“電博士·動態(tài)防雷”青年集體 為全球防雷貢獻青春力量

李菡丹

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國公布的“最嚴重的十種自然災(zāi)害之一”，在我國年均引發(fā)事故3000余起，造成損失數(shù)十億元。隨著氣候變暖，全球雷電活動更加頻繁劇烈，預(yù)計本世紀末將增加50%。如何有效防雷已經(jīng)成為一個世界性難題。

自1752年美國富蘭克林風(fēng)箏實驗以來，世界防雷主要采用避雷針、避雷線等“靜態(tài)防雷”模式。通俗點說，就是“全面防堵”的“等雷來”。國際防雷科學(xué)委員會前主席法爾哈德·拉奇迪曾說：“全世界每天都會發(fā)生上千萬次雷電，由于全球氣候變化，雷電危害隨之大幅增加，深入雷電研究、開發(fā)更主動的防雷方案，有著重大意義。”

在江蘇蘇州，就有這樣一個青年群體，他們聚焦全球氣候變化下的雷電防護問題，建立世界首個“動態(tài)防雷”技術(shù)體系，主導(dǎo)制定世界首個動態(tài)防雷國際標(biāo)準(zhǔn)，主導(dǎo)“雷震子計劃”國際合作，積極為全球防雷貢獻中國力量。今年五四青年節(jié)，他們獲評第27屆中國青年五四獎?wù)录w。他們，就是國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司“電博士·動態(tài)防雷”團隊。

這支青年創(chuàng)新團隊目前共有成員46人，35周歲以下青年占91.3%。在團隊技術(shù)負責(zé)人、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)全球先鋒、我國首位國際防雷“杰出青年科學(xué)家獎”獲得者童充的帶領(lǐng)下，堅持科技自立自強，開啟了全球動態(tài)防雷的技術(shù)路線。團隊還曾獲榮“國際防雷科學(xué)技術(shù)成就獎”、國際質(zhì)量創(chuàng)新獎、聯(lián)合國全球契約中國青年可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽金獎、江蘇青年五四獎?wù)录w、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會“科技志愿服務(wù)先進典型”等榮譽。

“你的成果可能是未來的一只雄獅”

“Would you please provide your suggestions about our technical solution？”2023年4月22日周六一大早，江蘇省蘇州市勞動路555號的11樓會議室內(nèi)氣氛熱烈，“電博士·動態(tài)防雷”青年集體的12名成員正通過視頻連線的方式，與美國麻省理工學(xué)院、巴西圣保羅大學(xué)團隊召開“雷震子計劃”國際合作推進會，主導(dǎo)共同研究氣候變化下雷電防護的可持續(xù)發(fā)展解決方案。

而這一切，源自于團隊技術(shù)負責(zé)人童充近20年的科研堅守，20年來，從最初的孤身一人到慢慢發(fā)展帶動1個團隊，從國內(nèi)初出茅廬到國際嶄露頭角，他帶領(lǐng)團隊，堅持不懈，執(zhí)著求索，在國際防雷領(lǐng)域積極為中國“開疆拓土”。“沒有唾手可得的勝利，唯有臥薪嘗膽的苦澀、雖千萬人吾往矣的悲壯。”國際學(xué)術(shù)界，是一個沒有硝煙的戰(zhàn)場。

科學(xué)的種子其實在很早的時候就已經(jīng)生根萌芽。還記得小時候，云卷云舒，黃昏黎明，日落月升……大自然的每一處變化都深深吸引著童充。每到夏日的雷雨天，童充都津津有味地趴在自家窗邊，觀賞大自然的“有聲劇目”。他一邊緊盯著驚雷中突然熄滅的燈泡，一邊默念著“倒計時開始，3、2、1——”當(dāng)燈泡再次恢復(fù)光亮，他興奮得跳起來歡呼，滿是好奇地看向身為電力工程師的父親。這時，父親總會拍拍他的肩膀，笑著說：“你看，這就是我說的，打雷的時候燈如果熄一下就亮，那就沒事，要是熄了好幾秒還不亮，那就要等很久，電才會再來了。”

“我對雷電是好奇的，不了解才害怕，我從不怕它”，童充說，他10歲時還爬上母親工作所在醫(yī)院的樓頂，一探避雷針的究竟，“我就是想去看看避雷針有沒有電池，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有一根金屬棒焊死在里面，其他什么也沒有了”。高考時，他順利考入武漢大學(xué)電氣及其自動化專業(yè)。大學(xué)期間，童充一直對防雷很關(guān)注。也在那時，雷電防護逐漸從傳統(tǒng)的建筑設(shè)施雷擊防護轉(zhuǎn)變到信息自動化時代的雷電次生危害防護，呈現(xiàn)出新的發(fā)展方向，并成為世界熱門研究課題。這也成為童充的重點關(guān)注領(lǐng)域。

2001年年初，童充接觸到“雷電可以用傳感器探測”的概念，這讓他瞬間打開了新思路——原來雷電也可以提前用“電子耳朵”聽。他頓覺兒時“預(yù)測雷電”的夢想不再是空談，立即開始查閱雷電觀測、探測這一領(lǐng)域的文獻。

2002年，童充成為武漢大學(xué)的碩士研究生，一個關(guān)于新式動態(tài)防雷的朦朧想法在他的腦海中浮現(xiàn)：“既然雷電可以被探測到，那么能否通過實現(xiàn)對雷電時間和空間的預(yù)測，去主動規(guī)避雷害呢？”

于是，童充馬不停蹄地上手實踐。從繪圖設(shè)計到測試安裝，從擰螺絲到接線，再到搬磚砌水泥給設(shè)備做防水、防飛措施，他都全程參與。為了驗證傳感器雷電探測的有效性，他經(jīng)常帶著一卷涼席睡在機房……經(jīng)過半年的潛心研究，“多頻空間輻射探測裝置”誕生。這個稚嫩的裝置采用太陽能供電，低頻脈沖傳感器的一頭裝在天臺，另一頭使用光纖通信引入蘇州體育中心的總控室，最終實現(xiàn)了遠比人耳早且更靈敏地“聽”到雷聲的功能，也實現(xiàn)了聲光報警、備用電源切換的自動控制功能。

童充回憶，剛開始的那幾年，他經(jīng)常大年三十趴在家樓頂，利用遠處放煙花爆竹的聲音和亮光模擬雷電，做抗干擾實驗。他說：“每年只有在過年期間才有那么多人放煙花爆竹，我必須珍惜這個做實驗的機會。”

就這樣，童充的結(jié)合探測與防護的動態(tài)防雷理論體系雛形誕生。今天，在蘇州西環(huán)和三香路的交界，還可以在五環(huán)橋上看到童充親手安裝的第一個低頻脈沖傳感器。

2004年，芬蘭，童充作為中國唯一也是年紀最小的論文發(fā)表者第一次應(yīng)邀參加國際雷電探測會議（ILDC）。至今，他仍清晰地記得自己第一次在國際會議上匯報時的情景。初生牛犢不怕虎的他第一次在國際學(xué)術(shù)舞臺上的露面，就收獲了學(xué)術(shù)委員會的一致贊許，“你的工作很有趣，你的成果可能是未來的一只雄獅”。

英國國防部首席顧問馬爾科姆·瓊斯教授曾問童充：“若有留學(xué)的機會，你去不去？”面對外國專家的贊許與邀約，他并沒有太多欣喜，他深知一線才是他實踐的沃土，“我的動態(tài)防雷理論體系雛形是從數(shù)以萬計的公式、元件、接口、代碼、線纜中，從夜以繼日的實戰(zhàn)中錘煉誕生，我前往芬蘭的目的就是想檢驗自己的原創(chuàng)性工作在世界舞臺上是否能立足。但我還是想扎根我的家鄉(xiāng)”。

從一個人到一個團隊

2005年，碩士研究生畢業(yè)的童充堅定而從容地回到家鄉(xiāng)，進入國網(wǎng)蘇州供電公司的太倉分公司一線工作。“變電運行”是他的第一個崗位，當(dāng)春雷逐漸響起，他發(fā)現(xiàn)“一打雷就不得了”，線路開關(guān)跳閘的情況明顯增多，從監(jiān)控就可以發(fā)現(xiàn)：跳閘最集中頻繁的就是雷暴核心區(qū)域。

雷暴天氣的一次次搶修，讓童充見證了電網(wǎng)雷災(zāi)的真實危害，他進一步萌生了開發(fā)動態(tài)防雷體系的靈感。“如果能夠提前預(yù)測雷電，就有可能在潛在事故發(fā)生之前采取措施，最終避免事故發(fā)生，我的動態(tài)防雷極具意義。”他感慨道。

綜合前期潛心研究多年的“基于動態(tài)防雷的非線性魯棒控制”和“基于空間時域鑒別的雷電探測”等課題，童充在一線開啟了動態(tài)防雷的新探索，并繼續(xù)深入國際學(xué)術(shù)戰(zhàn)場。2006年4月，他帶著《雷電探測在電網(wǎng)運行中的應(yīng)用》這項研究成果，第二次作為該領(lǐng)域世界最年輕的學(xué)者，出席第十九屆國際雷電探測會議，又一次獲得眾多世界知名科學(xué)家的廣泛認同。2008年至2010年，他又先后不斷完善改進動態(tài)防雷的框架，出席了第二十屆、第二十一屆國際雷電探測會議（ILDC）、國際大電網(wǎng)雷電會議（CIGRE-ICLPS）。2010年，在國際防雷領(lǐng)域嶄露頭角的他第一次入圍了2010意大利第三十屆國際防雷大會“杰出青年科學(xué)家”評選。

國際防雷大會每兩年一屆，是世界雷電研究與防護領(lǐng)域公認最權(quán)威的學(xué)術(shù)會議。而這一獎項是該領(lǐng)域青年學(xué)者的至高獎項，每屆只在全球評選4人。當(dāng)童充得知我國尚未獲得該獎項后，他帶著在一線8年積累所得的成果去羅馬一搏，“如果能拿到這個獎，將是對我堅持動態(tài)防雷8年研究的肯定，更是對中國在防雷領(lǐng)域所取得突破的肯定”。但那一次，他最終還是與這一獎項失之交臂。

然而，挫折更加讓童充堅韌和執(zhí)著。同年，在智能電網(wǎng)建設(shè)的浪潮中，他在原有基礎(chǔ)上開始了結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)的專題研究，在李立浧院士和公司的指導(dǎo)幫助下，運用軟件工程、電力系統(tǒng)自動化、高電壓、雷電探測、集群控制等多專業(yè)知識的綜合優(yōu)勢和實踐經(jīng)驗，創(chuàng)造性地將“模糊神經(jīng)元人工智能”等理論引入研究領(lǐng)域，進一步創(chuàng)新突破傳統(tǒng)防雷模式。

2012年8月，童充再次收到國際防雷大會“杰出青年科學(xué)家獎”提名通知，并以最高票當(dāng)選。在頒獎儀式上，大會主席法爾哈德·拉奇迪有史以來第一次號召在場人員全體起立，宣布：“讓我們?yōu)閬碜灾袊男乱淮艹銮嗄昕茖W(xué)家鼓掌！祝賀他歷史上首次全票也是最高票當(dāng)選！他創(chuàng)造了變革性的科技成果，他的名字也將會留在世界雷電研究的發(fā)展史上……”

2016年，“智能配電網(wǎng)雷電傳感及動態(tài)防護技術(shù)的研究與應(yīng)用”科技項目在國網(wǎng)江蘇省電力公司正式立項，童充逐漸從一個人發(fā)展為一個團隊。

青年調(diào)度員吳越濤是最早加入團隊的成員之一，童充邀請他一同參與系統(tǒng)的搭建工作。談及當(dāng)時加入的原因，吳越濤認為是童充所描繪的場景給他帶來了震撼，“在我的認知里，雷電和地震一樣，預(yù)測它感覺是癡人說夢。但童充和我詳細說了他的構(gòu)想和取得的技術(shù)基礎(chǔ)后，我突然相信動態(tài)靈活的雷電防護是可以實現(xiàn)的，這樣‘從零到一的事對我來說有很大的誘惑”。正是在共同愿景的帶動下，在科技報國的情懷感召下，越來越多的青年加入了團隊。團隊的組織負責(zé)人、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司團委書記蘇俊霖說：“作為青年一代，我們有責(zé)任在國際舞臺上發(fā)出中國青年的聲音。我們將持續(xù)加強技術(shù)研究，深化國際合作，用科技創(chuàng)新為全球防雷貢獻中國方案和國網(wǎng)青年的創(chuàng)新力量。”

從跟跑到領(lǐng)跑

雷電發(fā)展瞬息萬變，隨機性強，短時間內(nèi)極難探測并預(yù)判，第一個要攻破的關(guān)鍵技術(shù)就是對雷電實時、準(zhǔn)確地探測與跟蹤。

在團隊的共同測試之下，他們創(chuàng)造性地用多組天線協(xié)同探測之前不被關(guān)注的云間閃電和實際造成破壞的云地閃電輻射信號，研制出了具有一根主天線、四根高頻天線及三路信號接收處理通道的雷電空間輻射傳感器。

他們又分析了近十萬個波形樣本，開展了上千種頻段的組合調(diào)試，創(chuàng)新研發(fā)出“高精度廣譜分頻雷電探測”等技術(shù)，最終實現(xiàn)單傳感器雷電探測范圍一萬平方公里，雷電探測效率超99.9%。

完成探測技術(shù)后，團隊又引入人工智能算法，結(jié)合多維氣象要素，創(chuàng)新研發(fā)了“多維矩陣智能預(yù)測模型”，建立了數(shù)百萬個雷電數(shù)據(jù)樣本庫進行迭代優(yōu)化，實現(xiàn)了雷電的多維聯(lián)合預(yù)測和雷害評估，最終形成“動態(tài)防雷監(jiān)測系統(tǒng)”的成套軟硬件。

經(jīng)過大家的共同努力，2017年5月，團隊在蘇州成功研發(fā)上線世界首套地區(qū)級的動態(tài)防雷監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測范圍達一萬平方公里。同年10月，動態(tài)防雷理論又獲得國際領(lǐng)域的進一步認可，成功斬獲“國際防雷科學(xué)技術(shù)成就獎”。

青年成員束慶霏本來出身土木專業(yè)，但在團隊的帶動下，毅然投入動態(tài)防雷的技術(shù)研究中。他說：“雷電的不確定性導(dǎo)致雷電預(yù)測等工作難度極大。我們歷經(jīng)幾千次的調(diào)試，持續(xù)優(yōu)化策略算法。人工智能是如今的發(fā)展趨勢，我們在網(wǎng)格化基礎(chǔ)上融入XGBoost智能算法，設(shè)置雷電強度指數(shù)，希望不斷提升預(yù)測區(qū)域的效果。”

正是在刻苦攻關(guān)和勇毅前行中，團隊成功攻克雷電領(lǐng)域一系列重大難題，獲得30項國內(nèi)外發(fā)明專利，建立了世界首個基于“跟蹤、預(yù)測、控制”的動態(tài)防雷技術(shù)體系，引領(lǐng)全球邁入了雷電防護的新階段，成果獲第三十三屆國際防雷大會“世界領(lǐng)先”鑒定，并得到了中國電機工程學(xué)會“國際領(lǐng)先”鑒定，開啟了全球動態(tài)防雷的技術(shù)路線，得到國際防雷科學(xué)委員會、國際防雷專題大會科學(xué)委員會、國際大電網(wǎng)組織雷電專委會三大國際組織高度認可。

隨著全球氣候變化，雷電災(zāi)害愈加頻繁，制定防雷領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)成為“兵家必爭之地”。“標(biāo)準(zhǔn)在人家手里，標(biāo)準(zhǔn)更新，我們就得花費大量人力、物力、財力去跟隨。”團隊深知國際標(biāo)準(zhǔn)的重要性，一個國家能夠主導(dǎo)制定防雷領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)，它在該領(lǐng)域的科技實力就擁有了一份明證。

2018年3月起，童充帶領(lǐng)“電博士·動態(tài)防雷”團隊開始為智能電網(wǎng)動態(tài)防雷國際標(biāo)準(zhǔn)制定工作而努力。他們主動聯(lián)系國內(nèi)外雷電專家，交流學(xué)習(xí)撰寫國際標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗，并牽頭同國際大電網(wǎng)組織的22個成員國代表發(fā)起動態(tài)防雷國際標(biāo)準(zhǔn)提案編制工作。

2019年9月，國際大電網(wǎng)組織在巴西圣保羅召開動態(tài)防雷標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場評審會，中國、日本、澳大利亞等多個國家展開了激烈競爭。面對壓力，團隊成員引用“大禹治水”的故事，用詳盡的方案和研究成果，向評委生動介紹了中國動態(tài)防雷技術(shù)采用的“疏”而非“堵”的理念，獲得了評委們的肯定和頻頻點頭。

2019年10月22日，國際大電網(wǎng)組織批復(fù)了中國的申請，團隊主導(dǎo)的世界首個動態(tài)防雷國際標(biāo)準(zhǔn)正式立項。2023年，團隊主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)獲國際大電網(wǎng)組織雷電專委會全票通過，并將正式發(fā)布，成為氣候變化下全球動態(tài)防雷的“技術(shù)引領(lǐng)者”。

2021年，習(xí)近平主席在第76屆聯(lián)合國大會首次提出全球發(fā)展倡議，呼吁加快落實聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展議程，共同推動全球發(fā)展邁向平衡協(xié)調(diào)包容新階段，共同構(gòu)建全球發(fā)展命運共同體。

“電博士·動態(tài)防雷”團隊積極落實全球發(fā)展倡議，聯(lián)合國際防雷科學(xué)委員會、國際雷電研究及試驗中心、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、意大利博洛尼亞大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院等20余個國家科研團隊，主導(dǎo)實施“雷震子計劃”國際合作，推動全球共同探索研究和解決雷電領(lǐng)域世界性難題。

2021年至2023年，為了推進“雷震子計劃”，團隊聯(lián)合來自瑞士、美國、意大利、葡萄牙、巴西、西班牙等國家的科研團隊，主持召開了近50次國際交流研討會，在2022年10月南非開普敦國際防雷大會正式發(fā)布一系列聯(lián)合研究成果，助力提升了中國在全球防雷領(lǐng)域的國際話語權(quán)。

讓世界更好地認識中國青年

習(xí)近平總書記在紀念五四運動100周年大會上指出，“青年是國家的未來，也是世界的未來。”為了帶動更多青年投身科技創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展進程，在國際舞臺貢獻中國方案和青年力量，蘇俊霖介紹，多年來團隊一直在積極實施青年行動。“如果你不想虛度這青春的光陰，那么請和我們一起挑戰(zhàn)未來，或參與或見證，走向更廣闊的世界！”團隊不定期吸納新成員，帶動更多青年一起走向國際舞臺，在聯(lián)合國和其他國際組織中，以青春的智慧和汗水，貢獻中國青年的創(chuàng)新力量。

電力調(diào)度員洪奕大學(xué)畢業(yè)后來到公司的第二年就加入了團隊，他說：“我家住常州，在蘇州上班，往返路上的時間很長，所以我經(jīng)常在路上看書學(xué)習(xí)，回家后利用晚上的時間寫代碼，在團隊的幫助下，慢慢地，以前我覺得很難的東西被逐一攻破，成就感油然而生，我會繼續(xù)堅持下去，青春是用來奮斗的，一切付出都是值得的。”

變電二次檢修班員袁婧和石旭江目前在團隊里都是負責(zé)對外聯(lián)絡(luò)、國際交流方面的工作，白天正常上班，晚上與國外專家交流，節(jié)假日經(jīng)常投入團隊工作，還要不斷加強英語學(xué)習(xí)。她倆說：“我們非常珍惜這個青年創(chuàng)新平臺，青年要勇于擔(dān)當(dāng)，堅持和磨煉的最后都會有所收獲，不僅提高了自身素質(zhì)，拓寬了眼界，還讓青春更有價值、有意義。”

2021年，在公司創(chuàng)新氛圍的帶動下，團隊參加了聯(lián)合國全球契約青年SDG（聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)）創(chuàng)新者項目。歷經(jīng)近十個月的創(chuàng)新實踐和全球交流，團隊最終獲得聯(lián)合國全球契約首屆中國青年SDG創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽金獎。同年，團隊受邀線上參加聯(lián)合國全球契約青年SDG創(chuàng)新者峰會，在來自中國、美國、英國、加拿大等16個國家32支青年隊伍中，首位發(fā)布創(chuàng)新成果，向世界展示了面向聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的中國行動和青年力量。

2022年，在聯(lián)合國全球契約領(lǐng)導(dǎo)人峰會上，團隊技術(shù)負責(zé)人童充成功當(dāng)選“2022年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)全球先鋒”，并在半年后受邀與聯(lián)合國秘書長青年特使賈亞特瑪?shù)热蛩奈淮恚餐瑔尤蚯嗄昕沙掷m(xù)發(fā)展創(chuàng)新加速項目。

為了帶動更多青少年，讓科學(xué)的種子生根發(fā)芽，近年來，團隊還積極開展“新能源小鎮(zhèn)大探索”“全球氣候與碳”“雷電小課堂”等趣味科普志愿活動，以實景探秘、校園宣講、社區(qū)講座、科普文章等方式，向中小學(xué)師生等群體講解科學(xué)奧秘、低碳生活、雷電防護等課程，普及可持續(xù)發(fā)展理念和科學(xué)知識，獲評中國科協(xié)科技志愿服務(wù)隊先進典型、江蘇省青年志愿服務(wù)行動組織獎等榮譽。

蘇俊霖表示，“創(chuàng)新賦能生活，科技改變未來！我們將充分激發(fā)青年的創(chuàng)新潛能與活力，堅持研究與探索，不斷創(chuàng)新突破，力爭為世界防雷貢獻更多青春智慧。”接下來，團隊將持續(xù)加強科技攻關(guān)和國際合作，不斷推進國際交流和志愿服務(wù)，以實際行動為全球防雷貢獻中國方案和青年力量。

責(zé)任編輯 陳晰