科技日?qǐng)?bào)記者 矯陽(yáng)

時(shí)速350公里，是目前我國(guó)高速鐵路最高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(資料圖片)

高速鐵路最高運(yùn)營(yíng)速度到底多少合適？這是世人普遍關(guān)心的問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)家正在給出答案。

“設(shè)計(jì)時(shí)速400公里，曲線參數(shù)可行?！?月20日，在西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)國(guó)家工程院外籍院士、西南交通大學(xué)首席教授翟婉明正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，用“翟模型”對(duì)時(shí)速400公里線路設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)算。

“翟模型”，是翟婉明首創(chuàng)的“車輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)”全新理論體系。其核心模型“車—軌耦合”，已成為國(guó)內(nèi)外軌道交通動(dòng)力學(xué)研究的基本方法，也是中國(guó)高鐵速度不斷提升的重要理論支撐。

“車—軌耦合”，博士生創(chuàng)建全新模型

1990年夏，年僅27歲的西南交通大學(xué)在讀博士生翟婉明，首創(chuàng)一種快速顯式數(shù)值積分方法，用以求解復(fù)雜大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，并成功解決了長(zhǎng)大重載列車縱向動(dòng)力學(xué)快速模擬問(wèn)題。這一方法，后來(lái)被國(guó)際同行譽(yù)為“翟方法”。

那年，適逢國(guó)家啟動(dòng)“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，翟婉明有了更大的科研舞臺(tái)。

“列車要重載，還要減輕對(duì)線路的破壞?！弊鳛楣リP(guān)項(xiàng)目“減輕重載列車與線路相互作用研究”的具體執(zhí)行人，翟婉明深感棘手。

在鐵路工程領(lǐng)域，車輛、軌道一直是兩個(gè)獨(dú)立的研究系統(tǒng)，分屬經(jīng)典的車輛動(dòng)力學(xué)、軌道動(dòng)力學(xué)理論體系。然而，這兩個(gè)理論都難以解決攻關(guān)中的問(wèn)題。

“車輛在軌道上行駛，二者相互影響、相互耦合，構(gòu)成了一個(gè)相互依存的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)?！睔v經(jīng)反復(fù)思索，翟婉明靈光乍現(xiàn)，可否將“車—軌”耦合起來(lái)，構(gòu)建統(tǒng)一模型？

石破天驚的想法，猶如投進(jìn)湖中的石子，激起層層漣漪。

在吸納車輛、軌道動(dòng)力學(xué)成果基礎(chǔ)上，翟婉明創(chuàng)建了“車—軌”統(tǒng)一模型。由此產(chǎn)生的龐大規(guī)模動(dòng)力學(xué)計(jì)算難題，又恰好被“翟方法”解決了。

科研之路，蜿蜒曲折。

隨后的調(diào)試程序給了翟婉明當(dāng)頭一棒——因?yàn)橛?jì)算結(jié)果與實(shí)際不符，仿真計(jì)算中，在軌道上行駛的車輛，竟然飛離了軌道。

“翟婉明，你把火車都開上天了！”質(zhì)疑、奚落聲一片。

震驚之余，翟婉明沒(méi)有泄氣。他反復(fù)思考，確信研究方向正確。看來(lái)，是計(jì)算程序出了錯(cuò)。

逐一排查成千上萬(wàn)條編程語(yǔ)句，20多天后的一個(gè)深夜，翟婉明終于找到編程語(yǔ)句中的一個(gè)參數(shù)錯(cuò)誤。

1992年，“翟模型”破繭而出，為減輕重載列車與線路相互作用研究提供了理論方法，保證了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的順利完成。

缺少標(biāo)準(zhǔn)，“翟模型”算出最優(yōu)方案

2004年，中國(guó)高鐵開始起步。沒(méi)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)面臨一系列挑戰(zhàn)。

“到底哪個(gè)設(shè)計(jì)方案可行？”2005年的一天，拿著廣深港（廣州—深圳—香港）高鐵穿越獅子洋的4種選線設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人忐忑不安。

廣深港高鐵是中國(guó)高鐵網(wǎng)主骨架之一，需跨越珠江口內(nèi)水域的獅子洋，地形條件復(fù)雜。

經(jīng)過(guò)一年多勘測(cè)，設(shè)計(jì)單位提出了4種選線方案，并首次涉及30‰以上大坡度縱斷面。

高速列車以時(shí)速300公里通過(guò)如此大的縱坡，能否安全平穩(wěn)？這道重大工程技術(shù)難題，在世界高速鐵路線路設(shè)計(jì)史上，前所未遇。

設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人找到了翟婉明。

4種選線方案參數(shù)被逐一輸入“翟模型”，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析，再加上動(dòng)力學(xué)安全評(píng)估，翟婉明找出了其中的最優(yōu)者：途徑沙仔島的長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)方案。

這一方案最終被設(shè)計(jì)單位采納。

2011年12月，廣深港高鐵廣深段正式開通運(yùn)營(yíng)。至今超過(guò)10年的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，高速動(dòng)車組在獅子洋段行車安全平穩(wěn)。

在理論—試驗(yàn)—應(yīng)用—理論的螺旋式進(jìn)程中，“翟模型”不斷豐富與完善，被成功應(yīng)用于中國(guó)高鐵一個(gè)個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)，解決了一系列實(shí)際難題。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，理論與實(shí)踐相互促進(jìn)

“過(guò)去現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)機(jī)會(huì)很少，但伴隨著中國(guó)鐵路6次大提速以及隨后的高鐵大發(fā)展，這樣的機(jī)會(huì)越來(lái)越多?！钡酝衩髡f(shuō)，理論再好，不到實(shí)踐中接受檢驗(yàn)，也只能是紙上談兵。

為驗(yàn)證自己的研究，翟婉明常常跟著鐵路安全員一根軌枕、一根軌枕地走，到現(xiàn)場(chǎng)尋找答案，在現(xiàn)場(chǎng)開展試驗(yàn)。

2008年，中國(guó)首條高鐵——京津城際鐵路開通前夕，翟婉明興奮不已：終于能采集高鐵測(cè)試數(shù)據(jù)了！這對(duì)豐富“翟模型”的理論研究實(shí)在太重要了。

為采集一座特大橋上的高速行車動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)，他帶著測(cè)試團(tuán)隊(duì)，在現(xiàn)場(chǎng)一待就是35天。

“每一趟車通過(guò)的數(shù)據(jù)都很寶貴?！钡酝衩饔浀茫熊囃ㄟ^(guò)的最高速度曾達(dá)到390公里/小時(shí)，這是當(dāng)時(shí)中國(guó)鐵路跑出的最高速度。

2011年初，在京滬高鐵某段線路測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，列車跑出了超過(guò)430公里時(shí)速。翟婉明團(tuán)隊(duì)測(cè)取了軌道動(dòng)力學(xué)與周邊地面振動(dòng)特性。據(jù)此發(fā)表的研究論文至今仍為世界獨(dú)家，被國(guó)際同行廣泛引用。

京津城際鐵路、京滬高鐵、成渝鐵路、大秦重載鐵路……通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與反復(fù)試驗(yàn)，在解決工程難題的同時(shí)，翟婉明也獲得了大量的第一手珍貴數(shù)據(jù)。計(jì)算、仿真、試驗(yàn)彼此印證，“翟模型”不斷得到豐富和完善，推動(dòng)中國(guó)鐵路技術(shù)逐步攻克高速行車振動(dòng)難題、走向世界前沿。

我國(guó)已布局研制更高時(shí)速新型高速列車、建設(shè)預(yù)留更高時(shí)速運(yùn)行條件線路。在翟婉明看來(lái)，未來(lái)中國(guó)高鐵將更高速、更智能。

時(shí)速400公里高鐵，或?qū)⒑魢[而來(lái)。

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