水電是建設新型電力系統的基石。目前中國日常用電中，約五分之一來自奔流的江河。作為全國工程勘察設計大師、中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司（簡稱“成都院”）專傢委員會主任，王仁坤投身水電勘測設計領域近40年，先後主持或參與國內外20多座大、中型水電工程設計。他主持攻克的300米級特高拱壩安全控制等數十項重大關鍵技術，支撐瞭由他主持設計的溪洛渡、錦屏一級、大崗山等特高拱壩巨型水電站的成功建設，創造瞭多項世界之最，代表瞭當今世界水電技術最高水平。
今年1月19日，王仁坤在北京人民大會堂獲頒首屆“國傢卓越工程師”稱號。他將獲得殊榮的自豪視為繼續前行的動力、時代與集體賦予的責任：“感念偉大時代，國傢西部大開發和‘西電東送’戰略實施，建設瞭一大批重大水電項目，取得非凡業績，這是我們水電工作者得以施展的背景；感念團隊和集體的力量。水電項目，尤其是重大項目，難度大、涉及面廣、影響深遠，需要群體智慧，我隻是其中一員。榮譽屬於成都院集體，更屬於這個偉大的時代。”
投身水電設計，打破常規根植創新理念王仁坤的水電工程設計與研究生涯，始於我國治水興能、水電建設加速發展之時。
1986年，王仁坤碩士研究生畢業，來到成都院工作。那時的成都院正在設計當時我國最大的水電項目——二灘水電站。
王仁坤（右三）在水電工程現場
位於四川省攀枝花市、雅礱江幹流下遊之上的二灘水電站，拱壩高240米，是我國首座突破200米大關的高壩工程。建設二灘水電站的設想肇始於20世紀50年代，歷經30年輾轉，通過數以千計科研工作者的不懈努力，至1986年1月，初步設計方案最終通過國傢審查，二灘水電站建設進入實質階段。成都院幾代建設者的夢想，在這一刻照進現實，迸發出驚人的能量。
王仁坤一入職便置身於如火如荼的氛圍。他參與其中，第一項工作就是對二灘拱壩控制性坐標的驗證。“大壩混凝土澆築是分段分層，拱肩槽開挖也要分區分層，需要計算各個控制點的坐標。”那時候，設計院的計算工具多為老式計算機如PC1500等，“需要把公式和各種參數一行一行輸入進去，寫一行、計算一行，相應的計算成果是打印在窄條形卷紙上。受此計算工具的限制，花費瞭很多計算人力和時間。”
現場施工是按照設計圖紙給的數字進行，容不得半點差錯，所以設計方案交付時，涉及的施工數據都要精心校驗。領導將這項任務交給瞭王仁坤。“20世紀80年代，計算機更新換代很快，我在學校裡學過有關計算機編程知識，結合設計院引進的新式臺式計算機，對著書本啃一啃，很快就編寫瞭一套計算程序。”他試著用自己編寫的程序校驗瞭拱壩施工控制參數，發現自編程序算出的結果與原數據一致，原有計算成果自然就得到瞭驗證。
“當時的臺式機性能低，但比PC1500機的計算效率高瞭許多倍。”應用新式計算機，編程重新計算，比起按部就班，對照原有計算稿中原有計算方式逐一驗算的方式，效率提高瞭許多。打破固有思維、敢於創新的理念也由此根植於王仁坤心中。
作為世界銀行貸款項目，二灘水電站建設采取國際招標，不僅聚集瞭國內著名水電專傢和優秀建設團隊，也引進瞭國外公司和專傢參與建設，還帶來瞭國外先進的技術和管理經驗。王仁坤記得，外國專傢對工程設計，尤其結合地質條件的工程處理，提出瞭許多建議。一些建議，落實到方案上，就需要計算分析論證。如拱端采用半徑向半切角開挖，既可以減少開挖量，又不影響結構受力。關鍵是切角多少，空間如何展佈，到底對壩體結構受力有無不利影響，需要做方案並分析論證。“當時，我工作的水工二處處長立刻讓我做拱端切角方案，並計算分析對壩體應力的影響。通過幾天的加班熬夜，發現切角開挖可行，並提出瞭對結構受力無不利影響的拱端切角開挖方案”。
成都院前輩們對待工程嚴謹的科學精神、堅韌的意志和高度的責任感，對這個年輕人產生瞭深遠影響。
主持設計溪洛渡，拱壩優化成就寶典
成長宛如築壩，過程中任何看似微不足道的努力和進步，都將成為日後成功的一個堅實註腳。1991年，工作剛滿五年的王仁坤接受瞭新的任務——擔任國傢“西電東送”骨幹工程、金沙江溪洛渡水電站副總設計師。
吉普車在山間緩慢前行。王仁坤與部分勘測設計人員一道，經風帶雨，前往工程所在地察看壩址地形地質條件。
路越走越窄，越走越險。夏季多雨，滑坡塌方，交通中斷，經常發生。王仁坤初次去踏勘溪洛渡壩址，就遇到跨越滑坡路段的險情。臨近壩址約有50多公裡處，因下雨出現瞭滑坡，原有的道路靠外側一半多垮塌瞭，車輛不能通行。該處的上下巖坡高陡，短期內很難修通。為瞭不影響踏勘工作，駐壩址現場的勘探人員運來瞭一根木頭並搭置於公路塌方缺口處。車上人員步行越過塌方區，駕駛員開著車，一側輪子壓在木頭上慢慢開過去，好險！在場的人無不提心吊膽，開車的師傅也驚得滿頭大汗。
一路顛簸，風塵仆仆，從成都出發，三天後才到達四川省雷波縣和雲南省永善縣交界的金沙江畔。跋涉於深山峽谷、水流湍急的岸邊，開拓者的路總是艱辛曲折，但王仁坤不在意生活和工作環境的苦，在他看來，設計建造好溪洛渡水電站，前面還有更多的挑戰。
拱壩是適合於狹窄河谷修建的安全性與經濟性均較優越的壩型，也被認為是水工界最復雜的建築物。雙曲拱壩擋水能夠充分發揮壓力拱的作用，可以大大節省混凝土。建於金沙江的溪洛渡混凝土雙曲拱壩，高285.5m，屬300m級特高拱壩，兼具高拱壩、高抗震和壩身多泄洪孔口等特點，綜合設計難度極大，也由此帶來一系列技術挑戰。
王仁坤說，溪洛渡可行性研究報告的審查意見，肯定瞭工程的技術方案。“在招標設計階段，本著為國傢、業主高度負責的態度，體現設計人員精益求精的精神，我率領一大批設計科研人員，開展瞭一系列設計優化和深化工作。”
溪洛渡拱壩優化設計的研究論證工作是多方面的，在查清壩址地質條件的基礎上，王仁坤選擇從最具挑戰性的拱壩建基面優化研究著手。他說，拱壩建基面在可研階段放在微新巖體上，進行優化後，主要利用弱風化下段巖體，建基面平均嵌深減少瞭15米至20米。“雖然這是主攻方向，但問題也隨之而來，對於一座特高拱壩，這樣做行不行？對大壩的安全有沒有影響？如有影響，會到什麼程度？這些顯然不能靠簡單的算術題得出結論。畢竟特高拱壩的建基面嵌深嵌淺，對安全和投資影響巨大。”
2002年，王仁坤帶著這個課題，進入清華大學水利系攻讀博士研究生，師從中國科學院院士、中國工程院院士潘傢錚。他將理論與實踐有機結合，將課堂上的所學所思更好地投入到工程實踐，又從工程實踐的千頭萬緒中找到通向更高境界的道路。
緊緊抓住拱壩與地基相互作用及影響的辯證關系，經過巨量數值分析計算和物理模型驗證，王仁坤確信，建基面外移至弱風化巖體，通過加強基礎固結灌漿及壩趾區錨固處理，仍可維持良好的承載能力和抗滑穩定，優化後的拱壩方案，不僅維持大壩安全原有等級不變，而且因建基面嵌深減少，拱的跨度減小，整體剛度增強，大壩整體超載安全度略有提高。
“別小看這麼一個細微調整，基礎開挖和大壩混凝土澆築工程量比可研推薦方案分別減少瞭約160萬方和110萬方，節省工程直接投資約6億元，建設工期縮短半年多，經濟效益十分顯著。”
溪洛渡壩址河谷狹窄，兩岸山體雄厚，除瞭擋水建築物采用混凝土拱壩外，引水發電建築物則佈置在左右兩岸的山體內，工程樞紐與環境地貌最佳融合。王仁坤介紹，溪洛渡樞紐左右岸地下廠房各裝機9臺單機770MW機組，每岸主廠房洞室長440多米，寬30多米，高約80米，還有主變室、尾水調壓室以及母線洞和引水尾水洞等構成水電站最大地下洞室群，洞室圍巖層間層內錯動帶發育；超大洞室群的圍巖穩定控制難度極大，弄不好容易引起巖體破壞或塌方，影響施工安全和後期運行安全。
王仁坤提出“洞頂拱效應、拱座需固穩，高墻控變形，匯口叉鎖固”的設計理念，並帶領團隊構建瞭水電站超大地下洞室群圍巖穩定分析方法與安全控制成套技術，成功解決瞭層狀巖體內開挖建設特大洞室群等世界級難題，為後續同類工程建設提供瞭經驗。
溪洛渡拱壩優化設計乃至整個工程的優化設計，每前進一步，都付出瞭無數艱辛。但王仁坤始終堅持：“設計是工程建設的靈魂。隻設計，不考慮施工的可行和難易，或者把這樣的難題直接推給業主和施工方解決，肯定不行。”
最終，溪洛渡水電站在工程招標和技施設計階段，優化設計共節省瞭直接投資15億元。其中，《溪洛渡拱壩優化設計報告》獲得多名院士、專傢組成的評審組的一致肯定，被潘傢錚院士稱為“高壩設計寶典”。
創新研究突破瓶頸，推進水電技術不斷進步
溪洛渡，富有詩意的名字背後，是同樣壯美奇絕的景色。峽谷兩側懸崖峭壁，江水從高處飛流直下，激起重重水花。令人嘆服的自然景觀，卻為工程修建帶來許多新的問題。
2022年11月，溪洛渡大壩外景
溪洛渡300米級特高拱壩樞紐工程的設計大大超出已有經驗和設計規范的適用范圍。有人猶豫，有人質疑，有人擔憂，但王仁坤的態度始終堅定、明確，在科學論證的基礎上，打破常規、勇於突破關鍵核心技術，創新設計，精益求精，鍛造精品工程。
他常說，抓住工程特點、難點與關鍵問題，從科學原理出發，厘清問題的關聯因素，從主要矛盾著手，總會找到解決問題的最優方案。隻要問題研究透徹瞭，該突破的就要勇敢創新突破，不要受條條框框的約束。先進技術一定要與重大工程實踐相結合才能發展與進步。
在系統總結已有類似工程技術的基礎上，王仁坤牽頭推進瞭數十項重大關鍵技術的科技攻關，用於工程，不僅解決瞭關鍵技術難題，而且獲得巨大經濟、社會效益和環境效益。
在溪洛渡水電站的設計方案中，左右岸地下發電廠房各佈置2條出線豎井，其中有3條豎井內徑為10米，一條豎井內徑為11米；豎井深度左岸為488.5米，右岸為493.50米，均超過東方明珠電視塔的高度，右岸豎井深度甚至超過上海環球金融中心492米的高度。
豎井內主要分設管道井、電梯井、樓梯間、前室、加壓送風井及電纜井等。豎井除瞭電纜敷設，更是連接地面與地下、通風及安全疏散的重要通道。“以當時的施工技術，如果在巖石上開挖如此深度的豎井，並不算難事，而溪洛渡豎井偏偏遇到攔路虎——上部覆蓋層厚度120米，往下才是巖體。”王仁坤說。
考慮結構襯砌需要，開挖斷面直徑約14至15米，這麼大尺寸的電纜豎井穿越如此巨厚覆蓋層，在水電工程及其他礦井工程中沒有先例。由於沒有類似經驗可以借鑒，王仁坤和團隊追尋答案的過程並不順利。當時他們瞭解到煤礦的一些礦井與溪洛渡出線豎井的覆蓋層有相似性，便去調研並收集施工經驗，結果令人失望。這些覆蓋層的深度往往較小，超過50米深的都不多見，洞徑也小，處理起來相對容易。
在工程界，洪積冰積覆蓋層成井的處理方式，大致有冷凍法、沉井法、灌註樁法等。照搬這些常規方法，費用無法估量，也不符合工程實際。在這些“尋常路”上繞圈，總是不得要領。但問題擺在那兒，總得要解決。
溪洛渡電纜豎井的建造，關鍵是要保證覆蓋層豎井大斷面施工的井壁穩定和長期運行安全。王仁坤堅信一定能研究出可行的豎井建設方案。在分析研究瞭大量成果資料的基礎上，打破傳統方法，他創新性提出“二襯法”以及頂部洪積層的井口鎖固和小梯段開挖襯砌的施工方法。所謂“二襯法”，即襯砌分2次完成，第一次隻襯砌井壁外側一部分，起到覆蓋層豎井的固壁作用，讓豎井開挖成型；第二次將餘下的襯砌連同井內其他結構自底至上連續施工。“二襯法”可以確保深大豎井施工過程中的井壁穩定和安全，又滿足機電預埋件和設備安裝的定位與精度要求。
覆蓋層豎井結構為圓形斷面井筒結構，在外側土壓力作用下的受力性態好，對井壁穩定有利。初次襯砌的混凝土結構，自上而下，挖一段襯一段，並將井口段一開始就設計成一個鎖定在井口的喇叭狀井口盤。
這個井口盤，不僅能有效解決上面遇到的難題，而且能提供向下的壓重，壓實下面土體，邊挖邊襯，確保施工安全和開挖成井。王仁坤獨創性的設計方案和施工方法，保證瞭豎井安全順利建成，安全又經濟。
2013年7月15日零點，溪洛渡水電站首臺機組正式投產並網發電。此時，距離王仁坤第一次站在金沙江畔勘查、規劃，已經過去瞭20多年。此間的他不知多少次往返於成都與金沙江畔，不知多少次在工程現場奔走，“上上下下、每個角落，包括工程樞紐區兩岸縱橫交錯的地下洞室群，我都再熟悉不過。”王仁坤笑著說，這是技術總負責、設計總工程師應該幹的事，“工程裝在心裡，重點環節要瞭如指掌，關鍵數據要脫口而出，才能把握全局。”
截至今年2月14日，溪洛渡水電站累計發電量突破6000億千瓦時，相當於節約標準煤1.8億噸，減排二氧化碳4.94億噸。
接力建設最優大壩，責無旁貸使命光榮
隨著西部大開發、西電東送戰略的實施，一大批巨型水電工程相繼建設。作為院總工程師或分管總工，與溪洛渡電站同期建設的錦屏一級水電站和大崗山水電站的總體設計任務仍然落肩於王仁坤及其團隊。
錦屏一級水電站是雅礱江幹流下遊的控制性水庫梯級電站，具有世界最高拱壩，堪稱世界上“技術難度最大、施工環境最危險、施工佈置最困難、建設管理難度最大”的水電工程。
錦屏一級拱壩高305米，為當前世界最高大壩。雖壩址河谷狹窄，但左右岸地形不對稱，地質條件最復雜，尤其左岸中上部的地質條件極差，拱壩設計極具挑戰性。壩址壩型已定，王仁坤必須直面這些難以想象的挑戰。他帶領團隊，通過多方案的探索研究，創新性提出在左岸中上部基礎區佈設大墊座，其高度達155米、混凝土方量約55萬立方米，就像給大壩穿瞭一隻靴子。墊座增強瞭拱壩基礎的整體性並將拱端推力擴散傳至地基，避免瞭基礎產生不均勻不協調變形。
為瞭確保大壩基礎固若金湯，在墊座以裡還佈設瞭3層傳力洞式結構和大范圍固結灌漿等基礎處理措施。針對壩址地形地質的不對稱性，通過壩體幾何剛度的空間調配，研究提出的實施方案，確保瞭大壩在各種工況作用下均能滿足應力與穩定的控制要求，大壩安全可靠。實現瞭世界最大規模、地質最復雜的拱壩與基礎處理的成功建設。
突破關鍵技術是工程建設的核心。大崗山拱壩的地震設防烈度高，壩址基巖設計水平峰值加速度值為世界高壩最大。如此高標準的抗震設防要求，大壩如何才能扛住？他帶領團隊通過大量專題研究論證，最終提出瞭特高拱壩結構抗裂和工程抗震措施體系，為高地震烈度地區高壩建設探索出重要成果。2022年，瀘定突發6.8級地震，距震中僅21公裡的大崗山正常發電。王仁坤率領團隊完成的300米級特高拱壩安全控制關鍵技術獲得國傢科技進步二等獎。
從二灘到溪洛渡，再到錦屏一級、大崗山，王仁坤一路攻堅克難，引領世界築壩技術。錦屏一級工程創造瞭多項世界第一，與溪洛渡水電站作為中國水電引領全球的裡程碑工程，均獲得工程界諾貝爾獎——菲迪克傑出工程獎，代表又一座“水電珠峰”。
有標準才有話語權。工程規模和技術的不斷突破，對適用於壩高200米以內的原規范進行修編，顯得刻不容緩。王仁坤帶領團隊，在系統總結吸收新理論、新方法、新結構、新材料、新工藝的基礎上，主持修編完成瞭具有中國特色的拱壩設計新標準和水電站地下廠房設計規范，將科學引領國內後續高拱壩建設，還對中國水電“走出去”、成為又一“中國名片”起到重要作用。
回望來時路，王仁坤在四川達州大山中長大，上大學時第一次坐火車，沿途的一切都那麼新鮮。小時候，傢裡生活貧寒，王仁坤每天看著天色估摸著上學時間。“總是急急忙忙吃完飯，然後就往學校跑。”小學時離傢一兩公裡，到初中時四五公裡，再到高中時更遠些，王仁坤就這樣奔跑著，一直跑到大江大河的岸邊。
父親曾參加農村幾處小型水庫的建設，希望兒子上大學後能成為一名工程師。1979年，王仁坤考上瞭河海大學水利專業。本科期間實習，在安徽六安佛子嶺水庫，王仁坤第一次看到真正的水電站，內心澎湃，浮想聯翩。那時他已經明確“將來就要搞水電瞭”，也坦言那時確實幻想過自己設計的水電站會長什麼樣，“但無論如何都不可能想到溪洛渡、錦屏一級”。然而，時代已經將一幅波瀾壯闊的水電項目畫卷，悄然鋪展到這個一路奔跑的水利人面前。
從事水電工程設計和研究38年來，王仁坤先後獲4項國傢科技進步二等獎、22項省部級科技進步一等獎、21項省部級優秀工程設計一等獎和數十項發明專利。還先後獲得全國工程勘察設計大師、新世紀百千萬人才工程國傢級人選、中央企業優秀共產黨員、全國五一勞動獎章、首屆中國大壩傑出工程師等榮譽。他將榮譽歸於集體和時代，卻把責任扛在肩上。他愛水電工程，成就卻早已超過工程本身；始於設計，成果卻早已超越設計。
王仁坤已年過六旬，在野外勘查時，他總是走在最前面，山路陡峭，難免磕磕絆絆，卻依舊走得又穩又快，沿途仔細查看、記錄，一天下來仍是興致勃勃、精力充沛，連團隊的年輕人都自嘆不如。王仁坤哈哈笑著說，可能與自己三十多年的野外勘察歷練有關，也可能是個人性格原因。“我這個人就是這樣的，承諾的事情就一定要認真努力幹好。到瞭現場，就要親自到達點位，查看情況分析問題。隻有這樣，才能有真實的認識和收獲，為工程問題的解決發揮作用。”他常說“搞水電，入行就是一輩子。不論什麼樣的工程，都要把設計做到安全可靠、方案最優，這是使命，責無旁貸。”
發表評論 取消回复