沈志云：中國(guó)高速輪軌之父

田永秀

沈志云（右二）院士考察驗(yàn)收京滬高鐵線(xiàn)路工程。圖片|川觀(guān)新聞

他是中國(guó)鐵路運(yùn)輸工程領(lǐng)域唯一的一位雙院士，他參與、推動(dòng)和見(jiàn)證了中國(guó)高鐵技術(shù)從無(wú)到有的全部發(fā)展歷程，他是我國(guó)高鐵領(lǐng)域的先驅(qū)科學(xué)家之一兩院院士沈志云。

1929年，沈志云出生于湖南長(zhǎng)沙。其父小學(xué)教師，其母家庭婦女。沈家并不富裕，兄長(zhǎng)沈立蕓是沈志云人生領(lǐng)路人。自幼父兄教育他，只有好好讀書(shū)才能有出息。抱著這樣的信念，沈志云讀書(shū)非常用功。高中畢業(yè)時(shí)，湖南臨近解放，沈志云一心想?yún)⒓痈锩ぷ鳌Ｐ珠L(zhǎng)沈立蕓派人去國(guó)師附中將沈志云“押”回家，讓他復(fù)習(xí)備考大學(xué)，沈志云報(bào)考了唐山工學(xué)院、清華大學(xué)和武漢大學(xué)，皆被錄取。最后按兄長(zhǎng)的建議選擇了唐山工學(xué)院，從此與鐵路結(jié)下了一世之緣。

1952年，因國(guó)家建設(shè)的需要，沈志云提前從唐院畢業(yè)留校。1957年，沈志云被國(guó)家選派去蘇聯(lián)留學(xué)，學(xué)習(xí)車(chē)輛修理專(zhuān)業(yè)，沈志云卻從這個(gè)學(xué)術(shù)含量不高的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中受到了系統(tǒng)的學(xué)術(shù)訓(xùn)練，養(yǎng)成了受益終身的學(xué)術(shù)思維與方法，從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在理論上進(jìn)行研究，再去實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，就成了沈志云受益一生的研究模式。

他鄉(xiāng)求學(xué) 沈氏理論天下鳴

“文革”中，沈志云受到巨大沖擊。“文革”結(jié)束時(shí)，沈志云已快50歲了。為了趕上世界潮流，他如饑似渴地更新知識(shí)、閱讀專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)。他將每天的時(shí)間分成四塊，晚上10點(diǎn)以后的第四塊時(shí)間是他的學(xué)習(xí)時(shí)間，往往一學(xué)就到深夜兩三點(diǎn)。

1982年，沈志云前往美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。在MIT，他主要進(jìn)行了輪軌蠕滑力的計(jì)算問(wèn)題研究，并取得了重大突破。

找到既快速又精確的輪軌蠕滑力計(jì)算方法是當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界高度關(guān)注的問(wèn)題。沈志云和MIT的指導(dǎo)教師赫追克都想在此有所突破。于是，這個(gè)任務(wù)就成了沈志云在MIT的研究任務(wù)。沈志云每周給赫追克匯報(bào)研究進(jìn)展。后來(lái)，為了得到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，他們又和卡羅拉多州普耶勃羅實(shí)驗(yàn)中心的總工程師葉爾金斯合作，由葉爾金斯提供現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。沈志云提出，可用卡爾克的線(xiàn)性理論來(lái)改造沃爾妙倫-約翰遜的線(xiàn)性公式，再用沃爾妙倫-約翰遜的非線(xiàn)性化的曲線(xiàn)來(lái)修正誤差。他的這種設(shè)想得到了赫追克和葉爾金斯的贊同。于是，沈志云按照這個(gè)設(shè)想設(shè)計(jì)新的計(jì)算方法，將其制作成計(jì)算機(jī)程序。

圣誕節(jié)至元旦的這一周美國(guó)學(xué)校放假，學(xué)生回家了。沈志云就利用實(shí)驗(yàn)室的20多臺(tái)計(jì)算機(jī)一起跑程序，24小時(shí)不間斷，做了整整一周。一方面，用卡爾克的方法做;另一方面，用沈志云設(shè)想的修正方法做。整整一周，他不斷地巡視著每臺(tái)計(jì)算機(jī)，大門(mén)都沒(méi)出去過(guò)。整座大樓寂靜無(wú)聲。困了，沈志云就在機(jī)房的沙發(fā)上打個(gè)盹，餓了就在走廊上的自動(dòng)售賣(mài)機(jī)里買(mǎi)杯咖啡、買(mǎi)點(diǎn)餅干充饑。一周下來(lái)，主體計(jì)算基本完成了。

結(jié)果非常理想，在主要的計(jì)算中兩組數(shù)據(jù)差距都不超過(guò)10%，完全可以工程應(yīng)用。而新方法的計(jì)算速度比卡爾克的方法快幾十倍。研究成功了！赫追克和葉爾金斯對(duì)沈志云拼命工作的印象非常深刻，稱(chēng)他不僅思路清晰，而且“每天工作24小時(shí)”。

國(guó)際輪軌蠕滑力研究權(quán)威卡爾克對(duì)沈志云等發(fā)明的這一方法給予了高度評(píng)價(jià)，說(shuō)解決了他一直想解決而未能解決的問(wèn)題，并稱(chēng)這“是鐵道車(chē)輛動(dòng)力學(xué)中能夠采用的最好的非線(xiàn)性蠕滑力模型，是鐵道車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真最適用的方法，是1983年世界蠕滑理論新發(fā)展的標(biāo)志”。后來(lái)卡爾克將這一方法命名為“沈-赫追克-葉爾金斯”理論。

1983年，沈志云在美國(guó)發(fā)表非線(xiàn)輪軌蠕滑動(dòng)計(jì)算理論至今，被當(dāng)作“沈氏理論”在國(guó)際上廣泛使用。

沈志云院士。圖片|川觀(guān)新聞

“提著腦袋”建國(guó)際一流試驗(yàn)臺(tái)

科學(xué)研究離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。早在1978年沈志云就提出了建立一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的想法。1988年國(guó)家計(jì)委啟動(dòng)了第二批國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)申報(bào)，沈志云再次提出建設(shè)國(guó)際一流的車(chē)輛振動(dòng)滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。 德國(guó)的慕尼黑研究所試驗(yàn)臺(tái)世界最先進(jìn)，其試驗(yàn)時(shí)速達(dá)到了500公里，我們?nèi)糇霾坏?00公里，可以先做450公里，“在精度上、在功能上超過(guò)他們”。當(dāng)時(shí)列車(chē)的一般時(shí)速為60～70公里，450公里顯然是很多人都未曾認(rèn)真思考過(guò)的速度。沈志云所在的西南交通大學(xué)力排眾議，支持沈志云。

1989年4月，國(guó)家計(jì)委委派專(zhuān)家到西南交通大學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估?？疾旖Y(jié)束時(shí)專(zhuān)家問(wèn)沈志云：“建這么大的實(shí)驗(yàn)室，要承擔(dān)什么樣的風(fēng)險(xiǎn)，你想過(guò)沒(méi)有？”沈志云一愣，只好如實(shí)回答說(shuō)：“如此大的設(shè)備，如果搞成功了，非常有用;如果失敗了，那就是一堆廢鐵，是很大的浪費(fèi)?！睂?zhuān)家說(shuō)：“這么巨大的浪費(fèi)，恐怕你的性命難保哦。”此后幾年，沈志云時(shí)常感受到“提著腦袋”的壓力，未敢有絲毫懈怠。

1994年1月28日，試驗(yàn)臺(tái)首次做車(chē)輛的滾動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)臺(tái)是否成功，要看車(chē)輛在試驗(yàn)臺(tái)上是否出現(xiàn)蛇形。在軌道運(yùn)行中，蛇形出現(xiàn)了。大家不約而同歡呼：蛇形了！蛇形了！沈志云也笑開(kāi)了，腦袋別在褲腰帶上的日子結(jié)束了，試驗(yàn)臺(tái)終于建成了！他在日記中興奮地寫(xiě)道：“幾年奮斗終于達(dá)到了目的！”

1995年11月，國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。實(shí)驗(yàn)室建成后，完成了大量試驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室對(duì)促進(jìn)鐵路技術(shù)大發(fā)展，尤其是中國(guó)高速列車(chē)技術(shù)的發(fā)展方面作出了突出貢獻(xiàn)。1999年，由沈志云領(lǐng)銜的“機(jī)車(chē)車(chē)輛滾動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)”獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

高鐵高速的堅(jiān)定捍衛(wèi)者

對(duì)于高鐵今后的發(fā)展念念不忘，沈志云提出了兩條院士建言。

其中之一是，要有計(jì)劃地探索輪軌高速列車(chē)最高運(yùn)營(yíng)速度，應(yīng)該在2020年后的15年之內(nèi)，研制設(shè)計(jì)速度500km/h、運(yùn)營(yíng)時(shí)速400公里及以上的高速列車(chē);探索、研制設(shè)計(jì)速度600km/h的高鐵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

用沈志云的話(huà)說(shuō)，這叫“突破速度極限，進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新”。

實(shí)現(xiàn)最高商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)速350公里的技術(shù)突破，是沈志云總結(jié)的中國(guó)高鐵三大突破之首（其他兩大突破是理論突破和試驗(yàn)突破），他的依據(jù)是世界上迄今還沒(méi)有國(guó)家能超過(guò)320公里運(yùn)營(yíng)時(shí)速的現(xiàn)實(shí)。

“檢討高鐵的安全保障技術(shù)體系，才是根本之途，不是降低速度就能解決問(wèn)題的，不確保安全，就是降到綠皮車(chē)的水平，照樣要發(fā)生重大事故。”他先后在不同場(chǎng)合作了8次報(bào)告，聽(tīng)者擠滿(mǎn)門(mén)口。

但這并不是他最感到滿(mǎn)足的時(shí)速，目前中國(guó)的高鐵CRH380在試驗(yàn)中充分跑起來(lái)的設(shè)計(jì)時(shí)速可以達(dá)到400公里，這是一個(gè)極限。根據(jù)沈院士團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)來(lái)看，跑上600公里，技術(shù)上也是沒(méi)有問(wèn)題的，關(guān)鍵是輪軌高鐵在開(kāi)敞的稠密空氣中極速飛馳，會(huì)產(chǎn)生高阻力、高噪音和高污染。

沈志云的第二條建議，重點(diǎn)就在于求解怎樣讓速度跨過(guò)600km/h。

他提出的對(duì)策是不用輪軌，改用真空管道磁懸浮，通俗來(lái)講就是讓磁浮列車(chē)在全封閉的真空管道里面運(yùn)行。

在由沈志云一手打造的鐵道系統(tǒng)第一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，2014年搭建了一條“多功能高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形試驗(yàn)線(xiàn)”，這條室內(nèi)實(shí)驗(yàn)線(xiàn)全長(zhǎng)45米，在為下一步研究450公里時(shí)速的大型試驗(yàn)臺(tái)和達(dá)到時(shí)速1500公里的實(shí)車(chē)試驗(yàn)線(xiàn)打基礎(chǔ)。

癡迷于速度的沈志云，曾為速度這個(gè)事心情低落過(guò)、灰暗過(guò)。

2011年7月23日，兩列動(dòng)車(chē)組列車(chē)在甬溫線(xiàn)浙江省溫州市境內(nèi)發(fā)生追尾。事后查明，雷擊和車(chē)站設(shè)備控制缺陷等原因?qū)е戮G燈一直保持，發(fā)生了事故。

受此影響，高鐵運(yùn)營(yíng)速度普遍被調(diào)低，后續(xù)在建和擬建的高鐵項(xiàng)目也被暫時(shí)叫停，重新評(píng)估。

兩個(gè)月后，沈志云在華東交通大學(xué)的一場(chǎng)學(xué)術(shù)大會(huì)上公開(kāi)發(fā)言，主張只有一個(gè)，必須繼續(xù)發(fā)展高鐵，不能因噎廢食、自廢武功。

“提高速度是交通運(yùn)輸永恒的主題，研究開(kāi)發(fā)時(shí)速350公里及以上的高速鐵路是21世紀(jì)世界共同的趨勢(shì)，我們已經(jīng)先于別人在這個(gè)高地上安全站了兩三年，為什么不繼續(xù)站下去”“檢討高鐵的安全保障技術(shù)體系，才是根本之途，不是降低速度就能解決問(wèn)題的，不確保安全，就是降到綠皮車(chē)的水平，照樣要發(fā)生重大事故”。

他先后在不同場(chǎng)合作了8次報(bào)告，聽(tīng)者擠滿(mǎn)門(mén)口，他這種逆向而動(dòng)的做法，也被網(wǎng)友罵成臉皮厚，不識(shí)時(shí)務(wù)。

直到一年后，形勢(shì)反轉(zhuǎn)，媒體報(bào)道當(dāng)年新通車(chē)高鐵里程將進(jìn)一步大幅增加，數(shù)千億巨額基建投資恢復(fù)，35條高鐵重新開(kāi)工，沈志云形容，自己焦灼的心里點(diǎn)燃了一束希望之光。

如今，高速鐵路已經(jīng)成為中國(guó)最響亮的名片，走向世界，改變?nèi)藗兊纳罘绞健６蛑驹平?0年為中國(guó)高鐵發(fā)展奔走呼吁，其高鐵戰(zhàn)士、高鐵衛(wèi)士的形象在中國(guó)高鐵發(fā)展史上躍然紙上。

沈志云：機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)工程院院士

語(yǔ)錄：

“對(duì)于高鐵，不管什么速度，首要是確保安全?！?/p>

“當(dāng)今世界正在進(jìn)行鐵路的顛覆性技術(shù)革命，處于高鐵時(shí)代?！?/p>

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