如今，高鐵舉世矚目。誰(shuí)能想到，不過(guò)二十余年前，高鐵對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常遙遠(yuǎn)。作為高鐵發(fā)展的參與者、見(jiàn)證者和推動(dòng)者，科學(xué)院院士、西南交通大學(xué)首席教授翟婉明的人生路程與軌道交通緊密相連。他首創(chuàng)的鐵路大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，助推鐵路六次提速及高速鐵路的發(fā)展；他擔(dān)任總設(shè)計(jì)師的世界首條新能源空鐵試驗(yàn)線在成都成功運(yùn)行……從理論到實(shí)踐，翟婉明的研究總能摸準(zhǔn)我國(guó)軌道交通發(fā)展需求的脈搏。
這個(gè)暑假，翟婉明的工作日程依舊飽滿。節(jié)假日習(xí)慣性工作，也是他20多年來(lái)雷打不動(dòng)的習(xí)慣。一路披荊斬棘，翟婉明的人生恰如一列飛速發(fā)展的列車(chē)，可是正如軌道交通的發(fā)展一樣，并沒(méi)有所謂的捷徑。
一次繞道，埋下一生夢(mèng)想
火車(chē)是什么概念？小時(shí)候的翟婉明，只知道是一種高級(jí)的交通方式。他的家鄉(xiāng)江蘇靖江，距離蘇南隔著一條長(zhǎng)江，坐渡輪非常慢。
中學(xué)時(shí)學(xué)校組織去常州春游，翟婉明從天橋上遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看了下火車(chē)，祖輩都沒(méi)坐過(guò)火車(chē)，他感覺(jué)非常新奇。18歲那年，翟婉明考上西南交通大學(xué)，從江蘇到四川的旅程也是他第一次坐上火車(chē)，細(xì)節(jié)仍歷歷在目，“正好遇到寶成鐵路塌方，火車(chē)?yán)@道昆明，這一繞便是三天四夜，身上的錢(qián)沒(méi)帶夠，忍饑挨餓，歷盡艱辛。”切身感受到鐵路如此落后，翟婉明在心里對(duì)未來(lái)已經(jīng)有了打算——“要學(xué)好本領(lǐng)，讓老百姓坐火車(chē)更快更舒適”。
入學(xué)后，翟婉明刻苦勤奮，成績(jī)一直非常優(yōu)異，不僅以專業(yè)第一的成績(jī)被推免為西南交大研究生，更以一年零九個(gè)月的時(shí)間提前畢業(yè)，留校任教。作為該校第一位提前畢業(yè)的研究生，他吸引了“伯樂(lè)”的注意，打開(kāi)了讀博的新天地。
原本翟婉明主攻的機(jī)車(chē)車(chē)輛傳熱學(xué)，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有博士點(diǎn)。機(jī)車(chē)車(chē)輛知名專家、西南交大教授孫翔（后任西安交通大學(xué)校長(zhǎng)）主動(dòng)找到了他，希望他報(bào)考機(jī)車(chē)車(chē)輛專業(yè)動(dòng)力學(xué)方向的博士研究生。
當(dāng)時(shí)翟婉明對(duì)于轉(zhuǎn)專業(yè)心里沒(méi)底，所學(xué)專業(yè)與孫教授的專業(yè)相差甚遠(yuǎn)，十分猶豫。暑假回到江蘇老家，翟婉明接連收到孫翔教授兩封信，主題只有一個(gè)，鼓勵(lì)他報(bào)考！翟婉明說(shuō)，這么多年過(guò)去了，他仍然記得，信紙上，老師不太好辨認(rèn)的字跡里，鼓勵(lì)他破釜沉舟的氣概。“說(shuō)實(shí)話，我當(dāng)時(shí)非常感動(dòng)，老師是一位非常有名的教授，卻能對(duì)一個(gè)普通學(xué)生如此厚愛(ài)。”
一回到學(xué)校，孫教授約他長(zhǎng)談，從鐵路交通運(yùn)輸?shù)木o張落后狀況，談到未來(lái)重載、高速列車(chē)的發(fā)展遠(yuǎn)景。這讓翟婉明下定了決心，盡管博士考試中有一門(mén)課《有限元方法》，他從未接觸，而且離考試也僅剩下一個(gè)月，但翟婉明爭(zhēng)分奪秒地自學(xué)這門(mén)課，成績(jī)出來(lái)后，全校秋季（當(dāng)年的第二次）博士入學(xué)考試一共考上三個(gè)博士生，翟婉明名列第一。
第一個(gè)“吃螃蟹”，助力鐵路大發(fā)展
上世紀(jì)90年代初，的鐵路技術(shù)還很落后，運(yùn)能與運(yùn)量之間的矛盾十分突出，列車(chē)運(yùn)行速度亟待提高。
“看到國(guó)外鐵路速度那么高、技術(shù)那么先進(jìn)，我們由衷羨慕，憋著一股子勁。”還在攻讀博士的翟婉明，提出了一個(gè)在世界上還是空白的理論設(shè)想，正是后來(lái)名噪業(yè)內(nèi)的“車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)”。
根據(jù)傳統(tǒng)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、軌道動(dòng)力學(xué)理論體系，機(jī)車(chē)車(chē)輛和鐵路軌道是被分離成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)分別加以研究。而查閱了國(guó)內(nèi)外大量的文獻(xiàn)后，翟婉明認(rèn)為，將兩者作為統(tǒng)一的整體進(jìn)行研究，能夠更好反映輪軌運(yùn)輸系統(tǒng)本質(zhì)，將是未來(lái)的重要方向。
固有思維經(jīng)常阻礙科學(xué)的進(jìn)步。所以，意料之中，翟婉明的觀點(diǎn)受到了質(zhì)疑。為什么要頂住壓力，做第一個(gè)吃螃蟹的人？“因?yàn)橐坏┏晒Γ瑢殍F路的提速和高速發(fā)展，提供更好的理論支撐。”
“車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)”猶如無(wú)人涉足的荒原，是否走得通還是未知數(shù)。翟婉明先根據(jù)理論建模，再根據(jù)模型編程計(jì)算。“那時(shí)的計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度太慢了，頭天晚上輸入的數(shù)據(jù)，要到第二天早上才能看到結(jié)果。”
然而研究并不順利。“仿真結(jié)果顯示車(chē)輪會(huì)飛出軌道，計(jì)算中一定出現(xiàn)了問(wèn)題。”研究工作卡殼了，翟婉明經(jīng)常通宵達(dá)旦，把上萬(wàn)條計(jì)算機(jī)語(yǔ)言挨著檢查了好幾遍，花了好幾個(gè)月，“眼睛都要看瞎了，還是沒(méi)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。”
“能用上的經(jīng)典算法都試了一遍，為什么不行？”翟婉明甚至懷疑，是不是真的不行？他干脆給自己放了個(gè)假，等再次投身科研奮戰(zhàn)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)是在“參數(shù)賦值”這樣的小問(wèn)題上出了疏漏。
終于，他提出并系統(tǒng)建立了“車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)” 全新理論體系，此時(shí)恰逢鐵路大發(fā)展，理論派上了大用場(chǎng)，成功助推軌道交通實(shí)現(xiàn)騰飛。
在鐵路大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究中，他創(chuàng)造出了一種全新的快速數(shù)值計(jì)算方法，國(guó)際上稱為“翟方法”，他建立的車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型在國(guó)際上被稱為“翟-孫模型”及“翟模型”，得到廣泛采用。在國(guó)內(nèi)，該理論及模型被成功地應(yīng)用于我國(guó)列車(chē)提速及重載、高速鐵路領(lǐng)域20多個(gè)重點(diǎn)工程（產(chǎn)品）之中，解決了一系列工程實(shí)際難題，取得了重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。少有人知的是，車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)研究項(xiàng)目的成功整整歷時(shí)15年。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)新，都需要向應(yīng)用靠近一步
從不具備任何先發(fā)優(yōu)勢(shì)，到如今建設(shè)規(guī)模與運(yùn)營(yíng)速度均走在世界前列，高鐵儼然成為一張最亮眼的“國(guó)家名片”。今年5月，時(shí)速600公里的高速磁浮試驗(yàn)樣車(chē)已正式下線。翟婉明正是該項(xiàng)目專家組成員。
高速鐵路，速度極限在哪里？目前高鐵最快的運(yùn)營(yíng)速度是復(fù)興號(hào)的350公里時(shí)速，這幾乎被認(rèn)為是輪軌列車(chē)的最高運(yùn)營(yíng)速度。“空氣阻力、氣動(dòng)效應(yīng)、能耗噪聲等指標(biāo)，都是隨著速度的冪次方迅速增長(zhǎng)的。因此，若要在地面上實(shí)現(xiàn)更大幅度提速，才有了真空管道的想法。”因此翟婉明表示，包括磁懸浮技術(shù)在內(nèi)相關(guān)技術(shù)都處于探索階段，到能夠載客民用、完全商業(yè)運(yùn)營(yíng)還有很長(zhǎng)的路要走。
在翟婉明看來(lái)，高鐵的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)性創(chuàng)新，都經(jīng)歷了研究積累、消化、吸收、再創(chuàng)新的過(guò)程。“復(fù)興號(hào)”的投運(yùn)，正是繼科研積累、引進(jìn)吸收之后，高鐵“再創(chuàng)新”的標(biāo)志性事件。更重要的是，“這使我們成為世界上鐵路運(yùn)營(yíng)速度最高的國(guó)家，這對(duì)于將來(lái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定意義重大，為下一步‘引領(lǐng)高鐵發(fā)展’提供了可能”。
“接下來(lái)要實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)世界高鐵發(fā)展的夢(mèng)想，科技創(chuàng)新是關(guān)鍵，既要瞄準(zhǔn)高鐵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，又要結(jié)合我國(guó)高鐵發(fā)展需求與實(shí)際情況，不斷開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐。”翟婉明表示，“當(dāng)前一方面要為下一代高鐵超前研究?jī)?chǔ)備一系列原創(chuàng)性前沿技術(shù)；另一方面要解決好眼前近3萬(wàn)公里高鐵線路上數(shù)以千計(jì)的高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題。”
建立和完善高速鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，是當(dāng)務(wù)之急。目前，翟婉明正承擔(dān)的高鐵領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家自然基金重大項(xiàng)目“高速軌道交通系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能演化及控制”，著力研究高速鐵路運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的長(zhǎng)期性能與狀態(tài)變化規(guī)律，為高鐵安全維護(hù)提供指導(dǎo)，未來(lái)將有望為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，提供必要的理論依據(jù)。
從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線，過(guò)去三十多年，翟婉明一直在努力縮短二者之間的距離。“創(chuàng)新再好，沒(méi)有市場(chǎng)就沒(méi)有支撐載體。” 翟婉明說(shuō)，自己從事工程科學(xué)領(lǐng)域研究，所有的理論最終目標(biāo)都要落地，去解決工程中實(shí)際問(wèn)題。
近兩年在成都的世界首條新能源懸掛式空中地鐵試驗(yàn)線，就是翟婉明領(lǐng)銜“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)締造的“魔術(shù)”。長(zhǎng)著“熊貓臉”的列車(chē)，以60公里時(shí)速“飛”在空中，它不與人、車(chē)、植物爭(zhēng)路，打開(kāi)了改善城市擁堵的想象空間。
該項(xiàng)目創(chuàng)造性地將鋰電池包代替高壓電用于列車(chē)的牽引動(dòng)力，在世界上屬于首創(chuàng)。這是一種新的軌道交通制式，具有建設(shè)成本低，占地少，建設(shè)周期短，綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，具有較好應(yīng)用前景，曾入選2018年度高等學(xué)校十大科技進(jìn)展。這種懸在空中的列車(chē)十分安全，未來(lái)可用于大型樞紐如高鐵與機(jī)場(chǎng)之間的接駁，景區(qū)游客集散中心與入口間的轉(zhuǎn)運(yùn)，大城市繁忙擁堵路段的軌道交通補(bǔ)充及中小城市干線交通等。翟婉明說(shuō)，希望不久的將來(lái)，家鄉(xiāng)也能用上新能源空鐵。“比如我們泰州興化，如果能讓游客坐在空中列車(chē)中看油菜花，一定更美！”
