2019年,离综合科研楼600米的地铁16号线二期全线将会开通,北大内精密仪器将面临两面夹击的窘境 。北大实验室与设备管理部环境保护办公室主任张志强认为,如果不采取更多减振措施,形势不容乐观 。
面临地铁振动干扰的科研单位不止北大 。采访人员了解得知,清华大学、中国科学院、复旦大学、南京大学、首都医科大学、郑州大学医学院也曾遭遇相似困境 。中国科学技术大学、浙江大学、南通大学周边即将修建地铁 。
城市里越来越密集的地铁网络、科研机构中越来越灵敏的精密仪器,都是中国经济社会快速发展的标志 。可当高精尖仪器遇上地铁线路,谁该避让,成了难以调和的矛盾 。
规划后的2020年北京地铁线路网 。
地铁振动的蝴蝶效应
一条条地铁轨道正在北京快速生长 。到2020年,它们的总里程将有近千公里 。高峰时期,近千辆列车将同时在轨道上飞驰 。
在运载乘客的同时,这些重量超过100吨的列车,也成了一个个巨大的振动源 。振动通过钢轮、钢轨、隧道和土壤,像波纹一样扩散到地表,进入建筑物内 。
很少有人注意到这种振动给城市带来的影响 。北京交通大学轨道减振与控制实验室是国内较早开展研究的团队 。他们测试的数据显示,10多年间,北京市离地铁100米内的地层微振动提高了近10倍 。
交通带来的微振动强度虽不算大 , 但持续时间长,影响隐蔽不易被发觉 。它曾让捷克一座古教堂出现裂纹继而倒塌,曾长期影响巴士底歌剧院的演出效果,也曾干扰英特尔公司在集成板上雕刻纳米级电路 。
在地铁激荡起的振动中,对精密仪器干扰最严重的是低频振动 。这种振动波长很长 , 不易在土层中衰减 。北大环境振动监测与评估实验室主任雷军,曾和学生拎着地震仪 , 测量过北京多条地铁线路,他们发现,在精密仪器更敏感的低频范围内,离地铁100米内地表振动强度比没有列车通过时高了30~100倍 。
对北大和清华的精密仪器来说,地铁几乎意味着“灾难性打击” 。
地铁开通之前 , 在这两所中国最著名的高校 , 因公交和铁路引起的环境振动 , 已逼近甚至超过某些仪器规定的安全值 。不过,因为这些仪器在制订正常使用环境振动要求时留有富余量,绝大部分仍能正常工作 。临近的地铁线一旦开通,两所大学中对振动敏感的精密仪器,很可能无法在最高精度下正常工作 。
有学者认为,这造成巨大的浪费 , “花100万美元买回来的仪器,只能当10万美元的用” 。
许多仪器的使用者并不知晓,地铁振动会影响仪器 。曾有同事找到雷军,抱怨实验室一台测量岩石年龄的精密仪器突然不正常了 。这位老师叫来厂家,左调右调,愣是修不好,厂家也摸不着头脑 。
雷军问:“什么时候开始不正常的?”对方说:“从2009年开始 。”事实上,并非仪器坏了,而是地铁4号线开通后,振动干扰了仪器 。
“国内研究地铁振动问题的专家,包括设备厂商,总共不到百来人 。”北交大副教授马蒙感慨 , 这是一个非常小的学术圈子,其中大部分专家还在同一个微信群里 。
10多年来,雷军一直在各种场合呼吁关注地铁振动问题 。作为九三学社社员,他多次写建议书希望向全国人大反映这一问题 。一有机会 , 他便向不了解的学者和学生科普地铁振动的影响 。
在很长一段时间内,原本搞地震学的他,一门心思扑进这个冷门的学术领域 。家人常劝他 , 别“不务正业” 。
在雷军看来,这个领域相当重要 。他敲着桌子问:“中国正经历工业化转型 , 可为什么这些年我们的科技成果都是大块头的?一些核心电子元件 , 包括芯片、光刻机、光栅薄材等许多领域零部件的加工,为什么即便我们买回了国外全套生产线 , 也造不出一样的东西?很大一个原因就是环境振动超标 。今天我们已经能生产粗犷的工业品 , 我们的短板主要在精度上,一小一精就不行 。”
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