西南交通大学牵引动力实验室：“高铁梦”的牵引者

图为牵引动力国家重点实验室师生对设计的高铁车头进行测试。资料照片

图为牵引动力国家重点实验室机车车辆滚动振动试验台一角。资料照片

　　冬日，蓉城寒气逼人。走入城市西北角的西南交大牵引动力国家重点实验室，机车车辆滚动振动实验台却热气腾腾，轮轨摩擦声气势磅礴。模拟高铁真实运行环境，一项项测试数据由此完成。

　　该实验室成立25年来，在中国铁路的演进中扮演了重要角色，从理论分析、试验验证到跟踪试验，每一种奔驰在高铁上的车型都要在这里测试、定型，这里也成为中国高铁技术研发及人才培养基地。

　　“这些都是我们敢于突破、创新的结果！”

　　“从某种意义上说，中国的高铁等于西南交通大学！”西南交大校长徐飞这样介绍学校与高铁的关系。

　　在轨道交通大发展的背景下，西南交大的学科建设与其高度吻合，牵引动力国家重点实验室适时站在了时代的浪尖上。20世纪90年代初，实验室在国内外率先提出车辆—轨道耦合动力学理论。从此，实验室与中国铁路大事件朝夕相伴。实验室主任张卫华教授说：“铁路要发展，国家有需求，就有我们的舞台。”

　　“怎样才能安全？速度提升后，什么样的曲线参数既保证行车安全又保证乘坐舒适？实验室要靠研究回答这些问题。”中科院院士、西南交大首席教授翟婉明形象地解释实验室的作用。

　　在广深港高铁线路设计中，跨越珠江水域（狮子洋）究竟是采用桥梁、隧道还是桥隧结合的方式，设计单位选择了两个长隧道方案、两个桥隧结合方案。桥隧结合方案因地形原因设计的坡度将超过千分之三十甚至达到千分之四十。这样的大坡度时速300~350公里跑车行不行？翟婉明与他的学生们运用他所建立的车辆—轨道耦合动力学理论，仿真模拟高速车在设计线上运行。

　　经分析，发现两个桥隧结合方案不能满足安全要求。哪个长隧道方案更优？通过对各种行车性能指标的仔细对比，他们最后推荐了最优的沙仔岛方案并被采纳。目前线路已开通运行近两年，实践证明了该选线的优越性。

　　“为设计部门提供了科学支撑，在工程中发挥了直接作用，我感到十分欣慰。”翟婉明说，从基础研究到应用，实验室实现了理论与实践的高度结合。

　　另一个例子是在福厦高铁的修建中，设计单位遇到了新问题。根据运输需要，这条铁路要建成客货混运的高铁。

　　“高铁上怎么能跑货车呢？”当时，争议之声不绝。2002年，中铁二院作项目可行性进行研究就遇到难题：客货混运的高铁曲线应该遵守什么样的设计参数？当时没有设计规范。

　　翟婉明研究组仿真分析了普通货车与高速客车以不同速度在各种不同半径曲线轨道上运行时的动态行为，最终找到了同时能够满足两者安全平稳性的曲线设计参数。国际上罕见的高铁客货混运规范由此开始研究并得以诞生。

　　张卫华说：“这些都是我们敢于突破、创新的结果！”

　　“这帮知识分子很拼命！”

　　中国的高铁运营里程已经超过1.1万公里。这些线路的设计、联调联试、线路的运营监测，无不闪现实验室师生的身影。

　　金学松教授已经59岁，但就在前两天，他出现在了沪蓉高铁线的实测现场，上铁轨、入机房、顶寒风、冒酷暑，一年三分之一甚至更多时间工作在野外。金学松说：“对新线路、新运用的状态、规律的测试，是不分季节、不分气候的。如果不抓住，就永远地失去了。”

　　2008年，中国第一条时速超350公里的京津线开通。那一年，金学松与学生们租住在廊坊的一个老乡家里，自己挖土坑作为厕所，从风沙飞舞的3月一直忙到酷暑的7月。当时，实验室师生几乎全部出动，20多个不同课题组团队奔忙在这条高铁线上。

　　国外的高铁运营数据向我们高度封锁，中国高铁运营有何规律，噪声、磨损如何，实验室高度关注。高铁运营中禁止干扰，为摸清轨道的磨损规律，师生们只能利用深夜高铁停运中间的两三个小时查线路。同样，探寻车辆的运行、磨损状况，师生们只能等机车晚上回库检修、打扫卫生等工作完成后才能上车测试，现场调查时间只有凌晨开始的短暂时间。

　　博士生张捷回忆，为测试京沪线的钢轨及车轮磨损规律，课题组晚上上轨道和机车测量，白天又坐汽车赶往下一站，从未睡个整觉，从北往南，足迹布满千里高铁线。

　　从京津线、武广线、到郑西线、京沪线、哈大线，副研究员肖新标始终跟随着中国高铁建设的脚步。为测噪声，他和团队搭建的测试架足足有4层楼高，从梯子上下来，无论谁都双脚发颤。在津秦线上做减震降噪实验，师生们冒着40℃的高温，连租用的面包车的司机都感叹：“这帮知识分子很拼命！”

　　肖新标和团队在京津线上第一次获取了我国高铁车外噪声频谱云图，在武广线上第一次完成了我国高铁的车内噪声云图。这些跟踪数据如今已经运用在新车的研发降噪和运营中。

　　为了跟踪测试这些噪声数据，肖新标原本准备好了博士论文，却因一直在测试线上，论文答辩从2009年推迟到了2013年。肖新标说，实验室师生每天加班是常态，实验台不曾有空歇，上路测试从未断档。正是这些来自严谨实验、运营一线的无数数据，支撑起中国高铁十足的自主成色。

　　攻克关键技术，实现理论到实践的超越

　　现在的牵引动力国家重点实验室，研究方向涉及线路桥梁动力学、弓网关系、轮轨关系、强度疲劳、降噪控制等多方面。先后走出三位院士，产生了“沈氏理论”“翟-孙模型”“翟方法”等享誉中外的理论成果，还在国内第一个搭建完成载人高温超导磁悬浮环形实验线，用较短时间实现了轨道交通从理论到实践的超越。

　　“当初建立机车车辆滚动振动实验台，能参考的仅仅是国外的一张照片。”张卫华介绍，现在实验台的运行模拟速度超过了每小时600公里，可谓世界最高速度。实验台之变见证的是中国高铁由国家需求牵引、多机构联合攻关，从引进、消化到实现再创新的特色之路。

　　而今，实验室作为中国高铁走出去战略的重要支点，在隆隆向前的同时也带动相关力量的和谐共振。

　　众所周知，在高铁中，桥梁的比例很高，如京沪线的桥梁比例占线路总长的80.5%。因此，高铁桥梁动力性能设计是不可回避的重大课题。在研究350公里时速的高铁桥梁设计中，实验室与中国铁道科学研究院、北京交大、中南大学联合攻关。这一由翟婉明领衔的联合课题组，从2001年到2011年，十年磨一剑，最终成功建立了一套高速列车过桥动力学理论及模型。不管什么类型的桥梁，只要将参数输入模型，经计算机科学运算即可知道安不安全。该课题组先后完成的100多种桥梁车线桥动力性能仿真评估，为高铁及提速铁路桥梁建设工程提供了重要的理论支撑。

　　动力学理论支撑的桥梁模型是否有效，原铁道部科技司搞了两次突然袭击：在实测前让课题组先把高速列车通过若干座桥梁的动力参数计算出来，将计算结果密封，待测试结果出来后拆封比对。

　　翟婉明先后经历了两次这样压力巨大的实际“考试”，都表明实测结果与仿真结果良好相符。

　　“从峨眉（西南交大老校区）土生土长到现在，我深爱着这个学校！”翟婉明曾这样深情表白。正是实验室科研人员这样质朴的家国情怀，催生这里成为中国高铁的人才摇篮。

　　博士生赵悦说：“这里的每位老师都是治学科研的榜样，我们有机会到高铁的设计、建设、测试现场，在实践中提升理论研究高度。”每年，从这里走出的百余名硕士生、博士生供不应求，他们很多都已经成长为中国高铁科研、设计、运营等方面的中坚力量。

　　翟婉明目前正关注高铁基础设施动态性演变及服役安全性研究，主持国家重点基础研究计划，为高铁长期运营安全提供保障。而张卫华则思考致力推动中国高铁的2.0版本，全面提升高铁的设计、制造、施工、维护方面的水平。他们如同中国高铁，高速、稳健，勇往直前。（本报记者 刘伟 李晓东 危兆盖）