劉慶寬,男,1971年1月生,日本京都大學(xué)博士,教授,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)任石家莊鐵道大學(xué)風(fēng)工程研究中心主任,河北省風(fēng)工程和風(fēng)能利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心主任,河北省僑聯(lián)僑界專家委員會副主任委員兼秘書長,河北省政協(xié)委員,河北省科協(xié)常委。
獲得國家百千萬人才、有突出貢獻(xiàn)中青年專家、河北省高端人才、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、河北省省管優(yōu)秀專家等稱號,為中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全檢測鑒定專業(yè)委員會常務(wù)理事,中國土木工程學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程分會理事,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部防災(zāi)研究中心專家委員會委員。
2007年1月回國,籌建了國內(nèi)外首座回直流可變雙試驗段大氣邊界層風(fēng)洞實驗室,組建了風(fēng)工程研究中心,主持國家及省部級科研課題十余項,完成三百余項大跨度橋梁、超高層建筑和大跨度空間結(jié)構(gòu)、風(fēng)力機(jī)和工業(yè)空氣動力學(xué)、北京冬奧會場館和賽場等防風(fēng)抗風(fēng)專項研究,發(fā)表SCI/EI論文102篇,授權(quán)專利13項,出版專著4部,編寫國家及行業(yè)規(guī)范4部,獲得河北省科技進(jìn)步一等獎2項(主持),河北省科技進(jìn)步二等獎1項(第三)。

一、對北京冬奧會的貢獻(xiàn)
北京冬奧會張家口賽區(qū)云頂滑雪公園在冬季經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng),對于空中技巧和U型技巧兩個場地上的比賽項目,因為運動員跳躍高度大、空中動作多,受風(fēng)的影響十分明顯,往屆冬奧會曾發(fā)生過多次因為大風(fēng)比賽延期或取消、甚至運動員摔傷的事故,解決方法在這兩個場地邊建設(shè)防風(fēng)網(wǎng)。
但是符合國際雪聯(lián)技術(shù)要求的防風(fēng)網(wǎng)只有歐洲一家公司能生產(chǎn),報價高、生產(chǎn)周期長、合同付款條件苛刻,加上歐洲疫情的影響,生產(chǎn)運輸和安裝的工期都無法保證。防風(fēng)網(wǎng)的研發(fā)建設(shè)成了“卡脖子”問題擺在了奧組委面前。
有著豐富風(fēng)工程研究經(jīng)驗的劉慶寬教授臨危受命,接收了奧組委的委托研發(fā)國產(chǎn)防風(fēng)網(wǎng)。國際雪聯(lián)對賽場防風(fēng)網(wǎng)有著嚴(yán)格的要求,要確保賽道上比賽時風(fēng)速不超過3.5m/s、產(chǎn)品要耐嚴(yán)寒、強度大、阻燃性能好、透光性好、視覺效果好,還要能快速張開和收回以便壓雪車的通行等。而很多功能要求在技術(shù)實現(xiàn)方法上互相矛盾,難以解決。
劉慶寬教授帶領(lǐng)團(tuán)隊成員分析氣象數(shù)據(jù)、反復(fù)電腦模擬計算并進(jìn)行了幾百個小時的風(fēng)洞試驗,日以繼夜克服種種困難,終于找到了滿足功能要求的防風(fēng)網(wǎng)參數(shù)?墒,不但市場上找不到這樣一款產(chǎn)品,也沒有一家企業(yè)能生產(chǎn)出這樣一款產(chǎn)品。
重任在肩,時間緊急,根據(jù)線索南下反復(fù)求索,終于在南方找到一家絲網(wǎng)編制機(jī)器的生產(chǎn)廠家愿意配合,從調(diào)制原料到改造機(jī)器設(shè)備,歷經(jīng)千辛萬苦,在常用單針床最多6針編制技術(shù)的基礎(chǔ)上,最終改造成雙針床12針的技術(shù),才編制出符合要求的防風(fēng)網(wǎng)。
有了產(chǎn)品只是完成了第一步。設(shè)計鐵塔、懸掛系統(tǒng)和張拉系統(tǒng),并且在極短的工期和嚴(yán)峻的現(xiàn)場安裝條件下,保證高精度、高效率的安裝,也克服了種種難題,終于趕在2021年10月12日國際雪聯(lián)場地和認(rèn)證專家到來之前,完成了所有的安裝工作。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),在防風(fēng)效果方面,能把場地上可能出現(xiàn)的大風(fēng)都擋至3.5m/s以下;在景觀效果方面,防風(fēng)網(wǎng)具有抗紫外線、長期服役不變色的特性,和采用特殊噴塑工藝處理的塔一樣均呈雪白色,網(wǎng)上配著鮮艷的會徽,在場地白雪的映襯下視覺效果特別好;在力學(xué)性能方面,每米寬度能承受超過1.2噸的拉力,能承受數(shù)十年一遇的大風(fēng),且零下四十多度的嚴(yán)寒天氣里力學(xué)性能依然如故;關(guān)鍵是,賽時有些部位的防風(fēng)網(wǎng)需要臨時收回和張開,而這套防風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)僅用6分鐘就能實現(xiàn),十分快捷和方便。
經(jīng)過測算,僅用了國外方案五分之一的造價和四分之一的工期,就完成了整個項目。
國際雪聯(lián)和國際奧委會的專家進(jìn)行場地考察認(rèn)證后,高興地評價該防風(fēng)網(wǎng)是“世界一流的防風(fēng)網(wǎng)設(shè)計”,推薦為“今后雪上項目防風(fēng)網(wǎng)設(shè)計建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)”。
不僅僅是針對防風(fēng)網(wǎng),該團(tuán)隊為首鋼大跳臺的設(shè)計建設(shè)也貢獻(xiàn)了不可或缺的科技力量。
為了減少運動員起跳和空中動作完成時風(fēng)的影響,其一是根據(jù)建設(shè)場地的風(fēng)場分布,科學(xué)合理地確定大跳臺的位置和朝向;其二是在不影響美觀和轉(zhuǎn)播的前提下設(shè)計大跳臺兩側(cè)的護(hù)欄防風(fēng)網(wǎng),其三,作為永久結(jié)構(gòu),大跳臺在使用年限內(nèi)要抵御強風(fēng)的作用不被破壞。劉慶寬教授帶領(lǐng)團(tuán)隊在前期研究方案評審階段一路過關(guān)斬將,在眾多風(fēng)工程團(tuán)隊中勝出,承擔(dān)了該項目的全部防風(fēng)抗風(fēng)研究工作。以團(tuán)隊的研究成果為基礎(chǔ),大跳臺如期建成并投入使用。
為了保障冬奧,團(tuán)隊成員在賽前的臘月初八就進(jìn)駐場地,放棄春節(jié)和整個正月同家人團(tuán)聚的機(jī)會,每日天不亮就冒著零下二三十度的嚴(yán)寒和冷風(fēng)到場地進(jìn)行調(diào)試和維護(hù),制定了詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案,備好了所有備品,并且進(jìn)行了反復(fù)演練,確保萬一發(fā)生突發(fā)情況,能在極短的時間內(nèi)搶修、恢復(fù)防風(fēng)網(wǎng)的功能。值得自豪的是,自防風(fēng)網(wǎng)投入使用至冬奧會結(jié)束,沒有發(fā)生過任何問題,自始至終運行順暢。
在比賽過程中,空中技巧場地和U型技巧場地附近分別監(jiān)測到超過8m/s、15m/s的大風(fēng),數(shù)倍于國際雪聯(lián)的要求。在防風(fēng)網(wǎng)的保護(hù)下,賽道上風(fēng)速極低,比賽順利進(jìn)行,且中國隊在空中技巧獲得男子和女子金牌、團(tuán)體銀牌、在U型場地獲得女子金牌,在首鋼大跳臺獲得男子和女子金牌,合計獲得5金1銀的歷史最好成績。
三屆冬奧會冠軍、被譽為單板之王的美國選手肖恩懷特預(yù)賽后評價防風(fēng)網(wǎng)說“防風(fēng)網(wǎng)太神奇了,保護(hù)我們不受大風(fēng)的影響”。空中技巧金牌得主徐夢桃賽后高興地說,建了防風(fēng)網(wǎng)的這個場地是“世界上最好的場地”。
人民日報以“冬奧防風(fēng)網(wǎng),掌握核心科技”為題,報道了防風(fēng)網(wǎng)的科技創(chuàng)新和同國外技術(shù)相比的優(yōu)越性;光明日報以“與風(fēng)共舞、助力冬奧:石家莊鐵道大學(xué)‘黑科技’獲奧委會點贊”為題,報道了研發(fā)過程;中央電視臺先后6次報道了防風(fēng)網(wǎng),介紹了研發(fā)過程、科技含量、國內(nèi)外運動員的評價等。目前百度“云頂防風(fēng)網(wǎng)”已經(jīng)有超過兩百萬條報道和轉(zhuǎn)載的搜索結(jié)果。

二、針對“長高大”工程的研究和成果應(yīng)用
全球自然災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失的85%是由風(fēng)災(zāi)及次生災(zāi)害造成的。尤其是一些標(biāo)志性工程和建筑,如大跨度橋梁、超高層建筑和大跨度空間結(jié)構(gòu),簡稱“長高大”結(jié)構(gòu),受風(fēng)的作用明顯,經(jīng)常發(fā)生廣受社會關(guān)注的嚴(yán)重風(fēng)致振動和風(fēng)毀事故。
劉慶寬教授組建起風(fēng)洞實驗室和團(tuán)隊以來,已經(jīng)針對國內(nèi)外300多項大型工程進(jìn)行了專項的抗風(fēng)研究并將成果應(yīng)用在工程建設(shè)中,從北方的哈爾濱大劇院到南方的三亞海棠灣大橋,從東方的上海寶鋼大型船塢到新疆的克拉瑪依—塔城鐵路的防風(fēng)雪措施,到國外塞浦路斯、土耳其、印度、孟加拉、越南、馬來西亞等“長高大”工程,都完成了抗風(fēng)專項研究,一方面保證了這些工程,其中不少是城市和地區(qū)名片工程在強風(fēng)下的安全,同時通過優(yōu)化設(shè)計,僅僅部分工程就節(jié)省7億多元的建設(shè)成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
團(tuán)隊相關(guān)的研究成果被中國工程院院士為組長的專家組評價為“達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。
國際風(fēng)工程學(xué)會主席、美國工程院院士Ahsan Kareem教授評價說“劉慶寬教授的團(tuán)隊擁有令人印象深刻的研究設(shè)備,完成了高層建筑、大跨度橋梁、大型體育場館及高聳煙囪等大量的工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載研究。在進(jìn)行廣泛的風(fēng)荷載研究方面,他們位居世界前列”。

三、立德樹人培育優(yōu)秀學(xué)生
在教書育人方面,長期堅持立德為先、職業(yè)技能教育和專業(yè)技能教育合一的三位一體教育模式,已培養(yǎng)畢業(yè)3名博士研究生、48名碩士研究生。團(tuán)隊先后有9名研究生的學(xué)位論文獲得“河北省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文”,有三十多名學(xué)生在全國的學(xué)術(shù)會議上獲獎。不少畢業(yè)生已經(jīng)是高校優(yōu)秀教師(含特聘教授、博導(dǎo)等)和企業(yè)的棟梁之材;谂囵B(yǎng)成果和業(yè)績,劉慶寬教授團(tuán)隊榮獲“李保國式科技服務(wù)團(tuán)隊”、“新時代河北青年改革典型集體”等榮譽。