水利泰斗潘家铮：工程哲学思想漫谈

创新和尽职—工程哲学思想漫谈

潘家铮（清华大学水利学院的演讲稿，2007年3月）

进入21世纪后，“创新”是个非常时髦的名词。确实，一个国家，一个民族如果缺乏创新意识，那么无论如何“发展”，到头来只能跟在别人后面走或爬，永无出头之日。

要创新，特别是技术上的创新，我认为思想上首先要来个解脱，不能墨守成规，不能迷信过去，不能迷信权威。过去的经验和权威应该得到尊重，但不应迷信。因为这些经验在当时是正确的、先进的，在现在也仍是可行的，但并不总是代表最优或最先进，而具有可以改进、提高的地方。甚至有些似乎属于“天经地义”的概念，或是法规、标准规定的要求，都不妨怀疑而深思之，怀疑是创新之母。

笔者是个工程师，而且专业狭窄（水利水电），甚愿就管窥所及，举些例子和想法，以供同志们讨论参考。

01

谈谈混凝土重力坝的开裂问题

土石坝怕漏水，混凝土坝最怕开裂了。“无坝不裂”“坝愈多裂缝愈多”，这些是外国工程师总结出来的名言。有些裂缝确实危害坝的安全，例如由于碱骨料反应产生的解体性开裂，美国德沃夏克和我国柘溪坝的劈头裂缝以及奥地利柯恩勃兰坝的基础部位大断裂等。所以，从建设现代化的混凝土大坝开始，工程师们就一直为“防裂”而进行不倦的努力。人们从原材料、温度控制、保温养护着手，费尽心血。三峡河床和左岸部分坝段的上游面出现了纵向裂缝，被炒作到骇人听闻程度，仿佛是座豆腐渣工程，我们为此不惜工本地进行多层次修补，以满足“万无一失”的要求。

也许受了刺激，因此在第三期施工中，我对工地提了一个近乎苛刻的要求：数百万立方米的右岸大坝能不能不出现一条裂缝，包括表面发丝裂缝。

这次三峡总公司和各参建单位真痛下决心，重新制定和落实严格的管理制度，从原材料、级配、拌和、运输、浇筑、温度控制、保护养护厖全面下手，层层把关，一丝不苟，到了今天，数百万立方米的右岸大坝已近完工，确实没有出现哪怕是一条发丝裂缝。这说明什么？说明混凝土坝体防裂的理论、措施和设计没有错误，更说明事在人为，说明中国人能做到超国际标准的管理水平，足以使看不起自己和心怀不满的批评家哑口无言。但我仔细回思，有两点体会。一是这种认真负责、严格要求、精密管理的作风确实是应该坚持和推广的，有害的裂缝确实应该而且可以防止的。二是是否对每一座混凝土重力坝都要求做到不出现一条裂缝，则值得考虑。

毕竟，各个工程有不同的条件，尤其大量地方中小工程和三峡工程不同。重力坝中的裂缝，有些实际上无害，有些虽有可能演化，但采取措施后可以防止今后向有害方向发展。

我想到国内有许多砌石坝，实际上坝内全是裂缝，有些混凝土坝的纵缝没有灌好，都一样在安全运行。因此对某些混凝土重力坝的设计，也可走另一条路，即保护好迎水面，同时有意留设一些人为的、不予处理的缝，大大松弛温度应力，缓解防裂要求。对一些无害的裂缝允许其存在，不必处理，这样同样可以满足要求。不出现一条裂缝的混凝土坝无疑是一座一流的坝，根据客观条件能以最少投入最快工期完成一座安全运行的坝也是一座一流的坝，不能以“有缝无缝论英雄”。

我的上述谬论可能会引起人们批判。尤其是，20世纪在“左风”盛行之下，有所谓“打倒一切，怀疑一切”“破字当头立在其中”这种提法，打倒了权威，破除了制度，造成了严重恶果，甚至达到无法无天程度，至今余悸犹存。我今天所述，是不是又在为“怀疑一切”造舆论？其实，20世纪的“左风”对我的伤害极大，我决不会赞成那种近于无知的做法。但是，我深信一切事物都在不断变化、发展、前进，创新是人间正道，“不迷信现有的一切”是不会错的，和过去“左风”不同之处在于：必须经过审慎的思考，进行艰苦深入的探索钻研，有确切的科学依据，才能谈得上“破”。

例如，上面举的土石坝渗漏的问题，如果你对渗漏机理茫然不知，如果你未做出渗流分析确定流线、流量、水头、坡降，如果你未查明沿途的材料介质特性，如果你未设置合理的监测设施取得可信成果，不能对今后发展提出预测，也没有可以补强的手段，那么你无论有多么美妙的设想，一切免谈，仍然按照“滴水不漏”的要求去做吧。

02

我不在乎100%的强度合格率

如果有两个施工单位，都在施工混凝土工程。一个单位浇出来的混凝土的强度100%超过要求，即强度合格率（或保证率）是100%，另一个单位却只有50%，意味着有一半混凝土强度不合格，哪一家的质量更好些，更让人放心呢？这似乎是个傻子提的问题，当然是前者了。但问题并不像表面那么简单，值得再探索一下。

混凝土是由各种原材料（水泥、水、粗细骨料、掺合料、外加剂?）按一定的“配合比”拌制而成的人工材料。即使严格控制原材料的质量、执行规定的配合比，生产出来的混凝土也不可能绝对均匀。取样做成试件，试验出来的强度一定会有出入。不但不同拌和楼、不同批次生产的混凝土强度会有不同，就是从同一批的混凝土中取样做成几个试件，其强度也会参差不齐。要反映混凝土的强度，通常规定在若干立方米混凝土中取多少组试件，用它们的试验平均值作为代表。如果平均值低于设计强度（标准值），当然不合格了。但即使平均值等于设计强度，既称为平均，就意味着大致有一半的试件强度达不到要求（另一半则超过要求），这似乎不可接受。所以规范上：①要求试件的平均强度比设计强度高某个值；②要求试件的最低强度不得低于某个值。因此，施工单位实际采用的配合比，总使混凝土的平均强度比设计值有所“超强”，以满足上述①和②的要求。显然，超强愈多，愈易满足要求。

但为了满足条件②，还有个途径，就是减小强的离差系数Cv（或标准差σ）。Cv（σ）反映各块试件强度偏离平均值的程度，此值愈小，表示混凝土的质量愈均匀（如果Cv或σ值为0，表示绝对均匀），这才是反映施工管理和质量控制水平的一个指标。规范中也以标准差描述混凝土的生产质量水平。

只要控制住上述①、②两条，就控制住了混凝土的强度质量。但还出现了一个所谓“混凝土强度合格率”的指标，即试件强度不小于设计强度的百分比，而且施工单位常以强度合格率高，甚至达100%自夸。为什么要考核强度合格率呢，据说为了“避免出现标准差达到优良而强度合格率很低时误评为较高水平”。照我看，这纯属多余。要知道，只要试件强度稍低于设计强度，都归为不“合格”的，不科学，也缺乏实际意义。

放开来想，如果一个施工单位的管理水平极高，能使。值很低，它不搞超强，按设计强度作为平均强度生产混凝土，结果有一半试件强度略低于要求，有什么可怕呢？它的“最低强度”完全满足规范要求，而设计中为了考虑材料强度的不均匀，早已留有足够的安全度，“强度合格率低”又有什么影响？当然，我这么说不是主张修改规范，不要超强，由于影响混凝土质量的某些因素不是完全能由人掌握，σ值不可能达到很小，在施工中规定适当超强，是必要的。我只是说，如果有另一个单位，管理水平很低，但它通过大量超强可以使强度保证率达到100%，这两个施工单位谁的质量更可信呢？

有知情人士讲了，不论怎么说，后者的试件强度个个超过要求，总是更好些。

至于它为了提高强度保证率，超强较多，那是它的选择，反正付出的代价由它承担。话可不能这么说。超强不但意味着增加投入，也意味增加原材料和能源的消耗，换来无用的“安全裕度”，对国家来讲是不利的；而且水泥用量大了，水化热高了，更容易开裂。相应的弹性模量也高了，有时也产生不利影响。再说，一个施工单位浇出来的混凝土质量如此大起大落，很有可能发生事故，给建筑物带来危害，你能放心？

所以，我们不要把强度合格率当作重要的指标看待，只要平均强度和最低强度达到规范要求，同时Cv值又低，就是优秀的施工单位，就是我们希望得到的成果。

03

不要吃错补药

五十年前，我刚参加工作时，有一位同志出差去吉林，看到药店里有一支老山人参，由于采掘时伤了外形，在廉价处理，他就买了下来。回到招待所，同志们都笑他花钱买了没用的东西，他一怒之下，就将人参炖了汤喝，连参体都嚼了进肚，心想，好歹是补品，吃下去对身体总有好处。不意第二天双眼发白，全身不适，送到医院，医师束手，最后还是找了位土大夫，让他服了许多萝卜籽才脱离险情。我们身边不是也经常有人为了“补身子”，大服补品和保健品，结果身体未见更好，反倒“上火”，目赤喉肿，口角生疮。可见人参虽补，保健品很贵，但服得不得法，有害无益。这种傻事，工程师也是常常干的。

譬如说：有些水工建筑物承受较高应力，或要泄洪排沙，为保安全或延长使用期，就一味提高该部位的混凝土标号，或大量掺加硅粉等，强度是上去了，但发热量过高，“上了火”，表面大量开裂，反而影响整体性，给水流以可乘之机，倒不如在混凝土中加些纤维，表面上铺层抗冲耐磨材料为好。

对大坝的地基，一般都要进行处理，这当然是必要的，但应有的放矢，区别对待。有些同志，不问地基基岩质量好坏，承受应力大小，一律进行固结灌浆，连厂房的地基也要全面固结一次。其实，如果地基承受的应力不高，天然地基条件也良好，能承受这些应力，又何必“进补”呢？可能有同志认为，灌一下浆总比不灌好，这也和吃点补药总对身体有好处的想法一样。要知道，地基基岩内的天然节理是排水通道，不分青红皂白都将它封堵，把渗流水整在里面，并非好事，也可能会“上火”的。

还有些同志总希望把大坝建在最好的基岩上，将河床和两岸挖了又挖，要求挖到新鲜基岩，有时也是得不偿失的。好好的狭窄的V形峡谷，被挖成宽阔的梯形，如果修建拱坝，跨度大增，水荷载、应力、变形都随之增加，不论对坝体变位、应力和稳定都没有好处。

实事求是、区别对待和综合考虑，是我们永远应该遵循的原则。

04

水坝做到滴水不漏好不好

搞水利水电工程，不免要筑坝建库。建成后当然不希望发生渗漏。特别对于修建在覆盖层上（或对坝址有极不利的地质条件）的土石坝，这个问题尤为突出。

如果建坝后能做到滴水不漏（包括通过坝体、地基和两岸），一定会赢得人们的赞扬。但这是否就是最优解，就是我们应追求的终极目标呢？

原来自由奔流的河水，无端被大坝拦阻，她是不会认输的。在被迫抬高水位以后，她会不断地、千方百计地寻找孔隙或创造条件形成通道往下游渗漏。工程师则采取各种有效措施进行堵截，不能全部截住则将渗漏水集中排除，防止其捣乱。从水坝挡水之时起，这场防渗与反防渗的斗争就将永远较量下去。

我在20世纪80年代曾参观过欧洲的一座坝，这是一座用冰磺土修建在深厚透水地基上的土石坝。最深的印象是渗漏量大，坝前库水位很低，而进廊道仍需雨衣马靴，坝下还有“潺潺流水”，如果是我设计修建的坝，我心里一定不舒服。这座坝放在中国可能被戴上“病坝”的帽子。但陪同我们的外国专家说，这地方的条件就是如此，防渗工程就视条件做到适可而止。现在的漏水一不影响工程的功能，二不影响安全，管它干什么。看来富得流油的西欧工程师在考虑钱的问题时比我们这些穷措大还抠门。

我们眼中的“病坝”也许是他们的“最优解”。

仔细想想，他们的说法也有道理，如果渗漏水量不影响枢纽的基本功能（例如漏水量不影响供水、发电等功能一其实该坝库容不大，漏水量对其功能还是有影响的，他们用水泵把渗漏水再抽上去解决），渗漏过程也不影响安全（扬压力、渗透比降、流速厖都在许可范围内，不致产生机械或化学管涌），也不影响工程运行（例如地下厂房的运行和电气绝缘），那何妨让工程与渗漏水“和谐共存”呢？

但是，这里有一些先决条件。例如，你要证明渗漏水不影响工程安全，就必须对渗流的机理有所掌握：水是如何入渗的、通过什么渠道、沿什么途径下渗、沿程的坡降、流速和地质条件、沿程的水质变化过程厖如果对此不清，黑箱作业，又怎能保证渗漏不影响工程安全呢？其次，安全是个动态概念，今天安全并不意味今后安全，因此你还得掌握状态的发展趋势，有可信的预测，有合理的维修制度，有完善的监测手段，有必要时补救或抢险措施。没有这些，就不能得出渗漏不影响安全的结论。

如果上述条件都得到满足，那么这就是一个“可行的”方案。在此基础上，增加投入，可以削减渗水量，如何取舍，成为投入与效益之间权衡的问题。所谓效益，包括经济上的效益（增加供水量、发电量?），也可以包括非经济效益，例如“影响”问题或“面子”问题厖非专业的人来参观，总认为渗漏水大不是好工程。这样看来，究竞什么是最优方案，就有相当的模糊性了。

总之，一般来讲，“滴水不漏”不一定是个最优方案，它不仅意味着过多的投入，而且会使防渗体系承受过大的压力，不如网开一面为好（就像蒸汽锅炉留个减压阀一样），滴水不漏还会全部切断对下游和两岸的补水，导致某些生态环境后果，这样看来，还是让我们放弃对“滴水不漏”的追求吧。

05

依法、尽职，不一定有利于全局

随着社会进步和科技发展，分工愈来愈细。不论是拥有行政管理权力的政府系统，还是某一单位、企业厖都有自己的职责分工，各部门、各职工依照法律和规章制度，各负其责，各尽其职，各把其关，依法治国、行政、办事。医生不应去管农民种些什么作物，飞行员也不会过问水利工程师建什么坝，这似乎是毋庸解释的道理。中国不是有句成语：“各人自扫门前雪，莫管他人瓦上霜”吗？

但是，社会是复杂的，各种关系也未必能分得很清楚，各人门前的雪当然应该自扫，但你扫清了门前雪未必就能安全出行，因为有人并未扫他的门前雪，甚至把石头堆到马路上去呢！因此，必要的时候，对别人的门前雪甚至瓦上霜也得关心过问一下。

举个简单的例子：如果城里有个菜市场脏、乱、差，有关部门是要查处以至取缔的。取缔后如果菜贩们转移到马路边去销售，就更影响交通安全、卫生和市容了，警察是决不容许的，定要驱赶、处罚。这完全在他们的职权范围之内，谁能说他们管得不对。但这么一来，老百姓买菜困难了，许多人的生计断绝了，农民的收入降低了，还引起人们对民警、对政府的不满，甚至酿成大事，导致社会的不稳定。

单纯的取缔、驱赶没有解决本质问题，引起许多后果，警察又不能不执法，怎么解决这个矛盾呢？也许较好的办法是由政府安排建设一批文明、卫生、廉价的菜市，加强管理，建设和管理费用由政府掏，不收或只收极低的摊位费。当然，警察并没有这方面的职能，也没有力量去建菜市，但如果市政部门、人大代表、政协委员失了职，警察是否在执法（取缔、驱赶）的同时，也可以“越俎代庖”地出主意、提建议甚至发警告呢？因为他们是最接近老百姓和菜贩子的人啊，不能说这是别人瓦上霜，不关我的事，而任凭事态恶化啊。

也许警察驱赶小贩的事离工程远了些，那我们就谈些近事，就说说去年的“环评风暴”吧。国家环保总局一口气叫停30项重大能源、电力建设项目，因为这些工程的《环评报告》尚未通过，而已开工或进行开工准备，属于非法施工，所以一律叫停。这在环保部门的职权之内，依法叫停，谁说不应该。但深入想想，疑虑很多。叫停这么多的大电力建设项目，如果造成今后电力供应严重短缺，影响国家发展和人民生活提高，怎么办啊？当然，你可以说这不关我事，是“发改委”的责任，可是影响了国家发展，每一个中国人都遭殃啊。其次，叫停的首先是大水电项目，水电是清洁的可再生能源，叫停水电，就只能代以烧煤，增加燃煤污染，这一笔账应不应该算呢？第三，也叫停了一批大煤电，而这些大厂都安装了采用新技术的巨型机组，能耗低，治污要求严；叫停大煤电，人们被迫只能修建或重新启动已关停的低效高污染的小电厂，甚至家家户户买一台小发电机自供，安全和污染问题更不可问，岂不和环保要求更加背道而驰吗？而这些环保总局都是不过问的，都属于“他人瓦上霜”。说句扫兴的话，你执法把关愈严，环境污染就愈厉害。

当然，我绝不是要人们不去尽职把关，中国目前的严重问题正是有许多部门、职工没有尽职。我只是建议在尽职的同时，对问题做些更深入的思考。

环保总局要执法，他也不能代替“发改委”，更无权干涉人们自购小发电机，那么矛盾怎么解决呢？我认为，首先有关部门要尊重环保法，对大小工程都要注意解决好环保问题，并依法报批办事：另一方面，环保部门也要了解国家发展和能源供需大局，主动沟通，及时提醒，多出点子，协助解决问题。不要坐等审批，甚至人家早已报送了《环评报告》，有意拖而不批，来个集中“叫停”，制造“风暴”以显示“权威”，这就简直在“作秀”了，但受伤害的可是国家啊。

06

和稀泥的解决方案不是正确的答案

上面提到环保风暴，不免想到不久前上演的“圆明园防渗”事件。这是一幕演出精彩的剧本，演员们的表演堪称出色，结局基本上是大团圆，充分代表了中国式解决问题的办法。

圆明园是位于北京海淀区的皇家园林遗址。这座有名的园林以水面景观为主。从未听说过当年有干涸的问题，想来那时地下水位很高，补水水源也十分充足。英法侵略军烧毁了她的建筑，抢夺了她的珍宝，却掠走不了湖光波影。随着北京人口的无限增长和无节制的用水，地下水位剧降，湖水渗漏干涸，遗址景观无存，也影响国家声誉。圆明园管理处只好向北京市买水灌湖，价高不说，由于水源异常紧缺，每年只能买给一二百万立方米的水。对这点珍贵的水当然不能再让它迅速漏掉，于是管理处在湖底试铺一层土工膜减少渗漏，就是这么个简单事实。

接着，2005年3月29日有位教授向《人民日报》呼吁，说圆明园这种防渗做法是一场“生态灾难”“彻底伤害了圆明园的命脉和灵魂”，这种惊人的提法起了“爆炸性影响”，轰动全国。但有点常识的人不能不怀疑：圆明园面积在北京市地图上不过瓜子般大小，一二百万立方米的湖水少渗入地下一点，怎么会导致一场生态灾难呢？就算让它全部渗进地下，能提高地下水位一厘米吗？难道任其干涸倒保留了圆明园的命脉和灵魂？导致北京的水环境、水资源灾难的罪魁祸首，怎么说也不应归咎于这层湖底薄膜吧。

一些报刊媒体闻风而动，这是个难得的题材，正可充分炒作，越说越玄。以至有些人把土工膜当作有毒有害、破坏环境、像核废料一样的可怕的东西。小小的圆明园防渗工程新闻能席卷全国，不能不说是媒体大力炒作的功劳。

对于环保总局来讲，更是个天赐良机。这个工程并未履行环评手续，圆明园又是个著名地方。于是在3月31日就严厉叫停（中国其他部门也有这么高的行政效率就好了），责令提出《环评报告》报批，充分显示其权威性（客观地说，这是件好事，提醒有关部门，工程不论大小，后台不论软硬，涉及环保问题必须依章行事，没有例外）。

原来承担“环评任务”的单位可能嗅出这个小工程的背景复杂，决定对这种吃力不讨好的“鸡肋工程”采取婉拒、退出的做法，也深符“明哲保身”之道。当然还是有一家大学勇于承担，看来他们应对复杂情况的能力较强。当时，我有个估计：这家大学如有些责任感，不会否定土工膜，但他们如想在继续干这个行当，也不会完全同意原方案。这不是我有诸葛亮之明，这是大环境决定了的。

三个月后一份全面的《环评报告》完成了，堪称名作。它首先指出：要防止圆明园生态系统退化，发挥遗址公园功能，在水资源又紧缺的情况下，圆明园必须采取补水、节水的综合措施，承认防止过度渗漏是节水措施之一。然后确认土工膜性能稳定，无毒无害，对人体健康和环境、水源不构成威胁，铺设防渗膜能部分恢复水生生态系统和水域景观。最后笔头一转说，土工膜虽可行但非最优，用黏土防渗可以保持一定的渗透水量，对环境更“友好”，于是对原方案大改大削，用黏土代替大部分土工膜。这真叫人啼笑皆非。要保持一定的渗透水量，在土工膜上穿几个孔不就得了，值得这么大动干戈？

报告上报后，环保总局还召开“听证会”，足见其重视。对于听证会，主持人宜极其公正、毫无先入之见，善于引导，才能取得好的效果。遗憾的是会上发言不冷静，某种气氛压制了不同意见，未能公平、冷静地交流讨论。也许有所预计，许多理应出席的部门（水利、文物、园林）和专家都回避了。

总之，这场“风暴”很快结束了，一切似都美满。“发难者”成功地引发一场风暴，出了名。媒体热炒一场，既表示他们关心环保大局，也增加了报刊销路。环保总局行使了职权，体现了权威，还开了个办听证会的好头。环评单位提出了四平八稳的报告，既不否定原方案，又在实际上否定了它，不辜负这场“风暴”和环保界的委托与信任。可说是皆大欢喜。唯一有些遗憾的是圆明园管理处吧，既耽搁了工程，还得花钱拆掉已铺的土工膜，再去购买15万米3的黏土来做更“友好”的防渗层一—好在反正由政府买单。另外吃哑巴亏的就是被挖走15万米3黏土而遭破坏的耕地了，这就更没有人为它说话，更不要说引起“风暴”了。

听证会后似乎也有一些人对之质疑，当然，环保总局是不会像对待“风暴”那样感兴趣而予以置理的。在报刊上，我阅读面窄，只看到刘树坤同志写了一篇很中肯的文章（见《水利水电技术》2006年第2期，本文上面所述多取自该文）。其中最引起我兴趣的是下面这段描述：

最近笔者去圆明园现场考察，在2003年圆明园采用防渗膜的试验工程中，只经过一年半的时间，水生生态系统已经恢复得相当好，不仅生长繁盛，而且莲、萍、水草种类多样，大小鱼儿成群，水鸟、昆虫都可以看到，湖水清澈，与周围因停工而裸露的湖泊形成了鲜明的对比。还怀疑和反对使用防渗膜的朋友不妨到现场去考察一下。

我觉得这几句话比什么“风暴”“炒作”“环评报告”“听证会”厖更使我信服。

最后一句话：和稀泥、面面俱到、各取所需的解决方案，也许在今天的国情下是可行的，但绝不会是最优的，甚至是不正确的。

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