【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 馬平】

自拍為敬

大家好，我是一個自媒體人，同時是一個已經(jīng)離職十年的土木工程師，所以今天來陪大家一起參觀矮寨大橋。不過，我十年前也只是一個普通設(shè)計(jì)員，不是什么專家。今天看大橋，我和大家的視角完全一樣，是以一個普通人的身份，一個普通八零后的身份來參觀這座長達(dá)千米的懸索橋超級工程。感謝比亞迪公司“王朝之旅”提供這個機(jī)會。

現(xiàn)場比這還驚人

說到今天的參觀，我為這座大橋感到震撼，一方面是因?yàn)樗某叨日娴暮艽?，單?公里多，垂直落差幾百米，風(fēng)景很漂亮；另一方面，這座橋，當(dāng)然還有21世紀(jì)的很多大橋，顛覆了我在20世紀(jì)形成的橋梁概念，讓我覺得它的形狀超出了我童年的直觀概念，是科幻電影里才應(yīng)該有的場景?？梢哉f，21世紀(jì)的中國制造，超越了20世紀(jì)中國人最瘋狂的想象。

霧天看不到另一端的時候更酷

20世紀(jì)，我們中國人造的橋是什么模樣呢？我和大家共同懷舊，下面幾幅圖應(yīng)該可以幫助大家回憶20年前的中國。

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5 留下的一節(jié)

矮寨不遠(yuǎn)的鳳凰古鎮(zhèn)大橋

我給當(dāng)時的橋梁總結(jié)了幾個特征：

首先是橋梁的主體受力結(jié)構(gòu)在橋面之下。

其次是橋梁的跨度不大。

第三是和橋梁的跨度比，橋梁的結(jié)構(gòu)比較“厚重”，

根據(jù)這三個特征，我可以再找一座大家都認(rèn)識的橋：

可以看到，20世紀(jì)我們修的大多橋都沒有明顯超出趙州橋的水平。而且當(dāng)時的工程師還很喜歡修趙州橋這種拱橋。當(dāng)然，20世紀(jì)的現(xiàn)代橋梁荷載比趙州橋要大，上面可以開卡車，但從受力方式，從審美角度來說，甚至從單跨長度來說，二三十年前的中國城市橋梁還真的未必比1500年前的趙州橋強(qiáng)很多。畢竟趙州橋是古代橋梁幾千年篩選下來的優(yōu)秀設(shè)計(jì)，我們?nèi)粘Ｒ姷降臉蛄褐皇瞧胀ㄔO(shè)計(jì)師和施工隊(duì)造的。這就是20世紀(jì)中國制造的水平。

就算是當(dāng)時的國家級工程，也符合上面說的幾個主要特征。我小的時候，武漢長江大橋印在人民幣上，南京長江大橋印在小學(xué)語文課本上。從待遇來看，這絕對是國家級項(xiàng)目，是當(dāng)時中國制造的最高水平。

記得這張錢嗎

武漢長江大橋

我的小學(xué)語文課本

南京長江大橋

但我們看這兩座橋，從汽車的視角來看，橋的主體結(jié)構(gòu)還是在橋面下面；橋梁的總跨度雖然能過長江，但最大的單跨也只有100多米，相對橋梁的高度和長江的寬度來說，算得上很小，從視覺上看還是顯得橋梁很“厚”。

大家可以想象一下，現(xiàn)在再編小學(xué)課本，再發(fā)行新的鈔票，會把什么樣的橋畫上去？今天參觀的矮寨大橋顯然是有資格入選的。但拋開這種工業(yè)奇跡不說，就說我日常生活中經(jīng)常遇到的橋，也和幾十年前的完全不一樣。一般來說，開車在橋面上行駛的時候，我們習(xí)慣于到受力結(jié)構(gòu)在我們的身邊，甚至在頭頂，不是在腳下。而幾十米，上百米甚至幾百米的大河或者山谷，一般都沒有橋墩下去，一跨就過。至于橋面厚度，和橋梁的高度比，和跨度比，從遠(yuǎn)處看過去簡直就像一張紙，但我們也不會覺得不安全。這就是現(xiàn)代大橋的特征，是我從一座橋就能看出時代感的原因。我平時生活在上海，用身邊的橋給大家舉幾個例子。

盧浦大橋

楊浦大橋

蘇通大橋

為什么會有這種變化呢？本質(zhì)上就是中國工業(yè)發(fā)生了質(zhì)變。為了幫助大家理解中國工業(yè)和大橋之間的聯(lián)系，我略微介紹一點(diǎn)力學(xué)。大家不用擔(dān)心看不懂，因?yàn)榻酉聛砦乙粋€公式甚至一個數(shù)字都不會說，只給大家看幾張?jiān)瓌?chuàng)圖片。

首先，我們?yōu)槭裁匆迾颍恳驗(yàn)橐邕^河流和山谷，因?yàn)榈厍蛑亓Π盐覀兺伦?，如果沒有橋面托著，我們就會掉下去。所以，橋梁主要克服的是重力，是垂直荷載。

如果是一根柱子，或者一堵墻，那么垂直荷載制造的主要是壓力，但我們之所以要修橋，就是要在橋下留下空隙，讓水或者其他的車輛通過，否則橋和路就沒區(qū)別了。

一根柱子好解釋

但不能把柱子排起來，那是墻不是橋

簡單地說，橋必須懸空，必須在橋面下面留空間。但只要橋面懸空，橋梁的垂直荷載就立刻會產(chǎn)生水平方向的應(yīng)力，這是修橋最主要的問題。大家都注意過過去工地上的水泥預(yù)制板吧，只有一面有鋼筋。因?yàn)檫@些預(yù)制板是用來當(dāng)樓板的，懸空受到垂直荷載的時候，下面有伸長的趨勢，受拉力；上面有收縮的趨勢，受壓力。混凝土能受壓不能受拉，所以要在下面布置鋼筋承受拉力。

上面受壓，下面受拉，中間呢？

注意：預(yù)制板是分上下的。下面幾塊預(yù)制板擺放正確，鋼筋分布在下表面受拉。

反了會塌的

橋梁和樓板一樣，在懸空的情況下，我們必須先解決水平向受拉和受壓的問題，然后才能把垂直的荷載傳導(dǎo)到地上。如果我們簡單地把一根梁（板）搭在小河兩岸，也會像預(yù)制板那樣，上面受壓，下面受拉。這樣的橋板如果經(jīng)受住了垂直荷載，我們就稱之為簡支板梁橋，是最簡單的橋型，適合用來修小橋。

隨著橋越來越大，當(dāng)然考慮到節(jié)約材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。不難想到，既然橋梁的上面用來受壓，下面用來受拉，中間豈不是浪費(fèi)了？（注意上面那張示意圖，上下表面中間的部分長度不變，不受力）所以，回頭看上面的照片，預(yù)制板中間有孔，就是為了節(jié)約不受力的那部分材料。工字梁和箱型梁甚至?xí)苯影阎虚g挖空，只保留必要的連接部分。

工字鋼

箱梁，肚子是空的

這個思路繼續(xù)發(fā)展下去，就是桁架橋，中間徹底挖空，可以用來鋪路，讓車輛通過。南京長江大橋的鐵路就在桁架中間通過。我們今天走的矮寨大橋，為了承受兩個拉桿之間的荷載，橋面也是一個比較薄的桁架?？傊蛔F(xiàn)代化橋梁，要盡量避免在受拉和受壓的部件之間浪費(fèi)材料。

典型桁架橋

南京長江大橋，鐵路在上下桁架之間通過。

矮寨大橋也有桁架

但這還不夠，因?yàn)閺睦碚撋险f，既然汽車可以在受拉和受壓部分之間開過去，橋下的水流沒必要一定在橋梁“外面”通過，我們完全可以把橋梁“受拉”或是“受壓”的部分做的大一點(diǎn)，大到可以把地球作為橋梁的另外一部分。讓地球承受壓力，橋梁自己承受拉力；或者地球承受拉力，橋梁只承受壓力。

比如說拱橋，受力模式是這樣的：（綠色是橋面，黑色是荷載，紅色是受壓構(gòu)件，藍(lán)色是受拉構(gòu)件，虛線為虛擬受力線）

多年不畫

如圖所示，拱橋整體受壓，通過兩側(cè)的基礎(chǔ)，向兩側(cè)傳遞壓力。這意味著人類修筑的部分在“上”，用來受壓，而地球在下，被兩個基礎(chǔ)“拉開”。只要基礎(chǔ)修的好，地球是不會被“拉”壞的，所以我們只需要建造受壓部分，節(jié)約了很多材料。

另一種思路是我們只修受“拉”的部分，讓地球承受壓力。比如說我們今天看的矮寨大橋是懸索橋。主要受力結(jié)構(gòu)只受拉，不受壓，但實(shí)際上通過兩側(cè)的錨栓，向地球傳遞拉力，客觀上是把兩側(cè)的山體向中間“壓”。

都受拉，水平方向誰受壓？

我們可以設(shè)想，有一個虛擬受壓的桿（紅色虛線）從空中通過，從兩側(cè)承受壓力。這個桿的功能是由地球來替代的。（下圖紅色實(shí)線）可以說，這就是把拱橋的結(jié)構(gòu)倒過來。（斜拉橋也可以看斜撐在峽谷上的橋倒過來。）

還是倒霉的地球

拱橋和懸索橋的受力模式雖然相反，但都用地球替代了一半的受力構(gòu)件，而且不用考慮受拉面和受壓面之間的連接，在力學(xué)上是最有利的兩種結(jié)構(gòu)。我們對比一下懸索橋和拱橋這兩種極端情況，哪一種更有利呢？首先必須說，在工程上沒有絕對的優(yōu)劣。但是，只從理論上說，如果橋的跨度越來越大，懸索橋受拉比拱橋受壓是有利的。因?yàn)椴牧献霾坏浇^對均勻，肯定有結(jié)實(shí)的部分，有不那么結(jié)實(shí)的部分。受力也不會絕對均勻。無論受壓受拉，截面上肯定有一部分受力更大，或者有一部分更容易變形。

在受拉的時候，不那么結(jié)實(shí)的部分，或者是受力比較大的部分被拉長，受力就會分到更結(jié)實(shí)的部分，分到其他受力小的部分。而受拉構(gòu)件整體上依然保持直線。只要整體上承受能力足夠，橋的形狀就不會變，就不會擴(kuò)大破壞面。

受拉考驗(yàn)的是整體承受能力

但受壓的時候不一樣，不那么結(jié)實(shí)的部分被壓縮，整個結(jié)構(gòu)會彎過來，在薄弱的地方施加更大的壓力。越是彎曲，薄弱的地方就越危險(xiǎn)。等到薄弱的地方被壓壞，或者說在彎曲的情況下被掰斷，橋就垮了。這在工程上稱為“失穩(wěn)”。所以，拱橋，尤其是大跨度拱橋是不能充分利用壓力的。拱橋一般修到幾百米就是極限，不會用來跨越矮寨大橋這種一公里的峽谷。

受壓的時候，越是薄弱點(diǎn)，越要壓擔(dān)子，局部破壞會擴(kuò)大

受拉件只需要考慮整體承受能力，受壓構(gòu)件的局部受壓能力必須折減。如此看來，矮寨大橋這種懸索橋應(yīng)該是最有利的橋型。一方面只受拉，不受壓，把壓力轉(zhuǎn)移給地球。另一方面又不像拱橋那樣容易失穩(wěn)。但是，就我過去的幾十年觀感——相信也是各位近幾十年的觀感來說，大多數(shù)橋梁要么是拱橋，要么是修很多橋墩的連續(xù)小跨徑橋，很少有矮寨大橋這種懸索橋，也很少有斜拉橋。甚至長江大橋都可以修拱橋。以至于我們這些生于20世紀(jì)的人，看到現(xiàn)在的新式大橋會有科幻感。為什么會有這種反差呢？

缺鋼筋，所以上百米的橋還是石拱橋，和趙州橋一回事

萬縣大橋，跨長江都用拱橋

前面我們提到過，混凝土和石頭的抗壓能力比較強(qiáng)，鋼材的抗拉能力相對更強(qiáng)。所以鋼產(chǎn)量少的時候，我們就盡量多造那些受壓部件多的橋，最好是拱橋。而且是那種拱圈在下的拱橋，免得還要設(shè)拉桿。這就是為什么過去的橋梁拱橋多，橋墩多，橋面一般在上。當(dāng)然了，這樣的橋跨度也大不了，遇到矮寨大橋這種峽谷，就要花一兩個小時從盤山公路下去，到達(dá)小橋能跨越的地方，過河后再慢慢地繞上去。

峽谷底部有小橋

現(xiàn)在我們中國是世界第一鋼產(chǎn)量大國，以20%的人口生產(chǎn)全世界一半的鋼材，所以我們有足夠的鋼材用來制造受拉構(gòu)件。包括樓房里的鋼筋，包括鋼梁，也包括大橋上的鋼纜。今天去看的矮寨大橋，纜繩全部是國產(chǎn)的。

中國的崛起

我剛剛看了新聞，今年上半年中國的鋼產(chǎn)量是4.2億噸，超出世界一半。你可以說這里面有生產(chǎn)力過剩，有污染，但無論如何，這意味著鋼鐵行業(yè)的下游產(chǎn)業(yè)可以得到充足、廉價的供應(yīng)，可以隨便使用之前不敢想象的材料。絕大多數(shù)工業(yè)部門的設(shè)計(jì)師，在鋼鐵的支持下都可以落實(shí)此前不敢想象的創(chuàng)意。所以我們看到了一個相對30年前很科幻的中國。

今年已經(jīng)過半，圖落后了

鋼產(chǎn)量改變我們的生活，不止是在交通方面。比如說現(xiàn)代中國人的愛情也被鋼產(chǎn)量塑造了。因?yàn)檎剳賽坌枰獌蓚€人有私密空間，而私密空間就需要多蓋房子。過去房子不夠，無論城市農(nóng)村，幾代人住在一起是常態(tài)，所以父母包辦婚姻也是常態(tài)。現(xiàn)在的年輕人，就算是普通工人，兩個人工資放到一起也可以租一個房間。如果沒有足夠的鋼產(chǎn)量，造不出足夠多的獨(dú)立房間，就沒有今天年輕人的自由結(jié)婚，自由戀愛。和我們父母，我們的祖父母一代相比，制造業(yè)對生活方式的改造，可能比交通方式的改變更劇烈，更有科幻感。

當(dāng)然，這個科幻感是相對我們國家的過去而言的。橫向比較，美國這樣的國家在我出生前，甚至在我的父母出生以前，就已經(jīng)制造了很驚人的建筑，過上了工業(yè)化的生活。比如說，金門大橋是1937年造的，曼哈頓大橋是1909年修的，紐約布魯克林大橋是1883年修的——那一年甲午戰(zhàn)爭還沒打，毛澤東還要十年才出生。對于我們中國人來說，那一年也不是1883年，而是光緒九年。

1937 金門橋

1909年曼哈頓大橋

1883年布魯克林大橋

之所以美國人在一個世紀(jì)前就能修這種超級工程，就是因?yàn)楫?dāng)時美國工業(yè)很強(qiáng)大。我們中國現(xiàn)在是在補(bǔ)課，雖然在很多方面，尤其是土木工程方面已經(jīng)超過了美國，但和當(dāng)年落后的距離相比，我們現(xiàn)在的領(lǐng)先還很有限，還需要繼續(xù)發(fā)展制造業(yè)。沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)，設(shè)計(jì)師再多的創(chuàng)意也沒法落實(shí)。懸索橋這種橋形本來出現(xiàn)的很早，長征時通過的那個瀘定橋就是懸索橋。但一直到鋼產(chǎn)量以億噸計(jì)，大跨度懸索橋和斜拉橋才變成我們國家的主流橋形。

瀘定橋

為什么鋼鐵是制造業(yè)的基礎(chǔ)呢？因?yàn)?，從歷史上看，工業(yè)最重要的就是兩點(diǎn)，第一是材料，第二是能源。只要突破了這兩個問題，其他行業(yè)的工程師才能發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。第一次工業(yè)革命，能源方面的突破是蒸汽機(jī)替代人力，材料方面是鐵替代木頭，這次革命把我們?nèi)祟悗нM(jìn)工業(yè)時代。第二次工業(yè)革命，能源方面是電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)，材料方面是鋼材，把工業(yè)從鐵路沿線推到整個世界。

中學(xué)知識

現(xiàn)在已經(jīng)是第三次工業(yè)革命了，碳纖維、石墨烯行業(yè)是解決材料問題；在海里挖可燃冰，還有太陽能，就是解決能源問題。但也要看到，在第二次工業(yè)革命的層次上，中國還有很多地方要補(bǔ)課，還要追趕西方最先進(jìn)的工業(yè)部門。比如說汽車就是典型的第二次工業(yè)革命產(chǎn)物，我們中國汽車產(chǎn)量剛剛達(dá)到世界第一沒幾年，優(yōu)勢還不像鋼鐵工業(yè)那么大，在發(fā)動機(jī)、變速箱這些方面還有很多細(xì)節(jié)趕不上人家。至于飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動機(jī)，那差的就更遠(yuǎn)了。

中國現(xiàn)在搞新能源汽車，實(shí)際上就是在利用第二次工業(yè)革命的結(jié)構(gòu)性機(jī)遇，用第三次工業(yè)革命的技術(shù)來補(bǔ)上第二次工業(yè)革命的差距。我前面提到，第一次工業(yè)革命的能源是蒸汽機(jī)，第二次工業(yè)革命就是內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)。為什么第二次工業(yè)革命的主要動力機(jī)有兩種呢？

作為資深的駕駛員，這個原因大家都知道。因?yàn)殡姵氐哪芰棵芏忍?，電動機(jī)用在固定的場合很合適，但一旦運(yùn)動起來，拖不動能長期驅(qū)動自己的電池。所以，在固定的場合，比如工廠，我們能用電就用電；在有軌道的時候，我們也盡量通過軌道輸電，給交通工具用電動機(jī)，比如說電力機(jī)車，城市電車。但是如果連軌道都沒有，一般只能靠燒油的內(nèi)燃機(jī)了。這就是為什么汽車離不開加油站的原因。

另外，電池要保證電壓和電流，必須幾十幾百個連在一起才能驅(qū)動發(fā)動機(jī)。但如果其中某個電池出了問題，老化了，不僅不能貢獻(xiàn)電力，還可能成為整個系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，影響其他電池的發(fā)揮。要是駕駛員一邊開車，一邊還要操心電池組的安排，要更換電池，也是沒法工作的。所以燃油發(fā)動機(jī)是交通工具的主流。

到了21世紀(jì)，一方面化學(xué)進(jìn)步提高了電池的能量密度，另一方面計(jì)算機(jī)越來越便宜，可以裝在車上管理電池組。我們終于可以從新的捷徑去追趕第二次工業(yè)革命的欠賬了，在這個歷史環(huán)境下，可以說，我們中國作為世界第一工業(yè)大國，就應(yīng)該誕生一批強(qiáng)大的新能源汽車公司。比亞迪在這種環(huán)境下崛起，可以說是應(yīng)運(yùn)而生，符合歷史的發(fā)展趨勢。

我查了一下比亞迪的歷史，2003年之前，這是一家比較純粹的電池生產(chǎn)廠。2003年開始，比亞迪開始造汽車，推動中國汽車工業(yè)彎道超車，追趕歐美已經(jīng)很成熟的內(nèi)燃機(jī)汽車企業(yè)。很巧，就在那幾年，中國互聯(lián)網(wǎng)文學(xué)也開始起飛，2003年出現(xiàn)了一部標(biāo)志性的軍事科幻小說《醒獅》。

十四年過去了，回頭看這本小說，寫作水平一般，但是內(nèi)容很有代表性。作者在2003年就意識到，中國的國力在今后幾年將有爆炸性增長，將從一個重要的工業(yè)國家成長為全球最大的工業(yè)國，最終要借助這個國力顛覆世界秩序。這本書最重要的設(shè)定就是“金龍電池”，一種超高密度電池，能顛覆整個軍事工業(yè)和民用工業(yè)的電池。借助這種電池，中國制造了功能最強(qiáng)的手機(jī)，研發(fā)了先進(jìn)的飛機(jī)，還有電力坦克，在東面解放臺灣，控制東南亞，在西面翻越青藏高原，解放錫金，打敗印度，和現(xiàn)在的國際形勢多少有些相似。

《醒獅》開頭

《醒獅》金龍電池

《醒獅》 電池性能

《醒獅》 錫金之戰(zhàn)

14年后的今天，再看幾張當(dāng)年小說的預(yù)測。雖然里面提出的技術(shù)指標(biāo)和國際形勢有些偏差，但我們能發(fā)現(xiàn)，2003年已經(jīng)有人認(rèn)識到電池技術(shù)和整個國家發(fā)展戰(zhàn)略之間的關(guān)系，期望中國通過發(fā)展電池技術(shù)來打破歐美在第二次工業(yè)革命中形成的領(lǐng)跑地位。這正是比亞迪和很多中國企業(yè)正在做的事情。

現(xiàn)在，中國東部大多數(shù)城市都能看到比亞迪的品牌，尤其是滿街都是不燒油的電動公交車。這對20世紀(jì)的我來說，已經(jīng)很科幻了。而汽車的電力供應(yīng)足了，不僅僅是改變了汽車的動力來源，也給汽車的智能化提供了機(jī)遇。過去燃油車那個小電瓶的電量太小，如果汽車全面智能化，如果將來的汽車轉(zhuǎn)向自動駕駛，要在旅途中給我們提供辦公室一樣的辦公環(huán)境，靠過去的汽油發(fā)動機(jī)加電瓶是拖不動的，只有新能源汽車能解決這些問題?？梢灶A(yù)計(jì)，5年，10年后，中國街頭的汽車還會繼續(xù)給我更新的科幻感。

我們今天來參觀矮寨大橋，看到了鋼鐵工業(yè)的進(jìn)步改變了中國橋梁的形態(tài)，讓中國趕上了美國的水平。我相信，作為中國制造的基礎(chǔ)之一，比亞迪在新能源方面的進(jìn)步，也會讓我們在汽車和其他行業(yè)趕超歐美發(fā)達(dá)國家。再過幾年，等到新能源這個基礎(chǔ)再扎實(shí)，就能把更多的汽車打進(jìn)歐美主流市場，來自外國的專家也會覺得我們代表制造業(yè)的未來，到中國給我們做錦上添花的工作。相信在新能源汽車方面，中國人也能創(chuàng)造出不遜于矮寨大橋的奇跡。

謝謝大家。

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