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中国科技人才杂志 高亮:仰望星空脚踏实地——记2017年国家科技进步一等奖获得者高亮团队

个人简介:高亮,北京交通大学土木建筑工程学院教授、博士生导师、长江学者特聘教授。国内著名的轨道学科专家,北京市轨道工程重点实验室主任,主要从事道路与铁道工程专业(国家重点学科)轨道工程方面的研究工作。2016年入选创新人才推进计划创新团队负责人。

2018年的2月1日开始,中国又一次上演了“人类最大规模的周期性迁徙”,据国新办1月31日举行的新闻发布会上介绍,今年春运预计全国旅客发送量将达到29.8亿人次,其中全国铁路预计发送旅客3.9亿人次,日均发送955万人次。无数铁路工作人员加班加点,以保证每一位旅客安全到家。

决定铁路交通安全与行驶速度的无非两大主要因素,列车性能和线路性能。而轨道直接决定了铁路行驶的安全性和平稳性,是线路性能的关键因素。高亮及其团队十几年来的不懈努力和苦心钻研,用不断进步的铁路轨道技术,尤其是无缝线路技术保障了高速列车在不断提速下的安全运行。

生逢盛世,英雄用武,与高铁从“相遇”到“相知”

2008年8月1日,中国第一条国际一流水平的高速铁路“京津城际铁路”正式通车运营。截至2017年底,我国铁路营运里程达到12.7万公里,居世界第二位,其中高铁2.5万公里,居世界第一位,特别是十八大以来的5年,我国新增铁路里程近2万公里,其中高铁1.07万公里,建成了发达完善的铁路网和世界领先的高铁网。

在高速铁路发展之初,我们还要从国外引进技术,仅仅用了10来年时间,中国高铁铁路就完成了从跟跑到领跑的过程,在高铁飞速发展的背后,是一批批铁路建设者和科研工作者披荆斩棘,摸着石头过河的艰苦历程。

北京交通大学教授、2017年国家科技进步奖一等奖获得者高亮作为其中的一员,率领团队建立了列车-无缝线路-无砟轨道-下部基础空间耦合动力分析方法,创立了长大桥、高架站无缝线路设计理论和方法,创建了无砟轨道空间实体及反演再设计方法,研发了Π型台后锚固体系……用他们深入一线钻研的科技成果为我国高铁大规模建设、安全运营及“走出去”战略提供了重要的理论及技术支撑。

20世纪90年代,高铁建设尚未提上议事日程,但已有不少高校和科研单位的学者意识到无缝线路对铁路发展的重要意义。1990年,高亮就在导师的指导下开展了无缝线路的研究。

“也是我们赶上了好时代,赶上了国家大力发展铁路提速、高铁的年代,需要大量的研究人员,老同志陆陆续续地退休了,在学校和前辈的支持下,赶鸭子上架……”以前铁路速度较低,成昆铁路、成渝铁路都只有几十公里的速度,运能有限、速度慢。但那时中国整体经济落后,铁路交通的价格优势与其它交通工具无法比拟。改革开放后,一部分人先富起来了,人们可以根据出行需要而并非仅仅为了省钱选择交通工具。尤其上世纪八九十年代后,一些地方在“要想富,先修路”的口号号召下,高速公路如雨后春笋般地发展起来,行车速度基本和铁路不相上下或超过铁路。而铁路多年未发展,长途不如航空快捷,短途又不如公路方便快捷。大家在选择交通工具的时候自然也就有了取舍。若铁路在公路和航空面前没有明显优势,铁路运输就会很快被挤垮,失去市场。在这种背景下,“铁老大”只能顺势而为,国家开始想办法为铁路不断提速,并下决心发展中国高铁。铁道部下决心要改造路网,而此时已在铁道工程方面研究数年的高亮,可谓是生逢其时,赶上了大展宏图的好时代。

无缝线路(即无缝轨道)是铁路技术进步的重要标志,是轨道结构近百年来最突出的改进与创新。尽管国内外早已开始研究无缝线路,但大多针对普速、有限长的无缝线路。自我国提出发展高速铁路以来,面对我国特有的国情,如何保证复杂环境条件下高速铁路几百或上千公里无缝线路的强度、稳定性、平顺性成为难点,也是其他国家铁路发展中从未遇到的挑战。

高亮和团队成员在国内外专家研究的基础上,结合我国铁路6次大提速以及高铁建设的重大需求,抓住机遇,承担了当时铁道部的大量课题,对无缝线路如何保证稳定、强度,怎样提高不同结构的力学均衡性保障线路的高平顺、高稳定性等做了大量试验和理论研究工作。

自2003年我国试着做第一条高铁——秦沈客运专线开始,高亮教授的团队就开始做高铁轨道结构相关的研究工作。从一开始不得不发展铁路,到后来体会到了高铁在各个方面有着无可比拟的优势,不仅老百姓慢慢认可了国家规模化发展高铁的重要性,军队国防也有着这方面的需要。国家亦有言,“交通强国,铁路先行”。说到这,高亮教授情不自禁地再次慨叹赶上了好时候,如果铁路发展一直停滞不前,团队也培养不了这么多人,聚集不了这么多人才,更无法获得国家科技奖励一等奖的殊荣。

学以致用,以身作则,一举一动尽显担当

走近团队,除了领头的高亮教授和个别的教授系主任以外,包括系主任蔡小培,清一色的80、90后,实在难以想象,这么一支年轻的队伍能与国家科技奖励一等奖关联上。“我们的队伍的确年轻,过去没有太多实战经验,如今国家加大对外开放、经济建设峥嵘发展,也是我们撸起袖子加油干的好时机来了。”以高亮教授为首的这批团队,都正值三四十岁的年纪,血气方刚,又赶上了国家有大力发展铁路的需要,如高亮教授所言,“真的是不计报酬在做这些事”。高亮教授从老一辈的教授手中接过的接力棒来引领团队工作,深刻地体会到中国人强烈的爱国情怀和知识分子的责任担当是中国能够快速发展的核心所在。老一辈是这样,年轻一辈更是这样。其实当时无论是资金投入还是科研基础投入,我们与国外相比都没有优势,但是我们仍然以令世人瞩目的速度,把中国高铁在短短十几年间发展起来了,不得不说正是这批像高亮教授一样拥有热血报国情怀的年轻人,是他们挑起了民族强盛的大梁。

高亮教授告诉我们,从国外借鉴技术,到我们真正拥有我们自己的知识产权,这其中的道路不可不说是坎坷而漫长的。

“一开始,国内相关研究离不开外国专家和他们的技术。但专家只是告诉我们‘怎么做’,却不让我们明白‘是什么’、‘为什么’。我们只能按他们说的做。但由于每个国家所面临环境的差异,生搬硬套,不仅学不到真正的技术,将来在建设和运营时面对一些特殊复杂问题也无法从容应对。因此为了国家高铁的健康发展,就要求广大科技人员在与国外技术人员交流的时候,都要事无巨细面面俱到。如标书如何制定,某数据要达到什么样的指标,不仅要知道‘怎么做’,还要知道‘是什么’、‘为什么’。”

由于我国地域广阔,国外的技术由于受到其国土面积及气候、地质环境的限制,难以满足我国复杂环境条件下高速铁路建设的需要。如何让技术愈加成熟,在我国拥有更广阔的应用空间,并非一件易事。有时碰上一些问题,问国外专家,他们并不一定能够妥善解决,甚至在本国根本没有遇到过这种情况。这样,请教就变成了合作。合作的过程中,争论就在所难免。高亮教授回忆,曾在京沪高铁运用的一个结构,是我方提出的,对方始终表示不接受,没有原因,只是因为与现有的设计方案不相符合。经过多次的交流讨论,反复试验论证,对方也不得不慢慢认可,我们的技术更符合工程实际,设计更合理。从一开始技术领先国瞧不上中国技术,到认可中国技术,乃至不得不依赖中国技术,以高亮为代表的中国科技领军人才所带领的团队走过了一条不长却艰难的道路。

现在,高亮教授的团队在轨道领域已经完全脱离外国人员和技术,各个方面都实现了自主,有的研究领域甚至外国人也从未涉及。在广大科技工作者的共同努力下,国际上承认现如今的中国高铁基础设施建设技术已经领跑世界,完全有能力让世界都看到我们中国人做出真正的好东西。

如今,在三环里北京交通大学各种会议室和报告厅里,时常举行各种高铁轨道方面的国际会议,举办面向国外专业人才、高铁管理人才的培训班。来交流学习的学生也越来越多,有的国外专家甚至想在中国发展,因为中国地域辽阔,近年来经济发展又态势迅猛,各方面都最具备高铁研究和应用的基础。

舍得人生,为师本色,为国家大力培养人才

高亮所研究的内容方向,不像数学只需要思考的大脑便可完成,也不像生命科学等专业在实验室里可操作。既需要大胆的想象,又需要完美的设计、精确的演算,更需要艰辛的实操——室内、尤其是现场大量的实验。

京沪高铁建设期间,高亮与团队蔡小培、肖宏等教授带着师生们在安徽滁州段做试验。为了研发更适应现场施工情况无砟轨道新型梁端锚固装置——端刺结构,需要进行现场大型原位试验。

那时是夏天,烈日暴晒之下,铁架上的温度高达60多摄氏度,工作条件非常恶劣。为了赶进度,大家从早干到晚,来不及稍作休整,又接着干通宵。试验原定压力加到1100吨,顺利通过后,大家还没来得及庆祝,有关方面提出,为了在安全上万无一失,要加压继续测试,压力加到1700吨。试验急需架设钢板,但当时已经入夜,施工单位的工人都已经累了,回去休息了。为了不耽误试验进程,高亮和在场的师生们一块,硬生生地把100多斤重的钢板一块一块抬了上去。最终,试验顺利完成,新型端刺结构系统通过考验。

高铁工地常在荒郊野岭,无遮无挡,一到酷暑,烈日当头,地面温度超过40摄氏度是家常便饭。高亮和他的团队成员就戴着草帽,光着膀子,埋头苦干。

高亮多次跟团队成员说:“我们的工作必须脚踏实地,来不得半点疏忽。”这种责任心深深感染了身边的人。更多的时候,现场试验在凌晨以后,寒冬腊月,工人们都走了,团队成员从高亮到研究生,顶着满天星星,守着实验,一个都没走。教授肖宏是高亮的“左膀右臂”。在他的字典里,几乎没有寒暑假和双休日,甚至没有夜晚。

在团队同事眼中,高亮是一位与同事同甘共苦、身先士卒的带头人。正是他的这种精神,感染了团队的每个人。当整个北京城进入梦乡的时候,他、肖宏教授、辛涛副教授等经常带着学生们背着重重的监测设备,走入地铁隧道,步行两公里到深处的试验点,进行地铁安全服役情况的检查测试,为设计更安全、更优化的轨道结构提供依据。一直到清晨地铁通电前,才收拾离开。

女副教授张艳荣,从清华大学加入高亮团队刚两年半,意外地掌握了几项“跑酷”技能:翻墙、跳窗。原来,团队经常在办公室、实验室加班到半夜。大楼在晚上12点锁门,怕打扰管理人员休息,他们干脆练就了“飞檐走壁”的功夫,张艳荣也不例外。研究无砟轨道病害的张艳荣,也得和男老师们一样,时不时下工地,上轨道检查。这样的检查,只能在每天高铁停运后的半夜进行,一查就是两三个小时。第一次接触铁路时,张艳荣根本没有经验,还美哉美哉穿了双高跟鞋,工人们赶紧给她找了双绝缘鞋。如今,在寒冷的冬夜,裹上大棉袄,换上绝缘鞋,和工人们一起沿着轨道走上几公里收集数据,对张艳荣来说,已经是再熟悉不过的流程。

为了让中国的铁路技术能够不断发展下去,高亮教授强调国家必须培养自己的铁道运输人才,才能后继有人。但是与国外的合作上,还是以结合重大工程的一些技术攻关为主,较少与外国合作培养人才;就算是铁路的一些大型企业,也只是着重培养企业的技术带头人。培养人才,主要还是靠高校。就目前而言,我国施行的是自主培养和国外引进并行。但是在高铁方面,高亮教授自豪地说,“高铁基础设施方面的人才还是以国内培养为主”,因为“接地气的国内人才更具有竞争力”。

无论是教导学生还是指导团队,高亮教授都说,做事要带着责任感和爱国心去做,不能抱着拿多少钱做多少事的态度,不能计较个人得失,那不是一个科研工作者应有的态度,怀着这样的心态也不可能做出什么成就。就纯粹本着自己年轻时入大学所知晓的“竢实扬华”精神,“我们是交通大学交通特色专业的团队,就理应为国家做贡献,为学校争得一份荣誉。”这种舍得精神,不是挂在嘴上,而是体现在高亮教授及其团队吃的“苦”上。无论是七月京沪线上40℃以上的酷夏天气,还是腊月郑西客专深夜-10℃的、哈大高铁零下20多度的凛冬时节,高亮教授的团队照样跑遍大半个中国,一个个工点,一个个实验,乃至每一个数据,每一个雪地里的脚印,一点点积聚出来今日的成就。

在荣誉面前,高亮教授更是习惯推出年轻人。无论是做论文、做实验,高亮都鼓励年轻人,给他们更多的空间和舞台。“要不是高老师,我们这些80后怎么会有机会出现在国家科技奖励一等奖的名单里。这是做学生的时候从未想象过的。”张艳荣激动地说。

众志成城,忧国奉公,要做就做到最好

我国许多的铁路建设所遇到的轨道方面的难题,高亮教授团队都主动承担。无论是前期设计,还是后期建造、运营,乃至病害整治、养护维修、健康监测等,就算没有课题,团队都主动超前研究,找出其中的重点难点,并尝试予以解决。这种事无巨细的奉献精神,成为让团队成长为业界楚翘的不竭动力。

众人拾柴火焰高。“从内部来说,尽管团队成员以线路轨道为主要研究方向,但老师们又有各自不同的研究方向。”高亮教授介绍道,这个团队已经传承很久了,团结正是维系这个团队经久不衰的永恒动力。而且团结不是片面的,除了老师之间很团结,团队的学生也有四五十人,不同老师的学生之间同样团结;不仅仅是团队内部团结,与其他团队的合作,大家也都是慷慨解囊,各献其计。”高亮教授还表示,这个奖项并不单单归功于自己的团队,还包括铁路行业内管理部门、研究机构、设计院、制造厂家等等其他机构。“因为在业内大家都知道我们团队的优势和作风,经常有一些大学、研究机构、铁路设计院的研究人员与我们交流座谈、联合攻关。如果有课题涉及不同研究机构或不同领域的知识,研究人员就带着各自的队伍,一起来做现场实验。”

只有怀着众志成城、忧国奉公的精神,才能真正有能量去推陈出新,做出世人瞩目的成就。

多年前,高亮教授团队曾遇到道岔无缝化问题。为了铁路的速度及安全性,在道岔区是不能有缝隙的,但是若消灭轨缝,将产生巨大的温度力。在道岔区力的传递是非常复杂的,若普通的两根钢轨上有五十吨的温度力,在道岔区就是普通地方的1.5倍左右,所以在国外有些地方的高铁都出现了道岔区无缝线路失稳、断轨问题。高亮团队在当时铁道部的支持下,通过产学研的联合攻关,成功解决了上述难题,研发了一系列具有自主知识产权的高速无缝道岔,现在我们自主研制的高铁62号无缝道岔最长是200米,而且高铁跑直线的实验速度可以跑到四百多,侧向转弯可以实现220公里每小时的速度,这是全世界最长、技术难度最大、环境适应能力最强、标准要求最高的道岔。

众所周知,创新是一个艰难困苦的过程。遇到难题,大多数人自然都会先想办法去绕开。高亮教授团队在研究高架站无缝道岔时,由于桥上无缝道岔受力和变形更为复杂,在复杂的运营环境下桥上要同时解决桥、道岔本身的问题及其互相影响问题。团队一开始广泛征求了国外的经验,外国人表示要么采用岔外设置接头技术,要么采用很多的更复杂的装置来解决道岔和桥梁的相互作用。但是,这都不是团队想要的。若是这样,不仅速度上不去,维修保养也会存在很多麻烦。正因为此,外国人也没有手段来解决如此多负面因素下的桥上道岔问题,在当时,桥上道岔的无缝化也就成为了一个世界性难题。

要做就要做到最好。面对困难,不是去绕开,而是大胆创新,去击碎困难,没有过不去的坎。就这样,在当时研究严重欠缺的情况下,高亮教授团队却毅然提前攻关,遇到一个问题就解决一个问题,而不是等项目来了再去做。能够做到总是先行一步,自然能够在工程中不仅有勇气去挑大梁,更有能力去挑大梁。

谈到科研人员最需要具备的品质,高亮教授表示,我们是搞工程的,就应该有“工匠精神”。要吃苦耐劳,要有家国情怀、有担当有韧性,这是一个工程师、一个科研人员所应有的基本素质。做工程,“功在当代,利在千秋”,一定要严谨,担负的是上万人的生命财产安全,工程是终身制的,担的是一辈子的责任,半点都马虎不得。

谈及最高目标,高亮认为,没有最高目标,只有更高的目标。他希望将来有条件时应该建成一个国家级的具有冲击更高速度、环境更恶劣的综合实验基地,高亮是期待并为之努力的。他希望不光是理论或者技术领先,实验室也应是超前和领先的。

高亮教授及其团队,在仰望星空的道路上,只为了脚下那个铁路轨道的,仍在无止境地探索着,攀登着,超越着。

       来源:中国科技人才杂志 作者:田晓冰