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翟婉明:高鐵夢就是我的“中國夢”

2022-04-08 09:50 來源:成都科協

  “高鐵不僅以它特有的‘顏值’和‘氣質’變革著人們的出行方式,提升人們的生活品質,而且不斷縮小祖國內地與邊疆、城市與農村差別,對國民經濟高質量發展和現代化建設起到重要作用。”這是翟婉明在中國科學院第二十次院士大會全體院士學術報告會上的一段演講。

  翟婉明,中國科學院院士,美國國家工程院外籍院士,現任成都市科協名譽主席、西南交通大學首席教授、博士生導師。2021年,他被授予“全國優秀共產黨員”稱號。

  從入大學求學到現在,翟婉明見證了中國高鐵從無到有,再到形成世界最大的高速鐵路網,總里程超過3.8萬公里的歷程,也見證了鐵路密布、高鐵飛馳、天塹變通途的奇跡。

  翟婉明主持完成的創新成果“鐵道機車車輛-軌道耦合動力學理論體系、關鍵技術及工程應用”榮獲2005年度國家科技進步一等獎

  翟模型 翟方法

  創新發展解決世界難題

  1981年,翟婉明剛考上西南交通大學。開學前夕,他乘火車趕赴學校所在地,這是他有生以來第一次坐火車。“沒想到大雨致使寶成鐵路一段路基塌方。只好繞道,我輾轉花了三天四夜,才從老家江蘇靖江趕到位于四川峨眉山的學校。”翟婉明回憶說。

  首次乘火車的經歷讓翟婉明深刻認識到中國鐵路亟待提高。他上車后發現,車廂被擠得水泄不通,想找個站的地方都難,更別提有空座了。他只好擠站在通道上。“第一次乘火車,我很興奮,但吃驚地發現,中國鐵路竟然如此落后,好像當頭挨了一棒。”翟婉明說。窮則思變,這一次經歷讓他心底萌發了改變中國鐵路落后面貌的想法。

  考上大學不容易,對翟婉明這樣的農村青年更是如此。他深知這一點,倍加珍惜來之不易的求學機會,拿出拼命三郎的勁頭,如饑似渴、夜以繼日地勤奮鉆研?嘈娜,天不負,翟婉明很快嶄露頭角,成績名列前茅,并一路以“第一”的優異表現完成了本科、碩士、博士的學業,進入中國鐵路交通科研的前沿領域。

  軌道交通工程動力學與振動控制是翟婉明長期研究的方向。經典的車輛動力學、軌道動力學理論是將車輛和軌道分開進行研究的,不能很好解決復雜的車輛與軌道動態相互作用問題。針對傳統研究的局限性,翟婉明大膽地提出車輛-軌道耦合動力學,即把車輛系統和軌道系統視為一個相互作用、相互耦合的大系統,綜合研究列車在線路上的動態行為,結束了長期以來將機車車輛和軌道割裂開來研究的局面,在國際上被稱作“翟模型”。

  不僅如此,為了高效求解這一復雜大系統問題,翟婉明還構造了適合于大系統動力分析的快速顯式數值積分方法,后來在國際上被稱為“翟方法”,得到廣泛采用。同時,翟婉明提出了機車車輛與線路動力性能最佳匹配設計原理及方法,并主持研究建立了高速列車-軌道-橋梁動力相互作用理論及安全評估技術……

  從就讀西南交通大學到留校任教,翟婉明一直從事軌道交通工程領域的科技創新和人才培養工作,成為了西南交通大學交通運輸工程學科(全國學科評估排名第一)的帶頭人。

  新標準 新規范

  戰略需求催生高鐵科創

  談到中國高鐵發展至今遇到的挑戰,翟婉明表示,高鐵發展初期,我們由于沒有任何相關設計和建設的經驗,遭遇到多方面挑戰。

  其中,最大的挑戰是沒有設計標準和建造標準。沒有標準怎么來設計高速鐵路線橋基礎設施?以高鐵線路為例,平面曲線和縱斷面曲線的半徑最小可以取多少?曲線和直線之間的連接有個緩和曲線,如果處理得不好,高速列車就會在運行中突然抖動,影響乘坐體驗。這個緩和曲線長度該如何選?線路坡度最大能到多少?“這些設計參數影響線路上高速列車運行的安全性和平穩性。當時,我國在這些方面沒有任何經驗,一片空白,困難重重。”翟婉明說。

  該難題的解決得益于翟婉明提出根據動力學理論來預測行車的動態性能和大量試驗驗證,即在高速列車行駛過程中,看行車的性能指標是否滿足標準,從而倒推線路設計參數的合理值。如今,中國已經有了高鐵的設計規范和設計標準,包括線路平縱斷面的設計標準。

  高鐵工程建設中的另一個難題是,以前橋梁的設計標準只適用于每小時200公里以下的行車速度,準確評估高鐵列車通過橋梁的安全性至關重要。為此,當時的鐵道部成立了聯合攻關組,翟婉明出任組長。經過10年艱辛努力,翟婉明帶領聯合攻關組最終提出列車-軌道-橋梁動力相互作用理論,建立了高速列車過橋的動態設計安全評估方法,成功解決了上述難題。該理論方法被全面應用于為高鐵設計的各種特殊橋梁,特別是特大型橋梁。如今,車線橋動力仿真評估技術作為不可替代的一項關鍵技術已納入中國高速鐵路設計規范。

翟婉明在開展現場實驗。(2003年)

  中國高鐵科技領域取得上述卓越的成就是翟婉明等科技工作者長期攜手努力奮斗的結果,彰顯了他們刻苦鉆研、矢志不渝勇攀科技高峰的創新精神和奉獻精神。然而,談到這些成就,翟婉明卻說:“它們都是基于國家工程建設需求設立的重大攻關課題而取得,是國家重大戰略需求拉動的結果?蒲腥藛T只是響應號召,滿足需求,做了一些具體工作。如果脫離了國家的重大需求和強有力支持,我們不可能做出什么東西,就是做出來,也是紙上談兵。”

  更快速 更智能

  新輝煌繼續造福全世界

  從20世紀90年代起,中國開始了高速列車的研究與探索,誕生了以“神州號”“先鋒號”“中華之星”等國產動車組為代表的創新成果。2004年,中國開始全面引進國外高速動車組并創新研制了“和諧號”系列動車組。2012年以來,中國標準高速動車組的自主研制工作深入推進,推動實現了高速列車技術完全自主化。

  2016年7月15日,鄭徐高鐵創造了時速420公里列車交會的世界新紀錄。2017年9月21日,具有完全自主知識產權的中國標準動車組“復興號”在京滬高鐵上實現時速350公里商業運營,中國由此成為高速鐵路運營速度最高的國家,為中國“高鐵走出去”戰略的實施提供了強有力支撐。

  “可以毫不謙虛地講,在350公里時速的線路上,中國高速列車的舒適性、平穩性在國際上是最高的。”翟婉明對高鐵的平穩性贊不絕口。他還特別提到外國在華記者曾在中國高鐵車廂內做過的一個實驗:在列車高速運動的環境下,車廂內立著的一枚硬幣可以保持8分鐘不倒。“這充分說明,中國高速列車跑起來是多么平穩!”翟婉明自豪之情溢于言表。

  中國高速鐵路網建設突飛猛進。截止2020年底,中國已建成并開通運營超過3.8萬公里、“四縱四橫”高速鐵路網,正在加速編織以“八縱八橫”主通道為骨架、區域連接線銜接、城際鐵路補充的未來高速鐵路網。

  如何切實做好高鐵運行維護工作,長期維持高鐵軌面幾何形態的高平順性,讓中國高鐵始終高平穩運行?這是翟婉明一直在思考的問題。為此,他提出要把科學制定《中國高鐵線路運維標準》作為一項重要的任務抓緊、抓好。談到高鐵未來的發展方向,翟婉明指出:“中國高鐵將沿著兩個目標繼續前進。一是更高速,即跑得更快;二是更智能,即跑起來更聰明,提升智能化程度,建設智能高鐵。”

  在智能化建設方面,翟婉明介紹說,中國高鐵已經邁出了可喜的步伐。2019年12月30日開通運營的京張高速鐵路和2020年12月27日全線開通運營的京雄城際鐵路實現了自主智能駕駛,標志著智能高鐵技術創新取得新的突破,樹立了中國軌道交通發展的新的里程碑。

科學家寄語

  “中國高鐵已經取得了舉世矚目的輝煌成就。在交通強國戰略的指引下,我們有信心、有能力創造新輝煌,引領和推動國際高鐵技術繼續創新發展,造福世界。高鐵夢就是我的‘中國夢’!”翟婉明說。

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