时速400公里高铁或将呼啸而来在西南交通大学牵引动力国家

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在西南交通大学牵引动力国家重点实验室，翟婉明（左一）在指导学生。新华社发

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京沪高铁。图据京沪高速铁路股份有限公司
我国已布局研制更高时速新型高速列车、建设预留更高时速运行条件线路。在专家看来，未来中国高铁将更高速、更智能。时速350公里，是目前我国高速铁路最高设计标准。高速铁路最高运营速度到底多少合适？这是世人普遍关心的问题，中国科学家正在给出答案。 “设计时速400公里，曲线参数可行。 ”7月20日，在西南交通大学牵引动力国家重点实验室内，中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士、西南交通大学首席教授翟婉明正带领团队，用“翟模型”对时速400公里线路设计参数进行仿真验算。 “翟模型” ，是翟婉明首创的“车辆-轨道耦合动力学”全新理论体系。其核心模型“车-轨耦合” ，已成为国内外轨道交通动力学研究的基本方法，也是中国高铁速度不断提升的重要理论支撑。
“车-轨耦合”博士生创建全新模型
1990年夏，年仅27岁的西南交通大学在读博士生翟婉明，首创一种快速显式数值积分方法，用以求解复杂大系统动力学问题，并成功解决了长大重载列车纵向动力学快速模拟问题。这一方法，后来被国际同行誉为“翟方法” 。那年，适逢国家启动“八五”重点科技攻关项目，翟婉明有了更大的科研舞台。 “列车要重载，还要减轻对线路的破坏。 ”作为攻关项目“减轻重载列车与线路相互作用研究”的具体执行人，翟婉明深感棘手。在铁路工程领域，车辆、轨道一直是两个独立的研究系统，分属经典的车辆动力学、轨道动力学理论体系。然而，这两个理论都难以解决攻关中的问题。 “车辆在轨道上行驶，二者相互影响、相互耦合，构成了一个相互依存的动力学系统。 ”历经反复思索，翟婉明灵光乍现，可否将“车-轨”耦合起来，构建统一模型？石破天惊的想法，犹如投进湖中的石子，激起层层涟漪。在吸纳车辆、轨道动力学成果基础上，翟婉明创建了“车-轨”统一模型。由此产生的庞大规模动力学计算难题，又恰好被“翟方法”解决了。科研之路，蜿蜒曲折。随后的调试程序给了翟婉明当头一棒——因为计算结果与实际不符，仿真计算中，在轨道上行驶的车辆，竟然飞离了轨道。 “翟婉明，你把火车都开上天了！”质疑、奚落声一片。震惊之余，翟婉明没有泄气。他反复思考，确信研究方向正确。看来，是计算程序出了错。逐一排查成千上万条编程语句， 20多天后的一个深夜，翟婉明终于找到编程语句中的一个参数错误。 1992年， “翟模型”破茧而出，为减轻重载列车与线路相互作用研究提供了理论方法，保证了国家重点科技攻关项目的顺利完成。
【时速400公里高铁或将呼啸而来】缺少标准“翟模型”算出最优方案
2004年，中国高铁开始起步。没有设计标准，工程建设面临一系列挑战。 “到底哪个设计方案可行？”2005年的一天，拿着广深港（广州—深圳—香港）高铁穿越狮子洋的4种选线设计方案，设计单位技术负责人忐忑不安。广深港高铁是中国高铁网主骨架之一，需跨越珠江口内水域的狮子洋，地形条件复杂。经过一年多勘测，设计单位提出了4种选线方案，并首次涉及30‰以上大坡度纵断面。高速列车以时速300公里通过如此大的纵坡，能否安全平稳？这道重大工程技术难题，在世界高速铁路线路设计史上，前所未遇。设计负责人找到了翟婉明。 4种选线方案参数被逐一输入“翟模型” ，经过计算机模拟分析，再加上动力学安全评估，翟婉明找出了其中的最优者：途经沙仔岛的长大隧道设计方案——这一方案最终被设计单位采纳。 2011年12月，广深港高铁广深段正式开通运营。至今超过10年的运营实践表明，高速动车组在狮子洋段行车安全平稳。在理论—试验—应用—理论的螺旋式进程中， “翟模型”不断丰富与完善，被成功应用于中国高铁一个个工程现场，解决了一系列实际难题。