防风网”已经有超过两百万条报道和转载的搜索结果。

  二、针对“长高大”工程的研究和成果应用

  全球自然灾害经济损失的85%是由风灾及次生灾害造成的。尤其是一些标志性工程和建筑,如大跨度桥梁、超高层建筑和大跨度空间结构,简称“长高大”结构,受风的作用明显,经常发生广受社会关注的严重风致振动和风毁事故。

  刘庆宽教授组建起风洞实验室和团队以来,已经针对国内外300多项大型工程进行了专项的抗风研究并将成果应用在工程建设中,从北方的哈尔滨大剧院到南方的三亚海棠湾大桥,从东方的上海宝钢大型船坞到新疆的克拉玛依—塔城铁路的防风雪措施,到国外塞浦路斯、土耳其、印度、孟加拉、越南、马来西亚等“长高大”工程,都完成了抗风专项研究,一方面保证了这些工程,其中不少是城市和地区名片工程在强风下的安全,同时通过优化设计,仅仅部分工程就节省7亿多元的建设成本,经济效益显著。

  团队相关的研究成果被中国工程院院士为组长的专家组评价为“达到国际领先水平”。

  国际风工程学会主席、美国工程院院士Ahsan Kareem教授评价说“刘庆宽教授的团队拥有令人印象深刻的研究设备,完成了高层建筑、大跨度桥梁、大型体育场馆及高耸烟囱等大量的工程结构风荷载研究。在进行广泛的风荷载研究方面,他们位居世界前列”。

  三、立德树人培育优秀学生

  在教书育人方面,长期坚持立德为先、职业技能教育和专业技能教育合一的三位一体教育模式,已培养毕业3名博士研究生、48名硕士研究生。团队先后有9名研究生的学位论文获得“河北省优秀硕士学位论文”,有三十多名学生在全国的学术会议上获奖。不少毕业生已经是高校优秀教师(含特聘教授、博导等)和企业的栋梁之材。基于培养成果和业绩,刘庆宽教授团队荣获“李保国式科技服务团队”、“新时代河北青年改革典型集体”等荣誉。


责任编辑:李雪曼



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