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来源:网易科技(tech_163),作者:章剑锋

网易科技重磅推出全新系列栏目《科学大师》,汇聚顶级科学家,畅谈科学愿景,分享科学智慧。本期上线《科学大师》第二季第02期,专访中国科学院院士、中国工程院院士,机车车辆动力学专家,中国高铁领域的先驱科学家之一沈志云。

人物简介

沈志云,生于1929年,西南交通大学教授,中国科学院院士、中国工程院院士,机车车辆动力学专家,中国高铁领域的先驱科学家之一。

1983年,发表了至今仍在国际上被广泛引用的非线性轮轨蠕滑力计算理论(沈氏理论),为高速列车大系统动力学的创建奠定了基础。

1988年,筹建中国铁路系统第一个国家重点实验室——西南交通大学牵引动力国家重点实验室,建成能模拟时速400公里高速列车运行的机车车辆整车滚动振动试验台。曾担任中国自主研发的世界第三代高铁CRH380车型评审专家组组长,并先后参与武广高铁、沪杭高铁、京沪高铁、京武高铁等重大工程的评估验收工作。参与、推动和见证了中国高铁技术从无到有的全部发展历程。

撰稿|章剑锋

策划|郭浩

拍摄|网易四川 李盛豪

两院院士、中国高铁核心科学家沈志云采访现场视频

01

中国首批卸甲荣休的资深院士

沈志云院士的别墅,座落在著名的峨眉山脚下,屋后可见山冈起伏,据说,天气晴明的时候,峨嵋金顶也能遥遥在望。

楼上的落地窗前架有一台望远镜,镜头正对山中。沈院士说,那里即将开建一个野生动物园,透过望远镜,可以观察山园中狮虎等景象。

说这话的时候,老人显得怡然自得。

1971年,响应学校西迁决定,沈志云从唐山举家入川,算起来,沈家定居峨嵋已经30年以上。

沈院士把峨嵋当作自己的终老归宿之地。今年五月,他即满90岁了。百年之后,他要埋骨于此。

在这里,老人率性生活,把自己的晚景也打点得颇有气象。

学校半补贴性质地单独盖了两栋院士别墅,电梯、地暖、壁炉、音响、车库,一应俱全,他把多年积蓄都用上,买下其中一栋,作为自己养老的“安乐窝”。岁数大了,出行不方便,他又掏钱专门买了一辆车子,雇了一位专职司机。

来源:百度百科

过去时常骑三轮车出门,人们夸赞他好风格。去年,学校把他评为感动交大年度人物,还想提提这事,沈志云叫他们打住。

“我这么高级的别墅住着,还说什么节俭呢?现在是提倡消费,尤其中产阶级的消费要提倡,促进经济发展。所以我拿着钱干什么,又不能带到棺材里面去,当然就花喽。”

这是他的态度。

院士应该从本单位退下来、不能终身呆在岗位上的呼声,在国内屡屡响起,2018年5月,国家发文,提出要稳妥有序地推进这项工作。

以5岁一间隔,满80岁的资深院士,是国家实行“分批办理退休手续”机制的首批院士群体。

去年夏天,沈院士正式办理了光荣退休的手续。除了不再过问本单位的事,不再享有增选院士的选举权,其他都是终身制:资深院士的荣誉终身保留、在职时的一应工资待遇终身不变。另外,作为对头一批退休院士的激励性福利,今后每月国家还给一笔高于在职院士的“院士津贴”,这也是终身享受的。

老朋友关心,退下来的沈院士寂寞否,耐得住冷清否。

成都城里上峨嵋买房子的人不少,沈家隔壁那座院士别墅也是铁将军把门,没有人踪,真正住下来的,只有沈院士一家。自认平生脾性火爆的老先生说,在这个天然氧吧里,他是抱定了修身养性的首位宗旨,要向陶渊明看齐。

沈院士对自己的状况感到适意,除了听力功能退化,气色身心上表现得都很健朗。唯独去年肠道手术后引发呼吸衰竭,住进重症监护室(ICU),医院领导一看,老先生是我们国家的双院士、大科学家,十分重视,马上组织医疗小组会商抢救,硬是把他从危亡边缘拉了回来。

濒死过一回,胸腹上留下一道手术“拉链”,沈院士语言轻快风趣,说起这件事,就像普通家常一样,并没有生死闯关的凝重和惊怖。

这与他所效慕的佛家那种心无一物、拿得起放得下的人生观,风格上似有几分相似。

四川当地媒体多年前找上门,报道沈院士的退休生活,他一口气讲了四点不符主流的理念。第一,不同意“老当益壮”,这不符合自然规律;第二,不同意“发挥余热”,老同志发挥余热越多,年青人发展空间越小;第三,自己得过几次奖,奖金都用来买房了,并没捐出去。得了奖金都要捐出去,还发奖金干什么?第四,自己的子女长期住在国外,现在更不回来了。

据说媒体报道后,反响很好。中央电视台知道了,也找上门去,要给他做一期节目,这倒把沈院士给“吓倒了”,觉得自己的那番不合常规的奇谈怪论还是不上央视为妙,没有答应。

沈院士家的客厅里,陈列着可以刻度他一生主要历程的几件东西,除了退休证书,还有1990年代当选中国科学院院士和中国工程院院士的两本证书,以及几个高铁车辆模型。

他是中国铁路运输工程领域唯一的一位双院士,也是中国高铁发展的主要推手之一。40年来,他以一个主力科学家的身份,投身到高铁的鼓呼、决策、论证、试验、技术研发之中,在少有人知的一些重要关头、重大项目上,甚至是挑大梁的“硬角色”。

生理上的衰老,并不能叫思维停摆。高铁下一步怎么走,依然是沈志云上心的事情。

02

高铁高速的坚定捍卫者

临退下来,对于高铁今后的发展念念不忘,沈志云提出了两条院士建言。

其中之一是,要有计划地探索轮轨高速列车最高运营速度,应该在2020年后的十五年之内,研制设计速度500km/h、运营时速400公里及以上的高速列车;探索、研制设计速度600km/h的高铁,进而实现上述目标。

用沈志云的话说,这叫“突破速度极限,进行颠覆性创新”。

来源:英国《金融时报》

“随着交通科技的迅猛发展,上千公里时速的地面交通呼之欲出,我国高铁引领世界格局,如不奋起直追,不断提高运营速度,就有技术落后的风险,更谈不上继续引领世界发展的设想了。”

沈志云这一喊,动静不小,很快传到了北京,被报送中央领导参阅。

实现最高商业运营时速350公里的技术突破,是沈志云总结的中国高铁三大突破之首(其他两大突破是理论突破和试验突破),他的依据是世界上迄今还没有国家能超过320公里运营时速的现实。

但这并不是他最感到满足的时速,他追问:轮轨高铁的速度极限在哪里,最高可以达到什么程度?

目前中国的高铁CRH380在试验中充分跑起来的设计时速可以达到400公里/小时,这是一个极限。根据沈院士团队的试验来看,跑上600公里,技术上也是没有问题的,关键是轮轨高铁在开敞的稠密空气中极速飞驰,会产生高阻力、高噪音和高污染。

“要回答轮轨高铁最高极限速度这个世界难题,就必须采用最新技术,对已处世界顶峰、达到350km/h运营速度的复兴号CR400高速列车进行颠覆性技术创新,继续提高运营速度。”

沈志云告诉网易科技(ID:tech_163)《科学大师》记者,他认为可以先研究智慧复兴号CR500,使运营速度提高到400到450km/h。再尝试CR600, 看能否达到500公里运营时速。

据他看,500公里时速会是轮轨高速列车运营的极限。

沈志云的第二条建议,重点就在于求解怎样让速度跨过600km/h。

他提出的对策是不用轮轨,改用真空管道磁悬浮,通俗来讲就是让磁浮列车在全封闭的真空管道里面运行。

早在2010年,他们就从技术可行性、成本、能耗等方面进行了研究。当时提到要为下一步开发600到1000公里每小时的磁浮列车开辟道路,报告公开后,被媒体解读为项目已经启动上马,引起舆论风波,惹出事来。最后通过正式声明澄清,才把风暴平息。

在由沈志云一手打造的铁道系统第一个国家重点实验室——西南交通大学牵引动力国家重点实验室里,2014年搭建了一条“多功能高温超导磁悬浮环形实验线”,这条室内实验线全长45米,在为下一步研究450公里时速的大型试验台和达到时速1500公里的实车试验线打基础。 

“好多反对的说,有那个必要吗,搞那么高速度?”沈志云注意到了外间的非议,“我讲的是技术水平要提高到这个程度。基础性研究跟新技术的开发实验必须要走在前头。就是先要搞前瞻性基础研究,引领性原创成果的重大突破,突破了以后再去搞工程化。”

相关部门给他的学校写了感谢信,告知,他的建议已经被呈送进北京了。沈志云将此当作一件很值得纪念的事情,特意把盖了官方红印戳的感谢信和自己的建议全文一并拿镜框装起来,摆在客厅的壁炉上。

痴迷于速度的沈志云,曾为速度这个事心情低落过、灰黯过。

2011年7月23日,两列动车组列车在甬温线浙江省温州市境内发生追尾。事后查明,雷击和车站设备控制缺陷等原因导致绿灯一直保持,发生了事故。

受此影响,高铁运营速度普遍被调低,350公里时速降到300公里,300公里降到250公里,降速以50公里间隔依次类推。后续在建和拟建的高铁项目也被暂时叫停,重新评估。

两个月后,沈志云在华东交通大学的一场学术大会上公开发言,主张只有一个,必须继续发展高铁,不能因噎废食、自废武功。

“提高速度是交通运输永恒的主题,研究开发时速350公里及以上的高速铁路是21世纪世界共同的趋势,我们已经先于别人在这个高地上安全站了两三年,为什么不继续站下去”、“检讨高铁的安全保障技术体系,才是根本之途,不是降低速度就能解决问题的,不确保安全,就是降到绿皮车的水平,照样要发生重大事故。”

沈志云把报告名称定为“退一步,进两步”,意指暂时的退步,是为将来的大跨步蓄力。

先后在不同场合做了8次报告,听者挤满门口,他这种逆向而动的做法,也被网友骂成脸皮厚,不识时务。

沈志云当时也很迷茫,眼见高铁“前景未卜,了犹未了”、“心中的郁闷,只有自己知道。”

直到一年后,形势反转,媒体报道当年新通车高铁里程将进一步大幅增加,数千亿巨额基建投资恢复,35条高铁重新开工,沈志云形容,自己焦灼的心里点燃了一束希望之光。

从四纵四横到八纵八横,高铁网建设不断推进,中国高铁运营里程迄今已达2.9万公里,累计运输90亿人次,先有和谐号,后有复兴号,每天4000多列的开行,在广袤的国土上飞奔呼啸,来去穿梭。

“高速铁路的优点越来越深入人心,现在说高速铁路坏话的人不多了。我想,是到了‘进两步’的时候了。”

沈志云于七年前说过的这一番话,今天正被现实逐渐映证。

03

核心科学家都做了什么?

“一生之中最重者,莫过于高速铁路。”

这是沈志云对自己人生的界定。

1983年,沈志云在美国麻省理工的国际会议上,发表轮轨蠕滑的“沈氏理论”,为团队此后发展高速列车大系统动力学打下基础。

来源:百度百科

1988年申报国家重点实验室时,集中申报了450km/h的高速试验台,获得国家批准,在高铁研发上又先行一步。

沈志云告诉网易科技(ID: tech_163)《科学大师》,在新时期,这个实验室经过多年多次实践,已可对高速机车车辆进行时速高达600公里的试验,和谐号CRH380和复兴号CR400都曾在他们的滚动振动试验台上试验时速到600公里

1991年,铁道部召开高速铁路工作会议,沈志云首度以专家身份与会,提出中国建设高速铁路必须同时研制自己的高速列车,应该着手研制250公里时速的高速列车转向架。

第二年,沈志云在自己主持的西南交大牵引动力国家重点实验室里,正式着手与长春客车厂联合开展中国第一台高速转向架的自主研制,五年后用于长客出厂的全部高速列车和准高速列车,这是中国第一次掌握高速技术最完整的尝试。

1994年,参加铁道部京沪高铁可行性研究办公室,为京沪高铁的上马奔走呼吁。此后又卷入长达六年之久的京沪高铁宜采用磁浮高速还是轮轨高速的争论,成为轮轨技术派代表人物之一,并最终胜出——全国高铁目前采用的都是轮轨列车。

2003年,中国新建的第一条高速铁路秦沈客运线正式开通运营,沈志云团队参加设计研制的“中华之星”和“先锋号”高速列车上路试验。

这一时期,沈志云的实验室异常忙碌,各种高速车都需要去他那里做试验,绝大多数型号都没有通过他们那一关,夭折了。直到今天,这个实验室依然是中国高铁关键技术参数的把关者,目前公众能够乘坐到的高铁动车组各个车型,事先都要到这里接受稳定性测试,通过了,才能正式投入运营。

2006年,沈志云向铁道部建言,高铁技术发展,在引进的同时,要注重消化吸收再创新,铁道部很快拨给他们实验室两台引进车的转向架,供他们试验分析参数和性能。沈同时出任铁道部引进消化吸收再创新工作组专家组组长,这个起顾问作用的专家组汇集了一大批来自焊接、航空、军工、材料工程等领域的顶级技术专家。

立足于中国市场的绝对优势,中方在高铁技术引进过程中,坚持“必须转让关键技术,价格要有足够竞争力,产品必须使用中国品牌”的立场,和国外技术公司多有交锋。

来源:财经搜索

沈志云记得,2004年针对200公里时速及以上动车组的第一次招标,有外国公司向中方开出技术转让费3.9亿欧元、每列3.5亿人民币的“天价”,把身段抬得过高,丧失中标机会。

第二次再来中国投标,这家公司放低身段,以8000万欧元技术转让费和每列2.5亿人民币造价成交,中方节省了近90亿采购费不说,还先后和外方互派技术人员学习、合作,实现了车企的现代化改造。

招标引进完成,在吸收消化的自研发阶段,沈志云先后受聘出任两家与外方厂商谈判的车企“四方股份”和“长客股份”的总顾问、第一顾问。

2008年,科技部和铁道部签署《中国高速列车自主创新联合行动计划》,一共出资30亿,宣布推动三个重大计划项目落地。铁道部成立226办公室,专门负责项目管理。

对于中国高铁来讲,这是又一个关键年份。京津城际高铁开通,在引进基础上自主研发的CRH2C及CRH3-300动车组上路运营,实验室模拟试验中,前者的最高时速可达410公里。在226办公室专职管理下,后又结合京津城铁300-350公里时速实际运营经验,数度改进试验,为最后上马的京沪高铁CRH380车做技术准备。

京津城铁运营中,在沈志云团队的建议下,中国设立了跟踪试验机制,观察测试运营车性能及参数变化规律,继续为改进提升积累资料。有国外公司曾想跟随上车测试,但被中方拒绝。沈志云说,高速动车运行的原始资料,只能为我国所用,外国人可望而不可及。

目前的高铁运营跟踪试验里程,已达到6000多万公里,获得海量原始数据。这是沈志云向我们透露的。他说,这对中国高速列车安全监控和今后技术改进提供了重大支撑,在全球高速列车技术管理中,是独一无二的重大突破。

此后,2009年武广高铁、2010年沪杭高铁、2011年京沪高铁通车运营,沈志云都是专家组成员,实地参加了工程的检查评估和验收工作,他也是标志性的世界第三代高铁CRH380车型评审专家组组长,这个车型曾创下了486.1公里的世界最高运营试验速度。

高铁车型研发,是综合技术与工艺的集合。

动车组上路后,舆论亲切地将之称作“子弹头列车”,光这个头型设计,就聚集了相当的人力物力,尤其是智力。它与沈志云的提议有直接关系。沈志云说,头型在行车中减阻降噪起重大作用,需要借用飞机、导弹经验,航空航天专家陆续被吸纳为顾问。他又提出,头型还应有中国特色的艺术风格,并推荐了本校一位绘画专业的教授参与研究,提供美术方案。

2011年5月下旬,京沪高铁即将正式通车的最后一个月,国家组织大规模检查验收工作,一支30人的评估组从北京集体搭乘CRH380AL型高铁,以时速300公里飞驰南下上海。时年82岁的沈志云携老伴一道踏上了这一趟“要载入史册”的行程。车子一路上走走停停,沿途进行隧道、桥梁等线路设施考察,沈志云和老伴心情愉悦,照了好几张相片。

从出行效率超低的农耕旧社会走过来的沈志云叹道,“千里江山一日还,在北京开会,坐车到上海考察,一日往返,这在以前是怎么也想象不到的。”

沈志云数次提到了高铁“公交化”运行的概念,京沪高铁目前已经成为中国发车频次最高的线路,间隔五分钟就会和南京对发一趟。另有资料称,由于高铁车次的增加,在一些城市群里,打高铁上班、高铁通勤化的现象也出现了。

04

集大家之所成,没什么不好

出生于民国年代的沈志云,见证、亲历过很多重大的风云变迁,抗日烽火、国共内战、新中国建立、改革开放,历历可数。

最早接触铁路,是62年前从长沙到衡山就读国立师范学院附中,150公里路程,看到机车飞速行进,机车厂一片片盖起来,沈志云感到十分憧憬。

保存在中国铁道博物馆内的解放11型蒸汽机车

1949年全国解放,沈志云参加升大学考试,连考了唐山工学院(现西南交大)、清华大学、武汉大学三场,同时被三所学校录取。听长兄说,中国当时铁路是纺织系统之外唯一能称工业的行业,进铁路学机械是最有前途的,沈志云立定志向,选择了唐山工学院。

几十年后,清华大学成了中国最高学府之一,有人问他,对当年的选择后悔不?沈志云的反应是:清华大学的高速铁路技术中心还请我当学术委员会委员,铁路方面的国家级研究机构我校就有三个,清华哪里比得了?搞铁路,进唐山一定比清华强。“上大学只是人生事业的起点,择校定终身的说法是没有根据的。”

1956年公派留苏,沈志云选择的是车辆修理专业,这个专业就是放到今天,也不被社会承认有多么高大上,中国科学界“三钱”之一的钱伟长先生是他的评审,既不同意,又不忍反对,放他过去,批了一句话:“以后不要再派这样的专业出国留学。”

1981年,沈志云出国访问,在英国头一次看到了160公里时速的快铁,听了高速列车动力学术报告,坐了磁浮试验车,他感到心情无法平静,意识到,中国一定要有高铁,这代表了铁路技术最高水平。

对这事上了心,他计划侧重高铁科研,有意了解和收集高铁、重载运输方面的资料,先期积累。这个过程中,他既感到新鲜,又得到启发。比如在伦敦参观无人驾驶地铁,研究人员告诉他,高速安全要靠技术保障,人的保障是有限而靠不住的,他们通过传感器来提升安全水准。

1988年申报设立牵引动力国家重点实验室,当时高铁在国际上很热,国内却还没见动静。沈志云考虑,推动高铁研究,只能通过国家实验室层面来做,他主张建450公里时速的轮轨滚动振动试验台。申报通过后,由最初一根轮对计划调整扩大到两轴、三轴,最终四轴整车试验台,一次次向国家伸手追加经费,最后,总投入5000万的国家重点实验室落成。

2010年,这个试验台模拟速度提升到了600公里时速。在全世界范围内,目前这也是速度最高的、可以同时进行滚动和振动相结合的试验台。

“像我们现在高铁350公里时速,你坐在车厢里,感觉不到它在那么快的速度下运行,前提就是有列车运行的平稳性来作为先决的保障。”实验室一位姜姓老师说道,“如果它参数不稳定,会出现失稳的情况,这就非常可怕了。”

硬币在高铁上都能立得住,之前被刷屏的话题,成为中国高铁平稳性的一个具体折射。

当初起意建这么一个试验台,投入那么大,构造那么复杂,大家都不免捏一把汗,有人提醒沈志云当心风险,说他是在干一件把脑袋别在裤腰带上的事。

如今这一切都成了事后谈笑,在美国、德国、法国、日本等先行国家的基础上,中国毕竟是迈上了高铁发展的新高度。网易科技(ID: tech_163)《科学大师》记者了解到,业界存在的一个说法是,中国目前在高铁上已经形成“九大关键技术”和“十大辅助技术”等体系。

“我们用十年功夫,成为从1950年代开始全世界范围铁路技术颠覆活动的最后集大成者,是集大家之所成。”沈志云说,中国高铁实现了100%自主知识产权、85%国产化率,并开始走向出口,这得益于兼容并蓄、开放合作的理念,“比如整体道床的螺丝钉,用的是瑞典生产的,全世界都用它的螺丝钉,他那个东西不松。你说非得我们自己造一个螺丝钉吗?要国际化,不是闭门造车,而是开门造车,汇总全世界的颠覆性创新成果,不降低我们的资格。”

05

退归小家后,挑上另一副担子

完成了历史使命的沈志云,现在又肩负起另一个使命——照顾老伴儿。

这是一项需要他全身心投入的工作。老伴身患重症卧床不起,只能靠鼻饲维持生命,24小时需人看护。90岁的沈院士和雇请的护工两班倒,轮流照料同样90岁的老伴。天意垂顾,老先生身体硬朗,还能挑起看管老伴的担子。

年轻时奔波不定,又是出国深造又是受运动冲击,顾不上家,妻子一力把两个孩子拉扯大,担惊受怕,吃了不少苦。沈志云很珍视这一段难得的姻缘,早些年还会带着妻子一道出去访问和讲学。

纵论完高铁大事,他又回到病房中,坐在床前,看护老妻。结缡一个甲子,一路风雨相携,走到日暮时分,沈院士决定要对妻子尽到最后的责任——伴她终生。

那个场景下,他是一个丈夫,一个普通老人,一个小小家庭的支柱,而不是什么纵横捭阖、指点江山的科学家。

岁月流逝,白发霜雪,澎湃激荡的人生历程渐成如烟往事,历尽光环的杰出人物,依旧还是在生活之中。

援引及参考资料:

《我的高铁情缘——沈志云院士口述自传》、人民网、新华日报等。

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