隨著我國建筑玻璃幕墻的廣泛應(yīng)用，建筑玻璃自爆與墜落導(dǎo)致的安全事故和問題日益凸顯。事故頻發(fā)引起了各級政府部門的高度重視，以往大多是事后統(tǒng)計已有的破損，無法預(yù)測既有建筑玻璃潛在風(fēng)險。

鋼化玻璃自爆，俗稱“玻璃癌癥”，是既有玻璃服役安全中最普遍但又最難以檢測、“無法治療”的國際性難題。針對建筑玻璃服役安全評價的瓶頸問題，中國建材集團旗下中國建材總院所屬國檢集團首席科學(xué)家包亦望敢為天下先，以提升其服役安全和風(fēng)險預(yù)測為目標(biāo)，突破了國內(nèi)外建筑玻璃行業(yè)百年難題。他主持完成的項目“建筑玻璃服役風(fēng)險檢測和可靠性評價關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備及應(yīng)用”榮獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

科技創(chuàng)新，讓風(fēng)險可以預(yù)測

包亦望根據(jù)玻璃的本征脆性和“寧碎不屈”的特點，認為要解決這種風(fēng)險預(yù)測問題，首先要搞清楚自爆機理和影響因素。包亦望團隊的研究，最初是從尋找硫化鎳開始的。

玻璃里的硫化鎳雜質(zhì)直徑只有0.1~0.3毫米左右，肉眼基本看不見，用放大鏡或掃描儀檢查微小雜質(zhì)極為困難，現(xiàn)場檢測更加困難。為了確定雜質(zhì)缺陷的性質(zhì)，團隊首先收集大量的鋼化玻璃自爆后的殘片，并取出自爆源的部分玻璃進行斷口分析，每一個自爆源斷口都能找出一個微小的雜質(zhì)。在對大量的雜質(zhì)進行成分分析后，包亦望團隊發(fā)現(xiàn)，除了大家熟知的硫化鎳，還有從未被發(fā)現(xiàn)過的單質(zhì)硅、氧化鋁等雜質(zhì)顆粒。這些并不會發(fā)生相變的雜質(zhì)顆粒由于膨脹系數(shù)與玻璃不一致，在升溫或降溫過程中也會引起雜質(zhì)顆粒與玻璃之間的擠壓，這種擠壓達到一定程度就會導(dǎo)致玻璃局部應(yīng)力超過玻璃局部強度而破裂，從而發(fā)生自爆。因此，鋼化玻璃的自爆是由硫化鎳、單質(zhì)硅等雜質(zhì)擠壓周邊玻璃并產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致的一種脆性材料力學(xué)和斷裂力學(xué)的現(xiàn)象。從力學(xué)的角度來分析和解決問題，這是固體力學(xué)專業(yè)出身的包亦望的強項。

利用材料力學(xué)基礎(chǔ)和脆性材料臨界破壞的強度模型，包亦望建立了鋼化玻璃自爆的破壞準(zhǔn)則和自爆條件，證明了鋼化玻璃自爆不僅僅是因為微小顆粒雜質(zhì)，還因為小顆粒雜質(zhì)剛好位于鋼化玻璃的拉應(yīng)力區(qū)。如果雜質(zhì)的膨脹系數(shù)比玻璃大，它將在升溫過程擠壓玻璃，反之，在降溫過程產(chǎn)生界面擠壓。顯然這些擠壓都會引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致鋼化玻璃自爆。

雖然用光學(xué)或肉眼檢測微小雜質(zhì)極為困難，但是查找透明材料里面的應(yīng)力集中卻是一件容易的事。包亦望團隊的研究思路因此發(fā)生了根本改變，從查找高層建筑玻璃自爆源雜質(zhì)到檢測自爆源雜質(zhì)引起的應(yīng)力集中，通過揭示鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒與周邊應(yīng)力場分布的關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)自爆的根本原因在于玻璃內(nèi)部拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中。

包亦望團隊通過分析鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)顆粒種類、形貌、尺寸、分布位置對應(yīng)力集中的影響，獲得了鋼化玻璃自爆風(fēng)險等級的影響系數(shù)及劃分標(biāo)準(zhǔn)，提出自爆準(zhǔn)則，并開發(fā)了鋼化玻璃自爆源自動檢測方法，研制了國內(nèi)外首臺透射式和反射式光彈掃描儀。該技術(shù)被制定為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30020，成為評估鋼化玻璃自爆風(fēng)險的關(guān)鍵手段。技術(shù)還可推廣至玻璃生產(chǎn)線或幕墻安裝前的鋼化玻璃自爆源排查，為建筑玻璃及玻璃制品的安全使用提供了科學(xué)、系統(tǒng)的評價理論及無損在線檢測方法。

包亦望團隊還發(fā)明了“動態(tài)相對法”預(yù)測建筑玻璃墜落風(fēng)險及評估標(biāo)準(zhǔn);開發(fā)了幕墻玻璃墜落風(fēng)險檢測儀，自動識別幕墻墜落風(fēng)險等級，數(shù)據(jù)無線傳輸，創(chuàng)新技術(shù)還具有普適性，也可推廣到陶瓷幕墻和石材幕墻等外圍構(gòu)件的服役安全檢測;研制出一種可用于檢測高空建筑幕墻的機器人裝備——玻璃幕墻安全檢測智能機器人，解決了高層建筑玻璃幕墻檢測人員高空作業(yè)風(fēng)險難題，實現(xiàn)了玻璃幕墻安全智能化、自動化檢測，破解了以往“蜘蛛人”高空對幕墻檢測的危險難題。

建筑玻璃應(yīng)用中另一個突出的問題是服役中空玻璃密封失效而導(dǎo)致建筑不節(jié)能并容易造成外片玻璃脫落，建筑玻璃從高層建筑上脫落到地面是比自爆更加危險的一種災(zāi)害。我國中空玻璃產(chǎn)量和使用量全球第一，中空玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量及其服役性能檢測至關(guān)重要。該團隊研發(fā)了無冷媒中空玻璃結(jié)露試驗儀等系列10個類別的耐久性檢測設(shè)備，建立了耐久性評價技術(shù)體系，率先建成了世界上最大的、可年檢1800個中空玻璃單元體耐久性檢測服務(wù)平臺，獲得美國中空玻璃認證委員會和北美中空玻璃協(xié)會的國際認可和驗證，填補了國內(nèi)空白。

對于服役中的中空玻璃，包亦望揭示了其氣密性和受力變形之間的關(guān)系，即中空層漏氣之后受力和變形均集中在受力作用的那一片玻璃上，從而降低了中空玻璃承載性能，增大了受力較大的外片玻璃破裂或墜落的安全隱患。發(fā)明了“撓度比較法”現(xiàn)場評價中空玻璃密封性能是否失效的檢測技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場評價中空玻璃的安全性能，為建筑玻璃安全服役和災(zāi)難事故的預(yù)測提供了全新的技術(shù)手段。

負重前行，榮譽與社會責(zé)任

科研成果只有大力推廣應(yīng)用，才能實現(xiàn)最大價值。該項目成果應(yīng)用的三年期間，包亦望團隊完成了全國數(shù)百棟大型建筑的既有建筑幕墻玻璃的自爆風(fēng)險和安全性評價檢測，為國內(nèi)外4000多家企業(yè)開展了中空玻璃耐久性檢測;制定了10項國家標(biāo)準(zhǔn)和2項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時全國多個省市均采用本項目技術(shù)制定地方標(biāo)準(zhǔn)。該項目成果在創(chuàng)新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)社會，提升城市建筑節(jié)能和公共安全的社會公益方面得到社會高度認可和評價。這大概就是包亦望說過的“所謂公益性，所追求的不是考慮做一件事能掙多少錢，而是考慮不做這個事將造成什么樣的損失”。

包亦望繼承了老一代科學(xué)家熱愛祖國、刻苦鉆研、獻身科學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)，并不斷探索創(chuàng)新，帶領(lǐng)團隊在材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、構(gòu)件失效分析和儀器研發(fā)等領(lǐng)域開發(fā)出具有重要實用價值和社會經(jīng)濟效益的科技成果，如發(fā)明相對法評價技術(shù)，解決了陶瓷涂層的彈性模量、殘余應(yīng)力、強度、密度、界面結(jié)合強度、膨脹系數(shù)等性能測試難題以及特殊條件下的性能評價，并制定系列國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，填補了國內(nèi)外陶瓷涂層的性能評價和測試技術(shù)的多項空白;發(fā)明了十字交叉法測試常溫和高溫界面拉伸強度和界面剪切強度以及界面疲勞損傷的方法和裝置，該測試技術(shù)成為我國無機非金屬材料領(lǐng)域中自主知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化的第1項和第2項國際標(biāo)準(zhǔn);發(fā)明局部受熱同步加載法、相對缺口環(huán)法等測量超高溫極端環(huán)境下的力學(xué)性能，并研制出世界上首臺超高溫極端環(huán)境力學(xué)性能試驗系統(tǒng)，用于航空、航天等領(lǐng)域的極端環(huán)境的性能測試，獲2014年國家科技進步獎二等獎。迄今已有9項國際標(biāo)準(zhǔn)(6項已發(fā)布)的核心技術(shù)來自中國的包亦望，并被國內(nèi)外相關(guān)測試和研發(fā)人員廣泛應(yīng)用。

2015年全國勞動模范和先進工作者表彰大會上，包亦望榮獲全國勞動模范稱號，受到國家領(lǐng)導(dǎo)人的親切接見。誠如意大利著名作家拉·喬乃尼奧里所言，“勞動是產(chǎn)生一切力量、一切道德和一切幸福的威力無比的源泉?！眰€人的理想總是與祖國的命運息息相關(guān)，勞動者只有將一己的快樂融入民族振興和國家富強的偉大事業(yè)，才能真正實現(xiàn)個體價值與幸福的最大化。用自己的勞動為自己熱愛的事業(yè)而忘我奉獻從而為更多的人服務(wù)就是世界上最幸福的人。