振动的蝴蝶效应：地铁导致显微镜失效

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北京地铁4号线列车在13.5米深的地下呼啸而过，100米外北京大学信息科学技术学院大楼中，一台电子显微镜内仿佛刮起了一阵飓风。用肉眼看，这台1米多高的白色金属镜筒安稳立在桌上。将它调至最高精度却会发现，显示屏上的黑白图像长了毛刺，原本纤毫毕现的原子图案因为振动变得模糊不清。

在北大校园内，因地铁运行受到影响的精密仪器，远不止这台价值数百万元的电镜。4号线开通时，北大有价值11亿元的精密仪器，其中4亿元的仪器受到影响。

为了减少地铁振动对这些仪器的干扰，北京市和北大都付出了巨大努力。在4号线北大东门段，地铁公司铺设了最先进的减振轨道。北大专门在较远处新修了综合科研楼，转移了部分精密仪器，但地铁振动的影响仍难以消除。一些学者只能在地铁停运后的半夜做实验。

2023年，离综合科研楼600米的地铁16号线二期全线将会开通，北大内精密仪器将面临两面夹击的窘境。北大实验室与设备管理部环境保护办公室主任张志强认为，如果不采取更多减振措施，形势不容乐观。

面临地铁振动干扰的科研单位不止北大。中国青年报中青在线记者了解得知，清华大学、中国科学院、复旦大学、南京大学、首都医科大学、郑州大学医学院也曾遭遇相似困境。中国科学技术大学、浙江大学、南通大学周边即将修建地铁。

城市里越来越密集的地铁网络、科研机构中越来越灵敏的精密仪器，都是中国经济社会快速发展的标志。可当高精尖仪器遇上地铁线路，谁该避让，成了难以调和的矛盾。

地铁振动的蝴蝶效应

一条条地铁轨道正在北京快速生长。到2023年，它们的总里程将有近千公里。高峰时期，近千辆列车将同时在轨道上飞驰。

在运载乘客的同时，这些重量超过100吨的列车，也成了一个个巨大的振动源。振动通过钢轮、钢轨、隧道和土壤，像波纹一样扩散到地表，进入建筑物内。

交通带来的微振动强度虽不算大，但持续时间长，影响隐蔽不易被发觉。它曾让捷克一座古教堂出现裂纹继而倒塌，曾长期影响巴士底歌剧院的演出效果，也曾干扰英特尔公司在集成板上雕刻纳米级电路。

在地铁激荡起的振动中，对精密仪器干扰最严重的是低频振动。这种振动波长很长，不易在土层中衰减。北大环境振动监测与评估实验室主任雷军，曾和学生拎着地震仪，测量过北京多条地铁线路，他们发现，在精密仪器更敏感的低频范围内，离地铁100米内地表振动强度比没有列车通过时高了30~100倍。

很少有人注意到这种振动给城市带来的影响。北京交通大学轨道减振与控制实验室是国内较早开展研究的团队。他们测试的数据显示，10多年间，北京市离地铁100米内的地层微振动提高了近10倍。

对北大和清华的精密仪器来说，地铁几乎意味着灾难性打击。

地铁开通之前，在这两所中国最著名的高校，因公交和铁路引起的环境振动，已逼近甚至超过某些仪器规定的安全值。不过，因为这些仪器在制订正常使用环境振动要求时留有富余量，绝大部分仍能正常工作。临近的地铁线一旦开通，两所大学中对振动敏感的精密仪器，很可能无法在最高精度下正常工作。

有学者认为，这造成巨大的浪费，花100万美元买回来的仪器，只能当10万美元的用。

许多仪器的使用者并不知晓，地铁振动会影响仪器。曾有同事找到雷军，抱怨实验室一台测量岩石年龄的精密仪器突然不正常了。这位老师叫来厂家，左调右调，愣是修不好，厂家也摸不着头脑。

雷军问：什么时候开始不正常的？对方说：从2009年开始。事实上，并非仪器坏了，而是地铁4号线开通后，振动干扰了仪器。

国内研究地铁振动问题的专家，包括设备厂商，总共不到百来人。北交大副教授马蒙感慨，这是一个非常小的学术圈子，其中大部分专家还在同一个微信群里。

10多年来，雷军一直在各种场合呼吁关注地铁振动问题。一有机会，他便向不了解的学者和学生科普地铁振动的影响。

在很长一段时间内，原本搞地震学的他，一门心思扑进这个冷门的学术领域。家人常劝他，别不务正业。

他曾为两个单位做过环境振动评估。一个是中国计量科学研究院，是国家最高计量科学研究中心，原址环境振动严重超标，后来搬迁到昌平，评估却发现新址仍有一些问题。另一个是某国防计量站，环境振动超标100多倍。

在雷军看来，这个领域相当重要。他敲着桌子问：中国正经历工业化转型，可为什么这些年我们的科技成果都是大块头的？一些核心电子元件，包括芯片、光刻机、光栅薄材等许多领域零部件的加工，为什么即便我们买回了国外全套生产线，也造不出一样的东西？很大一个原因就是环境振动超标。今天我们已经能生产粗犷的工业品，我们的短板主要在精度上，一小一精就不行。

振幅很小（只有几微米）的环境地面运动。系由天然的和（或）人为的原因所造成，例如风、海浪、交通干扰或机械振动等。常用于确定场地和工程结构动态特性。对专门研究环境振动的专家来说，地铁引起的微振动，看似蝴蝶扇动翅膀，但在对振动敏感的高精尖领域，足以酿成灾难性的风暴，从而制约一个国家的发展：光刻机需要在1毫米内画上千条线，需要外部环境保持极度稳定；导弹系统中高速旋转的陀螺仪，加工时必须保证质量中心和几何中心完全重合，否则就会指东打西。

　 环境振动的危害,可以影响到结构的安全、产品生产的精度、人们的生产操作和身心健康,所以对有害的环境振动应充分予以关注。

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