在已有110多年曆史的長(沙)(湘)潭公路旁,坐落著新中國成立後最早開設公路工程專業、在交通領域享有盛譽的長沙理工大學。
從這裡出發,長沙理工大學交通人(簡稱長理交通人)奔著解決我國高速公路從無到有、從跟跑到領跑各個時期的關鍵問題,三代人四十載接續奮鬥,走出了一條適合我國國情的高速公路技術發展之路,在我國高速公路建設史上書寫了濃墨重彩的篇章。
從貫穿南北的大動脈京港澳高速公路,到“南疆國門第一路”南友高速公路;從我國最長的內河公路橋洞庭湖大橋,到當前世界第一高橋北盤江大橋;從醫治南方膨脹土到挑戰青藏天路……記者沿著長理交通人的奮鬥足跡,近距離聆聽他們的心聲,感受我國交通科技工作者走自主創新之路的智慧與卓絕,探尋我國高速公路在短短四十年實現跨越式發展的精神內核。
走自主創新之路
展開我國地圖,粗壯線條繪就了“流動中國”的主動脈——高速公路。超19萬公里的高速公路里程,居全球第一位,是一張亮麗的中國名片。
然而,在改革開放前,卻是另一番景象。1978年,我國公路總里程只有89萬公里,且公路標準低、品質差。當時,世界上約50個國家已有了高速公路,而我國的高速公路建設還沒有起步。這一交通空白日益成為經濟社會發展的瓶頸。
建設高速公路迫在眉睫!然而,我國原瀝青路面設計方法照搬原蘇聯柔性路面模式,設計方法滯後、設計標準偏低,不能滿足高速公路瀝青路面的要求;西方發達國家普遍採用的高速公路建造標準和施工技術投資大、資源消耗大,在我國沒有條件推廣。這就決定了我國的高速公路發展必須適應國情,要走出一條自主創新之路。
1986年,長沙理工大學第一代道路科技領軍人張起森帶領團隊參與交通部半剛性基層瀝青路面聯合攻關,重點研究這種路面結構的力學原理、破壞機理。那時學校裏只有20多台電腦,課題研究計算工作量又很大,團隊成員經常通宵達旦地工作。課題組將更多的時間撲在工程一線,把工地當作實驗室,經常一住就是幾個月。從負責人到學生,拿起儀器可以幹科研的活,操起工具也能幹工人的活,個個皮膚黝黑,身強力壯,都是行家裏手,令工地上的老師傅都佩服不已。
科研從不辜負有心人。正是工程一線長年累月的實踐、試驗中推倒重來的韌勁兒,讓長理交通人于“無人區”中探出一條路,奠定了我國半剛性基層瀝青路面的力學數值分析基礎。1990年,團隊參與的《半剛性基層瀝青路面的研究》榮獲國家科學技術進步獎二等獎。
鄭健龍教授接過了張起森教授的接力棒,成為第二代道路科技攻關的領軍人。1990年,交通部立項開展瀝青路面設計指標、參數與標準研究,長沙理工大學負責數據檢測任務。在對檢測數據進行分類統計分析後,鄭健龍教授團隊從道路服役的本質特徵出發,創造性地提出了瀝青路面設計狀態與設計彎沉的新概念,提出適用於高速公路與半剛性基層瀝青路面的破壞準則、結構設計新指標與新標準以及竣(交)工驗收標準,成果納入了我國第一部擁有完全自主智慧財産權的行業強制標準《公路瀝青路面設計規範》。
在鄭健龍教授的辦公室裏,記者看到了完好保存的《公路瀝青路面設計規範》(JTJ014-97)。看著第118頁上一級公路瀝青路面容許彎沉散點圖及回歸結果圖、第120頁上彎沉逐年變化曲線圖,聽著他一字一句地耐心講解,記者深刻感受到,這本嚴謹的規範背後,是長理交通人“胸懷祖國、服務人民”的初心和“主動肩負起歷史重任”的行動。
這一規範使用的20年時間裏,我國高速公路里程從不足5000公里,發展到2017年的13.65萬公里,指導了我國80%以上高速公路瀝青路面的設計與施工建設,使我國瀝青路面設計技術跨入國際先進行列,蹚出了一條成本低、速度快、品質優的自主創新成功之路。
隨著我國近80%的高速公路超過設計壽命,擺在交通人面前的是一道新課題:開展以長壽命路面為代表的新型路面創新研發。
長理交通人在國際上首創了壽命逐層遞增式瀝青路面結構體系,開創了雙模量非線性彈性層狀體系智算技術與瀝青路面三維應力長壽命設計技術,可使路面服役壽命從15年提升至60年。
向“公路工程癌症”宣戰
膨脹土地質災害被世界工程師稱為“公路工程癌症”:失水迅速收縮開裂,吸水急劇膨脹變形,既不能當做路基填料,還會造成邊坡垮塌。據統計,我國是世界上膨脹土分佈最廣泛的國家之一,26個省份分佈著這種特殊的土質,是威脅高速公路安全的主要因素之一,國家有關部門將治理膨脹土列為重大科技攻關課題。
1995年至1998年,鄭健龍教授帶領團隊在雲南開展“橋頭跳車”研究的機緣巧合下,關注到膨脹土地區修路“老大難”問題,並最終找到解決方法,研究項目榮獲雲南省科學技術進步獎二等獎。帶著這樣的技術積累,2002年,長沙理工大學&&開展交通部立項的“膨脹土地區公路修築技術研究”,並以廣西、雲南、河南和湖南多條在建高速公路為依託,承擔“膨脹土路基設計、加固與施工技術研究”。
其中,被譽為“南疆國門第一路”的廣西南(寧)友(誼關)高速公路建設不僅難度大、壓力更大。該條高速公路是我國首條通往東盟國家的高速公路,頗受社會關注。
初到項目路基施工現場,長沙理工大學科研團隊看到,一邊是挖出來的大量膨脹土堆放佔用耕地,每有暴雨就會將膨脹土沖刷下來,影響到更大面積的耕地和村民生活;另一邊是施工人員挖開邊坡後,一場雨下來,挖開的邊坡就會垮塌。
長沙理工大學科研團隊通過大量實地調研與室內試驗研究後,將目光聚焦于解決兩個問題:一是怎麼把膨脹土用起來,二是如何讓邊坡穩定。
雖然當時國際上對膨脹土的研究開展已久,但所採用的“以剛止脹”“化療”等技術手段,存在造價高、工期長、環境污染大等缺陷。長沙理工大學創造性地提出“以柔治脹”的新理念,給膨脹土“消能”“排水”,再穿上可隨氣候變化而伸縮的“衣服”——特製塑膠格柵,攻克了膨脹土邊坡屢治屢滑的技術難題。對於未經改良的膨脹土不能直接用作路堤填料的禁區,則提出了控制路堤濕度狀態的穩定含水率理論,給膨脹土包裹上“保濕防滲”的材料,給膨脹土找到合適的應用場景。
截至2025年,南友高速公路創造了20年無大修的特殊土地區工程奇跡!
初次推薦技術時項目經理的“不敢用”,高溫下收集數據,暴雨中查看現場,夜以繼日地試驗,不捨晝夜地監測……在治療“公路工程癌症”的成就感面前,這些曾遇到過的困難和挑戰都成了參與人員間的“專屬記憶”。
2009年,“膨脹土地區公路建設成套技術”獲國家科學技術進步獎一等獎,成果廣泛應用於南水北調中線工程、南寧至貴陽高速鐵路等12省區40余個重點工程建設,形成我國首部膨脹土路基行業規範。
從膨脹土到黃河中下游地區粉土路基、南方地區軟岩邊坡、濕熱地區軟基公路等,長沙理工大學在特殊土路基長期穩定性保障上下功夫,實現了我國特殊土地區公路建設技術質的飛躍,整體達到國際領先水準。
2015年,鄭健龍教授因其在我國道路科技領域的開拓性貢獻,當選中國工程院院士。
從張起森教授開始,緊跟工程項目、紮根工程實踐、引領工程創新逐漸成為長理交通人的優良傳統,他們把工地當作最好的課堂和實驗室,産出的成果直接服務工程建設。學校第三代交通人劉朝暉教授創建了剛柔複合式路面設計理論、方法與技術,應用於湖南首條高速公路改擴建等多個項目;錢國平教授研發了道路路域近地表綜合環境提升關鍵技術,成果推廣應用到巴基斯坦、塞爾維亞等“一帶一路”沿線國家……
跨越天塹護通途
有路便有橋,高速公路建設必然伴隨大型、高難度橋梁建設。在世界橋梁建設史中,長理交通人不斷創造“最長、最高、最大”的紀錄。
回到20世紀80年代,我國大跨度橋梁建設剛剛起步,沒有成熟的安全控制技術可提供借鑒,難以把控複雜工況下結構安全。隨著橋梁建設向西部、山區等複雜地質條件地帶延伸,特大跨橋梁面臨更大挑戰。長沙理工大學科研團隊在國內率先開展大跨度橋梁施工安全控制研究。
為攀登這座科研新高峰,張建仁教授堅持“事事求真”,一邊以“真學、真懂、真用”自我要求,不斷提高運用理論解決實際問題的能力;一邊頂嚴寒冒酷暑,深入工地一線,獲取施工現場第一手數據。
理論和實踐的融合共進,成了長理交通人最好的“登山杖”。他們發展了大跨度混凝土橋梁施工期安全控制理論和方法,創新了混凝土橋梁服役性能評價方法,構建了基於時變可靠度理論的混凝土橋梁剩餘壽命評估理論,發展了基於力學行為與剩餘壽命評估的混凝土橋梁維修加固決策方法……這一系列填補空白、國際領先的成果,解決了混凝土橋梁施工期安全控制和服役期安全評估等若干關鍵技術難題,支撐了數十座特大跨橋梁的順利建成,保障了路網暢通和人民生命財産安全。
1989年,憑藉懂設計、懂施工、精通力學分析和誤差控制等優勢,長沙理工大學參與到我國當時最大跨雙塔單索面斜拉橋——長沙湘江北大橋的建設中,負責施工安全控制。
“斜拉橋是大跨度橋中難度最大的。由於其複雜性,從設計圖紙到施工過程的每一步,都有可能出現誤差影響。”顏東煌教授回憶,那時候大跨度斜拉橋建設在我國剛剛起步,在長沙湘江北大橋建設過程中,很多省份都專門組織了考察團到現場調研。
隨後,長理交通人又參與到安徽銅陵長江大橋的建設任務中。這一次,他們依然讓人放心,通過精細化的計算分析,將設計圖紙中的長虹穩穩放置在碧波之上。
兩座大橋的建設經驗,使得團隊在大跨度橋梁施工安全控制領域奠定了領先地位。長理交通人逐漸從湖南走向全國,橋梁類型也從混凝土結構橋梁發展到鋼結構橋梁。
長理交通人挑戰的橋梁跨度紀錄也在不斷刷新。在世界第一高橋——北盤江大橋的建設中,水面離橋面的高度拉出了565米的高差。當時的建設條件十分艱苦,橋梁合龍前,大家分別在大橋兩岸工作,需要技術交流時,必須繞行幾個小時的山路。
與此同時,技術層面挑戰同樣很大。北盤江大橋是一座鋼桁梁斜拉橋,使用了上萬個鋼構件和112對拉索。長理交通人通過現場監測獲得大量第一手資料,進行精細化計算分析,預測這些鋼構件、拉索的製作尺寸,跟蹤製造過程的誤差,再用軟體分析,修正相關誤差,以更精準的手段確保施工工程進度。
通過工程實踐積累,長理交通人創造性地將可靠度與施工期力學行為有機結合,發展了橋梁施工全過程受力調控理論,構建了新的橋梁施工品質評價指標體系,開發了實時安全控制軟體,突破了特大跨橋梁施工過程強非線性控制的技術瓶頸,實現了橋梁施工控制從以平均值為“定值”到充分考慮不確定因素“概率”的跨越,成果直接應用到20余座具有世界影響的特大跨橋梁建設。
創新攻關,腳步不停。長沙理工大學在20世紀90年代後期將可靠度理論進一步延伸至橋梁全壽命安全領域,主持承擔了橋梁領域僅有的2個國家“973計劃”項目之一,創建了“預測模型—性能感知—評定準則—維修技術”于一體的橋梁全壽命安全控制與運維體系,研發了強風作用下橋上行車安全綜合保障關鍵技術,發明瞭橋梁隱蔽病害智慧感知手段,研發了橋梁快速消危新技術與裝備,科技服務700余座服役混凝土橋梁,減少拆除橋梁140余座,節約維修資金20%以上。
“世界最大跨山區鋼桁梁懸索橋”矮寨大橋、“世界第一座四主纜大跨度懸索橋”燕磯長江大橋、“世界最長的跨海大橋”杭州灣跨海大橋……這些雄偉矗立於山海之間的“橋梁奇跡”,正是“長理智慧”的實踐迴響。
走在新時代大道上
是什麼讓他們40多年逐夢報國,初心不移?是什麼讓他們40多年熱血拼搏,勇當尖兵?
隨著採訪的深入,記者越發感覺:流淌在長理交通人血液中的,是“吃得苦、霸得蠻、耐得煩”的湖湘文化基因,是把論文寫在祖國大地上的科學追求,是“逢山開路、遇水架橋”的交通精神。
張起森教授在其晚年時常回校做講座,並向學院捐贈了300余冊個人藏書,對交通運輸工程事業的接班人傾囊相授。
“我們單個老師比不了頂級高校的同行,3個腦袋行不行?4個腦袋行不行?只要我們齊心協力,總能把事情解決!”張起森教授在手稿中,這樣勉勵後輩。退休後,他時刻關心行業研究現狀,經常提醒後輩要關注行業韌性發展等問題研究。
在社交媒體平臺上,“管楚度説交通”粉絲眾多,這個持續更新的賬號由“范型交通區位理論”創始人管楚度教授創建。
這位參與了《國家高速公路網規劃》等重大項目的交通規劃專家,退休後以多種方式分享經驗,不僅回學校做講座、寫書等,還在家人的幫助下,與時俱進走進短視頻賽道。如他在社交媒體平臺賬號所寫:“我講了一輩子的交通規劃設計,其實它很有趣。”
李宇峙教授主持建設了當時亞洲最長的足尺路面加速載入直道試驗場,主持開展連續配筋砼路面應用技術研究,為我國重載交通道路長壽命路面提供了新型路面結構。這位成就滿滿的教授不懼“與病魔賽跑”,在教學和科研的道路上不斷給自己加速載入,成了全校師生學習的榜樣。
在極端環境綠色長壽道路工程全國重點實驗室裏,71歲的鄭健龍院士除了出差,每天都會準時出現在辦公室。
這位以“盡人事安天命”為座右銘的嚴師,時刻身體力行作表率,將“事”做到極致。他堅持與課題組探討,認真指導學生實驗,還叮囑後輩“拼搏進取必須得走正道”“一要創新,二要守正”“要堅持嚴謹的學風”。
科研星火,代代相傳。長理交通人向科研高峰攀登的40多年裏,不僅在交通運輸行業刻下深深的印記,更留下了寶貴的財富。這財富裏,不僅有閃耀世界的科研碩果,更有引領未來的優秀人才。
站在巨人的肩膀上,新生代交通人在路基、路面、橋梁結構等方面精耕細作,從曾經的科研新兵成長為國家級人才。張軍輝教授研發高速公路改擴建路基差異沉降控制關鍵技術,用於我國多省區首個高速公路改擴建項目;呂松濤教授研發長壽命路面結構設計技術與耐久性路面材料,大幅延長了路面使用壽命;王磊教授研發多種用於橋梁結構健康監測和病害診斷的技術裝置,提高了百餘座重要橋梁的安全診治水準;韓艷教授研發考慮多重非線性效應的橋梁三維風振響應預測方法,為橋梁安上了“定風珠”……
40多年科研之路道阻且長,一組組數據是不懈攀登者最真實的注腳。
這裡有為行業創新服務的底氣:斬獲國家科學技術進步獎一等獎等國家級獎項16項,省部級特等獎、一等獎35項;擁有公路養護技術國家工程研究中心、極端環境綠色長壽道路工程全國重點實驗室等國家級科研平臺和18個省部級科研平臺;擁有一支由院士領銜、9名國家級領軍人才和16名國家級青年人才為骨幹的人才隊伍。
這裡有為行業培育棟樑的擔當:入選“全國高校黃大年式教師團隊”1個、教育部創新團隊2個,獲國家教學成果獎二等獎6項;教師、校友獲全國勞動模範、全國五一勞動獎章等榮譽稱號20余人;每年數千名畢業生進入交通運輸行業投身建設。
“學科建設始終服務於國家戰略和行業發展,這是交通運輸工程學科與生俱來的基因,更是新時代學科發展必須堅持的定位。”長沙理工大學黨委書記付宏淵表示,未來,學校將繼續以國家重大戰略為指引,發揮優勢與特色,不斷提升學科建設水準、科技創新能力和人才培養品質,為加快建設交通強國貢獻更大力量。
敢為天下先,敢於走別人沒有走過的路,他們勇立潮頭的故事還在延續。未來,長理交通人將把更多成果鐫刻在跨越山海的交通工程上,在萬里山河間書寫服務建設交通強國的精彩答卷。正如陽光下,實驗大樓上熠熠生輝的金色大字:鍛造服務交通強國的中堅力量!