“中國數據”保安全

唐雪++曹曉晨

剛過去的冬季一個飄著雪的上午，記者來到北京交通大學。

走到機械工程樓下，一個覆蓋著白雪卻又充滿歷史感的火車頭映入眼簾。

采訪時我們得知，這是由1990屆機車專業校友捐贈的，

它產于上世紀五十年代，這顯露著北交大軌道交通的悠長歷史。

北京交通大學機械與電子控制工程學院的車輛工程學科以軌道交通為研究支點，關注車輛壽命，全力研究結構疲勞可靠性，一方面放眼國內，循軌而行，只要是軌道上的車，尤其是客車，幾乎都要進行疲勞可靠性評估；一方面接軌國際，承擔了我國大部分出口軌道車輛相關試驗研究和疲勞可靠性評估。由此積累的龐大測試數據，形成了巨型數據庫，在軌道安全領域的研究達到了國際先進水平，并得到了國際鐵路聯盟UIC的認可。

可以說，北交大車輛工程專業是北交大發展一流學科、一流專業的一面旗幟。

火車頭的關鍵技術

來到八層，記者見到了車輛工程專業博士生導師劉志明教授和任尊松教授。

劉教授介紹說，車輛工程專業的研究方向眾多，如汽車整車及零部件的設計開發、車身及造型設計、車輛電子技術應用、汽車制造工藝以及生產管理等。北交大車輛工程專業因原屬鐵道部的背景，從1958年開始培養鐵路機車車輛設計、制造與運用人才。

“軌道交通領域更新換代的速度極快，我們絲毫不敢懈怠。自北交大開設車輛工程專業以來，屢次根據經濟社會發展對人才的需求調整專業定位。”劉教授告訴記者，北交大1958年開始招收本科生時，設置的是車輛、熱力機車專業，1961年細化為蒸汽機車、內燃機車、鐵道車輛、電力機車、鐵道供電專業。1977年按照內燃機車、鐵道車輛、機車柴油機、機車電傳動專業招生。2005年則按照鐵道機車車輛專業招生，2012年改名為“車輛工程專業”。

作為軌道交通研究的主力軍，北交大的研究不斷領先。不僅積累了大量列車測試數據，還建設了與行業前沿技術密切相關的動車組系列課程群，出版了全國第一套本科動車組系列教材，建立了全國為數不多的軌道車輛實驗室，自主研制出了全國第一套動車組專業教學實驗平臺，建立了教學科研企業一體化實踐平臺。

作為北京交通大學的“元老”級學科，車輛工程憑著“沖鋒陷陣，與時俱進”的火車頭精神，始終堅定地追蹤著軌道交通的前沿理論，時刻更新著軌道車輛工程領域的關鍵技術。隨著我國列車速度的不斷提升，車輛工程專業選擇了科研難度頗大、但又是國際競爭力強、潛力大的軌道車輛結構疲勞可靠性作為學科的主要研究方向。所謂車輛疲勞可靠性，就是通過對車輛各種零部件安全性的研究，幫助列車延長壽命。

“車輛工程專業潛力巨大，已成為學校建設雙一流的重點支持項目。”任教授說。

“中國數據”支撐安全的“天”

對于軌道車輛來說，安全就是最大的“天”，北交大車輛工程專業的研究重點正是被稱為“結構疲勞可靠性”的車輛安全。劉志明教授說起自己專業的優勢時滔滔不絕：“當傳統車輛設計的熱點、關注點停留在速度時，我們已經結合結構強度方向研究上的優勢，開始關注車輛的壽命和安全問題，重點研究結構疲勞可靠性，針對車輛在不同線路、地域的運營狀態，進行數據測試；我們還逐漸將單一的研究方向系統化，開始觸及載荷譜研究計劃（指通過加載試驗，研究列車各部位在受力時的各種情況，從而得到一系列研究數據）。”多年的研究使北交大結構強度研究團隊成績斐然，既能讓舊機車“起死回生”，又能在新領域“打怪升級”，走在了軌道交通的最前端。

2006年，洛陽進口機車的牽引座（即提供牽引動力的牽引拉桿的支座）大限將至，故障頻頻。因購買新車價格昂貴，洛陽機務段的工作人員愁眉不展，找到廠家申請維修。廠家沒有自己的研究人員，遇到這樣復雜的問題束手無策，只好輾轉找到北京交通大學結構強度研究團隊。劉志明教授一行人前往仔細考察后發現，這個牽引座的處境十分尷尬，如果按原樣修復，維持的時間很短暫；而若想運用新技術替換，當時又根本找不到可替換的新型機車部件。在這種情況下，劉教授團隊經過對該結構在隴海線運輸過程中的載荷譜進行系統的線路測試、數據分析以及可靠性評估后，提出了牽引支座改進方案，并最終改造了83臺機車，“在一般情況下，能改造10臺左右已經算很多了。”

“我們被要求保證這個車在十年內都能繼續使用，出現任何問題都要全權負責，說實話當時我們的壓力是很大的。”但十年期滿后的2016年，團隊去考察時發現，該型機車仍能正常使用，這也讓劉教授無比欣慰，“通過延壽技術的實施，我們給國家機車的更新換代贏得了時間。”

除了能讓老舊的車輛“起死回生”，北交大車輛工程專業在高鐵新領域的突破也不落于人后。國內某廠家曾經從德國進口了一種列車電機吊架（用于安裝電機的支架），北交大的教授們對測試數據進行研究、評估后，預測吊架的壽命只有5年。結果德國企業既沒有能力改造，又害怕索賠，拒不承認此評估結果。5年之后，吊架果然出現裂紋。企業不得不再次委托北交大教授，尋覓改造之法。劉教授說：“我們基于列車以往在線路運營過程中大量的測試數據，再結合本次測試得到的數據詳細地做分析，得到了這個結構的載荷譜。然后，我們采用結構疲勞理論、損傷一致性原則、可靠性理論以及多種數據處理和分析方法，大膽做出了一個新的結構，由國內廠家配合生產，最終替換了進口吊架。”

北交大教授們不僅要解決高鐵的問題，還要接手更復雜的城軌車項目：“如今各個城市的地鐵發展很快，但由于地鐵的規劃權限下放到了省市，而各省市建設水平又參差不齊，這要求我們必須完善各城市的地鐵跟蹤測試，積累數據，保障車輛的安全性運行。”

但要想進一步研究地鐵車輛的壽命問題，實在棘手。“比起高鐵，地鐵的啟動和制動頻繁，線路激擾頻帶也比較寬，所以車輛的結構疲勞可靠性問題就更復雜。”北交大結構強度研究團隊6名教授經過商討，最終提出了地鐵車輛“載荷譜研究”計劃，決心建立軌道車輛客車所有車系的載荷譜。“這個計劃要儲備大量的載荷譜數據，研究成型后就可以預測不同車型在線路上跑的時候會受到哪些載荷，以及載荷的大小和頻次。這樣就可以更有針對性地設計轉向架的強度和關鍵零部件的強度，讓它的壽命設計和評估更精確。”劉教授告訴我們。

除了“載荷譜”計劃，研究團隊還承擔了眾多國家級研究項目，每個項目的創新性和挑戰性都不小，如適應“一帶一路”沿線國家不同軌距的時速400公里變軌距轉向架高速列車；最高運行時速500km以上的高速磁浮車輛；以高附加值貨物為運輸對象的250km/h及以上高速貨運動車組；具有自行升降、旋轉或與站場地面配合轉動的駝背運輸車等等。“軌道車輛未來的一系列發展可謂日新月異，我們也將順應時代發展，繼續完善數據庫，不斷攻克難關，創新技術。”

為積累車輛在各種環境下的運行數據，北交大教授和學生們的腳步遍布大江南北。任尊松教授說：“在評估車輛疲勞可靠性的工作中，我們要求師生必須親臨實地線路，全程跟蹤研究、測試，以更客觀地積累總結數據成果，形成數據庫。”就這樣，教授們帶著一批又一批學生們跋山涉水，晝夜不分地忙碌在京廣、京滬、京哈、膠濟、遂渝等全國各提速和客運專線上，完成了數十萬公里200至350km/h等級高速動車組的試驗研究和疲勞可靠性評估。

除了在國內通宵達旦地做實驗，團隊還要赴萬里之外的國家作評估。任教授說：“我國高鐵在國際上‘火力全開，輻射到了多個國家，在歐洲、美洲也占有一席之地。因為所有由我國設計的、出口的車輛都要做評估，所以車賣到哪兒，我們教師和學生就要去哪兒。” 雖然國際上有不少高校也設置了車輛工程專業，理論研究不錯，但由于種種客觀條件的限制，使得他們沒條件為車輛做評估。

任教授去英國高校考察時發現：“那兒有教授對動力學和結構強度頗有造詣，但因為實驗室的規模容量小，人員零散，研究分工又太細，難成體系，不能像我們這樣去進行大規模的、系統的測試。” 比起國外的尷尬局面，我國注重實際，兼顧設計和測試，高鐵技術發展成熟。

因先后在全國范圍內、甚至在全球多個國家軌道車輛進行了大范圍的系統研究，國際鐵路非官方組織UIC（國際鐵路聯盟）擬將在中國高鐵運行過程中獲得的載荷數據納入標準。對此任教授難掩自豪之情：“聯盟如果有我們實車采集的數據，會使今后設計的轉向架可靠性更高。”

卓越工程師循軌而上

對于人才培養，北交大車輛工程提出“面向世界，面向未來，面向工業界”的方案，培養的是“軌道車輛卓越工程師”。劉志明教授如數家珍：“學生首先要培養一種素質——工程素質；同時還要擁有兩大類知識——基礎知識與軌道車輛設計制造及運用專門知識；更應該具備三大能力——專業表達能力，工程實踐能力，國際視野和團隊合作能力。” 也因此，北交大車輛工程的畢業生幾乎都是能承擔軌道交通車輛設計制造、技術開發和應用研究、運行管理等“一條龍服務”的工程技術人才，他們在圈子里有一個響當當的名號——“軌道車輛卓越工程師”。

車輛工程專業作為北交大的王牌專業，“引無數英雄競折腰”。對此，任尊松教授頗感欣慰：“我們專業的研究生招生場面火爆，幾十個名額往往受到數百個學生的爭搶，很多高分的落榜學生心系北交大，堅決不接受其他好學校、好專業的調劑，二戰、三戰再考，直到得償所愿才肯罷休。”

車輛工程專業采用“多對多”模式培養研究生。為保證質量，北交大招收研究生的數量并不算多，也沒有采用通常“一名研究生對應一名導師”的做法，而是讓所有老師都是學生的導師，所有學生都是導師的學生。任教授介紹道：“開學之初，我們會集中本專業的20余名老師（包括6位教授，7位副教授），向每年招收的20余名研究生和6名左右的博士生詳細介紹老師們的情況，比如每位老師的研究方向、特長、優勢、學術貢獻、性格、聯系方式等。學生們可以隨時可以找任何老師交流學術問題。每位老師各顯神通，學生則師從百家。”

校企合作又給研究生的培養錦上添花。任教授說：“我們注重通過校企雙導師聯合的方式培養研究生，導師既有設計動車的專家，也有國家交通領域的管理者，還有企業家。這些導師讓大家開闊視野，學生從他們身上可以更多地學習解決實際問題的能力。”

近年來，學院還頻放“大招”，讓學生與國際接軌。德國高校教授對高鐵原理的研究很有造詣，常來北交大開講座。而國外的廠家邀請北交大的教授進行學術交流時，學生們也能跟著一起去訪問。北交大還開展了美國奧克蘭大學2+2聯合培養、美國紐約石溪大學3+1+2聯合培養、英國西英格蘭大學2+2聯合培養、德國亞琛工業大學學生互派、法國INSA Lyon 3+2聯合培養、澳大利亞臥龍崗大學 2+2聯合培養等多個培養項目。“今后，車輛工程專業還將進一步和國外大學密切合作。”劉志明教授說。

2016年，北京交通大學車輛工程專業還接受了《華盛頓協議》國際專家現場考察。最終，北交大作為中國僅有的兩所觀摩學校之一，順利通過了華盛頓協議的工程教育認證，中國也成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式會員。這意味著學歷在國際上獲得認可的北交大車輛工程專業學生，畢業后赴海外就業也將成為可能。當然，他們在國內找一份理想的工作也并非難事。