每日一星|鐵路工程動力學專家 翟婉明
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翟婉明院士：讓中國軌道交通引領世界
如今，中國高鐵舉世矚目。作為中國高鐵發展的參與者、見證者和推動者，中國科學院院士、西南交通大學首席教授翟婉明的人生路程與軌道交通緊密相連。他首創的鐵路大系統動力學理論，助推中國鐵路六次提速及高速鐵路的發展；他擔任總設計師的世界首條新能源空鐵試驗線在成都成功運行……從理論到實踐，翟婉明的研究總能摸準我國軌道交通發展需求的脈搏。
這個暑假，翟婉明的工作日程依舊飽滿。一路披荊斬棘，翟婉明的人生恰如一列飛速發展的中國列車，可是正如中國軌道交通的發展一樣，並沒有所謂的捷徑。
一次繞道，埋下一生夢想
火車是什麼概念？小時候的翟婉明只知道是一種高級的交通工具。他的家鄉江蘇靖江，距離蘇南隔著一條長江，坐渡輪非常慢。
中學時學校組織去常州春遊，翟婉明從天橋上遠遠地看了下火車，祖輩都沒坐過火車，他感覺非常新奇。18歲那年，翟婉明考上西南交通大學，從江蘇到四川的旅程也是他第一次坐上火車，細節仍歷歷在目，“正好遇到寶成鐵路塌方，火車繞道昆明，這一繞便是三天四夜，身上的錢沒帶夠，忍飢挨餓，歷盡艱辛。”切身感受到中國鐵路如此落後，翟婉明在心裡對未來已經有了打算——“要學好本領，讓老百姓坐火車更快更舒適”。
入學後，翟婉明刻苦勤奮，成績一直非常優異，不僅以專業第一的成績被推免為西南交大研究生，更以一年零九個月的時間提前畢業，留校任教。作為該校第一位提前畢業的研究生，他吸引了“伯樂”的注意，打開了讀博的新天地。
原本翟婉明主攻的機車車輛傳熱學，當時並沒有博士點。機車車輛知名專家、西南交大教授孫翔（後任西安交通大學校長）卻主動找到了他，希望他報考機車車輛專業動力學方向的博士研究生。
當時翟婉明對於轉專業心裡沒底，所學專業與孫教授的專業相差甚遠，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，鼓勵他報考！翟婉明說，這麼多年過去了，他仍然記得，信紙上，老師不太好辨認的字跡裡，充滿了鼓勵他破釜沉舟的期待。“說實話，我當時非常感動，老師是位非常有名的教授，卻對一個普通學生如此厚愛。”
一回到學校，孫教授約他長談，從中國鐵路交通運輸的緊張落後狀況，談到未來重載、高速列車的發展遠景。這讓翟婉明下定了決心，儘管博士考試中有一門課《有限元方法》他從未接觸，而且離考試也僅剩下一個月，但翟婉明爭分奪秒地自學這門課，總成績出來後，翟婉明名列全校考博第一名。
第一個“吃螃蟹”，助力中國鐵路大發展
上世紀90年代初，中國的鐵路技術還很落後，運能與運量之間的矛盾十分突出，列車運行速度亟待提高。
“看到國外鐵路技術那麼先進，我們由衷羨慕，憋著一股子勁。”還在攻讀博士的翟婉明，提出了一個在世界上還是空白的理論設想，正是後來名噪業內的“車輛-軌道耦合動力學”。
根據傳統的車輛動力學、軌道動力學理論體系，機車車輛和鐵路軌道是被分離成兩個相對獨立的子系統分別加以研究。而在查閱了國內外大量的文獻後，翟婉明認為，將兩者作為統一的整體進行研究，能夠更好反映輪軌運輸系統本質，將是未來的重要方向。
固有思維常阻礙科學的進步。所以，意料之中，翟婉明的觀點受到了質疑。為什麼要頂住壓力，做第一個吃螃蟹的人？“因為一旦成功，將為中國鐵路的提速和高速發展，提供更好的理論支撐。”
“車輛-軌道耦合動力學”猶如無人涉足的荒原，是否走得通還是未知數。翟婉明先根據理論建模，再根據模型編程計算。“那時的計算機運行速度太慢了，頭天晚上輸入的數據，要到第二天早上才能看到結果。”
然而研究並不順利。“仿真結果顯示車輪會飛出軌道，計算中一定出現了問題。”研究工作卡殼了，翟婉明經常通宵達旦，把上萬條計算機語言挨著檢查了好幾遍，花了好幾個月，“眼睛都要看瞎了，還是沒發現錯誤。”
“能用上的經典算法都試了一遍，為什麼不行？”翟婉明甚至懷疑，是不是真的不行？他乾脆給自己放了個假，等再次投身科研奮戰時，才發現是在“參數賦值”這樣的小問題上出了疏漏。
終於，他提出並系統建立了“車輛-軌道耦合動力學”全新理論體系，此時恰逢中國鐵路大發展，理論派上了大用場，成功助推中國軌道交通騰飛。
在鐵路大系統動力學研究中，他創造出了一種全新的快速數值計算方法，國際上稱為“翟方法”，他建立的車輛-軌道耦合動力學模型在國際上被稱為“翟-孫模型”及“翟模型”，得到廣泛採用。在國內，該理論及模型被成功地應用於我國列車提速及重載、高速鐵路領域20多個重點工程（產品）之中，解決了一系列工程實際難題，取得了重大社會經濟效益。少有人知的是，車輛-軌道耦合動力學研究項目的成功整整歷時15年。
每個節點創新，都向應用靠近一步
從不具備任何先發優勢，到如今建設規模與運營速度均走在世界前列，中國高鐵儼然成為一張亮眼的“國家名片”。今年5月，時速600公里的高速磁浮試驗樣車已正式下線。翟婉明正是該項目專家組成員。
高速鐵路，速度極限在哪裡？目前高鐵最快的運營速度是復興號的350公里時速，這幾乎被認為是輪軌列車的最高運營速度。“空氣阻力、氣動效應、能耗噪聲等指標，都是隨著速度的冪次方迅速增長的。因此，想在地面上實現更大幅度提速，才有了‘真空管道磁懸浮’的想法。”翟婉明表示，包括磁懸浮技術在內相關技術都處於探索階段，到能夠載客民用、完全商業運營還有很長的路要走。
在翟婉明看來，中國高鐵的每一個節點性創新，都經歷了研究積累、消化、吸收、再創新的過程。“復興號”的投運，正是繼科研積累、引進吸收之後，中國高鐵“再創新”的標誌性事件。更重要的是，“這使我們成為世界上鐵路運營速度最高的國家，這對於將來行業標準的制定意義重大，為下一步‘引領高鐵發展’提供了可能。”
“接下來要實現引領世界高鐵發展的夢想，科技創新是關鍵。”翟婉明表示，“當前中國一方面要為下一代高鐵超前研究儲備一系列原創性前沿技術，另一方面要解決好眼前中國近3萬公里高鐵線路上數以千計的高速動車組運行中遇到的各種實際問題。”
建立和完善中國高速鐵路運營維護技術標準體系，是當務之急。目前，翟婉明正承擔的高鐵領域首個國家自然基金重大項目“高速軌道交通系統動力學性能演化及控制”，著力研究高速鐵路運營系統的長期性能與狀態變化規律，為高鐵安全維護提供指導，未來將有望為相關標準的制定，提供必要的理論依據。
從實驗室到生產線，過去三十多年，翟婉明一直在努力縮短二者之間的距離。近兩年在成都的世界首條新能源懸掛式空中地鐵試驗線，就是翟婉明領銜“產學研用”協同創新團隊締造的“魔術”。長著“熊貓臉”的列車，以60公里時速“飛”在空中，它不與人、車、植物爭路，打開了改善城市擁堵的想象空間。
該項目創造性地將鋰電池包代替高壓電用於列車的牽引動力，在世界上屬於首創。這種新的軌道交通制式，具有建設成本低、佔地少、建設週期短，綠色環保等優勢，具有較好應用前景，曾入選2018年度中國高等學校十大科技進展。這種懸在空中的列車十分安全，未來可用於大型樞紐如高鐵與機場之間的接駁，景區遊客集散中心與入口間的轉運，大城市繁忙擁堵路段的軌道交通補充及中小城市幹線交通等。翟婉明說，希望不久的將來，家鄉也能用上新能源空鐵。“比如我們泰州興化，如果能讓遊客坐在空中列車中看油菜花，一定更美！”（記者楊頻萍）
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