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“高鐵夢(mèng)”的牽引者

——西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新故事

冬日，蓉城寒氣逼人。走入城市西北角的西南交大牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)車車輛滾動(dòng)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)卻熱氣騰騰，輪軌摩擦聲氣勢(shì)磅礴。模擬高鐵真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，一項(xiàng)項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)由此完成。

該實(shí)驗(yàn)室成立25年來(lái)，在中國(guó)鐵路的演進(jìn)中扮演了重要角色，從理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證到跟蹤試驗(yàn)，每一種奔馳在高鐵上的車型都要在這里測(cè)試、定型，這里也成為中國(guó)高鐵技術(shù)研發(fā)及人才培養(yǎng)基地。

“這些都是我們敢于突破、創(chuàng)新的結(jié)果！”

“從某種意義上說(shuō)，中國(guó)的高鐵等于西南交通大學(xué)！”西南交大校長(zhǎng)徐飛這樣介紹學(xué)校與高鐵的關(guān)系。

在軌道交通大發(fā)展的背景下，西南交大的學(xué)科建設(shè)與其高度吻合，牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室適時(shí)站在了時(shí)代的浪尖上。20世紀(jì)90年代初，實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外率先提出車輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論。從此，實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)鐵路大事件朝夕相伴。實(shí)驗(yàn)室主任張衛(wèi)華教授說(shuō)：“鐵路要發(fā)展，國(guó)家有需求，就有我們的舞臺(tái)?！?

“怎樣才能安全？速度提升后，什么樣的曲線參數(shù)既保證行車安全又保證乘坐舒適？實(shí)驗(yàn)室要靠研究回答這些問(wèn)題?！敝锌圃涸菏俊⑽髂辖淮笫紫淌诘酝衩餍蜗蟮亟忉寣?shí)驗(yàn)室的作用。

在廣深港高鐵線路設(shè)計(jì)中，跨越珠江水域（獅子洋）究竟是采用橋梁、隧道還是橋隧結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)單位選擇了兩個(gè)長(zhǎng)隧道方案、兩個(gè)橋隧結(jié)合方案。橋隧結(jié)合方案因地形原因設(shè)計(jì)的坡度將超過(guò)千分之三十甚至達(dá)到千分之四十。這樣的大坡度時(shí)速300~350公里跑車行不行？翟婉明與他的學(xué)生們運(yùn)用他所建立的車輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，仿真模擬高速車在設(shè)計(jì)線上運(yùn)行。

經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)橋隧結(jié)合方案不能滿足安全要求。哪個(gè)長(zhǎng)隧道方案更優(yōu)？通過(guò)對(duì)各種行車性能指標(biāo)的仔細(xì)對(duì)比，他們最后推薦了最優(yōu)的沙仔島方案并被采納。目前線路已開(kāi)通運(yùn)行近兩年，實(shí)踐證明了該選線的優(yōu)越性。

“為設(shè)計(jì)部門提供了科學(xué)支撐，在工程中發(fā)揮了直接作用，我感到十分欣慰?！钡酝衩髡f(shuō)，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的高度結(jié)合。

另一個(gè)例子是在福廈高鐵的修建中，設(shè)計(jì)單位遇到了新問(wèn)題。根據(jù)運(yùn)輸需要，這條鐵路要建成客貨混運(yùn)的高鐵。

“高鐵上怎么能跑貨車呢？”當(dāng)時(shí)，爭(zhēng)議之聲不絕。2002年，中鐵二院作項(xiàng)目可行性進(jìn)行研究就遇到難題：客貨混運(yùn)的高鐵曲線應(yīng)該遵守什么樣的設(shè)計(jì)參數(shù)？當(dāng)時(shí)沒(méi)有設(shè)計(jì)規(guī)范。

翟婉明研究組仿真分析了普通貨車與高速客車以不同速度在各種不同半徑曲線軌道上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)行為，最終找到了同時(shí)能夠滿足兩者安全平穩(wěn)性的曲線設(shè)計(jì)參數(shù)。國(guó)際上罕見(jiàn)的高鐵客貨混運(yùn)規(guī)范由此開(kāi)始研究并得以誕生。

張衛(wèi)華說(shuō)：“這些都是我們敢于突破、創(chuàng)新的結(jié)果！”

“這幫知識(shí)分子很拼命！”

中國(guó)的高鐵運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)超過(guò)1.1萬(wàn)公里。這些線路的設(shè)計(jì)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、線路的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)，無(wú)不閃現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室?guī)熒纳碛啊?

金學(xué)松教授已經(jīng)59歲，但就在前兩天，他出現(xiàn)在了滬蓉高鐵線的實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，上鐵軌、入機(jī)房、頂寒風(fēng)、冒酷暑，一年三分之一甚至更多時(shí)間工作在野外。金學(xué)松說(shuō)：“對(duì)新線路、新運(yùn)用的狀態(tài)、規(guī)律的測(cè)試，是不分季節(jié)、不分氣候的。如果不抓住，就永遠(yuǎn)地失去了?！?

2008年，中國(guó)第一條時(shí)速超350公里的京津線開(kāi)通。那一年，金學(xué)松與學(xué)生們租住在廊坊的一個(gè)老鄉(xiāng)家里，自己挖土坑作為廁所，從風(fēng)沙飛舞的3月一直忙到酷暑的7月。當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室?guī)熒鷰缀跞砍鰟?dòng)，20多個(gè)不同課題組團(tuán)隊(duì)奔忙在這條高鐵線上。

從京津線、武廣線、到鄭西線、京滬線、哈大線，副研究員肖新標(biāo)始終跟隨著中國(guó)高鐵建設(shè)的腳步。為測(cè)噪聲，他和團(tuán)隊(duì)搭建的測(cè)試架足足有4層樓高，從梯子上下來(lái)，無(wú)論誰(shuí)都雙腳發(fā)顫。在津秦線上做減震降噪實(shí)驗(yàn)，師生們冒著40℃的高溫，連租用的面包車的司機(jī)都感嘆：“這幫知識(shí)分子很拼命！”

肖新標(biāo)和團(tuán)隊(duì)在京津線上第一次獲取了我國(guó)高鐵車外噪聲頻譜云圖，在武廣線上第一次完成了我國(guó)高鐵的車內(nèi)噪聲云圖。這些跟蹤數(shù)據(jù)如今已經(jīng)運(yùn)用在新車的研發(fā)降噪和運(yùn)營(yíng)中。

為了跟蹤測(cè)試這些噪聲數(shù)據(jù)，肖新標(biāo)原本準(zhǔn)備好了博士論文，卻因一直在測(cè)試線上，論文答辯從2009年推遲到了2013年。肖新標(biāo)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室?guī)熒刻旒影嗍浅B(tài)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)不曾有空歇，上路測(cè)試從未斷檔。正是這些來(lái)自嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)營(yíng)一線的無(wú)數(shù)數(shù)據(jù)，支撐起中國(guó)高鐵十足的自主成色。

國(guó)外的高鐵運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)向我們高度封鎖，中國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)有何規(guī)律，噪聲、磨損如何，實(shí)驗(yàn)室高度關(guān)注。高鐵運(yùn)營(yíng)中禁止干擾，為摸清軌道的磨損規(guī)律，師生們只能利用深夜高鐵停運(yùn)中間的兩三個(gè)小時(shí)查線路。同樣，探尋車輛的運(yùn)行、磨損狀況，師生們只能等機(jī)車晚上回庫(kù)檢修、打掃衛(wèi)生等工作完成后才能上車測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)間只有凌晨開(kāi)始的短暫時(shí)間。

博士生張捷回憶，為測(cè)試京滬線的鋼軌及車輪磨損規(guī)律，課題組晚上上軌道和機(jī)車測(cè)量，白天又坐汽車趕往下一站，從未睡個(gè)整覺(jué)，從北往南，足跡布滿千里高鐵線。

攻克關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)理論到實(shí)踐的超越

現(xiàn)在的牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向涉及線路橋梁動(dòng)力學(xué)、弓網(wǎng)關(guān)系、輪軌關(guān)系、強(qiáng)度疲勞、降噪控制等多方面。先后走出三位院士，產(chǎn)生了“沈氏理論”“翟-孫模型”“翟方法”等享譽(yù)中外的理論成果，還在國(guó)內(nèi)第一個(gè)搭建完成載人高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形實(shí)驗(yàn)線，用較短時(shí)間實(shí)現(xiàn)了軌道交通從理論到實(shí)踐的超越。

“當(dāng)初建立機(jī)車車輛滾動(dòng)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能參考的僅僅是國(guó)外的一張照片?！睆埿l(wèi)華介紹，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行模擬速度超過(guò)了每小時(shí)600公里，可謂世界最高速度。實(shí)驗(yàn)臺(tái)之變見(jiàn)證的是中國(guó)高鐵由國(guó)家需求牽引、多機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)，從引進(jìn)、消化到實(shí)現(xiàn)再創(chuàng)新的特色之路。

而今，實(shí)驗(yàn)室作為中國(guó)高鐵走出去戰(zhàn)略的重要支點(diǎn)，在隆隆向前的同時(shí)也帶動(dòng)相關(guān)力量的和諧共振。

眾所周知，在高鐵中，橋梁的比例很高，如京滬線的橋梁比例占線路總長(zhǎng)的80.5%。因此，高鐵橋梁動(dòng)力性能設(shè)計(jì)是不可回避的重大課題。在研究350公里時(shí)速的高鐵橋梁設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)鐵道科學(xué)研究院、北京交大、中南大學(xué)聯(lián)合攻關(guān)。這一由翟婉明領(lǐng)銜的聯(lián)合課題組，從2001年到2011年，十年磨一劍，最終成功建立了一套高速列車過(guò)橋動(dòng)力學(xué)理論及模型。不管什么類型的橋梁，只要將參數(shù)輸入模型，經(jīng)計(jì)算機(jī)科學(xué)運(yùn)算即可知道安不安全。該課題組先后完成的100多種橋梁車線橋動(dòng)力性能仿真評(píng)估，為高鐵及提速鐵路橋梁建設(shè)工程提供了重要的理論支撐。

動(dòng)力學(xué)理論支撐的橋梁模型是否有效，原鐵道部科技司搞了兩次突然襲擊：在實(shí)測(cè)前讓課題組先把高速列車通過(guò)若干座橋梁的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算出來(lái)，將計(jì)算結(jié)果密封，待測(cè)試結(jié)果出來(lái)后拆封比對(duì)。

翟婉明先后經(jīng)歷了兩次這樣壓力巨大的實(shí)際“考試”，都表明實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果良好相符。

“從峨眉（西南交大老校區(qū)）土生土長(zhǎng)到現(xiàn)在，我深愛(ài)著這個(gè)學(xué)校！”翟婉明曾這樣深情表白。正是實(shí)驗(yàn)室科研人員這樣質(zhì)樸的家國(guó)情懷，催生這里成為中國(guó)高鐵的人才搖籃。

博士生趙悅說(shuō)：“這里的每位老師都是治學(xué)科研的榜樣，我們有機(jī)會(huì)到高鐵的設(shè)計(jì)、建設(shè)、測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，在實(shí)踐中提升理論研究高度。”每年，從這里走出的百余名碩士生、博士生供不應(yīng)求，他們很多都已經(jīng)成長(zhǎng)為中國(guó)高鐵科研、設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)等方面的中堅(jiān)力量。

翟婉明目前正關(guān)注高鐵基礎(chǔ)設(shè)施動(dòng)態(tài)性演變及服役安全性研究，主持國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃，為高鐵長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)安全提供保障。而張衛(wèi)華則思考致力推動(dòng)中國(guó)高鐵的2.0版本，全面提升高鐵的設(shè)計(jì)、制造、施工、維護(hù)方面的水平。他們?nèi)缤袊?guó)高鐵，高速、穩(wěn)健，勇往直前。