2016年6月29日凌晨，伴隨著最后一個中跨鋼箱梁進入江海直達船航道橋合龍口，港珠澳大橋主體橋梁宣告成功合龍。
作為連接香港、珠海和澳門的超大型跨海通道，港珠澳大橋集橋、島、隧道于一體，全長55公里，是世界上最長的跨海大橋。因其創下了橋梁建設史上的多項第一，而被業界和媒體譽為中國乃至世界上最具挑戰性的建設項目之一。
而當人們普遍的關注點都放在這座跨海大橋的諸多“世界第一”上時，卻不知道它也是中國橋梁建設史上設計施工難度最大的跨海橋梁。在設計建造過程數不清的技術難題中，橋梁的“減震”和“減振”即是其中之一。
說起橋梁減振，人們不禁會想起網上廣為傳播的美國塔科馬峽灣大橋被大風吹垮的視頻。1940年11月7日早上，跨度為850米的美國塔科馬峽灣懸索大橋遇到了一場時速為60~70km/h的大風。隨后，大風引發了橋梁的扭轉共振。人們束手無策，只能眼看著大橋扭轉晃動的幅度越來越大。兩小時后，這座剛剛建好半年的特大橋被風吹垮。
從那以后，土木工程師們就開始研究風激振機理和各種橋梁建筑的振動控制技術。而如今，在我國科技工作者的共同努力下，我國的振動控制技術已經居于世界前列。
以柔克柔 TMD護駕超級工程
TMD的全稱為“調諧質量減振器”，是目前大跨度、大懸挑與高聳結構振動控制中應用最廣泛的結構被動控制裝置之一。
TMD是一個由彈簧、阻尼器和質量塊組成的振動控制系統，支撐或懸掛在需要振動控制的主結構上。當主結構在外界激勵力的作用下產生振動時，會帶動TMD系統一起振動，通過頻率調諧，使TMD系統運動產生的動力再反作用到主結構上，使其與外來激勵力的方向相反，抵消一部分激勵力，使主結構的各項反應值（振動位移、速度和加速度）大大減小，從而達到控制主結構振動的目的。TMD的質量越大，減振效果越好。
如果說隔振技術是以柔克剛，TMD技術則是以柔克柔。TMD的主要結構型式分為抗垂向振動和抗水平振動兩種。在應用中，工程人員需要具體問題具體分析，根據所要控制的振型來決定使用哪一種結構。早在港珠澳大橋之前，TMD技術在我國就取得了廣泛的應用。
以千禧橋為代表的大跨度或者懸挑結構，如人行天橋、體育看臺和大型橋梁等，在交通或人行激振下往往會產生共振。盡管這些振動對結構本身強度并無多大危害，但卻會大大影響行人或者工作人員的舒適度。這時，抗垂向振動的TMD就會大顯身手。
2007年，浦東機場二期在國內率先設計采用了一種非常新穎的登機橋。這種登機橋登機和下機都是順坡，且長達50米的登機橋中間沒有任何立柱或接頭，輕巧而美觀。但是，這么優美的登機橋在技術上還有一個難題必須解決，即人行激勵引發的共振問題。這座橋的固有頻率約為2.2Hz，與人的行走頻率非常接近，兩個人同步行走就會引發登機橋的共振，使人感到心慌。為此，登機橋設計者委托隔而固公司尹學軍團隊設計研發了專用的抗垂向振動TMD。
TMD工程有一個規律，那就是TMD的頻率調得越準，阻尼比越合適，減振效果也越好。但是橋梁最終完成之前，光靠理論計算的頻率值是不準確的。
為了實現最大的減振效果，尹學軍帶領團隊設計研發了一種頻率和阻尼均可現場精確調節的TMD，并趕在成橋鋪裝時，在登機橋上進行精確測試，然后根據登機橋的頻率現場調節TMD的頻率和阻尼比。
利用這項技術，他們為23座登機橋安裝了92個TMD，每個TMD約重750千克。減振效果測試表明，減振效率最高達到了80%。多年來，即使廊橋里人們魚貫急速行走，登機橋的舒適度也在國家標準之內。之后，這項技術陸續在虹橋機場登機橋、虹橋高鐵站廊橋以及全國的許多跨街天橋中得到應用。
2010年4月30日晚，世博會開幕式在世博文化中心隆重舉行。入場式上，黃浦江上彩旗飄揚、百舸爭流，一場現代的“春江花月夜”令各國來賓流連忘返。同時，黃浦江岸上兩座富有特色的巨型建筑也給人們留下了深刻的印象。
一座是號稱“東方之冠”的中國館，其以紅色棟梁層層出挑的主體造型顯示了現代工程技術的力學美與結構美，凸顯了東方文明大國的莊嚴；另一座就是舉行開幕式的文化中心，其現代化的造型猶如一個巨型飛碟靜悄悄地飄落在黃浦江岸邊。
但人們不知道的是，這座大飛碟背后就有TMD技術的支持。由于飛碟的觀景環廊向外懸挑了30多米，當人群密集或快速行走時，仿真分析發現舒適度會略有超標。為此，工程設計者們選用了TMD技術。
為了實現最高的減振效果和精確調頻，尹學軍采用了三種不同剛度的彈簧組合，并帶領團隊現場調試，根據實測頻率精調TMD頻率和阻尼比，圓滿地完成了任務。文化中心項目總建筑師汪孝安親臨調試現場體驗之后，對技術團隊一絲不茍的科技工匠精神給予了高度肯定。
在此之后，廣州亞運綜合館等多個大型工程也都成功采用了垂向TMD減振技術。
2012年11月，我國長江最東端的江蘇崇啟長江大橋開通。大橋主橋鋼箱梁跨度185米，豎向固有頻率僅約0.56Hz，在風荷載激勵下容易產生塔科馬大橋那樣的豎向渦激共振現象。
為了控制這種振動，尹學軍團隊為大橋4個185米主跨總共設計安裝了32個TMD減振裝置，單個質量達3.6噸。大橋TMD系統啟用以來，經過了多次大風考驗，主橋連續鋼箱梁從未產生過渦振。TMD技術的使用，不僅為崇啟大橋的安全運行提供了技術保證，也為控制大跨度橋梁渦激振動提供了寶貴的經驗。
另外一種需要TMD“呵護”的則是各類高聳結構。觀光塔、摩天大樓、電視塔和煙囪等在風力渦激的作用下也會產生水平振動，使主結構長期振幅過大，從而影響人們的舒適度。我國科技工作者在該領域進行了大量的創新。
2010年9月29日，世界第一高的電視觀光塔——廣州塔宣布落成。總高達610米的廣州塔（俗稱“小蠻腰”）矗立在廣州新城市中軸線上，成為廣州的新地標。然而不為人知的是，這座塔就有TMD的保護。
為了控制觀光塔的振動，中國工程院院士周福霖和歐進萍領導的聯合減振科研團隊對廣州新電視塔進行了減振技術研究，國內首創地在塔體438米處安裝了“兩級主被動復合調諧減振控制系統”，巧妙地利用總重1500噸的水箱質量作為TMD質量，節省了專用質量和空間，并利用疊層橡膠支座超低的水平剛度構成無擺索式水平TMD。
該系統完全由我國專家自主設計，大大降低了成本，并大幅提高了減振效果，至今在世界上獨一無二，經受韋森特、天兔等超強臺風的考驗也絲毫未損。
2010年12月，杭州灣大橋觀光塔落成，人們爭相登塔賞景。觀光塔位于杭州灣跨海大橋中部海上平臺，建筑高度145.6米。由于該地段的風速較大，而塔體的固有頻率較低，容易發生風致共振。為了提高觀光塔觀光平臺的舒適度，保證在八級風的條件下觀光塔仍能夠正常向游客開放，隔而固公司尹學軍團隊中標完成了觀光塔TMD的研究設計和制造。
針對觀光塔的特殊結構和嵌固條件，項目研究團隊利用有限元仿真計算了結構的動力學特性參數，并據此設計了頻率和阻尼均可調的、質量為100噸的TMD水平減振系統。在這項技術的保護下，觀光塔屹立于海浪海潮中歷經多次臺風暴雨而安然無恙。由于觀光塔當時就安裝了先進的振動在線監測系統，至今已為TMD設計積累了大量的寶貴工程數據。人們無論在何地，通過因特網或手機，都可以實時觀測塔體及TMD質量塊的振動頻率，尤其是在臺風來臨時。
2016年3月12日，設計高度達632米的中國第一高樓——上海中心大廈建筑總體正式全部完工。為了降低風致振動造成的大樓搖擺，上海中心采用了1000噸的水平擺式TMD，其中的阻尼器采用了中國工程院院士陳政清團隊研發的電渦流阻尼系統。
該系統創造性地利用電磁原理，節省了400多平方米的空間，在世界上首次將電渦流阻尼應用于超大型高聳結構振動控制。而這個被稱為“上海慧眼”的云端也將成為全國最高的以振動控制為主題的科普教育基地。
讓我們再回到港珠澳大橋項目。港珠澳大橋地處臺風多發地區，為了控制臺風引發的橋梁共振，大橋的設計者們經過大量的仿真分析，為其設計了現代化的TMD減振系統。由于橋梁跨度大，橋梁的固有頻率低，TMD在技術設計上非常具有挑戰性。
有了崇啟長江大橋、世博文化中心等超級工程的經驗，尹學軍團隊憑借強大的研發實力和精心準備的計算設計方案，贏得了業主評審專家的信任，中標了港珠澳大橋92個大型垂向低頻TMD的設計制造工程。
垂向低頻TMD的設計難點之一在于彈簧的壓縮量與頻率的平方成反比，頻率越低，彈簧越長，而TMD是放在橋梁的箱梁內部，高度是有限的。國內外其它公司為了回避此問題，一般采用壓縮彈簧和導向軸承，而軸承因為摩擦磨損需要定期更換。對于設計壽命120年的港珠澳大橋來說，不僅會產生一大筆額外的維護費用，還會因為摩擦而影響減振效率，甚至失效。
為了打造世界一流的大型橋梁TMD技術，為港珠澳大橋抗臺風保駕護航，尹學軍團隊迎難而進，設計了預緊式彈簧，節省了彈簧長度，使TMD不僅可以滿足橋箱梁的空間要求，還無需軸承導向，從而從技術原理上做到了免維護。
為了驗證TMD的設計壽命，研究團隊還根據評審專家的建議，僅用一個多月的時間，就研制出了專門的大位移共振式TMD整機疲勞試驗裝置，在世界上首次實現了對“5噸-0.8Hz-振幅±300mm”的大型低頻TMD的整機疲勞試驗。最終，TMD經過300萬次疲勞試驗，通過了專家組的首件驗收，也令德國同行對中國人的創造力和研發速度刮目相看。目前，港珠澳大橋已經合龍，TMD正在安裝過程中。
此外，港珠澳大橋工程組和設計團隊與周福霖院士領導的團隊一起，還對這座世界上最長的有地震斷層穿過的跨海大橋進行了詳細的減隔震理論分析和試驗研究，利用減隔震技術解決抗震難題，在橋梁和橋墩間設計了大型隔震支座。每個橋墩頂分開兩個挑梁，挑梁上安裝著不同類型的隔震裝置，包括橡膠隔震支座、盆式摩擦滑板隔震支座等。
在廣大科技工作者的努力下，我國大型建筑及結構工程TMD減振技術的研究與應用不斷創新，總體上已經走在世界前列。專家們堅信，有TMD和隔震支座等多項世界一流的技術保駕護航，港珠澳大橋將成為世界上最安全的跨海大橋。
當建筑遇上振動干擾
伴隨著我國現代化進程一路高歌猛進，城市建設的步伐也越來越快。隨之而來的，是越發擁擠的城市用地和地上地下錯綜復雜的交通網絡。
這就不可避免地為城市居民帶來一些困擾和煩惱：當鄰近地段有地鐵或其它鐵路線，當附近區域有工業企業的重型機械工作，當鄰近的不平坦道路與橋梁上有重型車輛通過……這些情況下地面或結構傳遞的振動，已經對建筑物中的居民和精密儀器產生了嚴重影響。
然而棘手的問題在于，常規的基礎并不能防止周圍的振動干擾傳遞到樓房內，減小振動源振動的措施往往效果有限。通過調整樓房結構而降低振動的措施在大多數情況下都是不經濟的，而且還有可能影響建筑美學。
那么，怎樣才能保證既能在上述地段建造居民區、辦公樓、旅館、音樂廳、會議中心或放置對振動敏感的現代化設備，又不會對人、機器或樓房本身產生任何危害呢？這幾乎成為了困擾城市建造者們的一大難題。
為此，世界各國的工程師們可謂絞盡腦汁。早期有在傳遞路徑挖防振溝或打防振排樁等措施，這雖然對中高頻振動是有效的，但是對于振動波長達20多米的低頻振動，即使20米深的防振溝效果也極其有限。
當今，行之有效的措施當屬三維隔振技術，即在建筑和基礎之間設置由三維彈性隔振器和粘滯阻尼器構成的隔振層。
三維彈性隔振器由螺旋鋼彈簧與鋼結構箱體組成，其在垂向和兩個水平方向都具有很好的彈性，一般情況下隔振系統固有頻率為2.5~5Hz，能夠大幅衰減振動傳遞，從而使得各項振動指標滿足使用要求。與彈簧隔振器一同“守護”建筑物的是粘滯阻尼器，這是一種與速度成比例的粘性元件，其同樣在垂直方向與水平方向上都有阻尼作用。
傳承經典，創新在變。在不斷的實踐總結與探索中，我國科技工作者通過自己的工匠精神與精益求精，將三維隔振技術及應用不斷研究創新，服務于國家建設，尤其是一些國家重大工程。
“房中房”隔振又隔聲
對于眾多文化藝術愛好者來說，天安門廣場西側的半橢球形建筑一定不會令人陌生。它就是被譽為中國國家表演藝術最高殿堂的國家大劇院。
作為新北京十六景之一的地標性建筑，國家大劇院造型獨特的主體結構，一池清澈見底的湖水，以及外圍大面積的綠地、樹木和花卉，不僅極大改善了周圍地區的生態環境，更體現了人與藝術、人與科學、人與自然和諧共融、相得益彰的理念。
其中，這份人與科學的和諧統一，就離不開現代減振科技的支持。
2007年，由于受到周邊地鐵、舞臺機械以及空調系統等環境振動的影響，國家大劇院的設計者決定對5個錄音廳進行隔振設計。隔而固公司尹學軍團隊憑借技術實力，贏得了該項研制任務。他們對國家大劇院錄音廳的整體結構進行了細致的調研與分析，在充分考慮到錄音廳設計既要隔振又要隔聲的特殊需求后，尹學軍提出了一種“房中房”的結構。
所謂的“房中房”隔振，就是在錄音廳房間內，再設計一個六面體房間，通過三維彈簧隔振器支承在原來房間地面上，其余五面與外部結構無接觸。這樣的結構在施工工藝上非常特殊，為了避免鋼彈簧特有的固體傳聲導致的高頻失效問題，研究團隊設計采用了一種既能隔振、又能隔聲的彈簧隔振器。
起初，研究團隊設計的系統固有頻率為常用的4Hz，后來根據設計單位、聲學顧問、業主和中方設計院的要求，研究團隊本著精益求精的精神，進一步將系統固有頻率修改為3Hz，提高了減振效果。
為了研究和驗證所選彈簧的減振效果，研究團隊在清華大學建筑物理實驗室進行了彈簧減振實驗及固體聲試驗。實驗結果證明，彈簧隔振器采用子母簧、阻尼器、防高頻失效措施等多項技術，在單個彈簧支撐10噸的條件下，“房中房”浮筑結構的撞擊聲聲壓級為32dB，與剛性支撐的撞擊聲聲壓級78dB相比，可降低振動噪聲46dB，是目前隔振效果最好的浮筑系統測試記錄。
上海東方藝術中心采用的則是“浮置地板”隔振技術，這是一項相對簡單、性價比很高的技術。與“房中房”結構類似，浮置地板是在樓板上再設置一層地板，用彈簧予以彈性支承，只是彈簧巧妙地隱藏在地板之中，不占用地板高度。
浮置地板可以大量應用于振動敏感區域，如電視、廣播或者錄音棚、音樂廳、排練廳、劇院、計算機房等需要安靜的場所，也可以用于體育館、迪斯科舞廳、供熱站、空調機房等受振動噪聲干擾的場所。同時，浮置地板還有一些特殊的應用領域，如直升機的著陸機坪以及核電站精密儀器房間等。
目前，這些技術正在使越來越多的百姓受益，為社會創造更多的寧靜與和諧。
藝高人膽大 隔振護航“平移屋”
2004年，一則消息震動了中外建筑界：有著74年建筑歷史的上海音樂廳成功平移66.46米，為我國首次規模最大的文物保護建筑平移工程畫上了完美的句號。
66.46米，在普通人眼中，這只是一兩分鐘的距離，但對這座已步入古稀之年的上海音樂廳而言，跨越這段距離不亞于一次長征。雖然困難無比，但它卻有著不得不移的“苦衷”。
由于上海音樂廳緊靠上海市車流量最為繁忙的延安路，噪音、尾氣無不侵蝕著這座已屆高齡的近代建筑，因此造成的噪音更影響了高雅藝術欣賞場所的正常演出效果。加之上海音樂廳又處在2002年上海市政府的市中心綜合改造規劃中，“動”，成為了唯一的選擇。但鑒于上海音樂廳作為上海市代表性建筑和市民常年音樂活動中心的特殊地位，市政府聽取了專家的意見后，最終提出了以“平移”代替拆除的大膽設想。
平移成功后，一個更大的技術難題出現了。平移后的上海音樂廳雖然解決了附近環境噪聲的干擾，但是由于平移后與地鐵1號線的距離又近了不少，地鐵經過時產生的噪音對于音效要求甚高的音樂廳而言，無疑又是一個困擾。
如果不采取隔振措施，地鐵運行時產生的振動和噪聲就會通過土壤向上傳播，再通過固體傳聲和墻體的反射，影響到觀眾席和舞臺部分。如此一來，觀眾可能欣賞到的不是優美的音樂，而是地鐵運行產生的轟隆的噪聲，這將大大影響音樂廳的使用功能，并且后期無法補救。因此，有效隔離地鐵運行所產生的振動，滿足音樂廳觀眾席的使用功能，成為了音樂廳平移后所要面對的首要問題。
尹學軍根據現場考察和音樂廳的聲學要求，結合其特殊構造和建筑材料特性，憑借其工程經驗，大膽地提出了僅對一樓觀眾席整體三維隔振的方案。這個方案雖然簡單經濟，但卻需要承擔很大的責任，一旦噪聲不達標就會非常棘手。
面對如此艱巨的托付，隔而固人絲毫不敢怠慢，立即抽調精兵強將組成攻關小組。為了避免達成聲橋，團隊決定將觀眾席樓板與四周墻體在結構上完全斷開，將觀眾席樓板支撐在12根橫梁上，每根橫梁的兩端設置彈簧阻尼隔振器，共選用24個，每個彈簧隔振器設計承載40t，彈簧靜態壓縮量為20mm，豎向固有頻率3.5Hz，可以對頻率范圍在20~20000Hz之間的高頻地鐵振動信號進行有效衰減。
項目完工后，上海音樂廳方面組織了國內的聲學專家對整個觀眾席的建筑聲學進行了測試和鑒定。杰出的聲學效果讓包括業主在內的所有參與專家都如釋重負，各項測試結果均表明，音樂廳的各項建設技術指標都達到并優于預期要求，觀眾席區聽不到任何地鐵運行的噪聲，背景噪聲比平移前降低了13分貝。專家們一致認為，隔而固此次采用的將池座觀眾席整體浮置的隔振技術，在隔絕地鐵振動影響方面達到了滿意的效果。
盡管這次在技術上走了一步“險棋”，但隔而固人又一次不負眾望，為業主節省了大量不必要的資金。
整體浮置“開先河”
獨立擁有頂級品質的音樂廳，是每一個世界級交響樂團的光榮與夢想。2009年，以打造中國乃至世界最好的演藝廳和錄音室為目標的上海交響樂團音樂廳項目正式啟動，世界級建筑聲學大師豐田泰久和后現代主義建筑大師磯崎新宣布加盟其中，力求使建筑設計完全服從于聲學設計，在聲學上達到完美。
事實上，音樂廳的聲學設計也的確趨于完美：大廳內6塊巨大的反聲板和天花反射板、墻面與地面精雕細琢的材料、反復試驗所得的座椅布置，使得演出廳每一個位置都能達到均衡的音質與完美自然的混響效果，恰當地將指揮家、演奏家對音樂的情感傳遞給每一位觀眾，達到最佳的聲學體驗。
但是，即便內在的聲學設計已經達到極致，但卻仍然存在無法回避的環境因素。
音樂廳新址位于復興中路，雖然地理位置十分優越，但是此處臨近上海地鐵10號線，地下建筑部分離地鐵最近的地方僅僅7米，這對一座音樂廳來說近乎是噩夢——每輛隆隆穿梭的地鐵都會直接影響音樂會的聲效。為此，設計團隊和聲學大師與尹學軍團隊展開了合作研究。
尹學軍親自帶領團隊進行現場實地考察、測試，利用現代化的分析軟件進行仿真分析，與音樂廳和設計院等相關單位充分討論后，提出了一個堪稱大膽的方案——將兩座總重26000噸的音樂廳整體懸浮于彈簧隔振器之上！
這個想法聽起來實在有些異想天開，可是尹學軍團隊卻充滿信心。因為他們已經完成了許多近萬噸重的汽輪發電機組基礎三維彈性隔振工程，這些工程還有高速旋轉的汽輪機引發高頻振動的動力問題，在技術上更加復雜。
“我們用為上海交響音樂廳量身定做的約300只大型彈簧隔振器，將總重達26000噸的大小兩座音樂廳全部彈性支承起來，也就是使建筑“懸浮”在300只大型彈簧隔振器基礎之上。”尹學軍告訴《科學新聞》。
由于地鐵運行以及公路交通產生的振動被彈簧隔振器高效隔離，不會在音樂廳內產生振動噪聲影響，因此，這項開先河的“鋼彈簧整體浮置”技術既能隔振、又能隔聲，從而保證了音樂廳的最佳聲學效果。而這些“神奇彈簧”的支撐也使音樂廳成為了中國第一座名副其實的“全浮”建筑。
2014年9月，上海交響樂團建團135年音樂會在新落成的上海交響樂團音樂廳作為開幕首場演出成功舉行。當著名鋼琴家郎朗演奏的《第一鋼琴協奏曲》的最后一個音符緩緩飄落時，觀眾席上爆發出長久而熱烈的掌聲。
生態而時尚的建筑、高品質的聲學效果、余音繞梁的音樂，這一切給聽眾留下深刻印象的同時，更詮釋出隔而固人用科學服務藝術的理念與初衷。
“音樂廳首演大獲成功，未受到地鐵及環境交通所產生的影響，達到了完美的音質效果與聽覺體驗。尹學軍博士主持設計研發的‘鋼彈簧整體浮筑’隔振技術起到了關鍵性技術貢獻。”上海交響樂團在應用證明中這樣評價隔而固的貢獻。
如今，為了向廣大聽眾和市民宣傳這個科學為藝術服務的典范，上交音樂廳特意將地下室設計成為可以參觀的場所，賓客可以來這里參觀，近距離觀摩這項藝術杰作及其背后的隔振技術。
隔振從不是一個遙遠而陌生的概念，它早已融入我們日常生活的方方面面、點點滴滴。
當你從天橋上通過馬路，當你穿越登機橋進入機艙，當你站在觀光塔頂鳥瞰萬里碧波，當你俯身看臺為喜歡的賽事助威吶喊，當你站在摩天樓頂放眼車水馬龍，當你坐在高雅的音樂廳中聆聽氣勢恢宏的交響樂演奏，當你徜徉在古老而迷人的建筑群中……科技在改變生活，科技在服務人類，雖然它潛移默化，但它卻無處不在。■