五月的校園草木蔓發(fā)，蘭州大學(xué)榆中校區(qū)高遠樓的實驗室里，三位少年正不舍晝夜，一遍一遍計算數(shù)據(jù)，設(shè)計結(jié)構(gòu)、搭建模型、試驗荷載、優(yōu)中選優(yōu)，為全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽緊張準(zhǔn)備著。

2014年，由蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院武生智教授帶隊、王亞軍擔(dān)任指導(dǎo)教師首次組建隊伍代表學(xué)校參加“第八屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽”并獲得三等獎，此后學(xué)校連年在該比賽中獲得佳績。2023年，該團隊以作品“凝力菁工”再次斬獲全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽二等獎，并榮獲大賽“優(yōu)秀組織獎”。

“從零開始的探索與琢磨”

萬事開頭難。在參賽的最初幾年，隊員們面臨的最大問題是缺乏豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗與工藝制作經(jīng)驗。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，桿件的制作最為基礎(chǔ)，也直接關(guān)系著模型的質(zhì)量與荷載，只有模型質(zhì)量越小，承載的荷載越重，得分才會越高。最初制作桿件時，隊員們直接用四條寬1厘米的竹皮粘接形成長方體桿件，這樣的桿件不僅竹皮本身質(zhì)量重，粘接所需的大量膠水也會增加桿件的重量。

而且一旦粘接不夠牢固，稍微施壓就會破壞模型結(jié)構(gòu)。在這個過程中，隊員們?nèi)諒?fù)一日地制作模型與思考產(chǎn)生了新的靈感。“有一天，我突然想到可以把薄的竹皮用刀背劃出折疊線，沿三條折疊線卷起的箱形桿件直徑就只有4毫米。”這樣的發(fā)現(xiàn)讓2017年參加全國賽的隊員李毅豪和隊友信心倍增。

事實上，成功的經(jīng)驗很重要，但失敗的經(jīng)驗更為珍貴。2018年，全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽在華南理工大學(xué)舉辦。賽時，隊員們按照設(shè)計的預(yù)定方案進行模型制作后進行晾置，本以為萬無一失，但第二天發(fā)現(xiàn)受南方潮濕天氣影響，粘接桿件的膠水沒有干透，所選竹皮受潮后結(jié)構(gòu)強度也發(fā)生了變化，導(dǎo)致模型整體穩(wěn)定性較差，未能拿到名次。

參賽隊員黃鴻偉說，雖然受天氣影響沒有在國賽中拿到名次，但通過參賽，隊員們不斷學(xué)習(xí)其他團隊的成熟經(jīng)驗，為后來的參賽積累了豐富的經(jīng)驗。在摸索之中，參賽隊員或成功或失敗的經(jīng)驗都為后來者墊下基石，通過經(jīng)驗的積累和傳遞，參賽工藝越來越成熟，結(jié)構(gòu)越來越穩(wěn)定，模型越來越輕巧，所承荷載越來越重。

“成功源于無數(shù)次的返工重造”

讀懂賽題是擺在參賽隊員面前的第一個難題。每年賽題都會在比賽前幾個月公布，二十多頁的賽題涵蓋命題背景、模型要求、加載裝置、現(xiàn)場制作、待定參數(shù)等內(nèi)容。“如果某一句話沒有理解透徹，就會對比賽結(jié)果造成很大影響。”王亞軍說。

在深入理解賽題要求之后，便可以根據(jù)賽題要求運用麥達斯等模型分析軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后也是最重要的一步，按照軟件模擬的結(jié)構(gòu)進行實體模型的制作，并通過荷載試驗不斷進行優(yōu)化改進。“制作的模型越多，驗證的方案越多，嘗試的思路越多，結(jié)構(gòu)才越近于完美。”這是王亞軍對隊員們的要求。

“有時候要給模型結(jié)構(gòu)做加法，有時候又要做減法，加的是更合理的東西，減掉的是一些不重要的東西，這就需要通過一次次試驗去發(fā)現(xiàn)哪些是重要的，哪些是不重要的。”李毅豪說，在參加省賽前，他們準(zhǔn)備的模型有100克，這個重量對他們而言已經(jīng)非常輕了。但當(dāng)聽說其他參賽隊伍模型質(zhì)量做到了40克，而且能夠荷載的重量遠超過他們，這讓團隊一下慌了。

“聽到這個消息，我們一遍又一遍地想哪里還可以優(yōu)化。直到半夜，靈感突然來了，題目中說要做一個柱體，但并沒有說用竹皮做柱體，我們或許可以用白線代替竹皮。”李毅豪用剪刀把之前用竹皮做的柱體剪下來，讓模型再次承重，發(fā)現(xiàn)中間的柱體對荷載的重量確實沒有影響，這就驗證了他的設(shè)想可行。

“這個發(fā)現(xiàn)讓我們的模型重量減了整整30克。”李毅豪說，正是在一遍遍推翻重來的過程中，隊員們對賽題的理解更深刻、對結(jié)構(gòu)的認識更具體、對工藝的打磨更精細、對模型的制作也更純熟。

“船要行穩(wěn)致遠，離不開舵手操控方向”

為提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計的興趣，土木工程與力學(xué)學(xué)院自2021年開設(shè)學(xué)校通識課《建筑美學(xué)》。在這一課程中，王亞軍將結(jié)構(gòu)模型設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容穿插入授課之中，吸引了大量來自不同專業(yè)的同學(xué)。

“在課堂上，我會讓同學(xué)們用紙材料、白乳膠、刷子等現(xiàn)場制作小框架，選課的人每次都很多。”王亞軍說，不少學(xué)生因課結(jié)緣，走進了結(jié)構(gòu)設(shè)計的試驗室，并逐步參與到全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽校賽、省賽、國賽的層層選拔之中。

在多年的參賽過程中，王亞軍一直扮演著舵手的角色。在選拔隊員時，他會綜合考慮不同學(xué)生的優(yōu)勢與特長，選拔能夠共同協(xié)作、優(yōu)勢互補。“亞軍老師工程經(jīng)驗比較豐富，但是他不會直接告訴我們應(yīng)該怎么做，而是啟迪和發(fā)散思維，鼓勵我們探索不同的解決方案。”李嘉軒說。

在備賽過程中，王亞軍會定期檢查模型制作情況，與隊員們一起完成加載試驗，觀察破壞過程、找尋破壞原因，提供中肯的建議和指導(dǎo)。在比賽時，進行加載試驗是隊員們最緊張的一個環(huán)節(jié)。王亞軍又化身心理按摩師，給隊員們加油打氣，幫他們舒緩壓力。

在王亞軍的悉心指導(dǎo)下，隊員們?nèi)耐度耄焖俪砷L。“備賽乃至參賽的過程確實很辛苦，也很刻骨銘心，純粹地參與到這件事時，我們既感受著結(jié)構(gòu)模型獨特的美，也會在做出成品的時候涌起強烈的成就感。”回首參賽過程，現(xiàn)已博士三年級的李毅豪感嘆道。（中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)記者 尹曉軍 通訊員 王文鈺 謝穎）