“高鐵夢”的牽引者

　　——西南交通大學牽引動力國家重點實驗室的創(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力國家重點實驗室，機車車輛滾動振動實驗臺卻熱氣騰騰，輪軌摩擦聲氣勢磅礴。模擬高鐵真實運行環(huán)境，一項項測試數(shù)據(jù)由此完成。

　　該實驗室成立25年來，在中國鐵路的演進中扮演了重要角色，從理論分析、試驗驗證到跟蹤試驗，每一種奔馳在高鐵上的車型都要在這里測試、定型，這里也成為中國高鐵技術研發(fā)及人才培養(yǎng)基地。

　　

　　圖為牽引動力國家重點實驗室?guī)熒鷮υO計的高鐵車頭進行測試。資料照片

　　“這些都是我們敢于突破、創(chuàng)新的結果！”

　　“從某種意義上說，中國的高鐵等于西南交通大學！”西南交大校長徐飛這樣介紹學校與高鐵的關系。

　　在軌道交通大發(fā)展的背景下，西南交大的學科建設與其高度吻合，牽引動力國家重點實驗室適時站在了時代的浪尖上。20世紀90年代初，實驗室在國內外率先提出車輛—軌道耦合動力學理論。從此，實驗室與中國鐵路大事件朝夕相伴。實驗室主任張衛(wèi)華教授說：“鐵路要發(fā)展，國家有需求，就有我們的舞臺?！?/p>

　　“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？實驗室要靠研究回答這些問題?！敝锌圃涸菏?、西南交大首席教授翟婉明形象地解釋實驗室的作用。

　　在廣深港高鐵線路設計中，跨越珠江水域（獅子洋）究竟是采用橋梁、隧道還是橋隧結合的方式，設計單位選擇了兩個長隧道方案、兩個橋隧結合方案。橋隧結合方案因地形原因設計的坡度將超過千分之三十甚至達到千分之四十。這樣的大坡度時速300~350公里跑車行不行？翟婉明與他的學生們運用他所建立的車輛—軌道耦合動力學理論，仿真模擬高速車在設計線上運行。

　　經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)兩個橋隧結合方案不能滿足安全要求。哪個長隧道方案更優(yōu)？通過對各種行車性能指標的仔細對比，他們最后推薦了最優(yōu)的沙仔島方案并被采納。目前線路已開通運行近兩年，實踐證明了該選線的優(yōu)越性。

　　“為設計部門提供了科學支撐，在工程中發(fā)揮了直接作用，我感到十分欣慰。”翟婉明說，從基礎研究到應用，實驗室實現(xiàn)了理論與實踐的高度結合。

　　另一個例子是在福廈高鐵的修建中，設計單位遇到了新問題。根據(jù)運輸需要，這條鐵路要建成客貨混運的高鐵。

　　“高鐵上怎么能跑貨車呢？”當時，爭議之聲不絕。2002年，中鐵二院作項目可行性進行研究就遇到難題：客貨混運的高鐵曲線應該遵守什么樣的設計參數(shù)？當時沒有設計規(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行時的動態(tài)行為，最終找到了同時能夠滿足兩者安全平穩(wěn)性的曲線設計參數(shù)。國際上罕見的高鐵客貨混運規(guī)范由此開始研究并得以誕生。

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

　　“這幫知識分子很拼命！”

　　中國的高鐵運營里程已經(jīng)超過1.1萬公里。這些線路的設計、聯(lián)調聯(lián)試、線路的運營監(jiān)測，無不閃現(xiàn)實驗室?guī)熒纳碛啊?/p>

　　金學松教授已經(jīng)59歲，但就在前兩天，他出現(xiàn)在了滬蓉高鐵線的實測現(xiàn)場，上鐵軌、入機房、頂寒風、冒酷暑，一年三分之一甚至更多時間工作在野外。金學松說：“對新線路、新運用的狀態(tài)、規(guī)律的測試，是不分季節(jié)、不分氣候的。如果不抓住，就永遠地失去了?！?/p>

　　2008年，中國第一條時速超350公里的京津線開通。那一年，金學松與學生們租住在廊坊的一個老鄉(xiāng)家里，自己挖土坑作為廁所，從風沙飛舞的3月一直忙到酷暑的7月。當時，實驗室?guī)熒鷰缀跞砍鰟樱?0多個不同課題組團隊奔忙在這條高鐵線上。

　　國外的高鐵運營數(shù)據(jù)向我們高度封鎖，中國高鐵運營有何規(guī)律，噪聲、磨損如何，實驗室高度關注。高鐵運營中禁止干擾，為摸清軌道的磨損規(guī)律，師生們只能利用深夜高鐵停運中間的兩三個小時查線路。同樣，探尋車輛的運行、磨損狀況，師生們只能等機車晚上回庫檢修、打掃衛(wèi)生等工作完成后才能上車測試，現(xiàn)場調查時間只有凌晨開始的短暫時間。

　　博士生張捷回憶，為測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車測量，白天又坐汽車趕往下一站，從未睡個整覺，從北往南，足跡布滿千里高鐵線。

　　從京津線、武廣線、到鄭西線、京滬線、哈大線，副研究員肖新標始終跟隨著中國高鐵建設的腳步。為測噪聲，他和團隊搭建的測試架足足有4層樓高，從梯子上下來，無論誰都雙腳發(fā)顫。在津秦線上做減震降噪實驗，師生們冒著40℃的高溫，連租用的面包車的司機都感嘆：“這幫知識分子很拼命！”

　　肖新標和團隊在京津線上第一次獲取了我國高鐵車外噪聲頻譜云圖，在武廣線上第一次完成了我國高鐵的車內噪聲云圖。這些跟蹤數(shù)據(jù)如今已經(jīng)運用在新車的研發(fā)降噪和運營中。

　　為了跟蹤測試這些噪聲數(shù)據(jù)，肖新標原本準備好了博士論文，卻因一直在測試線上，論文答辯從2009年推遲到了2013年。肖新標說，實驗室?guī)熒刻旒影嗍浅B(tài)，實驗臺不曾有空歇，上路測試從未斷檔。正是這些來自嚴謹實驗、運營一線的無數(shù)數(shù)據(jù)，支撐起中國高鐵十足的自主成色。

　　

　　圖為牽引動力國家重點實驗室機車車輛滾動振動試驗臺一角。資料照片

　　攻克關鍵技術，實現(xiàn)理論到實踐的超越

　　現(xiàn)在的牽引動力國家重點實驗室，研究方向涉及線路橋梁動力學、弓網(wǎng)關系、輪軌關系、強度疲勞、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”等享譽中外的理論成果，還在國內第一個搭建完成載人高溫超導磁懸浮環(huán)形實驗線，用較短時間實現(xiàn)了軌道交通從理論到實踐的超越。

　　“當初建立機車車輛滾動振動實驗臺，能參考的僅僅是國外的一張照片?！睆埿l(wèi)華介紹，現(xiàn)在實驗臺的運行模擬速度超過了每小時600公里，可謂世界最高速度。實驗臺之變見證的是中國高鐵由國家需求牽引、多機構聯(lián)合攻關，從引進、消化到實現(xiàn)再創(chuàng)新的特色之路。

　　而今，實驗室作為中國高鐵走出去戰(zhàn)略的重要支點，在隆隆向前的同時也帶動相關力量的和諧共振。

　　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的80.5%。因此，高鐵橋梁動力性能設計是不可回避的重大課題。在研究350公里時速的高鐵橋梁設計中，實驗室與中國鐵道科學研究院、北京交大、中南大學聯(lián)合攻關。這一由翟婉明領銜的聯(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橋動力學理論及模型。不管什么類型的橋梁，只要將參數(shù)輸入模型，經(jīng)計算機科學運算即可知道安不安全。該課題組先后完成的100多種橋梁車線橋動力性能仿真評估，為高鐵及提速鐵路橋梁建設工程提供了重要的理論支撐。

　　動力學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：在實測前讓課題組先把高速列車通過若干座橋梁的動力參數(shù)計算出來，將計算結果密封，待測試結果出來后拆封比對。

　　翟婉明先后經(jīng)歷了兩次這樣壓力巨大的實際“考試”，都表明實測結果與仿真結果良好相符。

　　“從峨眉（西南交大老校區(qū)）土生土長到現(xiàn)在，我深愛著這個學校！”翟婉明曾這樣深情表白。正是實驗室科研人員這樣質樸的家國情懷，催生這里成為中國高鐵的人才搖籃。

　　博士生趙悅說：“這里的每位老師都是治學科研的榜樣，我們有機會到高鐵的設計、建設、測試現(xiàn)場，在實踐中提升理論研究高度。”每年，從這里走出的百余名碩士生、博士生供不應求，他們很多都已經(jīng)成長為中國高鐵科研、設計、運營等方面的中堅力量。

　　翟婉明目前正關注高鐵基礎設施動態(tài)性演變及服役安全性研究，主持國家重點基礎研究計劃，為高鐵長期運營安全提供保障。而張衛(wèi)華則思考致力推動中國高鐵的2.0版本，全面提升高鐵的設計、制造、施工、維護方面的水平。他們如同中國高鐵，高速、穩(wěn)健，勇往直前。