——记中国建材总院国检集团首席科学家包亦望

　　本刊记者  吴 彪 
　　
　　
　　

　　
　　2018年1月8日，在北京人民大会堂隆重举行的国家科学技术奖励大会上，由中国建筑材料科学研究总院和下属国检集团共同合作完成的“建筑玻璃服役风险检测和可靠性评价关键技术与设备及应用”项目喜获2017年度国家科技进步奖二等奖（公益类）。这也是项目第一完成人包亦望第三次获得国家科技进步奖。
　　从在国际上首次提出“均强度准则、强度衰减寿命预测模型”，到在国际上率先解决了陶瓷涂层的强度、弹性模量、密度、膨胀系数以及界面结合强度等材料参数的评价与测试难题，再到这次成功解决俗称“玻璃癌症”的钢化玻璃自爆诊断与高层建筑玻璃坠落风险预测的瓶颈问题......包亦望这些年来取得的一个又一个创新突破，都是立足于国家建材检测行业紧迫所需，填补行业乃至世界空白。
　　“很多难题当你攻克之后回过头来看，其实很简单，但它却是一个长期积累的过程。”复杂的事情简单去做，简单的事情重复去做，重复的事情用心去做，长期坚持，自然功成。从事科学研究至今，包亦望一直坚信“大道至简，悟在天成”的道理。令人惊讶的是，这样一名科学家，青少年时期既做过木匠，也当过售货员......
　　

“小木匠”的逆袭：人生永不服输

　　1957年，包亦望出生于江西南城。青少年时期，因为出身成分的问题，他从没敢想过自己有朝一日能走上高考改变命运这一途径。为避免重蹈哥哥、姐姐上山下乡的“覆辙”，在父母的安排保护之下，他中学时期就退学当上了木匠。学徒的日子虽然清苦，但却锻炼了他动手和动脑的能力。两年后，包亦望有机会作为留城青年分配工作到县商业局，起初谋得的是一份在副食品公司卖菜的职务，因为做过木匠擅长手工，他被调到糖烟酒门店，在那里，他迎来了命运的转机。
　　时值国家全面恢复高考时期，备受鼓舞的包亦望下定决心也要试一试。但这对他来说并非易事，仅半年的复习时间，他需要将高一就中断的学业全面拾起，为争取到更多的复习时间，他主动申请值夜班，就这样，不知多少个晚上挑灯夜读，争分夺秒，挑重点，抓诀窍......辛苦的付出终于收获了回报，1978年的夏日，包亦望以当地商业系统第一名的成绩考取了武汉建材工业学院（现武汉理工大学）力学师资班。
　　本科毕业后，包亦望继续攻读硕士，师从老一辈著名力学家王龙甫教授。1985年，包亦望硕士毕业被分配到武汉工业大学北京研究生部当讲师，1988年，对自己专业不断要求的包亦望成为了吴中伟院士和金宗哲教授的学生，开始在中国建筑材料科学研究总院攻读博士学位。仅用2年时间，他就完成了博士的全部课程，成为了中国建筑材料科学研究总院毕业的第一个博士生，此后，包亦望就一直留在了中国建筑材料科学研究总院。一路攀爬象牙塔，追随名家大师，刻苦钻研，对他来说，此间积累的数学和力学基础知识就像是帮助他构建高楼搭建的地基，有了这两个基础学科的扎实助力，攻坚克难才变得游刃有余。无论是解析推导公式还是构建力学模型，他都可以由繁入简，很快进入。
　　1995年，包亦望申请到了德国的洪堡基金。学习结束后，包亦望选择继续回到中国建筑材料科学研究总院，并逐渐完成了从基础研究到实践应用的转型，扎实全面的基础知识和丰富的应用实践让他在材料检测领域大放异彩。鲜花和掌声也接踵而至：他先后于1997年被评为国家跨世纪“百千万人才工程”国家级人选；1998年被授予有重要贡献中青年专家；2000年享受国务院政府特殊津贴；2001年获国家杰出青年基金和中国科学院“百人计划”；2003年获全国留学回国人员成就奖；2007年获英国皇家工程院杰出访问学者称号和英国伯明翰大学“荣誉高级研究员”称号。
　　2011年，包亦望主持完成了我国建材行业第一项由自有知识产权转化的ISO国际标准；2012年获“全国优秀科技工作者”称号；2014年获标准化十佳人物，2015年获得全国劳动模范称号......
　　从一名中途辍学的小木匠、售货员，到成功逆袭成为材料力学专业领域里的著名科学家，温和从容的包亦望在面临选择的时候，充满了深思熟虑后的果决和义无反顾的坚持！他血液里流淌的一些诸如永不服输、敢于奋斗改变命运的基因也为他数十年如一日的科研攻关埋下了坚实的伏笔。
　　

由繁入简：攻坚克难的法宝

　　1935年，比利时在Albert运河上建造的50座焊接桥梁在以后几年内相继脆断；
　　1947年，在加拿大魁北克建筑的桥梁通车27个月后发生严重脆断，虽然更换了局部破坏构建，但该桥仍完全脆断并坠入河中；
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　　砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等脆性材料因其特殊的材料性能被广泛应用到工业、建筑等多个领域中，但当外力达到一定限度时，这些材料会发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形，从而导致严重的事故发生。如果能对这些脆性材料进行力学性能评价，就能有效地避免这些事故的发生。包亦望这些年主要的研究方向就锁定在对脆性材料的力学性能评价研究上。
　　早在20世纪90年代中期，他就跟随导师吴中伟院士和金宗哲教授一起，针对陶瓷、玻璃等脆性材料极限变形小，应力集中强和对缺陷敏感的特性展开了长期深入的研究，富有创新性地在国际上首次提出“均强度准则、等效冲击方法和强度衰减寿命预测模型”等，有效解释了陶瓷弯曲强度的厚度效应和裂纹尖端应力奇异性等疑难问题，并建立了高温陶瓷蠕变和疲劳寿命的实验与计算方法。
　　针对早期陶瓷发动机研究和先进陶瓷常规力学性能评价与质量仲裁技术的需求，他们还建立了一套先进的陶瓷力学性能测试的标准体系，包括陶瓷的弹性模量试验（GB/T 10700）、弯曲强度试验（GB/T 6569）、压缩强度试验（GB/T 8489）、单边斜切口预裂纹法断裂韧性试验（GB/T 23806）以及陶瓷高温弯曲强度试验方法(GB/T 14390) 等系列国家标准，从而奠定了先进陶瓷力学性能评价从无到有的基础。这一系列的国家标准数十年来在国内各大专院校、科研机构和陶瓷检测中心广泛应用至今。其中弹性模量试验方法标准获2009年度中国标准化创新贡献二等奖。这些成果在“陶瓷材料强度学及其评价技术”项目中作为重要部分获得1995年国家科技进步奖二等奖。凭借这一项目积累的成果经验，包亦望成为我国建材行业科研院所中的第一位德国洪堡学者。
　　陶瓷结构材料因具有高强耐磨、抗腐蚀、耐高温等许多优异性能，被广泛应用于航空航天、机械、石油化工和建筑等高技术领域。但它也有难以避开的“硬伤”：陶瓷本身是脆性的，具有“宁碎不屈”的特点牐壑械奶沾杉肮辜菀追⑸环⑿栽帜咽鹿剩视殖晌白畈话踩牟牧稀薄?986年著名的“挑战者”号航天飞机灾难，事故原因之一就是陶瓷隔热瓦与母体界面脱粘后失去隔热能力，导致价值12亿美元的航天飞机瞬间被炸成碎片。
　　如果能对结构陶瓷力学性能做出准确评价，不仅可以保证构件安全可靠，还能对其失效时间做出预测。但由于涂层与基体间难以剥离作为单质材料进行测试，使得相关材料的可靠性评价成为一项国际性难题，一直没有较好的解决办法。其中，难点主要体现在（界面及表面、陶瓷涂层、极端环境）的力学性能评价上，国内外都处于无技术，无标准，无测试的三无状态。随着航天、航空、航海、化工、冶金等工业的快速发展，解决相关难题显得越来越紧迫和重要。
　　需求就是研究动力。在科研责任感的驱使之下，包亦望向着困难一步一步前进。
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　　“科学研究就像漫长的黑夜，而灵感就像黑夜中的一盏明灯，带领我们找到光明。”对包亦望来说，灵感更多时候是长期的积累后的柳暗花明。用十字交叉法突破界面拉伸强度和界面剪切强度测试瓶颈之后，他又根据长期积累实践继续发挥“奇思妙想”， 接连创造了“痕迹法”“球压法”“相对法” “局部受热同步加载法”等，这些看似简单的“雕虫小技”，却解决了工程实践中长期悬而未决的大难题。
　　他提出材料表面局部性能测试的痕迹法和球压法技术，在国际上首次建立了固体材料的硬度—弹性模量—能量耗损率三者之间的解析关系以及陶瓷损伤容限计算，并定义了弹性恢复与能量耗散概念。其中，“痕迹法”类似于“中医号脉”，通过分析试验后样品残余压痕痕迹的形貌和尺寸，推测出的材料力学性能。被Acta Materials评审专家赞赏为“确实是对纳米压痕技术的一个新贡献”。
　　他在国际上首创的相对法评价技术更是他解决测试难题的一个法宝，任何难题总能通过相关性分析找到解决方案，建立难测参数与可测参数之间的解析关系，从而算出难测参数。在此基础上建立了涂层弹性模量、断裂强度、密度、膨胀系数、残余应力等系列涂层性能的测试方法，在多国竞争中以原创性优先形成4项ISO标准，并转化为国家标准，大大提升了中国在国际上话语权和技术引领权，结束了国内外陶瓷涂层性能测试无方法无标准的历史。
　　他发明相对缺口环法解决了超高温极端环境下精密变形测量的国际性难题，在世界上首次成功准确测得材料2000度超高温弹性模量，该技术2016年被ISO/TC 206立项为国际标准（ISO AWI 21713），填补了国内外极端环境下材料性能评价方法和测试仪器领域的空白
　　为了将创新技术向国内外推广应用，包亦望和他的团队一直致力于将技术转化为国家标准和国际标准，在国际领域内发出中国声音，提高和促进相关技术和行业在世界范围内的影响力和话语权。如今，他们利用自主知识产权转化成的国际、国内及行业标准，已被用于上千家陶瓷或玻璃企业以及检测机构的相关产品力学性能检测与分析，产生巨大的社会经济效益。至今共有10项国际标准的核心技术来自中国包亦望，因此获得2014年度国家科学进步奖二等奖。
　　钢化玻璃的自爆被英国建筑师福特斯称为“玻璃癌症”，我国建筑钢化玻璃自爆或坠落事故每年上万起，针对这类城市重大公共安全问题，各级政府部门三申五令，要求城市高层建筑幕墙须定期检测，但是总是因为没有可行的检测手段而无法检测预测风险。
　　面对难题，包亦望和他的团队再次向“玻璃癌症”发起了攻坚之战。他们还是利用相对法思路，寻找灾难发生的相关性根源。针对钢化玻璃自爆风险预测的难题，他们系统研究了钢化玻璃自爆机理和风险预测技术，揭示了钢化玻璃自爆是由于内部杂质在特定条件下引起的应力集中，从而将检测微小杂质转移到检测应力集中点，发明了钢化玻璃自爆源（应力集中点）检测的全新方法和既有玻璃幕墙自爆风险预测的机器人装置。开发了既有建筑钢化玻璃自爆源自动检测方法—光弹扫描法、检测装置和软件，并制订为国家标准GB/T 30020∶2013和多家地方标准，成为评估既有建筑玻璃自爆风险的关键手段，为解决玻璃自爆风险诊断的国际性难题和保证城市建筑安全提供有效途径。同时，证明了虽然幕墙坠落的原因有各种各样，共性的特征与相关性都是固有频率下降，包亦望发明的动态相对法技术能有效地解决了幕墙坠落风险的测试和预报难题。
　　从最初的建立新理论、新技术、新方法，到推动相应技术成为国内外标准，再通过仪器设备这种载体来实现，反过来，自主研发的科学仪器设备又成为激发他新的科学思想的重要工具......包亦望将自己的科研画成了一个“圆”，从而驶进了一个良性循环的学而致用的科学轨道。
　　由于率先解决了“玻璃癌症”的诊断和风险预测难题，包亦望受邀出席了北京市科委和北京电视台2015年“科技盛典人物”。该成果不仅对提高建筑玻璃质量，更对提高城市公共安全，减少灾难事故具有开创性意义。成果受到科技日报、中国科学报等多家媒体的关注报道。成果广泛应用于全国各大城市的玻璃幕墙安全性检测和风险预测，并成为包亦望及其团队荣获2017年国家科技进步奖二等奖（公益类）的主要成果。
　　

人生感悟：简单真实共创未来

　　“艰难困苦，玉汝于成”，鲜花和掌声背后，众人看到的是包亦望的光鲜亮丽，只有他心里最清楚，背后曾经历了多少次迷茫、上下求索。因为有了相对法这个法宝，多次的难题都是通过相对法思路找“关系”（相关性参数）而得以解决。包亦望笑谈材料性能评价方面的科技创新的诀窍为：世上无难事，只要有“关系”。
　　“很多一直悬而未决的难题，在还没有得到解决的时候大家都会觉得很难很难，难以跨越。但我坚信我们就是没有找到一种方法，或者说没有找到相关性的节点，当我们成功找到以后回过头来看，大家都觉得其实很简单，有一种顿悟的感觉。”包亦望被大家称为“点子王”，就因为他总是有一种在毫无头绪、看似纷繁复杂的问题中找到简单应对问题办法的能力。但就算这样，他是付出了十足的努力。“有时候为了一个小公式，花几个月推导都是正常的。”包亦望有很多的笔记本，上面密密麻麻写满了计算公式。
　　“在顺境中不狂妄自满，在逆境中不妥协丧志”成为包亦望成长路上积沉下来宝贵品质，这一品质成为他科研路上克服重重困难的精神动力，使得他从一个成功走向另一个成功。但他心里清楚，成功从来不是一个人、一个团队在孤独前行，而是推动整个行业前行。
　　说到自己的团队，包亦望难掩自豪。从最初的一个人和几个学生到现在经过十几年发展，成为一支专业领域里能够代表国家水平，多项技术世界领先的一支实力强队，倾注了他和所有团队成员的辛勤汗水。对下一代，包亦望总是愿意毫无保留倾囊相授。除了将自己掌握的技术、知识传给下一代，包亦望更愿意将自己多年积累的科研感悟和人生经验授予他们。因为表现出色，2013年，包亦望带领研究团队被评为中国建筑材料科学研究总院“优秀科技团队”，团队成员获得过“国家百千万人才工程国家级人选”“茅以升北京市青年科技奖”“中国硅酸盐学会青年科技奖”“北京市科技新星”和总院“优秀科技新星”等荣誉称号。在包亦望的带领之下，一支新兴的力量，正在崛起。
　　“一枝独放不是春，百花齐放春满园”，从事多年科学研究的包亦望深谙这一道理。为推动无机非金属材料测试技术的学科发展和科技工作者之间的交流，他在2009年发起成立了“中国硅酸盐学会测试技术分会”并担任第一届理事会秘书长。与此同时，他还兼任了ISO/TC206WG8（陶瓷粘结工作组）组长、全国工业陶瓷标准化技术委员会副主任委员、硅酸盐学报编委、Journal of Advanced Ceramics编委等职，为推动行业发展和同行交流做了很多卓有成效的工作。
　　老实做人，认真做事，简简单单走人生。对包亦望而言，“简单”二字最能概括他的科研和人生。虽然经历各种纷繁复杂，但正因为保持这样一颗简简单单的初始之心，让他无论在什么时候都能排除纷扰，专心去做自己想要完成的事情。近几年，他和团队在预应力高强陶瓷研究上又有重大突破，为朝着更深更广的方向发展，包亦望将继续埋头前行。