隨著我國(guó)建筑玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用，建筑玻璃自爆與墜落導(dǎo)致的安全事故和問題日益凸顯。事故頻發(fā)引起了各級(jí)政府部門的高度重視，以往大多是事后統(tǒng)計(jì)已有的破損，無法預(yù)測(cè)既有建筑玻璃潛在風(fēng)險(xiǎn)。

鋼化玻璃自爆，俗稱“玻璃癌癥”，是既有玻璃服役安全中最普遍但又最難以檢測(cè)、“無法治療”的國(guó)際性難題。針對(duì)建筑玻璃服役安全評(píng)價(jià)的瓶頸問題，中國(guó)建材集團(tuán)旗下中國(guó)建材總院所屬國(guó)檢集團(tuán)首席科學(xué)家包亦望敢為天下先，以提升其服役安全和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)為目標(biāo)，突破了國(guó)內(nèi)外建筑玻璃行業(yè)百年難題。他主持完成的項(xiàng)目“建筑玻璃服役風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)和可靠性評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備及應(yīng)用”榮獲2017年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

科技創(chuàng)新，讓風(fēng)險(xiǎn)可以預(yù)測(cè)

包亦望根據(jù)玻璃的本征脆性和“寧碎不屈”的特點(diǎn)，認(rèn)為要解決這種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)問題，首先要搞清楚自爆機(jī)理和影響因素。包亦望團(tuán)隊(duì)的研究，最初是從尋找硫化鎳開始的。

玻璃里的硫化鎳雜質(zhì)直徑只有0.1~0.3毫米左右，肉眼基本看不見，用放大鏡或掃描儀檢查微小雜質(zhì)極為困難，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)更加困難。為了確定雜質(zhì)缺陷的性質(zhì)，團(tuán)隊(duì)首先收集大量的鋼化玻璃自爆后的殘片，并取出自爆源的部分玻璃進(jìn)行斷口分析，每一個(gè)自爆源斷口都能找出一個(gè)微小的雜質(zhì)。在對(duì)大量的雜質(zhì)進(jìn)行成分分析后，包亦望團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，除了大家熟知的硫化鎳，還有從未被發(fā)現(xiàn)過的單質(zhì)硅、氧化鋁等雜質(zhì)顆粒。這些并不會(huì)發(fā)生相變的雜質(zhì)顆粒由于膨脹系數(shù)與玻璃不一致，在升溫或降溫過程中也會(huì)引起雜質(zhì)顆粒與玻璃之間的擠壓，這種擠壓達(dá)到一定程度就會(huì)導(dǎo)致玻璃局部應(yīng)力超過玻璃局部強(qiáng)度而破裂，從而發(fā)生自爆。因此，鋼化玻璃的自爆是由硫化鎳、單質(zhì)硅等雜質(zhì)擠壓周邊玻璃并產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致的一種脆性材料力學(xué)和斷裂力學(xué)的現(xiàn)象。從力學(xué)的角度來分析和解決問題，這是固體力學(xué)專業(yè)出身的包亦望的強(qiáng)項(xiàng)。

利用材料力學(xué)基礎(chǔ)和脆性材料臨界破壞的強(qiáng)度模型，包亦望建立了鋼化玻璃自爆的破壞準(zhǔn)則和自爆條件，證明了鋼化玻璃自爆不僅僅是因?yàn)槲⑿☆w粒雜質(zhì)，還因?yàn)樾☆w粒雜質(zhì)剛好位于鋼化玻璃的拉應(yīng)力區(qū)。如果雜質(zhì)的膨脹系數(shù)比玻璃大，它將在升溫過程擠壓玻璃，反之，在降溫過程產(chǎn)生界面擠壓。顯然這些擠壓都會(huì)引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致鋼化玻璃自爆。

雖然用光學(xué)或肉眼檢測(cè)微小雜質(zhì)極為困難，但是查找透明材料里面的應(yīng)力集中卻是一件容易的事。包亦望團(tuán)隊(duì)的研究思路因此發(fā)生了根本改變，從查找高層建筑玻璃自爆源雜質(zhì)到檢測(cè)自爆源雜質(zhì)引起的應(yīng)力集中，通過揭示鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒與周邊應(yīng)力場(chǎng)分布的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)自爆的根本原因在于玻璃內(nèi)部拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中。

包亦望團(tuán)隊(duì)通過分析鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒種類、形貌、尺寸、分布位置對(duì)應(yīng)力集中的影響，獲得了鋼化玻璃自爆風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的影響系數(shù)及劃分標(biāo)準(zhǔn)，提出自爆準(zhǔn)則，并開發(fā)了鋼化玻璃自爆源自動(dòng)檢測(cè)方法，研制了國(guó)內(nèi)外首臺(tái)透射式和反射式光彈掃描儀。該技術(shù)被制定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30020，成為評(píng)估鋼化玻璃自爆風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵手段。技術(shù)還可推廣至玻璃生產(chǎn)線或幕墻安裝前的鋼化玻璃自爆源排查，為建筑玻璃及玻璃制品的安全使用提供了科學(xué)、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)理論及無損在線檢測(cè)方法。

包亦望團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了“動(dòng)態(tài)相對(duì)法”預(yù)測(cè)建筑玻璃墜落風(fēng)險(xiǎn)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn);開發(fā)了幕墻玻璃墜落風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)儀，自動(dòng)識(shí)別幕墻墜落風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，數(shù)據(jù)無線傳輸，創(chuàng)新技術(shù)還具有普適性，也可推廣到陶瓷幕墻和石材幕墻等外圍構(gòu)件的服役安全檢測(cè);研制出一種可用于檢測(cè)高空建筑幕墻的機(jī)器人裝備——玻璃幕墻安全檢測(cè)智能機(jī)器人，解決了高層建筑玻璃幕墻檢測(cè)人員高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)難題，實(shí)現(xiàn)了玻璃幕墻安全智能化、自動(dòng)化檢測(cè)，破解了以往“蜘蛛人”高空對(duì)幕墻檢測(cè)的危險(xiǎn)難題。

建筑玻璃應(yīng)用中另一個(gè)突出的問題是服役中空玻璃密封失效而導(dǎo)致建筑不節(jié)能并容易造成外片玻璃脫落，建筑玻璃從高層建筑上脫落到地面是比自爆更加危險(xiǎn)的一種災(zāi)害。我國(guó)中空玻璃產(chǎn)量和使用量全球第一，中空玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量及其服役性能檢測(cè)至關(guān)重要。該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了無冷媒中空玻璃結(jié)露試驗(yàn)儀等系列10個(gè)類別的耐久性檢測(cè)設(shè)備，建立了耐久性評(píng)價(jià)技術(shù)體系，率先建成了世界上最大的、可年檢1800個(gè)中空玻璃單元體耐久性檢測(cè)服務(wù)平臺(tái)，獲得美國(guó)中空玻璃認(rèn)證委員會(huì)和北美中空玻璃協(xié)會(huì)的國(guó)際認(rèn)可和驗(yàn)證，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

對(duì)于服役中的中空玻璃，包亦望揭示了其氣密性和受力變形之間的關(guān)系，即中空層漏氣之后受力和變形均集中在受力作用的那一片玻璃上，從而降低了中空玻璃承載性能，增大了受力較大的外片玻璃破裂或墜落的安全隱患。發(fā)明了“撓度比較法”現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)中空玻璃密封性能是否失效的檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)中空玻璃的安全性能，為建筑玻璃安全服役和災(zāi)難事故的預(yù)測(cè)提供了全新的技術(shù)手段。

負(fù)重前行，榮譽(yù)與社會(huì)責(zé)任

科研成果只有大力推廣應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值。該項(xiàng)目成果應(yīng)用的三年期間，包亦望團(tuán)隊(duì)完成了全國(guó)數(shù)百棟大型建筑的既有建筑幕墻玻璃的自爆風(fēng)險(xiǎn)和安全性評(píng)價(jià)檢測(cè)，為國(guó)內(nèi)外4000多家企業(yè)開展了中空玻璃耐久性檢測(cè);制定了10項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)全國(guó)多個(gè)省市均采用本項(xiàng)目技術(shù)制定地方標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目成果在創(chuàng)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)社會(huì)，提升城市建筑節(jié)能和公共安全的社會(huì)公益方面得到社會(huì)高度認(rèn)可和評(píng)價(jià)。這大概就是包亦望說過的“所謂公益性，所追求的不是考慮做一件事能掙多少錢，而是考慮不做這個(gè)事將造成什么樣的損失”。

包亦望繼承了老一代科學(xué)家熱愛祖國(guó)、刻苦鉆研、獻(xiàn)身科學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)，并不斷探索創(chuàng)新，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、構(gòu)件失效分析和儀器研發(fā)等領(lǐng)域開發(fā)出具有重要實(shí)用價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的科技成果，如發(fā)明相對(duì)法評(píng)價(jià)技術(shù)，解決了陶瓷涂層的彈性模量、殘余應(yīng)力、強(qiáng)度、密度、界面結(jié)合強(qiáng)度、膨脹系數(shù)等性能測(cè)試難題以及特殊條件下的性能評(píng)價(jià)，并制定系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外陶瓷涂層的性能評(píng)價(jià)和測(cè)試技術(shù)的多項(xiàng)空白;發(fā)明了十字交叉法測(cè)試常溫和高溫界面拉伸強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度以及界面疲勞損傷的方法和裝置，該測(cè)試技術(shù)成為我國(guó)無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化的第1項(xiàng)和第2項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);發(fā)明局部受熱同步加載法、相對(duì)缺口環(huán)法等測(cè)量超高溫極端環(huán)境下的力學(xué)性能，并研制出世界上首臺(tái)超高溫極端環(huán)境力學(xué)性能試驗(yàn)系統(tǒng)，用于航空、航天等領(lǐng)域的極端環(huán)境的性能測(cè)試，獲2014年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。迄今已有9項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(6項(xiàng)已發(fā)布)的核心技術(shù)來自中國(guó)的包亦望，并被國(guó)內(nèi)外相關(guān)測(cè)試和研發(fā)人員廣泛應(yīng)用。

2015年全國(guó)勞動(dòng)模范和先進(jìn)工作者表彰大會(huì)上，包亦望榮獲全國(guó)勞動(dòng)模范稱號(hào)，受到國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的親切接見。誠(chéng)如意大利著名作家拉·喬乃尼奧里所言，“勞動(dòng)是產(chǎn)生一切力量、一切道德和一切幸福的威力無比的源泉?！眰€(gè)人的理想總是與祖國(guó)的命運(yùn)息息相關(guān)，勞動(dòng)者只有將一己的快樂融入民族振興和國(guó)家富強(qiáng)的偉大事業(yè)，才能真正實(shí)現(xiàn)個(gè)體價(jià)值與幸福的最大化。用自己的勞動(dòng)為自己熱愛的事業(yè)而忘我奉獻(xiàn)從而為更多的人服務(wù)就是世界上最幸福的人。