百年清华

吴硕贤:理纬文经织锦成

2009-11-16 |

吴硕贤,福建诏安人,19475月生人。华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室主任,中国科学院技术科学部副主任,是我国建筑界与声学界培养的第一位博士。现任中国建筑学会建筑物理分会副理事长,建筑声学专业委员会主任委员。

主要从事建筑环境声学的教学与研究。系统提出城市交通噪声预报、仿真及防噪规划的理论与方法,在我国这一领域作了开拓性工作;首次阐明声学虚边界原理,推导出混响场车流噪声简洁公式;建立居住区环境质量评价科学架构;提出扩散声场仿真新方法和评价厅堂音质的新方法、新指标及计算公式,承担了包括东坡大剧院、人民大会堂音质改建工程声场仿真、广州白云国际会议中心、长沙音乐厅等60多项工程声学设计。主要著作有《偶吟集》、《音乐与建筑》、《室内声学与环境声学》、《室内环境与设备》、《建筑声学设计原理》。

1961年,14岁的吴硕贤写下了《观雨》一诗:“长天如海云为浪,变幻升腾泡沫翻。霰玉纷飞三百丈,顿成大雨落人间。”虽是少年人的习作,其想象力与气势已经不输成人。

对于吴硕贤的诗作,著名文学家叶圣陶先生曾给予真诚的鼓励:“诸作大体均佳,读之有馀味。”

此时的吴硕贤,梦想着像父亲一样成为诗人和文学家。

没想到,一年以后,他主动响应“向科学进军”的号召,毅然走上科学报国的道路。心爱的诗歌,从此变成了终生相伴的业余爱好。更让人想不到的是,昔日的小诗人成为当年全国理科高考的“状元”,成为我国培养的第一位建筑学博士,又成为我国建筑技术科学的第一位院士。

攻读专业之暇不废吟咏,这一点曾令叶圣陶先生“至深钦慕”。吴硕贤欣赏听涛听雨听风听松的诗意,关注厅堂建筑中的音响效果对人的听觉的关照,更关注在都市车流噪声中的普通人的生活环境。文理兼修,织就了吴硕贤丰富而独特的科学人生。

由文转理

少年吴硕贤热血沸腾,当即决定:由文转理,用科学技术报国强国!一位15岁的少年,就这样将自己的未来与祖国的科技进步紧紧联系起来。

吴硕贤对专业的讲述是从“成语新解”开始的:

“耳目一新、耳聪目明、耳濡目染,这些成语同时提到耳和目、声与色,都是‘耳’居首,‘声’在前。这是为什么?因为在人类的历史上,听觉比文字更早地承担起了文化传承和信息交流的重任。”

“‘不见其人,先闻其声’、‘隔墙有耳’,讲的就是声波具有穿透性,不易被遮挡,可以绕射的特性。”

年少时,吴硕贤对声音并没有特别的敏感和专注。他钟爱的,是陶冶性灵抒怀言志的诗。

诗情来自聪慧,也来自家庭的熏陶。吴硕贤的母亲林德熙是语文教师,精通诗章文学。父亲吴秋山,是著名诗人和散文家,曾在复旦大学任教,后长期在高校教授古典文学。其诗歌和散文曾被收入《中国新文学大系》及续编。少年吴硕贤读《千家诗》、《白香词谱》、《诗词格律》,也读朱东润、游国恩等撰写的《中国文学史》等著作,把那些严格复杂的平平仄仄念得滚瓜烂熟,这为他后来的旧体诗创作打下了坚实的基础。

古典诗词给了他美的享受,更让他体会到高尚的情操、崇高的理想。深沉的人文关怀,始终贯穿在吴硕贤在后来的学术岁月中。

吴硕贤的少年时代兴趣广泛。功课基本不费力气,他还积极参加文体活动,取得过不错的成绩:得过学校高中部乒乓球冠军,在漳州市中学生游泳比赛中得过仰泳第三名。他学习过手风琴和钢琴,还曾作词谱曲写过一首《芝山之歌》。

诗人的梦想持续到了初三。那一年,国家号召青少年“向科学进军”,重视科学技术。少年吴硕贤热血沸腾,当即决定:由文转理,用科学技术报国强国!一位15岁的少年,就这样将自己的未来与祖国的科技进步紧紧联系起来。

对待理科的功课,吴硕贤像学习诗词格律一样认真,并在勤奋的学习中迸发出了浓厚的兴趣。“我曾几次在竞赛中获奖,激发了我对数理化的学习兴趣。高中时,我和同学们经常琢磨、思考一些数学、物理难题,每得其解,则如醍醐灌顶,心花怒放!”多年之后,吴硕贤愉快地回忆起那段求学岁月。由文转理,吴硕贤继续保持着几乎年年第一的好成绩。

1965年,吴硕贤在填报高考志愿时选择了清华大学。当时在福建省建筑厅担任工程师的舅舅提出建议:学建筑不错,清华的土木建筑系是最好的。这一年,吴硕贤以全国理工科考生总分第一名的成绩,顺利考入清华大学土木建筑系建筑学专业。

吴硕贤意气风发地写下了《高考发榜抒怀》:“师朋报喜鹊噪枝,考取清华慰所思。十载寒窗攻读日,一朝金榜题名时。投身学海寻珠玉,辟径书山采桂芝。收拾行装期北上,前程似锦任驱驰。”

进入清华,吴硕贤被编进了由全校尖子学生组成的提高班,在俄语和数学上“吃小灶”。成绩快速进步,年轻的吴硕贤满怀信心。

声学拓荒

他租来不同类型的汽车,拉到北京郊区的空旷地带,让车按照不同的速度奔跑,测量不同的车在不同的速度中产生的声音强度,并用声级计记录,反过来推算声音的功率。

可惜,安静的学习生活只过了一年。1966年,“文革”开始,系统的学习生活被打乱。

面对社会环境的变化,吴硕贤也曾茫然彷徨。渐渐地,他给自己定下了两条原则:无论如何都不能荒废学业,无论如何都不能做有损师道尊严的事。他开始悄悄地看书度日。此后,学校里又经历过短暂的复课阶段。吴硕贤还记得,复课阶段学的是力学,那段时间的认真读书让他在力学方面打下了扎实的基础。

1967年,正在读大学的吴硕贤

1970年,吴硕贤大学毕业,被分配到西安铁路局担任施工技术科科员,开始与铁路线路、桥梁隧道打交道。此后,又调到南昌铁路局、福州铁路局从事桥梁施工、建筑设计等工作。其间,他自学了钢筋混凝土结构、砖石结构、涵洞等,填补了学校学习的空白,半实践半自学地学完了整个建筑结构学的课程。

1978年,全国恢复研究生招考。吴硕贤喜出望外,立刻着手准备。1978年重阳节,女儿刚出生一个月,他就匆匆收拾行装,再度进入清华校园,成为我国“文革”后首批研究生。“别女离妻终不悔,书中景致赛阳春。”吴硕贤这样表达渴望知识的迫切心情。

多年之后,回首人生道路,吴硕贤认为,考取清华大学的研究生,是他人生的一个转折点。由此,他可以顺利地进入学术殿堂,而不必因为蹉跎岁月、碌碌无为而遗憾。

“我们已经耽误了10年,好容易盼到这么好的机会,老师和学生都很珍惜,分秒必争地学习。”吴硕贤回忆道。二进清华,已过而立之年的吴硕贤比18岁初进清华时更刻苦更认真。他报的是建筑历史专业,当时正值科学的春天,老师建议他改读建筑物理,他的研究方向由此改变,开始学习建筑声学。

在我国,建筑声学的研究起步较晚,专业人才也比较匮乏,声学专家主要从事水声、超声等声学分支的研究。吴硕贤开始关注城市噪声的时候,这一领域更是一块少人问津的区域,只有中国科学院、同济大学等少数几家研究机构关注,所从事的也基本上是声学普查、制订噪声测量标准等基础性工作。

城市交通噪声,成为吴硕贤的主攻方向。要了解车流对建筑及街道的影响,必须先了解车辆声音的强度。没有先进的仪器和手段,吴硕贤只能采取“笨”办法。他租来不同类型的汽车,拉到北京郊区的空旷地带,让车按照不同的速度奔跑,测量不同的车在不同的速度中产生的声音强度,并用声级计记录,反过来推算声音的功率。这样的测量持续了整整一个月,为车流声音强度的计算积累了大量的第一手数据。

此后,吴硕贤又用这种人工测量的苦办法,认真地测量了北京市10余个典型居住区的噪声分布。日复一日的辛苦测量,他开始反思:应该寻找更高效的方法。他突然想到了计算机。“那时候我看过一本书,是讲电子流模拟方面的。电子流是随机的,道路上的车流也是随机的。这本书启发了我,看来读书杂也有好处。”吴硕贤笑着回忆当年的灵机一动。在上世纪80年代初,计算机在我国还是个新生事物,吴硕贤同样不了解计算机。他开始自学计算机,自学编程,终于酝酿出了用计算机模拟车流噪声和用计算公式预报噪声的思路。

吴硕贤的测量成果被北京市规划局等城建和环保部门应用,并收入《居住区规划与环境设计》、《城市物理环境与可持续发展》等著作。吴硕贤开始在这一新领域崭露头角。

青年吴硕贤全家福

1981年,吴硕贤从当年的19名硕士毕业生中脱颖而出,得以师从建筑大师吴良镛和著名声学家马大猷院士攻读博士学位。1984年,吴硕贤成为我国建筑学界和声学界培养的第一位博士。拿到博士学位的吴硕贤满怀喜悦地赋诗一首:书到用时方恨少,学臻佳境益求精。边缘领域拓荒始,理纬文经织锦成。

博士毕业时,吴硕贤谢绝了清华大学的挽留,来到离家乡福建稍近的浙江大学任教。

关怀听觉

好的建筑是对人的关怀,优秀的建筑师必然要怀抱深沉的人文关怀,而不是单纯地追求新奇的视觉刺激。

浙江大学“背靠青山傍翠篁,西湖为镜好梳妆”,闲暇之时,吴硕贤喜欢到西湖边上走走。他最感兴趣的,是“柳浪闻莺”、“南屏晚钟”。如诗如画的风景让他驻足流连,前人对声景观的营造更让他着迷。

“西湖有‘柳浪闻莺’、‘南屏晚钟’,避暑山庄有‘远近琴声’、‘风泉清听’、‘万壑松风’、‘夹镜鸣琴’,这些声音风景,都是古人对声景观的营造,是建筑师和造园师对人的听觉的关怀。”吴硕贤从前人的建筑与造园佳构中得到了启发。

城市的声学环境,是吴硕贤关注的重点。在我国很多城市,没有注意区分热闹区、缓冲区和安静区,致使城市环境比较嘈杂。许多住宅、办公室、会议室等工作场所,不仅邻户之间互相干扰,声学私密性也得不到有效保障。“近几年,很多城市新建了不少剧院、多功能厅、音乐厅、体育馆,动辄投资数千万元甚至数亿元,但对外观重视有余,对功能与内在品质重视不足,特别是对‘听’的功能重视不够。比如说,有些观演建筑、体育场馆,采用轻质金属夹层屋顶,隔音性能差,造成雨噪声干扰严重,空调噪声也很高,有的能达到70多分贝。还有的建筑体型不佳,体量、比例失当,造成音质效果先天不足。建筑物是非常昂贵的商品,质量和科技含量低了就是巨大的浪费。”吴硕贤痛心地说。

吴硕贤在工作中

吴硕贤现在的办公室,位于华南理工大学的建筑学院。1998年调任华南理工大学建筑系教授以来,他一直在这所暗红色的建筑里工作。“这种楼冬暖夏凉,楼高又有外廊,窗户也没有那么大,可以起到隔热的作用。岭南一带多雨,设计深房檐既可以遮阳又能避雨。”在吴硕贤眼中,好的建筑是对人的关怀,一个优秀的建筑师必然要怀抱深沉的人文关怀;建筑声学就是对人的听觉的关怀,而不是单纯地追求新奇的视觉刺激。

“我的工作就是要让人们的生活环境特别是声音环境变得更加美好。”吴硕贤这样解释自己的工作。

关怀人的听觉,吴硕贤从与人们生活息息相关的交通噪声开始。随着机动车的日益增加,城市交通噪声的测量和预报也变得复杂起来。20世纪60年代初,日本和欧洲的学者先后发表了开敞空间等间距车流噪声公式,成为交通噪声预报的基本公式。但是,对于城市区域,典型的场合是道路两旁布置密集的建筑物,从而形成混响声场。这时,由于多个声源发出的声能在建筑界面引起复杂的多重反射的结果,使得混响条件下交通噪声的计算变得极为复杂。此外,车流的运动是随机的,而不是等间距的。这一难题一直未能解决。

吴硕贤对这一国际难题产生了浓厚的兴趣。久攻不下,他转向了逆向思维:在城市区域由许多车辆产生的直达声,可以被由一辆车产生的直达声加上一扩散声场所取代。这一创见被英国《声与振动学报》匿名审稿人誉为“独创性的思想”,“从未听过有类似的方法使用过”。上世纪90年代初,吴硕贤首次阐明声学虚边界原理(虚墙法)。这一原理是声学基本原理——虚声源原理的对偶原理。据此原理,他又推导出混响场车流噪声简洁公式,较好地解决了20多年来许多专家想解决而未能解决的问题。

1992年,在加拿大多伦多举行的国际噪声控制工程大会上,会议组织者认为:虚边界原理以一种新的思想做出了非常有价值的贡献,并将该论文特别增补为特邀报告。该成果应用于上海延安路越江隧道和德国、奥地利A13干道的噪声预测,与实测值符合。近年来,又被应用于香港两条新隧道以及南京玄武湖隧道工程噪声预测。

学以致用

“古诗说得好,‘问渠那得清如许,为有源头活水来’。实际问题就是科学研究的源头,也是创新的源头所在。”

“常人只合成功喜,我谓亏输亦可娱。太史膺形完巨著,塞翁失马获双驹。石因受压方成玉,蚌欲疗伤始得珠。世事因缘虽靡定,酬勤天道信无殊。”吴硕贤用这首《偶得》吐露心声。一个看似顺利的人,付出的勤奋与坚持绝不比别人少半分。

“我从小做事情就很专注,不会一曝十寒,能够一直坚持,才能水滴石穿。说我顺利,可能是基本功过硬,基础好一些吧。其实,科学研究没有捷径可走。”原来,吴硕贤的秘诀就是坚持。

坚持的前提是有价值:“人的一生所做的事未必都是自觉选择的。一旦选择,觉得这件事情对国家对社会有意义,对老百姓的生活有价值,就要坚持下去。只要坚持下去,就会在钻研中发现乐趣。总是跳来跳去,肯定是不行的。”吴硕贤这样解释道。

“半世追求谋致用,平生研究贵坚持。”学以致用,是吴硕贤清晰的目标和方向:“古诗说得好,‘问渠那得清如许,为有源头活水来’。实际问题就是科学研究的源头,也是创新的源头所在。”

我国民族音乐、戏曲,是传统文化中的瑰宝。民族乐器的发明已经有8000多年的历史,但对其声学特性一直缺乏系统科学的测定和研究。长期以来,我国对音乐戏曲演出场所的声学设计,一直沿用西洋音乐厅和歌剧院的标准,缺乏自主的研究,殊不知,交响乐与民乐特性不同,演出场所的要求也不尽相同。

200512月,吴硕贤在指导研究生工作

吴硕贤再次在边缘领域拓荒,将研究目光投向了民族乐器的声学测定。对每种乐器,他请来两位民乐演奏者,分别在混响室和消声室里弹奏,两位演员以不同的强度进行音阶的演奏,将数据加以平均,并通过多通道进行录音,以获得实验数据。目前为止,吴硕贤及其团队已经进行了包括扬琴、二胡、笛子、葫芦丝等30种乐器的声学测定。使用了数千年的民族乐器,第一次有了准确翔实的乐器声功率的科学数据,为民族音乐厅堂响度设计奠定了科学的基础。

音乐厅、剧院、演播室、录音室、电影院、体育馆等观演和体育建筑以及教室、会堂等听讲建筑,更是音质设计的重点。“在这些建筑的规划与设计中,理应把音质作为设计的重点。关于这一点,古人都有清醒的认识。中国的文字中,廷、庭等字,其词意也是由声音而来的。古人一向以听事之处为‘廷’,其发音与‘音’字接近。长期处在音质不佳的环境中培养出来的学生,如何能对声音的美具有高品位和鉴赏力?”吴硕贤对听讲建筑的音效格外关注。

为了让人们能在理想的环境中欣赏音乐,解决音乐厅响度的计算与评价问题是前提条件。虽然有多位科学家进行长期研究,国际上对厅堂响度评价问题一直未获妥善解决。音乐演奏中的停顿,虽然短暂,却会影响整个乐曲的演奏效果。一些声压很低的乐器,比如小提琴,对背景噪声有很高的要求。正因为此,音乐厅响度的计算,直接影响着音乐厅的音效。德国学者提出,用强度G来评价,但G指标并不反映音乐演出的绝对声压问题。吴硕贤和他的合作者建议,用乐队齐奏强音标志乐段平均声压级Lpf作为新指标,并给出Lpf的计算方法。将吴硕贤的计算方法应用于维也纳音乐厅、杭州剧院等厅堂,结果发现,这种计算方法与实测值吻合。

多年的坚持成就了累累硕果:他的实验室被列入我国首个建筑科学国家重点实验室;“声学虚边界原理及交通噪声预报理论”获原国家教委科学技术奖三等奖;“城市噪声计算模型及建筑防噪规划”获国家环境保护科学技术奖二等奖、“扩散声场仿真计算及声扩散现象研究”获广东省科学技术奖二等奖、“厅堂音质响度评价及厅堂音质设计应用技术研究”获广东省科学技术奖二等奖。

吴硕贤(右一)与院士们在一起

学以致用,吴硕贤及其团队的音质研究与设计应用成果为众多国家重点工程和大型公共场所提供高水准的音质效果作出了贡献,如广东歌剧院、北京人民大会堂、广州白云国际会议中心岭南大会堂、长沙音乐厅、南海蝴蝶谷音乐厅等。

当选中国科学院院士的时候,吴硕贤写下了这样的诗句:自信才思犹未尽,再铺华卷写新诗。豪情依旧,奋斗如初,忙碌着的吴硕贤院士正在谱写着新的人生篇章。(姜范)

转自 经济日报 2009年11月15

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