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做交通强国建设的创新尖兵——长沙理工大学三代交通人的四十载征途

做交通强国建设的创新尖兵——长沙理工大学三代交通人的四十载征途


在已有110多年历史的长(沙)(湘)潭公路旁,坐落着新中国成立后最早开设公路工程专业、在交通领域享有盛誉的长沙理工大学。


从这里出发,长沙理工大学交通人(简称长理交通人)奔着解决我国高速公路从无到有、从跟跑到领跑各个时期的关键问题,三代人四十载接续奋斗,走出了一条适合我国国情的高速公路技术发展之路,在我国高速公路建设史上书写了浓墨重彩的篇章。


从贯穿南北的大动脉京港澳高速公路,到“南疆国门第一路”南友高速公路;从我国最长的内河公路桥洞庭湖大桥,到当前世界第一高桥北盘江大桥;从医治南方膨胀土到挑战青藏天路……记者沿着长理交通人的奋斗足迹,近距离聆听他们的心声,感受我国交通科技工作者走自主创新之路的智慧与卓绝,探寻我国高速公路在短短四十年实现跨越式发展的精神内核。


走自主创新之路


展开我国地图,粗壮线条绘就了“流动中国”的主动脉——高速公路。超19万公里的高速公路里程,居全球第一位,是一张亮丽的中国名片。


然而,在改革开放前,却是另一番景象。1978年,我国公路总里程只有89万公里,且公路标准低、质量差。当时,世界上约50个国家已有了高速公路,而我国的高速公路建设还没有起步。这一交通空白日益成为经济社会发展的瓶颈。


建设高速公路迫在眉睫!然而,我国原沥青路面设计方法照搬原苏联柔性路面模式,设计方法滞后、设计标准偏低,不能满足高速公路沥青路面的要求;西方发达国家普遍采用的高速公路建造标准和施工技术投资大、资源消耗大,在我国没有条件推广。这就决定了我国的高速公路发展必须适应国情,要走出一条自主创新之路。


1986年,长沙理工大学第一代道路科技领军人张起森带领团队参与交通部半刚性基层沥青路面联合攻关,重点研究这种路面结构的力学原理、破坏机理。那时学校里只有20多台计算机,课题研究计算工作量又很大,团队成员经常通宵达旦地工作。课题组将更多的时间扑在工程一线,把工地当作实验室,经常一住就是几个月。从负责人到学生,拿起仪器可以干科研的活,操起工具也能干工人的活,个个皮肤黝黑,身强力壮,都是行家里手,令工地上的老师傅都佩服不已。


科研从不辜负有心人。正是工程一线长年累月的实践、试验中推倒重来的韧劲儿,让长理交通人于“无人区”中探出一条路,奠定了我国半刚性基层沥青路面的力学数值分析基础。1990年,团队参与的《半刚性基层沥青路面的研究》荣获国家科学技术进步奖二等奖。


郑健龙教授接过了张起森教授的接力棒,成为第二代道路科技攻关的领军人。1990年,交通部立项开展沥青路面设计指标、参数与标准研究,长沙理工大学负责数据检测任务。在对检测数据进行分类统计分析后,郑健龙教授团队从道路服役的本质特征出发,创造性地提出了沥青路面设计状态与设计弯沉的新概念,提出适用于高速公路与半刚性基层沥青路面的破坏准则、结构设计新指标与新标准以及竣(交)工验收标准,成果纳入了我国第一部拥有完全自主知识产权的行业强制标准《公路沥青路面设计规范》。


在郑健龙教授的办公室里,记者看到了完好保存的《公路沥青路面设计规范》(JTJ014-97)。看着第118页上一级公路沥青路面容许弯沉散点图及回归结果图、第120页上弯沉逐年变化曲线图,听着他一字一句地耐心讲解,记者深刻感受到,这本严谨的规范背后,是长理交通人“胸怀祖国、服务人民”的初心和“主动肩负起历史重任”的行动。


这一规范使用的20年时间里,我国高速公路里程从不足5000公里,发展到2017年的13.65万公里,指导了我国80%以上高速公路沥青路面的设计与施工建设,使我国沥青路面设计技术跨入国际先进行列,蹚出了一条成本低、速度快、质量优的自主创新成功之路。


随着我国近80%的高速公路超过设计寿命,摆在交通人面前的是一道新课题:开展以长寿命路面为代表的新型路面创新研发。


长理交通人在国际上首创了寿命逐层递增式沥青路面结构体系,开创了双模量非线性弹性层状体系智算技术与沥青路面三维应力长寿命设计技术,可使路面服役寿命从15年提升至60年。


向“公路工程癌症”宣战


膨胀土地质灾害被世界工程师称为“公路工程癌症”:失水迅速收缩开裂,吸水急剧膨胀变形,既不能当做路基填料,还会造成边坡垮塌。据统计,我国是世界上膨胀土分布最广泛的国家之一,26个省份分布着这种特殊的土质,是威胁高速公路安全的主要因素之一,国家有关部门将治理膨胀土列为重大科技攻关课题。


1995年至1998年,郑健龙教授带领团队在云南开展“桥头跳车”研究的机缘巧合下,关注到膨胀土地区修路“老大难”问题,并最终找到解决方法,研究项目荣获云南省科学技术进步奖二等奖。带着这样的技术积累,2002年,长沙理工大学牵头开展交通部立项的“膨胀土地区公路修筑技术研究”,并以广西、云南、河南和湖南多条在建高速公路为依托,承担“膨胀土路基设计、加固与施工技术研究”。


其中,被誉为“南疆国门第一路”的广西南(宁)友(谊关)高速公路建设不仅难度大、压力更大。该条高速公路是我国首条通往东盟国家的高速公路,颇受社会关注。


初到项目路基施工现场,长沙理工大学科研团队看到,一边是挖出来的大量膨胀土堆放占用耕地,每有暴雨就会将膨胀土冲刷下来,影响到更大面积的耕地和村民生活;另一边是施工人员挖开边坡后,一场雨下来,挖开的边坡就会垮塌。


长沙理工大学科研团队通过大量实地调研与室内试验研究后,将目光聚焦于解决两个问题:一是怎么把膨胀土用起来,二是如何让边坡稳定。


虽然当时国际上对膨胀土的研究开展已久,但所采用的“以刚止胀”“化疗”等技术手段,存在造价高、工期长、环境污染大等缺陷。长沙理工大学创造性地提出“以柔治胀”的新理念,给膨胀土“消能”“排水”,再穿上可随气候变化而伸缩的“衣服”——特制塑料格栅,攻克了膨胀土边坡屡治屡滑的技术难题。对于未经改良的膨胀土不能直接用作路堤填料的禁区,则提出了控制路堤湿度状态的稳定含水率理论,给膨胀土包裹上“保湿防渗”的材料,给膨胀土找到合适的应用场景。


截至2025年,南友高速公路创造了20年无大修的特殊土地区工程奇迹!


初次推荐技术时项目经理的“不敢用”,高温下收集数据,暴雨中查看现场,夜以继日地试验,不舍昼夜地监测……在治疗“公路工程癌症”的成就感面前,这些曾遇到过的困难和挑战都成了参与人员间的“专属记忆”。


2009年,“膨胀土地区公路建设成套技术”获国家科学技术进步奖一等奖,成果广泛应用于南水北调中线工程、南宁至贵阳高速铁路等12省区40余个重点工程建设,形成我国首部膨胀土路基行业规范。


从膨胀土到黄河中下游地区粉土路基、南方地区软岩边坡、湿热地区软基公路等,长沙理工大学在特殊土路基长期稳定性保障上下功夫,实现了我国特殊土地区公路建设技术质的飞跃,整体达到国际领先水平。


2015年,郑健龙教授因其在我国道路科技领域的开拓性贡献,当选中国工程院院士。


从张起森教授开始,紧跟工程项目、扎根工程实践、引领工程创新逐渐成为长理交通人的优良传统,他们把工地当作最好的课堂和实验室,产出的成果直接服务工程建设。学校第三代交通人刘朝晖教授创建了刚柔复合式路面设计理论、方法与技术,应用于湖南首条高速公路改扩建等多个项目;钱国平教授研发了道路路域近地表综合环境提升关键技术,成果推广应用到巴基斯坦、塞尔维亚等“一带一路”沿线国家……


跨越天堑护通途


有路便有桥,高速公路建设必然伴随大型、高难度桥梁建设。在世界桥梁建设史中,长理交通人不断创造“最长、最高、最大”的纪录。


回到20世纪80年代,我国大跨度桥梁建设刚刚起步,没有成熟的安全控制技术可提供借鉴,难以把控复杂工况下结构安全。随着桥梁建设向西部、山区等复杂地质条件地带延伸,特大跨桥梁面临更大挑战。长沙理工大学科研团队在国内率先开展大跨度桥梁施工安全控制研究。


为攀登这座科研新高峰,张建仁教授坚持“事事求真”,一边以“真学、真懂、真用”自我要求,不断提高运用理论解决实际问题的能力;一边顶严寒冒酷暑,深入工地一线,获取施工现场第一手数据。


理论和实践的融合共进,成了长理交通人最好的“登山杖”。他们发展了大跨度混凝土桥梁施工期安全控制理论和方法,创新了混凝土桥梁服役性能评价方法,构建了基于时变可靠度理论的混凝土桥梁剩余寿命评估理论,发展了基于力学行为与剩余寿命评估的混凝土桥梁维修加固决策方法……这一系列填补空白、国际领先的成果,解决了混凝土桥梁施工期安全控制和服役期安全评估等若干关键技术难题,支撑了数十座特大跨桥梁的顺利建成,保障了路网畅通和人民生命财产安全。


1989年,凭借懂设计、懂施工、精通力学分析和误差控制等优势,长沙理工大学参与到我国当时最大跨双塔单索面斜拉桥——长沙湘江北大桥的建设中,负责施工安全控制。


“斜拉桥是大跨度桥中难度最大的。由于其复杂性,从设计图纸到施工过程的每一步,都有可能出现误差影响。”颜东煌教授回忆,那时候大跨度斜拉桥建设在我国刚刚起步,在长沙湘江北大桥建设过程中,很多省份都专门组织了考察团到现场调研。


随后,长理交通人又参与到安徽铜陵长江大桥的建设任务中。这一次,他们依然让人放心,通过精细化的计算分析,将设计图纸中的长虹稳稳放置在碧波之上。


两座大桥的建设经验,使得团队在大跨度桥梁施工安全控制领域奠定了领先地位。长理交通人逐渐从湖南走向全国,桥梁类型也从混凝土结构桥梁发展到钢结构桥梁。


长理交通人挑战的桥梁跨度纪录也在不断刷新。在世界第一高桥——北盘江大桥的建设中,水面离桥面的高度拉出了565米的高差。当时的建设条件十分艰苦,桥梁合龙前,大家分别在大桥两岸工作,需要技术交流时,必须绕行几个小时的山路。


与此同时,技术层面挑战同样很大。北盘江大桥是一座钢桁梁斜拉桥,使用了上万个钢构件和112对拉索。长理交通人通过现场监测获得大量第一手资料,进行精细化计算分析,预测这些钢构件、拉索的制作尺寸,跟踪制造过程的误差,再用软件分析,修正相关误差,以更精准的手段确保施工工程进度。


通过工程实践积累,长理交通人创造性地将可靠度与施工期力学行为有机结合,发展了桥梁施工全过程受力调控理论,构建了新的桥梁施工质量评价指标体系,开发了实时安全控制软件,突破了特大跨桥梁施工过程强非线性控制的技术瓶颈,实现了桥梁施工控制从以平均值为“定值”到充分考虑不确定因素“概率”的跨越,成果直接应用到20余座具有世界影响的特大跨桥梁建设。


创新攻关,脚步不停。长沙理工大学在20世纪90年代后期将可靠度理论进一步延伸至桥梁全寿命安全领域,主持承担了桥梁领域仅有的2个国家“973计划”项目之一,创建了“预测模型—性能感知—评定准则—维修技术”于一体的桥梁全寿命安全控制与运维体系,研发了强风作用下桥上行车安全综合保障关键技术,发明了桥梁隐蔽病害智能感知手段,研发了桥梁快速消危新技术与装备,科技服务700余座服役混凝土桥梁,减少拆除桥梁140余座,节约维修资金20%以上。


“世界最大跨山区钢桁梁悬索桥”矮寨大桥、“世界第一座四主缆大跨度悬索桥”燕矶长江大桥、“世界最长的跨海大桥”杭州湾跨海大桥……这些雄伟矗立于山海之间的“桥梁奇迹”,正是“长理智慧”的实践回响。


走在新时代大道上


是什么让他们40多年逐梦报国,初心不移?是什么让他们40多年热血拼搏,勇当尖兵?


随着采访的深入,记者越发感觉:流淌在长理交通人血液中的,是“吃得苦、霸得蛮、耐得烦”的湖湘文化基因,是把论文写在祖国大地上的科学追求,是“逢山开路、遇水架桥”的交通精神。


张起森教授在其晚年时常回校做讲座,并向学院捐赠了300余册个人藏书,对交通运输工程事业的接班人倾囊相授。


“我们单个老师比不了顶级高校的同行,3个脑袋行不行?4个脑袋行不行?只要我们齐心协力,总能把事情解决!”张起森教授在手稿中,这样勉励后辈。退休后,他时刻关心行业研究现状,经常提醒后辈要关注行业韧性发展等问题研究。


在社交媒体平台上,“管楚度说交通”粉丝众多,这个持续更新的账号由“范型交通区位理论”创始人管楚度教授创建。


这位参与了《国家高速公路网规划》等重大项目的交通规划专家,退休后以多种方式分享经验,不仅回学校做讲座、写书等,还在家人的帮助下,与时俱进走进短视频赛道。如他在社交媒体平台账号所写:“我讲了一辈子的交通规划设计,其实它很有趣。”


李宇峙教授主持建设了当时亚洲最长的足尺路面加速加载直道试验场,主持开展连续配筋砼路面应用技术研究,为我国重载交通道路长寿命路面提供了新型路面结构。这位成就满满的教授不惧“与病魔赛跑”,在教学和科研的道路上不断给自己加速加载,成了全校师生学习的榜样。


在极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室里,71岁的郑健龙院士除了出差,每天都会准时出现在办公室。


这位以“尽人事安天命”为座右铭的严师,时刻身体力行作表率,将“事”做到极致。他坚持与课题组探讨,认真指导学生实验,还叮嘱后辈“拼搏进取必须得走正道”“一要创新,二要守正”“要坚持严谨的学风”。


科研星火,代代相传。长理交通人向科研高峰攀登的40多年里,不仅在交通运输行业刻下深深的印记,更留下了宝贵的财富。这财富里,不仅有闪耀世界的科研硕果,更有引领未来的优秀人才。


站在巨人的肩膀上,新生代交通人在路基、路面、桥梁结构等方面精耕细作,从曾经的科研新兵成长为国家级人才。张军辉教授研发高速公路改扩建路基差异沉降控制关键技术,用于我国多省区首个高速公路改扩建项目;吕松涛教授研发长寿命路面结构设计技术与耐久性路面材料,大幅延长了路面使用寿命;王磊教授研发多种用于桥梁结构健康监测和病害诊断的技术装置,提高了百余座重要桥梁的安全诊治水平;韩艳教授研发考虑多重非线性效应的桥梁三维风振响应预测方法,为桥梁安上了“定风珠”……


40多年科研之路道阻且长,一组组数据是不懈攀登者最真实的注脚。


这里有为行业创新服务的底气:斩获国家科学技术进步奖一等奖等国家级奖项16项,省部级特等奖、一等奖35项;拥有公路养护技术国家工程研究中心、极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室等国家级科研平台和18个省部级科研平台;拥有一支由院士领衔、9名国家级领军人才和16名国家级青年人才为骨干的人才队伍。


这里有为行业培育栋梁的担当:入选“全国高校黄大年式教师团队”1个、教育部创新团队2个,获国家教学成果奖二等奖6项;教师、校友获全国劳动模范、全国五一劳动奖章等荣誉称号20余人;每年数千名毕业生进入交通运输行业投身建设。


“学科建设始终服务于国家战略和行业发展,这是交通运输工程学科与生俱来的基因,更是新时代学科发展必须坚持的定位。”长沙理工大学党委书记付宏渊表示,未来,学校将继续以国家重大战略为指引,发挥优势与特色,不断提升学科建设水平、科技创新能力和人才培养质量,为加快建设交通强国贡献更大力量。


敢为天下先,敢于走别人没有走过的路,他们勇立潮头的故事还在延续。未来,长理交通人将把更多成果镌刻在跨越山海的交通工程上,在万里山河间书写服务建设交通强国的精彩答卷。正如阳光下,实验大楼上熠熠生辉的金色大字:锻造服务交通强国的中坚力量!


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