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交通弦歌 同济情怀 ——科教助力交通先行的大学样本
  发表时间:2016-12-31  阅读次数:4536

      创新驱动是国家命运所系,国家力量的核心支撑是科技创新能力。近日,交通运输部召开全国交通运输科技创新暨信息化工作会议,对深入实施创新驱动发展战略,支撑世界交通强国建设作出全面部署。

      高校作为汇聚高水平人才、学科、科研成果于一体的知识高地,该如何把握时代脉搏、引领创新发展?同济大学交通运输工程学院(简称“同济交通学院”)的探索实践,提供了优秀样本。

      百年同济,百年交通。过往岁月中,同济交通人接力传承,以其艰苦努力、卓越智慧,攻克一个又一个科技难关,有力支撑了我国现代化交通运输事业发展,定鼎历史高峰。

      新一轮科技浪潮中,信息化风起云涌,移动互联广泛渗透,新型载运工具不断问世,正在掀起又一轮交通运输革命。无人驾驶、高速磁浮列车、智能网联汽车……同济交通人雄心勃勃,再次挺立潮头,向国际前沿科技冲锋,问鼎新的高峰。

      依靠历久深厚的积淀和济世为民的情怀,同济交通人勇挑重任、追求创新,服务国家发展战略,服务行业转型升级,服务社会现实需要,成为不可或缺的战略力量。

 

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用务实精神夯实中国品质

      我国高速公路交通繁重程度为世界之最,一个时期内,路面早期损坏严重。如果不解决路面“短命”问题,将严重制约道路交通运输事业的发展。

      作为我国培养的道路交通专业的第一位博士,同济交通学院孙立军教授及早意识到了这一问题,从1991年开始,他主动投入到了该领域研究之中;通过多年艰苦探索,在重交通沥青路面设计技术领域取得了重大进展,解决了路面早期损坏难题;近年来又潜心研究,提出全新路面分析方法——“桥渡原理”,并取得重要理论进展,为提升交通建设科技水平作出突出贡献。

      滨海地区修建高速公路,优质填料匮乏,耕地保护压力巨大。以丰富的粉细砂替代黏质土,是一种源头性解决途径,但必须攻克颗粒松散难压实、易振动液化、冲刷失稳和侵水弱化等国际性难题。

      同济交通学院常务副院长、道路与交通工程教育部重点实验室主任凌建明教授勇挑重任,攻克了这一难题。其研究成果“滨海地区粉细砂路基修筑与长期性能保障技术”,实现了滨海粉细砂路基的材料可用、性能可控、耐久可靠,在我国6省区和海外6国20多项工程建设中得到推广应用。

      跑道是机场重中之重的生命线,只有跑道处于合格状态,机场才能正常运作。但是,对跑道这种铺于地表、厚达数十厘米的建筑结构,如果仅靠肉眼观察,只能了解其表面损坏情况,一旦症状显露,往往已经受到较大损坏,会给航班起降带来重大安全隐患。

     上海浦东机场第四跑道为填海所建,地基是否稳固,跑道会不会受到影响?更需要精准及时的检测数据。为此,上海机场集团与同济交通学院联手开展智能跑道科研攻关。

      通过分析,科研人员为该跑道埋设了13种、300余个传感器,布置在跑道、滑行道、联络道等各个断面、不同深度位置。根据设计,这样的智能感知系统可实时采集跑道飞机荷载、道面受力状态、道面环境状态、道面沉降程度、飞机起降轮迹偏移等数据,从而为飞行区场道设施安全评价、预测、预警、保障提供技术支撑。

      据介绍,浦东机场智能跑道在我国是首次探索,已成为上海机场集团所承担国家863课题《基于信息感知的机场飞行区设施安全保障技术与集成示范》的重要成果,未来有望成为其他机场跑道设计、施工与维护的重要参考。

      新一代大型民用飞机和军用运输机对道面作用的空间效应以及跑道不平整的激振效应非常突出,导致机场道面使用寿命急剧下降,从而使传统道面评价方法不再适用。

      凌建明面向新一代大型飞机,开拓了机场道基—道面结构体系非线性空间响应及其影响的研究,形成了道面性能设计理论与评价新技术,研发了我国第一个机场道面管理系统及其通用组件。其成果“以全寿命管理理念和道面设计新方法为基础的机场道面评价体系”,被系统纳入由他主编的《民用机场道面评价管理技术规范》和《民用机场飞行区场地维护技术指南》。这也意味着,起码在过去5年内,全国民用机场的道面安全审计,都是按照凌建明主导建立的这套体系来进行的。

      道路和人一样会产生疲劳,如开裂、沉陷、车辙等,这只是肉眼能看到的路面损坏状况,而路基损坏、桥隧构造疲劳等难以被发现的状况,往往会引发灾难性的后果。如何才能预见这种情况?

      同济交通学院与南非共同设计了“道路和机场铺面加速加载系统”,借助一台类似于重型卡车的装备,按照真实道路环境开展加速加载试验,能把待建高速公路或机场道面“一生”的状况压缩在一个月内展示出来。在港珠澳大桥等重大工程建设中,这套系统显示出了强大威力,成为夯实道路工程质量的重要“利器”。

用技术创新支撑中国速度

        如今,乘坐京沪高铁一路南下,风驰电掣,穿隧越桥,满途平顺,半日即可由京抵沪,几无延误。而此线初开通的一段时间内,旅客经常遭遇延误,除了高铁设备调试等因素外,一个很重要的原因就是受到下穿铁路施工的影响。

      “下穿施工可能引起铁路线变形,国外由此引发过列车脱轨的事故。在下穿施工期采取列车限速措施,则会极大降低繁忙铁路干线的运输能力。”同济交通学院城市轨道与铁道工程系主任周顺华教授说,要解决上述问题,必须攻克两项关键科技难题:穿越铁路工程施工中轨面毫米级变形预测理论和控制技术;轨道结构动态变形的亚毫米级监测精度和实时监控技术。

      周顺华带领科研团队,历经10余年艰苦探索,成功攻克了这一世界性难题,实现了由限速40公里/小时穿越施工到完全不限速施工的技术突破。

      相关创新成果被应用到20多个省市的下穿铁路工程中,有效保障了干线铁路和高速铁路的安全、正点运输。在此基础上,受国家铁路局委托,周顺华团队主持编制了《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》,成为全国下穿铁路工程建设的重要指南。

      2016年3月,由梁文灏、龚晓南、赖远明等院士组成的鉴定委员会认为,周顺华团队完成的“长距离、大跨度、不限速下穿国铁既有线技术”科研成果整体达到国际先进水平,其中下穿铁路设计方法和长管棚高精施工技术达到国际领先水平。这一成果荣获中国岩石力学与工程学会技术发明奖2016年度唯一的一等奖。

      2011年开通的京沪高速铁路,全长1318公里,除了162公里路基,其他的都是在高架桥上铺设无砟轨道。而这段铁路路基最核心的技术和理论就掌握在周顺华团队手里。

      高速铁路无砟轨道路基工后沉降仅为15毫米、不同结构物交界处的沉降差仅为5毫米,这对路基的沉降计算理论和控制方法提出极大挑战。日本、法国等先后发生过路基不均匀沉降导致高铁停运甚至列车脱轨的事故。

      周顺华团队历经10余年科研和试验,建立“高速铁路路基不均匀沉降控制理论和技术”,成功解决了一系列计算、控制、治理难题,相关科研成果除应用于京沪高速铁路,也成为宁杭、沪宁、沪杭等高速铁路建设和运营的重要技术支撑。

      2000年以来,我国城市地铁迅猛发展,截至2014年年底,已有22个城市建成并开通运营城市轨道交通线路,全年客运总量达126亿人次。北京、上海、广州、深圳等一线大城市进入网络化运营常态。以北京为例,17条地铁线路交织成网,列车最短行车间隔不到两分半钟,运营组织关系极为复杂。

      如何高质量地编制地铁运行图、保障行车安全,成为迫切需要解决的技术难题。

      2003年,同济交通学院运输管理工程系教授徐瑞华带领研究团队,研发了城市轨道交通列车运行图计算机编制系统。2004年,该系统在上海地铁首次应用后,编制一张运行图的时间由原来的两周缩短至几个小时。由于该系统实现了与7类信号系统的ATS(自动列车监控系统)时刻表的无缝对接,在提升运行图编制效率、质量与可靠性方面均实现重大突破,很快就被推广应用于北京、广州、深圳等10多个城市的近百条线路。

      基于交通信号优化控制交通流,是世界性难题。同济大学交通信息与控制工程团队,在国家973计划、863计划和国家自然科学基金计划的支持下,不断追赶国际前沿,取得了“复杂网络混合交通流优化控制理论”“车路联网与协同交通流控制”“特殊需求交通控制”等一系列科研成果。这些成果在全国100余个大中型城市的2000余项工程项目中得到应用,为有效缓解我国道路交通拥堵、提高城市路网运行效率发挥了不可估量的作用。

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用先进理念引领交通发展

      理念是行动的先导。没有先进理念作为指引,即使拥有再好的成果,也很难转化为先进生产力。各类交通规划无疑是浓缩先进发展理念的重要载体。

      当前,在城市交通拥堵、环境污染日益加剧,土地等资源日趋紧张的背景下,让慢行交通、街区生活重回城市的呼声高涨,人们仿佛一夜之间突然意识到了过去很多不够科学的发展理念带来的恶果。而事实上,早在10多年前,同济交通学院的一批学者就已经在为此作着各种努力,其中,陈小鸿教授是最具代表性的专家之一。

      2005年,陈小鸿教授从美国作客座教授回国,一度花费很大精力推广“慢行交通”和“绿色交通”概念,其研究成果《上海市中心城慢行交通系统规划》获得上海市决策咨询一等奖。之后,又不断通过参与上海市交通规划编制等工作,将这些理念付诸实践。

      2016年8月22日,《上海市城市总体规划(2016-2040)》(草案)(简称“2040规划”)正式面向社会征求意见。其中提出,到2020年,上海要成为拥有高品质慢行交通的城市,到2040年成为全球慢行交通的标杆城市。作为“2040规划”的核心专家组成员,陈小鸿教授在推广先进交通理念并影响政策走向方面功不可没。

      在交通规划学科方面,无论是历史上还是当下,同济交通学院都是当之无愧的先行者。我国设立国家自然科学基金后,第一个获得支持的规划方面的课题,就是同济交通学院在上海开展的交通大调查项目,这要追溯到上世纪80年代初期了。

       从那时开始,同济交通学院就深度参与并影响了上海市大到城市发展规划、重大交通政策制定,小到路网改善实施等一些列活动。如备受瞩目的2010年上海世博会,面对预计总客流量超过7000万人次的巨大交通需求,同济交通学院承担了世博会交通研究和交通规划的一些列重大任务。其中,杨东援、陈小鸿教授是交通规划与组织方案的主要负责人。

       不完全统计,截至目前,同济交通学院共完成不同层次、不同对象的交通规划类研究110多项,覆盖近40个城市和地区,包括:交通发展战略、都市圈综合交通规划、城市综合交通规划、公路网规划、重大工程专项规划、物流网规划,以及轨道交通、公交、枢纽、停车设施规划等。全国新一轮城市规划浪潮已在各地兴起,同济交通学院再次深度参与和主持了部分城市的交通规划。

       不仅在交通规划领域,作为交通新思想、新理念的策源地,同济交通运输学科在诸多方面发挥着引领性作用。

       从上世纪90年代开始,方守恩、郭忠印等教授一点一滴从基础做起,开创了我国系统性研究道路安全问题的先河,于2003年编制了我国第一部道路交通安全评价规范《公路项目安全性评价指南》。2007年起,作为“国家道路交通安全科技行动计划”总体专家组组长单位,同济交通学院道路交通安全团队策划、推动了近10年来国家道路交通安全科技行动计划的实施。近年来,又有计划、有步骤地搭建起了世界一流的交通安全研究和应用平台,为降低交通事故不懈努力。如今,同济大学交通安全实验平台已成为国内外同行交流学习的重要载体。

       上世纪90年代中期,杨晓光教授留学归国后,建议成立了我国最早的智能交通运输系统(ITS)研究中心。2006年,他带领团队与世界同步开展“车路联网与协同”研究,承担了国家自然科学基金有关此类研究的第一个计划,其成果有力支撑了首个国家级“智能网联汽车试点示范区(上海)”的建设。此外,他还带领团队,创造性地提出并建立了“交通设计理论与方法体系”,编著了世界上第一部《道路交通设计指南》,成为公安部、住建部实施“畅通工程”指导用书,在全国范围推广应用,其成果进一步被编纂为我国交通工程专业的核心课程教材《交通设计》。这不仅填补了交通工程学科有关领域的空白,也深刻影响并改变了我国在道路交通系统规划、设计与管理等方面的理念。

用百年积淀承载未来使命

      辉煌成就,源自深厚积淀。“作为具有100多年发展历史的同济交通学院,不仅积淀了学科、平台、人才、资源等综合性实力和优势,也通过代际传承,形成了胸怀天下、服务国家的优秀品质。”同济交通学院党委书记吴兵教授说。

      翻开历史年鉴可以看到,同济大学的交通运输工程学科起源于1914年,之后,先后融合了上海交通大学、复旦大学、清华大学等多所高校的交通工程类优质学科资源。

      大师铸就大学,以陈本端、童大勋、朱照宏、林绣贤、杨佩昆、姚祖康等教授为代表的先驱,缔造了卓越的历史,发展到今天,同济大学的交通运输工程学科已成为我国交通运输工程领域综合性最强的国家重点一级学科,涵盖道路与铁道工程、机场工程、轨道与铁道工程、交通运输规划与管理、交通信息工程与控制、载运工具运用工程等几大门类。

      “大学要出思想,引领行业发展;要出系统性成果,不能总做追随性研究。如果拿不出系统性成果,就无法承担国家使命和任务。”同济交通学院杨东援教授表示,依赖综合类学科的支撑,就更有条件推出引领性和系统性研究成果,在这方面,同济交通学院面临着历史机遇,也具有很强的优势。

      高度的学科发展敏感性,是支持同济交通学院将学科创新理念转化为行动的重要保障。早在2000年,杨东援教授就率先提出了从政府职责角度进行物流规划的重要性,以深圳物流规划为起点,通过10余个城市规划经验积累,逐步形成了围绕基础设施平台、公共信息平台和政策环境建设的城市社会物流系统规划框架,至今仍然发挥着重要的作用。

      伴随交通信息技术的发展,杨东援教授、林航飞教授领导的团队又迅速将注意力转向数据驱动的交通分析技术研究,2006年完成的“深圳市城市交通仿真系统”,成为创新尝试的重要一步。当交通大数据研究成为热门话题时,同济交通学院与国际同行几乎站在了同一起跑线,近年来已编写出版一系列交通大数据分析技术专著。

      一份国际评估报告上的评价,足以体现同济大学交通运输工程学科的实力——“本学科是中国道路与交通领域新思想、新理论、新方法、新技术、新材料的最重要发源地;长期引领着中国在该领域的教学、科研乃至工程实践,对中国道路和交通事业作出了突出贡献”。

      凌建明教授认为,交通运输工程是一门应用性、实用性很强的学科,必须有实验平台支撑,必须与产业融合发展。

      在同济大学校园内,有一座规模宏大的3层长方体建筑,代表本领域国际领先的道路与交通工程教育部重点实验室就设在这里。其中,不仅有达到国际领先水平的道路与机场铺面加速加载、交通行为与交通安全全息仿真等实验平台,也有处于国际先进行列的自然驾驶实验平台、交通控制与仿真系统、车路通讯信息交互系统、列车运行控制原型系统等一系列实验平台。同济交通学院已成为我国交通科技领域重大原创性成果研发的主要基地和国际交流合作的重要窗口。

      人才是高校的核心竞争力。近年来,同济交通学院在已有大批行业科技领军人才的基础上,进一步加大了国内国际优秀人才的引进力度。

      同济交通学院院长陆键说,国际交通运输工程学科的人才竞争极为激烈,想获得有很好潜力的优秀人才非常不易。近年来,同济交通学院重点瞄准中组部“千人计划”教授,教育部“长江学者”“青年千人”教授等,在国际国内大力引进精英人才。

      据介绍,同济交通学院已拥有2名国家“千人计划”教授、4名“长江学者”、1名国家杰出青年基金获得者、2名国家优秀青年科学基金获得者、5名国家“青年千人”教授、2名上海市“千人计划”教授,同时又从国际一流大学引进7名国家“高端外专”教授。这为未来的国际化发展奠定了非常好的基础。

      对于未来发展,如何布局?凌建明表示,我们更多考虑未来载运工具的发展会如何引导和变革交通运输工程及学科的发展,未来的发展重点是“两车两网一中心”。“两车”,即智能网联汽车和时速在800公里甚至1200公里的轨道交通。“两网”,一个是围绕“两车”,对智能交通基础设施网络的建设,另一个是基于“两车”发展,发展整体性的监控网。“一中心”,就是必须围绕“两车两网”,建设一个国家科技创新中心,进行系统性的科技攻关。

     “我们也是按此思路一直在推进各方面工作。我们的智能型新能源汽车协同创新中心,以及和上海国际汽车城共同建设的首个国家级智能网联汽车试点示范区,和中国中车共建国家磁浮工程研究中心,联合研发最高时速600公里以上的高速磁浮机车,都是围绕‘两车’在做相关工作。相应地,对‘两网’的研究工作,我们也在同步开展。”凌建明表示,在移动互联条件下,编队货运如何发展,也已有了一定研究积淀,很快会有新的成果;此外,一个国际领先的智联交通超级实验室正在加紧筹备当中……

      (转载自《中国交通报》2016年12月23日第5版,记者杨红岩)