八千里路云和月 科研探索不停歇
——記北京工業(yè)大學(xué)城建學(xué)部城市交通學(xué)院教授姚輝

李明麗

姚輝

人類建造道路的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。公元前16—前11世紀(jì)，中國(guó)人就已經(jīng)懂得夯土筑路，用石灰穩(wěn)定土壤。在發(fā)掘殷商的廢墟地時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了有碎陶片和礫石鋪筑的路面。幾千年的歲月飛逝，我們行走的道路無時(shí)無刻不在改變著，從泥濘的土路到寬敞的柏油馬路，隨著道路工程材料的變遷，道路質(zhì)量發(fā)生了翻天覆地的變革，其本身也承載了人類歷史發(fā)展的軌跡。

不得不說，道路的發(fā)明促進(jìn)了人類歷史的變遷。事實(shí)上，不管是過去還是未來，道路工程材料都是道路工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其性能直接決定了道路工程質(zhì)量和服務(wù)壽命，值得科學(xué)家們進(jìn)一步深度探索。作為一名80后科研工作者，北京工業(yè)大學(xué)城建學(xué)部城市交通學(xué)院教授姚輝見證了我國(guó)道路歷史的變遷，如今他更是投身于這一事業(yè)中，將道路工程材料、瀝青與瀝青混合料、智能養(yǎng)護(hù)、工程力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)與離散元數(shù)值模擬作為主要研究領(lǐng)域，為我國(guó)道路工程的發(fā)展孜孜不倦獻(xiàn)力、前行。

美國(guó)密歇根理工大學(xué)留學(xué)團(tuán)隊(duì)

從基層走向科研

時(shí)代是成就人才的沃土?！拔覀冏x大學(xué)時(shí)期的學(xué)習(xí)環(huán)境與現(xiàn)在有很大的不同，當(dāng)時(shí)的求學(xué)目的主要就是為了服務(wù)社會(huì)，而當(dāng)時(shí)老師以及學(xué)校的輔導(dǎo)員都在鼓勵(lì)每位同學(xué)要做一顆深入社會(huì)基層的‘螺絲釘’。”姚輝說。20世紀(jì)90年代末，正是在這樣的社會(huì)大背景下，他以優(yōu)異的成績(jī)考入交通部直屬高校長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院道路與鐵道工程專業(yè)，自此與道路工程領(lǐng)域結(jié)下了不解之緣。

本科畢業(yè)之后，姚輝就深入基層施工單位了解工地實(shí)地技術(shù)與科學(xué)研究工作。在經(jīng)歷1年左右的工作體驗(yàn)之后，他對(duì)道路施工建立了初步認(rèn)識(shí)。為了能夠?qū)κ┕すば蚣笆┕ぜ夹g(shù)進(jìn)行更深層次的研究探索，姚輝選擇再次回到母校繼續(xù)攻讀道路與鐵道工程專業(yè)碩士學(xué)位。

研究生期間，姚輝開始通過實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)道路工程新材料，并將其應(yīng)用于施工工地中。通過一系列研究實(shí)踐，他驚喜地發(fā)現(xiàn)：通過技術(shù)手段應(yīng)用后道路施工質(zhì)量以及性能、效率、環(huán)保等都有了大幅度提升。在循序漸進(jìn)的工地實(shí)地學(xué)習(xí)與各類實(shí)驗(yàn)研究開拓之下，他對(duì)于科學(xué)研究的興趣與日俱增。研究生畢業(yè)之后，姚輝來到了一所校辦企業(yè)工作，在這里他首次接觸到了道路設(shè)計(jì)方面的研究工作，并在研究開拓中對(duì)這一方向進(jìn)行了深入了解。本科以及研究生畢業(yè)后的兩次工業(yè)界企業(yè)任職經(jīng)歷，對(duì)姚輝的科研人生產(chǎn)生了深刻影響，在道路施工以及道路設(shè)計(jì)等方面打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的他，并沒有滿足于現(xiàn)狀，而是想著能否在這一背景之下，在科研方面取得更大的創(chuàng)新性突破。

為了這一目標(biāo)，姚輝再次重返校園，并順利考取了中南大學(xué)土木工程學(xué)院道路與鐵道工程專業(yè)博士學(xué)位。隨著科研夢(mèng)想的萌芽以及茁壯成長(zhǎng)，姚輝決心漂洋過海，前往美國(guó)密歇根理工大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院攻讀博士學(xué)位。不同于在中國(guó)的學(xué)習(xí)環(huán)境，在美國(guó)身處全英文生活以及科研環(huán)境的姚輝也漸漸對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)研究有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。特別是從英文的角度去看一些力學(xué)參數(shù)的設(shè)置，更能明確感受到其優(yōu)劣性以及科學(xué)性。“也許這就是英文對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的重塑性。”姚輝說。

與尤占平老師合影

創(chuàng)新探索碩果累

信念是儲(chǔ)備品，行路人在破曉時(shí)帶著它登程。在姚輝看來，如若在人的一生中，找到為之不懈奮斗的理想，便是最為珍貴的事情。

多年從事道路與交通領(lǐng)域研究工作，姚輝熟知中美道路與材料工程評(píng)價(jià)體系，并積累了豐富的施工與設(shè)計(jì)以及舊路改造和道路冷熱再生方面的經(jīng)驗(yàn)。眾所周知，瀝青是石油蒸餾后分餾出汽油、煤油、柴油、重油后剩下的組分，但全世界的石油資源是有限的，如能研發(fā)一些石油的替代性材料，使其材料結(jié)合更加人性化，是否會(huì)對(duì)能源的高效利用更有幫助呢？為了這一目標(biāo)，姚輝以及科研團(tuán)隊(duì)一直在不懈努力。

“從材料學(xué)的視角，借助多尺度模擬技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，是研究土木工程材料的一個(gè)十分有用的手段?！币x說。針對(duì)現(xiàn)如今許多道路工程材料仍受到病害的危害，導(dǎo)致道路損壞等一系列問題，姚輝和研究團(tuán)隊(duì)成員在微觀層面，從納米級(jí)別上開展了道路基礎(chǔ)材料性能發(fā)展研究，并從宏觀層面開展了道路材料微裂縫與水損害等機(jī)理研究，研究結(jié)果為路面工程材料性能提升及病害防治提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在道路的轉(zhuǎn)彎及紅綠燈路口路段，路面往往會(huì)帶有車轍、推移現(xiàn)象等損害。而這些病害成因到底是怎樣出現(xiàn)的呢？針對(duì)這一問題，姚輝及其團(tuán)隊(duì)展開了一系列探索。通過科學(xué)研究，他們對(duì)比了造成道路發(fā)生永久變形的原因以及發(fā)展趨勢(shì)，分析了車輛不同承重下對(duì)路面條件與狀態(tài)的影響，從而掌握路面對(duì)于車輛載荷的力學(xué)受力行為分析及響應(yīng)規(guī)律，不僅為將道路材料特性與路面力學(xué)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路與方法打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，還為安全道路工程建設(shè)貢獻(xiàn)了自己的研究力量。

在美國(guó)，每個(gè)家庭幾乎都會(huì)配置2～3輛汽車，而這一狀況又無形中加重了社會(huì)環(huán)境負(fù)擔(dān)。在這樣的背景下，姚輝從廢舊路面材料及再生利用方面出發(fā)，利用廢舊混凝土料及廢舊輪胎來提升道路的耐久度替代成“利用工業(yè)副產(chǎn)品與生活廢料來提升道路的耐久度”，這種方式不僅能夠最大限度地利用廢舊材料，還能減少環(huán)境的污染，產(chǎn)生了極大的社會(huì)及環(huán)境效益。

向前開拓不停歇

“科研人就如同浩瀚宇宙中的渺小個(gè)體，那些剩余的廣闊空間中還有許多未知的知識(shí)等待著我們?nèi)ヌ剿??！币恢币詠恚x總是覺得，自己需要學(xué)習(xí)、需要努力的地方太多太多了。

在姚輝前行的道路上，他特別感謝來自美國(guó)密歇根理工大學(xué)的尤占平教授。正是尤教授孜孜不倦的教導(dǎo)與幫助，讓他感受到科研的力量與前行的動(dòng)力。尤占平教授于2003年在伊利諾伊大學(xué)香檳分校獲得土木工程博士學(xué)位，曾擔(dān)任交通運(yùn)輸材料卓越中心主任數(shù)年，該中心為密歇根州交通運(yùn)輸廳與密歇根理工大學(xué)常年合作伙伴。多年來，尤教授在期刊和會(huì)議論文集上發(fā)表了300多篇論文，其研究成果得到各類報(bào)紙與雜志及其他媒體廣泛報(bào)道，2018年當(dāng)選為密歇根理工大學(xué)土木與環(huán)境工程系杰出導(dǎo)師，2019年榮獲密歇根理工大學(xué)研究獎(jiǎng)。獨(dú)特教學(xué)理念的積淀使尤教授成為一位卓越的教師。而他對(duì)科研的執(zhí)著也引領(lǐng)著學(xué)生勇往直前，開拓創(chuàng)新。同時(shí)，姚輝還特別感謝在留學(xué)與求學(xué)期間無私幫助過他的師兄弟們與親密無間的朋友們。正是大家的鼓勵(lì)與認(rèn)可，才讓他有了更多勇往直前的動(dòng)力。

從2018年2月回國(guó)來到北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院開展教研工作以來，姚輝從未放棄過對(duì)自己的要求?？v觀我國(guó)的社會(huì)現(xiàn)狀，城市與農(nóng)村的道路交通建設(shè)仍然存在著不平衡，道路工程建設(shè)仍然存在著極大的發(fā)展空間。針對(duì)這一現(xiàn)狀，姚輝將研究的重點(diǎn)放在全新多尺度路面材料與智能養(yǎng)護(hù)的研發(fā)中。如今，他不斷努力與大型高速公路以及城建公司開展一些細(xì)致性項(xiàng)目合作，呼吁他們引入更多新能源以及新的路面材料到道路建設(shè)工程中，通過不懈努力，將科研成果滲透到我國(guó)的更多地方。

科研之路任重而道遠(yuǎn)。今后，姚輝還要與團(tuán)隊(duì)成員一起，在道路工程領(lǐng)域的新材料、新方法以及與新能源的結(jié)合方向中，不斷前行。如今，姚輝仍記得當(dāng)年飛機(jī)飛回北京的途中自己在腦中勾勒的科研藍(lán)圖，為了這一理想，他仍會(huì)不懈奮斗下去！