不問前路 志在千里
——記香港理工大學(xué)土木與環(huán)境工程系副教授冷真

□ 汲曉奇

冷真在學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)言

“衣食住行”是人類生活中最基本的四大需求，從古到今一直伴隨著人類的發(fā)展歷史。新中國成立之前，我國以農(nóng)業(yè)和手工業(yè)為主，人們對(duì)“衣食住”的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)“行”的需求。新中國成立之后，尤其是改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們的生活滿足“衣食無憂”之后，對(duì)“行”的需求越來越大，交通基礎(chǔ)設(shè)施成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。

近年來，隨著現(xiàn)代交通對(duì)路面性能的要求不斷提高以及可持續(xù)發(fā)展成為社會(huì)發(fā)展主題，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施從大規(guī)模建設(shè)階段進(jìn)入綠色循環(huán)與智能建管養(yǎng)一體化發(fā)展階段，對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的要求也從傳統(tǒng)的耐久性和低成本向綜合考慮其全壽命周期的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)影響，以及智能化、智慧化、功能化逐漸轉(zhuǎn)變。因此，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展既面臨著巨大挑戰(zhàn)也迎來了更好的發(fā)展機(jī)遇。

面對(duì)時(shí)代的召喚，面對(duì)國家的召喚，2012年7月，冷真從美國歸來以終身副教授的身份加入香港理工大學(xué)土木與環(huán)境工程系（根據(jù)2018年Q S世界大學(xué)排名，香港理工大學(xué)的土木與結(jié)構(gòu)工程專業(yè)排名世界第10），他結(jié)合自身的國際化教育背景及研究經(jīng)驗(yàn)，從我國交通基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)前發(fā)展需求出發(fā)，重點(diǎn)在環(huán)境及生態(tài)友好路面技術(shù)與材料、交通基礎(chǔ)設(shè)施無損檢測技術(shù)與裝備等方面展開研究。多年來，他在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的研究上不馳于空想，不騖于虛聲，不懈于奮斗，踏踏實(shí)實(shí)走好自己的每一步。

耳濡目染興趣生

說起冷真與土木工程的淵源，不得不提的就是他的父親。冷真的父親畢業(yè)于南京工學(xué)院（東南大學(xué)前身）土木工程系道橋?qū)I(yè)，一生對(duì)自己從事的事業(yè)滿懷熱忱，兢兢業(yè)業(yè)。耳濡目染中，冷真自小時(shí)候起就對(duì)土木工程領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)有所了解。他從父親那里傳承而來的除了土木工程領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)外，更重要的還有對(duì)科研的熱愛和老一輩科研者的匠心精神。

冷真的父親對(duì)自己的母校懷有很深厚的感情，對(duì)自己所學(xué)專業(yè)更是熱愛，受父親影響，冷真進(jìn)入東南大學(xué)交通學(xué)院讀大學(xué)，其攻讀方向也與父親當(dāng)初的選擇一致。

東南大學(xué)交通學(xué)院成立于1995年，其前身可追溯到20世紀(jì)二三十年代的國立東南大學(xué)交通運(yùn)輸系及國立中央大學(xué)土木工程系的路工組、50～80年代南京工學(xué)院土木工程系的道路教研組、1987年成立的運(yùn)輸工程研究所、1989年成立的交通運(yùn)輸工程系。其研究領(lǐng)域覆蓋了公路交通、巖土工程、城市交通、道路交通管理、民航機(jī)場、水運(yùn)港口等部門的綜合運(yùn)輸領(lǐng)域，部分學(xué)科處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，成為在國內(nèi)交通領(lǐng)域具有較大社會(huì)影響的高新技術(shù)研究和輻射的重要基地，科研綜合實(shí)力名列全國同類院系前列。2017年9月，教育部、財(cái)政部、國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于公布世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單的通知》，公布世界一流大學(xué)和一流學(xué)科（簡稱“雙一流”）建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單。其中，東南大學(xué)入選“雙一流”建設(shè)高校名單（A類），東南大學(xué)交通學(xué)院的交通運(yùn)輸工程學(xué)科入選“雙一流”建設(shè)學(xué)科名單。

在東南大學(xué)交通學(xué)院，冷真一直讀到了碩士，他勤奮好學(xué)，專心鉆研，一直保持著優(yōu)異的成績。這期間，他每年都獲學(xué)校一等獎(jiǎng)學(xué)金，以年級(jí)第一獲免試研究生資格，還曾作為校足球隊(duì)成員代表東南大學(xué)參加江蘇省大學(xué)生足球賽。碩士畢業(yè)后冷真決定出國留學(xué)，他說：“選擇出國主要是想出去外面的世界看一看，讓自己的人生多一些經(jīng)歷，當(dāng)時(shí)也沒有什么特別明確的目標(biāo)，就是想多經(jīng)歷一些。抱著這樣的想法申請(qǐng)了美國的學(xué)校，2003年碩士畢業(yè)后，我就去美國了?！?/p>

2003年7月至2005年6月，冷真于美國密西西比州立大學(xué)土木與環(huán)境工程系攻讀博士學(xué)位。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的博士導(dǎo)師于2005年1月離職，所以，他于2005年8月轉(zhuǎn)學(xué)到了美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校。伊利諾伊大學(xué)香檳分校的土木工程與道路工程學(xué)科在全世界享有卓越的學(xué)術(shù)聲譽(yù)，在這里，冷真學(xué)習(xí)了先進(jìn)的理論知識(shí)，開闊了自己的科研視野，通過科研實(shí)踐提高了自己的科研能力，使自己快速成長為了一名合格的青年科研者，其科研鋒芒也開始慢慢展現(xiàn)出來。

說起這段海外經(jīng)歷，冷真坦言道：“在美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校，我學(xué)到的不僅僅是先進(jìn)的知識(shí)與技術(shù)，更重要的是做科研的態(tài)度。在這里，人們的研究更加務(wù)實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)，多數(shù)科研工作都是從土木工程中的實(shí)際問題出發(fā)。不管科研的題目大小，都會(huì)一視同仁，以真正解決實(shí)際問題為導(dǎo)向。我覺得這是讓我很尊敬的一點(diǎn)，其實(shí)，踏踏實(shí)實(shí)去做一些細(xì)小的研究，去解決一些實(shí)際問題，最后積累下來都可能實(shí)現(xiàn)大的突破?！?/p>

獲香港工程師協(xié)會(huì)2018青年學(xué)者杰出論文獎(jiǎng)（左為香港工程師協(xié)會(huì)主席）

篤志好學(xué)科研夢

無損檢測對(duì)于交通基礎(chǔ)設(shè)施的施工質(zhì)量保證、使用性能評(píng)估、有效管養(yǎng)決策具有重要的意義。和傳統(tǒng)的開挖、取芯、鉆孔等破壞性檢測方式相比，無損檢測具有不破壞交通基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)完整性、交通運(yùn)營干擾小、快速提供連續(xù)大面積數(shù)據(jù)等顯著優(yōu)點(diǎn)。但是，無損檢測技術(shù)與裝備的研發(fā)與應(yīng)用，涉及土木工程、電子工程以及動(dòng)力學(xué)等多學(xué)科的綜合交叉。當(dāng)前學(xué)科交叉深度的缺乏導(dǎo)致該領(lǐng)域的研究相對(duì)滯后，工程實(shí)用性依然有待大幅度提高。

冷真自博士階段開始從事基于探地雷達(dá)技術(shù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施無損檢測研究，他依托美國聯(lián)邦航天局（FAA）科研項(xiàng)目，創(chuàng)立了使用探地雷達(dá)對(duì)瀝青路面及機(jī)場跑道施工進(jìn)行快速連續(xù)及無損檢測并判別施工質(zhì)量的方法。研究過程中，如何通過無損檢測工具將采集到的電磁信息與瀝青路面的體積參數(shù)建立可靠的數(shù)學(xué)關(guān)系是冷真及其團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)攻克的難題，而解決這一問題就涉及了土木工程與電子工程的交叉知識(shí)。為了順利完成這一研究，冷真專門修學(xué)了電子工程的相關(guān)課程，他說：“這一課題本質(zhì)上是交叉性的，完全依靠我們的知識(shí)背景沒有辦法解決，所以我不得不硬著頭皮去學(xué)一些對(duì)我們研究有用的其他相關(guān)領(lǐng)域的理論知識(shí)，這個(gè)過程其實(shí)還是蠻辛苦的，但學(xué)習(xí)的這些知識(shí)對(duì)解決土木領(lǐng)域的一些問題也確實(shí)起到了非常重要的作用?！?/p>

在深入學(xué)習(xí)了電磁信號(hào)和信號(hào)處理等相關(guān)知識(shí)后，冷真從電磁混合理論出發(fā)，提出了具有嚴(yán)格物理意義的瀝青路面密度與介電常數(shù)之間的關(guān)系模型，為瀝青路面密度的準(zhǔn)確預(yù)測奠定了理論基礎(chǔ)。模型建立之后，冷真及其團(tuán)隊(duì)通過建立不同材料，不同路面密度的試驗(yàn)段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在采集的過程中，為了完成一個(gè)連續(xù)的采集，冷真時(shí)常一個(gè)人開著探地雷達(dá)檢測車在試驗(yàn)段上反復(fù)跑。為了更好地驗(yàn)證模型，冷真還跑到多個(gè)實(shí)際的施工現(xiàn)場去采集數(shù)據(jù)。通過這些研究工作，他不但揭示了不同探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集方法對(duì)檢測精度的影響機(jī)理，還建立了通過探地雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測瀝青路面壓實(shí)過程的有效方法。

經(jīng)美國伊利諾伊州及威斯康星州的現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗(yàn)證，冷真提出的新型瀝青路面密度檢測方法的精度達(dá)到并優(yōu)于美國普遍采用的基于核子密度儀的現(xiàn)場密度測試方法。此外，傳統(tǒng)的鉆芯取樣及基于核子密度儀的檢測方法只能提供有限檢測位置的點(diǎn)數(shù)據(jù)，而采用探地雷達(dá)方法可以快速提供連續(xù)的線和面的數(shù)據(jù)，顯著提高了路面施工質(zhì)量數(shù)據(jù)檢測結(jié)果的可靠性。

鐵路道碴污染是一種嚴(yán)重危害鐵路承載力、排水及運(yùn)營安全的病害。依托美國鐵路協(xié)會(huì)（Association of American of Railway）科研項(xiàng)目，冷真開創(chuàng)性地將時(shí)頻域綜合分析法應(yīng)用于鐵路道碴探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的信號(hào)處理，突破了傳統(tǒng)的時(shí)域采集雷達(dá)信號(hào)無法準(zhǔn)確識(shí)別干凈與污染道碴分界的工程技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路道碴污染的快速無損檢測。該方法的有效性及準(zhǔn)確性得到了室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。

基于這些研究，冷真作為第一完成人獲得了2009年美國聯(lián)邦航天局（FAA）大學(xué)設(shè)計(jì)競賽第二名及2011年伊利諾伊州第52屆瀝青鋪面會(huì)議創(chuàng)新研究獎(jiǎng)，在NDT&E International、Journal of Transportation Engineering等國際知名無損檢測及交通期刊發(fā)表SCI論文9篇。截至2018年12月，這些論文在Google Scholar已累計(jì)被引用269次。

砥志研思務(wù)實(shí)路

道路結(jié)構(gòu)層間的良好粘結(jié)是保證道路結(jié)構(gòu)完整性及路面耐久性的重要因素。薄弱的層間粘結(jié)或結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)力喪失是導(dǎo)致許多路面早期病害的主要因素。層間的粘結(jié)力通過在層間噴灑基用瀝青材料的粘層油實(shí)現(xiàn)，但粘層油用量過多或過少均會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)力不足，而且不同類型的粘層油也會(huì)導(dǎo)致不同的層間的最大粘結(jié)力。

在美國伊利諾伊州交通運(yùn)輸廳科研項(xiàng)目資助下，基于室內(nèi)剪切試驗(yàn)、現(xiàn)場加速加載試驗(yàn)及數(shù)值模擬，冷真全面評(píng)估了包括粘層油類型、粘層油用量、粘層油分布、上下層結(jié)構(gòu)材料類型、下層結(jié)構(gòu)表面紋理、下層結(jié)構(gòu)表面的清潔度及溫度等在內(nèi)的多種潛在因素對(duì)路面層間粘結(jié)的影響，給出了不同道路結(jié)構(gòu)組合條件下最大化層間粘結(jié)力的最優(yōu)層間接觸條件。他首先通過自行研制的室內(nèi)直接剪切及循環(huán)剪切試驗(yàn)儀評(píng)估了各種因素對(duì)道路層間界面剪切強(qiáng)度的影響，之后通過足尺寸的加速加載試驗(yàn)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)得到的最優(yōu)層間粘結(jié)條件進(jìn)行了成功驗(yàn)證，并通過數(shù)值模擬對(duì)不同層間粘結(jié)狀態(tài)下的路面在交通荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析、比較。基于這一項(xiàng)目研究，冷真在Transportation Research Record及International Journal of Pavement Engineering等國際知名交通期刊發(fā)表S C I論文5篇。截至2018年12月，論文在Google Scholar累計(jì)被引用167次。其中他作為第一兼通信作者的論文Interface bonding between hotmix asphalt and various Portland cement concrete surfaces: laboratory assessment的單篇應(yīng)用次數(shù)已達(dá)到62次。該項(xiàng)目的主要研究成果之一，即最優(yōu)粘層油類型及最佳粘層油用量，在2011年被納入美國伊利諾伊州的瀝青路面施工規(guī)范，并已經(jīng)在美國伊利諾伊州得到全面推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)研究成果獲得了2013年美國各州公路及交通工作者協(xié)會(huì)最有影響16項(xiàng)研究獎(jiǎng)（AASHTO Sweet 16 High Value Research）及美國伊利諾伊州交通中心高研究價(jià)值課題獎(jiǎng)（I C T High Impact Project Award）。

2012年回國后，結(jié)合香港城市道路的特點(diǎn)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，冷真將科研工作的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了綠色及生態(tài)友好路面材料與技術(shù)。他依托香港研資局基金項(xiàng)目，以及與香港環(huán)境保護(hù)署和路政署的合作研究項(xiàng)目，通過微觀及化學(xué)分析，揭示了廢棄輪胎膠粉、不同類型的溫拌改性劑與瀝青間的相互作用機(jī)理，評(píng)估并比較了溫拌橡膠瀝青與普通瀝青的力學(xué)性能、輪胎—路面噪音、施工排放和氣味，設(shè)計(jì)出基于廢棄膠胎回收再用的低噪音、低施工排放、耐久性溫拌橡膠改性瀝青路面。研究成果得到了香港眾多主流媒體正面報(bào)道?；陧?xiàng)目研究成果的試驗(yàn)路于2017年6月在香港完成修筑?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：施工過程中排放和氣味均遠(yuǎn)低于規(guī)范要求，噪音水平低于目前香港已測所有瀝青路面，初期力學(xué)性能優(yōu)良，受到社會(huì)廣泛好評(píng)。

除廢棄輪胎膠粉外，冷真對(duì)廢棄塑料這一主要城市固體廢棄物在瀝青路面中的再生利用也開展了有特色與成效的研究。與已有相關(guān)研究將廢棄塑料切碎直接加入瀝青混合料的研究思路不同，他首先通過特殊的氨化反應(yīng)降解廢棄塑料提取基于廢棄塑料的瀝青改性劑，從而解決了直接在高溫瀝青中添加塑料產(chǎn)生有害氣體以及塑料與瀝青兼容性差的問題，顯著增強(qiáng)了瀝青混合料的抗水損能力及抗疲勞、低溫裂縫能力。在結(jié)合再生瀝青混合料使用時(shí)，還能發(fā)揮再生劑的作用。基于該研究發(fā)表的論文在2017年香港工程師協(xié)會(huì)舉辦的環(huán)境論文大賽中獲得第二名。

目前，依托香港環(huán)境及自然保育基金項(xiàng)目，冷真正在開展將污泥灰轉(zhuǎn)化為可用作溫拌混合料添加劑、降低瀝青路面施工溫度的合成沸石的研究。通過室內(nèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)評(píng)估，已成功制備出各方面指標(biāo)與商用沸石溫拌劑非常接近的合成沸石，有望在近期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的制備及試驗(yàn)路修筑，最終變廢為寶，實(shí)現(xiàn)利用廢棄物產(chǎn)品減少瀝青路面施工過程中的能耗及排放的目標(biāo)。

踵事增華未來明

近20年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的迅猛發(fā)展對(duì)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)騰飛發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。與此同時(shí)，交通基礎(chǔ)設(shè)施生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境與社會(huì)產(chǎn)生的影響也日益受到了人們的關(guān)注。如何在大規(guī)模建設(shè)的同時(shí)，盡量減少對(duì)環(huán)境和社會(huì)的負(fù)面影響，甚至發(fā)揮正面作用，是我國交通基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)前發(fā)展面臨的重大難題。使用環(huán)境及生態(tài)友好路面材料及技術(shù)來促進(jìn)道路系統(tǒng)的綠色發(fā)展，對(duì)于整個(gè)交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

近年來，面向道路工程領(lǐng)域綠色建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵難題，冷真著重開展了低噪音路面、溫拌及冷拌瀝青技術(shù)、基于廢棄物資源再利用的路面材料、可降解汽車尾氣路面等方面的科研攻關(guān)工作。

車胎與路面相互作用產(chǎn)生的噪音污染會(huì)對(duì)道路周圍居民的生活造成嚴(yán)重干擾，而傳統(tǒng)的修建隔音墻的降噪方法具有高造價(jià)、影響視線和美觀及占用額外空間等缺點(diǎn)。從噪音源頭出發(fā)，通過優(yōu)化路面材料與紋理是降低道路交通噪音經(jīng)濟(jì)有效的方法。為改善城市道路周圍居民生活質(zhì)量，冷真已積極與香港環(huán)保署合作開展多項(xiàng)低噪音路面相關(guān)研究。他從研究輪胎道路噪音產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，通過使用廢棄輪胎膠粉增進(jìn)路面彈性、使用多孔材料提高路面的吸音能力及使用優(yōu)化的混凝土路面紋理等手段降低道路的噪音污染，重點(diǎn)研究了如何在降噪的同時(shí)保證路面的耐久性。他表示，在未來的工作計(jì)劃中，低噪音路面仍是他的重點(diǎn)研究對(duì)象。

另一方面，汽車尾氣是城市大氣污染的主要來源之一，通過給路表添加光催化材料涂層可以幫助降解汽車尾氣，實(shí)現(xiàn)空氣凈化功能。盡管國內(nèi)外已開展了一定研究，但如何保證光催化涂層在汽車荷載作用下的尾氣降解效率及耐久性仍是未被解決的難題。冷真在該領(lǐng)域已開展了一定的前期工作，并提出了具有潛力的新型催化材料涂層方法。目前，他正在該領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究，以望實(shí)現(xiàn)光催化路面能夠保持耐久的高汽車尾氣降解效率，繼而推進(jìn)這一功能性環(huán)保路面在實(shí)踐中的應(yīng)用。

“傳統(tǒng)的路面材料主要以瀝青和水泥為主，這些材料主要講究的是耐久性和成本，而對(duì)于現(xiàn)在的路面新材料，除了注重它的交通承受力外，我們?cè)絹碓綇?qiáng)調(diào)它的功能性，特別是有關(guān)環(huán)境的功能。我現(xiàn)在主要做的就是推進(jìn)一些綠色材料的研究與應(yīng)用，在道路建設(shè)中，盡量減少原始材料的應(yīng)用，將一些合適的廢棄物進(jìn)行循環(huán)利用。我們通過研究發(fā)現(xiàn)，將這些廢棄物進(jìn)行加工處理之后，應(yīng)用到路面上，不但不會(huì)減少路面的使用壽命，甚至?xí)纳坡访娴男阅??？蒲泄ぷ髡叩娜蝿?wù)和挑戰(zhàn)是找到合理有效的物理或化學(xué)方法來處理廢棄物，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶?！崩湔嬲f。

在基于廢棄物資源再利用的路面材料研究領(lǐng)域冷真已經(jīng)開展了持續(xù)研究，并取得了一定的研究成果。接下來，他將在廢棄輪胎膠粉改性的耐久性瀝青路面；瀝青混合料的高比例（大于30%）廠拌熱再生、瀝青混合料的現(xiàn)場熱再生以及冷再生；基于廢棄塑料化學(xué)降解的瀝青改性劑；基于污泥灰再生的新型溫拌瀝青添加劑等方面進(jìn)一步深入拓展。其中的研究重點(diǎn)包括：合理選擇適用于路面材料的廢棄物，研發(fā)合適的廢棄物物理及化學(xué)處理方法，揭示廢棄物與路面材料混合使用時(shí)的相互作用機(jī)理，優(yōu)化廢棄物的使用比例及制定有效的質(zhì)量評(píng)估、控制與驗(yàn)收方法。

習(xí)近平總書記曾表示：“科學(xué)技術(shù)從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運(yùn)，從來沒有像今天這樣深刻影響著人民生活福祉。”在“形勢逼人、挑戰(zhàn)逼人、使命逼人”的今天，冷真懷著強(qiáng)烈的創(chuàng)新信心和決心，既不妄自菲薄，也不妄自尊大，以從容的姿態(tài)不務(wù)空名地踐行著自己的科研夢。

團(tuán)隊(duì)成員為冷真慶祝生日