金牌工匠②丨王仁坤：匠心设计让水电工程更经济环保
本文主人公王仁坤（右）和他的——我国著名水电专家潘家铮（左）在溪洛渡工地
拱坝被认为是水电界最复杂的建筑物，但中国电建集团成都勘测设计院有限公司（以下简称“成都院”）副总经理兼总工程师王仁坤，却能应对自如。由他主持设计的溪洛渡、锦屏一级、大岗山等特高拱坝巨型水电站成功投产，代表着当今世界水电技术最高水平。
很难想象，已经成为国家勘察设计大师的王仁坤如此低调，专访他前，记者没有在网站上搜索到任何有关他的新闻内容，哪怕只字片语。
成都院新闻中心主任邱云告诉记者，王仁坤为人处事十分低调，从不接受任何采访，只专注于干好自己的事，《中国能源报》是第一家专访到王仁坤的。
王仁坤如何和拱坝结缘？为什么溪洛渡拱坝优化设计报告被潘家铮院士称为“高坝设计宝典”？如何克服设计过程中遇到的困难，并做到工程与和谐共处？带着诸多问题，中国能源报记者近日独家专访了王仁坤。
中国能源报：拱坝设计是您的专长，溪洛渡、锦屏一级、大岗山等特高拱坝巨型水电站都出自您手，与水电尤其是拱坝如何结缘的？
王仁坤：我1986年从河海大学研究生毕业后，分配到成都院。成都院当时正在设计中国最大的水电项目——二滩水电站，拱坝高240米，也是我国首座突破200米大关的高坝工程，我有幸参与其中。二滩作为世行贷款项目，不但吸引了国内的著名水电专家和优秀建设团队，也带来了国外先进的技术和管理经验。
二滩工程的成功投产，带动了后续多座特高坝工程的建设。随着西部大开发、西电东送战略的实施，成都院从上世纪90年代开始，以溪洛渡、锦屏一级、瀑布沟等三大项目为主的一系列水电工程加快了前期研究论证进程。其中溪洛渡、锦屏一级拱坝高300米级，是超大型世界工程。
我所在的水工二处当时主要承担高混凝土坝枢纽工程设计，参与或主持了二滩、溪洛渡、锦屏一级、大岗山等特高拱坝枢纽工程设计。这些工程都已建成投产、运行正常，充分发挥出了综合效益，作为参与者，我的内心充满激动和骄傲。
中国能源报：您参与过20多项国内外大中型水电工程的设计，哪个水电工程设计让您印象最深刻？
王仁坤：谈谈溪洛渡吧。溪洛渡可行性研究报告的审查意见，充分肯定了工程的技术方案。在招标设计阶段，本着为国家、业主高度负责的态度，体现设计人员精益求精的，我率领一大批设计科研人员，开展了一系列设计优化和深化工作。
双曲拱坝适合于狭窄河谷修建，安全性与经济性较好，而且结构合理，受力好，可以大大节省混凝土。
作为总设计师，我经常问自己：“我们设计的拱坝是不是既能安全又能兼具达到经济和环保？”“建基面抬高，能安全吗？”
我记忆中，溪洛渡拱坝优化设计乃至整个工程的优化设计，每前进一步，都付出了无数艰辛。在工程招标和技施设计阶段，优化设计共节省了直接投资15亿元。如今工程已正常运行5年，这让我倍感欣慰。
中国能源报：溪洛渡拱坝高达300米量级，电站规模巨大，在优化设计中，工程安全是第一位，经济也很重要，如何把握和平衡？
王仁坤：溪洛渡拱坝优化设计的研究论证工作是多方面的。我从最具挑战性的拱坝建基面优化研究着手。
拱坝建基面在可研阶段放在微新岩体上，进行优化后，主要利用弱风化下段岩体，建基面平均外移15-20米。虽然这是主攻方向，但问题也随之而来，对于一座特高拱坝，这样做行不行？对大坝的安全有没有影响？影响到什么程度？显然不能靠简单的算数题得出结论。特高拱坝的建基面嵌深嵌浅，对投资影响巨大。
建基面外移至弱风化岩体，通过加强基础固结灌浆及锚固处理，仍可维持良好的承载能力和抗滑稳定，优化后的拱坝方案，不仅维持大坝安全原有等级不变，而且因建基面嵌深减少，拱的跨度减小，整体刚度增强，大坝整体超载安全度略有提高——这些都经过了巨量数值分析计算和物理模型验证。
别小看这么一个细微调整，基础开挖和大坝混凝土浇筑工程量比可研推荐方案分别减少了约160万m3和110万m3，节省工程直接投资约6亿元，经济效益十分显著。
《混凝土拱坝优化设计报告》获得多名院士、专家组成的评审组一致肯定，被潘家铮院士称为“高坝设计宝典”。溪洛渡拱坝优化设计获得2006年度全国优秀咨询一等，建基面优化科研获得四川省2010年度科技进步一等。
王仁坤：溪洛渡左右岸地下厂房各布置2条出线米，高度甚至超过上海环球金融中心。
竖井内主要分设管道井、电梯井、楼梯间、前室、加压送风井及电缆井等。以目前的施工技术，如果在岩石上开挖如此深度的竖井，并不算难事，而溪洛渡竖井偏偏遇到拦虎——深度覆盖层120米，往下才是岩体。
考虑结构衬砌需要，开挖断面直径在14至15米，这么大尺寸的电缆竖井穿越如此巨厚覆盖层，在水电工程及其他矿井工程中没有先例。
王仁坤：我们常说，设计是工程建设的灵魂。只设计，不考虑施工的可行和难易，或者直接推给业主和施工方解决这个难题，那肯定不行，设计的灵魂作用就没有了。
由于没有类似经验可以借鉴，我们追寻答案的过程，并不顺利。当时了解到煤矿的一些矿井组成，与溪洛渡的出线竖井的覆盖层有相似性，我们便去调研并收集施工经验，结果令人失望。这些矿井的组成，更有利于井的形成，最大的不同是深度往往较小，超过50米的都不多见，处理起来相对容易。依葫芦画瓢，绝对行不通。
在工程界，覆盖层成井的处理方式，大致有冷冻法、沉井法、灌注桩法等。照搬这些常规方法，费用无法估量，也不符合工程实际。在这些“寻常”上绕圈，总是不得要领。但问题摆在那儿，总是要解决。
后来，我们打破传统方法，创新性地提出“二衬法”以及针对上部洪积层的井口锁固和小梯段开挖衬砌施工等。所谓“二衬法”，即衬砌分2次完成，第一次只衬砌外层一部分，起覆盖层竖井的固壁作用，让竖井开挖成型；第二次将余下的衬砌完成，因为竖井已经稳定牢靠，这个阶段可以同时进行竖井内其它结构的施工。
“二衬法”可以确保竖井施工过程中的井壁稳定和安全，又满足机电预埋件和设备安装的定位和精度要求。
中国能源报：为了达到工程设计最优化，听说有的工程仅设计方案就有20多个。
王仁坤：水电工程特殊性强、影响面广，决定它的设计绝不可能一蹴而就。不同的坝址及枢纽工程方案，从规划选点、预可行性研究、可行性研究直到建设实施，从坝址、坝线、坝型比选和枢纽布置格局及各建筑物的设计，先后开展20多个方案研究，这很正常，大型水电工程更是如此。
不同方案的比较或深化，就是工程方案优选、建筑物设计不断完善、细化的过程，如此才能实现工程安全可靠、经济合理、技术可行、友好，资源节约的目的，才能成为技术和艺术相结合的匠心之作。
中国能源报：溪洛渡枢纽泄量及泄洪功率高居世界峡谷高坝之最，几乎是二滩拱坝枢纽的3倍。如何解决？
王仁坤：分散泄洪、分区消能，按需防护，是峡谷高坝枢纽泄洪消能设施布置研究的基本原则，这也是二滩等拱坝水电站建设中总结出来的经验。设计的关键，是如何布置设施，协调好各种可能矛盾，满足各种运行的需要。
溪洛渡枢纽泄洪设施布置格局在总结已有经验的基础上，结合自身特点，修改调整，反复计算，模型验证，最终采用坝身7表孔+8深孔和左右岸各2条泄洪洞的实施方案，是在数十个格局方案中逐步深化遴选出来。例如，光坝身孔口泄洪，就比较了2层孔口和3层孔口，以及各层孔数及孔口尺寸大小的多种组合。因为坝身不同孔口泄洪格局，不仅关系下游河床的承受能力，也影响孔口对坝体结构、水舌归槽及消能效果，以及水库调蓄、施工、运行等。
每个方面的影响都需要探究细致，清楚明了，不能留下工程隐患。具体到每个泄洪建筑物，还需细化其流道体型，通过模型试验及设置必要的掺气减蚀措施，确保泄流流态稳定，不会对建筑物造成。
巨大地下洞室群的设计与建设，也是如此。总之，溪洛渡规模大、难度大、问题突出，要完成好这一世界伟大工程的设计，绝不是一件轻松容易的事。没有系统全面、深入细致的研究论证，绝不轻易实施，否则后患无穷。
王仁坤：水电是清洁能源，我们有责任和让水电工程更加环保，使其成为友好经典工程。
溪洛渡工程除混凝土拱坝挡水和坝身泄洪设施外，其余引水发电建筑物和泄洪洞均布置在两岸山体内，与坝址峡谷地貌和谐相处。洞挖渣料又作为大坝混凝土骨料，减少了地表堆存占地。开挖弃渣堆存于沟谷，或平整为施工加工场地，或用作跨沟堤。整个工区的道两旁和弃渣坡面均有植被绿化。
枢纽区金沙江大桥是连接左右岸的重要通道。在初期设计方案中，大桥位于最终修建的下游100多米处，因该处河道窄，建桥基础好，与左右岸道衔接通畅。但该处右岸桥端距离山体岩壁近，而岩壁危岩体多，若要道通行安全，势必需要对分布高度数百米的危岩体进行处理。这些危岩体因风化掉块所致，也形成了许多栩栩如生的天然壁画和雕像，如溪仙姑、貂蝉、佛，还有白蛇传、西游记等人物。为这一自然景观，最后将大桥上移至现在的，至于右岸桥端与地面道衔接转弯半径不够的问题，我们采用半立交的方式得到解决。
为左岸工区一棵上百年历史的黄果树，设计主动修改交通线。类似的事例还有许多。
中国能源报：您刚获得“全国工程勘察设计大师”称号，此前，您还获得过“全国优秀科技工作者”、“首届中国大坝杰出工程师”等多项荣誉，可谓多种荣誉加身，荣誉代表着对国家的贡献。
王仁坤：这些成绩和荣誉，是整个水电团队共同努力的结果，是成都院集体共同创造出来，更是这个伟大的时代赋予水电工作者的。国家西部大开发和“西电东送”战略的实施，一大批重大水电项目上马开工，如三峡、溪洛渡，这些项目给广大水电建设者提供了施展才华的广阔舞台。我们只需要在这个舞台上，尽情挥洒智慧和汗水。
东方欲晓，莫道君行早。“全国勘察设计大师”这份荣誉不仅是对我本人的鼓励，更会鞭策我不忘初心、继续前进。中国水电事业，还任重道远，需要众多“同心而共济，始终如一”的水电建设者。
王仁坤：中国水电的发展成效令世界瞩目。截至2015年底，我国水电装机达到3.2亿千瓦，占全球的27%，居世界第一位。中国水电事业已迈入大电站、大机组、高电压、自动化、信息化、智能化的全新时代，在电站建设及技术管理方面均取得重大突破。
鉴于此，中国水电已成为一张闪亮的中国名片，带动中国技术、中国标准、中国制造和中国文化“走出去”，是中国“一带一”中重要的角色扮演者和承载者。
中国水电的薪火相传，离不开老一辈水电专家“甘为人梯”的铺垫。今天水电发展的成就，是站在张光斗、潘家铮等一大批水电泰斗们的肩膀上，通过代代传承实现的。没有他们的鞠躬尽瘁和言传身教，很难有我们这一代水电人的长足进步。
水电项目，尤其是重大项目，难度大、涉及面广、影响深远，凭一己之力，无法较好地开发建设好，需要群体智慧。我们在科研、设计、施工全过程中，不断相互学习提升，既成功建设项目，也促进中国乃至世界水电事业的发展。
很难想象，已经成为国家勘察设计大师的王仁坤如此低调，专访他前，记者没有在网站上搜索到任何有关他的新闻内容，哪怕找到只字片语。
成都院新闻中心主任邱云告诉记者，王仁坤为人处事十分低调，从不接受任何采访，只专注于干好自己的事，《中国能源报》是第一家专访到王仁坤的。
采访时，王仁坤第一句话就是“不要大篇幅宣传，简简单单报道。成都院像我这样享受国务院津贴的专家有十几位”。如果不是专访，记者不会知道，王仁坤是我国著名水电专家、两院院士潘家铮的第10位，更是关门。谈及，王仁坤心怀感激。正因为得到潘家铮手把手的传教和点拨，他的水电生涯有了质的提升。
王仁坤先后主持或参与了国内外20多座大中型水电工程的设计，获得过“全国优秀科技工作者”、“全国五一劳动章”、“中央企业优秀员”、“首届中国大坝杰出工程师”、“全国工程勘察设计大师”、国务院特殊津贴专家等多项荣誉。
从1991年担任溪洛渡副设总、2001年担任溪洛渡设计总工程师至今，行政职务从设计室主任、副处长、处长、院副总工，到院总工程师，王仁坤从一名普通工程师，一步步成长为成都院技术最高决策者。在人生中黄金的30余年里，他先后主持并参与了溪洛渡工程坝址选择、预可研、可行性研究、招标设计、技施设计直到工程完建，是成都院担任溪洛渡设总时间最长、工程阶段跨度最大的设总。所以，王仁坤对溪洛渡有着特殊的感情，采访中他喜欢谈溪洛渡。
溪洛渡工程规模大，建筑物多，自开工以来，施工图设计任务重，年施工图提交量数千张，需要解决的技术问题及设代任务十分繁重。王仁坤深入工地一线，了解工程情况，参加现场设计协调会，认真研究并及时解决出现的各种问题。不仅如此，他还时常针对现场施工情况，组织人员开展预案设计和动态设计，使溪洛渡工程更完美地呈现在面前。
王仁坤说，先进技术一定要与重大工程实践相结合才能得到发展与进步。今后的水电建设，大多在江河上游，高原腹地，异国的未知地区，更艰苦，遇到的难题更多，唯有淡泊明志，方能致远。
如今，王仁坤分管着多座高坝工程设计，还兼任孟底沟水电站的设计总工程师，在金沙江、雅砻江等大江大河之畔，时常出现他的身影。相信不久的将来，一颗颗全新的高坝大库“明珠”将绽放出更加绚丽的光彩。
王仁坤守望终生热爱的大坝，守望壮阔无比的山川，更守望蓬勃发展的中国水电事业，困难再大，问题再多，他也“衣带渐宽终”。他的情怀，让人。
