軌道交通不僅是國家綜合交通體系的脊梁，更是推動經(jīng)濟增長、區(qū)域協(xié)調(diào)、民生改善和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略基石。作為“國家名片”，中國高鐵在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先水平，短短三十年間以自主技術(shù)創(chuàng)新突破全球壁壘，其發(fā)展歷程凝聚著中國科學(xué)家群體的智慧與擔當。

4月26日下午，軌道交通工程專家、中國科學(xué)院院士、美國工程院外籍院士、西南交通大學(xué)首席教授翟婉明，以“中國高鐵發(fā)展及其面臨的科技挑戰(zhàn)與對策”為題為北大師生帶來分享。活動由北京大學(xué)博雅特聘教授、光華管理學(xué)院副院長、北大光華前沿科技場景實驗室主任張影主持。北大師生、光華校友以及企業(yè)嘉賓等200余人，參加了本次活動。

本次活動作為2025年北大光華前沿科技場景實驗室“科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇”系列活動之一，旨在響應(yīng)北京大學(xué)“科技創(chuàng)新年”的重要工作部署，聚焦前沿科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新融合，探索復(fù)合型人才培養(yǎng)的新路徑。

開幕致辭

在致辭中，張影首先對翟婉明院士以及現(xiàn)場觀眾的到來表示了熱烈歡迎，并介紹了翟婉明院士的學(xué)術(shù)研究與杰出貢獻。同時，張影也對當前科技創(chuàng)新與軌道交通發(fā)展的重要性、光華管理學(xué)院的發(fā)展情況以及本次論壇的舉辦背景進行了介紹。

張影指出，當前世界范圍內(nèi)科技革命與產(chǎn)業(yè)變革加速演進，軌道交通作為國家綜合交通體系的 “脊梁”，正深刻重塑世界和區(qū)域經(jīng)濟版圖。在國內(nèi)，建設(shè)交通強國、實現(xiàn)高水平科技自立自強已上升為國家戰(zhàn)略。翟婉明院士的科研之路，不僅是個人學(xué)術(shù)生涯的奮斗史，更是中國軌道交通實現(xiàn)跨越發(fā)展的生動寫照。

“在當前時代背景下，教育不僅是精神和知識傳承的載體，更是科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級的引擎。時代的發(fā)展對高等教育也提出了新的要求，既要培養(yǎng)掌握前沿技術(shù)的專業(yè)人才，也要孕育兼具工程思維與商業(yè)洞察力的復(fù)合型創(chuàng)新人才。正是基于對國家戰(zhàn)略需求的深刻把握，光華管理學(xué)院發(fā)起科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇，旨在打破學(xué)科壁壘，推動技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的深度融合。”張影說。

最后，張影表示，今年正逢北京大學(xué)“科技創(chuàng)新年”，關(guān)鍵之年當有關(guān)鍵之為。光華管理學(xué)院愿與各界攜手，共同探索更深層次的學(xué)科交叉融合及復(fù)合型人才培養(yǎng)路徑，加速構(gòu)建從“基礎(chǔ)研究”到“技術(shù)開發(fā)”再到“商業(yè)轉(zhuǎn)化"的全鏈條育人模式。

當前，我國的軌道交通與高鐵發(fā)展已進入到智能化、綠色化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期。翟婉明院士結(jié)合自身的學(xué)術(shù)研究與工程實踐，與北大師生共同探討了軌道交通發(fā)展與中國高鐵的未來，以創(chuàng)新驅(qū)動鞏固“國家名片”地位，助力經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。

主旨分享

以“中國高鐵發(fā)展及其面臨的科技挑戰(zhàn)與對策”為題，翟婉明院士圍繞中國高速鐵路發(fā)展歷程、中國高鐵面臨的科技挑戰(zhàn)與對策、中國高鐵未來發(fā)展展望等三方面內(nèi)容進行了分享。

首先，翟婉明院士對中國高速鐵路的發(fā)展歷程進行了回顧。翟婉明院士表示，中國鐵路經(jīng)過二十余年的跨越式發(fā)展，徹底改變了長期落后的面貌，取得了舉世矚目的成就。經(jīng)過六次鐵路大提速，既有線上列車最高運行速度從100km/h以下提高到了200-250km/h，成為既有線提速幅度最大的國家，極大地提高了鐵路運能。如今，中國高鐵已建成并投入運營的里程超過4.8萬公里，最高運營速度達到350km/h，成為世界上高速鐵路運營規(guī)模最大、運營速度最高的國家。

翟婉明院士指出，在取得巨大成就的過程中，我國高鐵不斷面臨著一系列科技方面的挑戰(zhàn)。

“我國幅員遼闊，高鐵橫跨縱躍東西南北中，高鐵線路穿越沙漠區(qū)、大風區(qū)、地震區(qū)、濕熱區(qū)、黃土區(qū)、高寒區(qū)、軟土區(qū)、臺風區(qū)等等，運營環(huán)境復(fù)雜多變。我國高鐵在設(shè)計、建造與運營中面臨的挑戰(zhàn)之多、難度之大，世界罕見。”翟婉明院士表示。

挑戰(zhàn)1：高速鐵路曲線如何設(shè)計？

高鐵線路平面曲線和縱斷面曲線直接影響高速行車安全性與平穩(wěn)性，不同速度等級的高鐵曲線設(shè)計參數(shù)如何確定，在高鐵設(shè)計之初一片空白。對此，翟婉明院士表示，只能依靠科學(xué)技術(shù)，通過動力學(xué)理論開展高速行車性能仿真評估，反推線路設(shè)計參數(shù)。翟婉明院士提出的車輛-軌道耦合動力學(xué)新理論，首次將車輛與軌道一體化研究，能夠模擬高速列車在不同線路設(shè)計方案上的運行行為，實現(xiàn)行車安全評估，為高鐵選線設(shè)計提供了先進手段。基于該理論提出的車輛與線路動力性能最佳匹配設(shè)計方法，可以確定出最優(yōu)的曲線設(shè)計參數(shù)。而多次現(xiàn)場試驗，也驗證了該理論方法的正確性，該方法已在我國高鐵線路設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。

挑戰(zhàn)2：如何保障橋上高速行車安全平穩(wěn)性？

以前，我國鐵路橋梁設(shè)計標準僅適用200km/h以下速度，無法滿足200-350km/h高鐵橋梁設(shè)計需求，如何評估確認高速列車過橋的安全性？針對這一挑戰(zhàn)，原鐵道部設(shè)立重大科技專項，組織國內(nèi)優(yōu)勢力量，成立跨學(xué)科課題組，翟婉明院士擔任組長，研究建立了列車-軌道-橋梁動力相互作用理論，研制了高速列車過橋動力學(xué)分析系統(tǒng)TTBSIM，提出了高速列車過橋動態(tài)設(shè)計安全評估方法。該技術(shù)已全面應(yīng)用于我國高鐵橋梁動力安全設(shè)計，直接支撐了高鐵橋梁工程建設(shè)。

挑戰(zhàn)3：如何自主研制適合中國鐵路運行的高速動車組？

引進動車組設(shè)計制造標準不統(tǒng)一，不能互聯(lián)互通，運營組織困難，維修成本極高。我國高速列車采用“引進消化吸收再創(chuàng)新”模式。然而，有兩個難點需要解決：一是如何在短時間內(nèi)消化世界上四種源于不同技術(shù)體系的動車組技術(shù)，二是引進動車組基于國外標準設(shè)計，不完全適用于中國鐵路，如何提高其線路適應(yīng)性。鐵路部門的解決思路是——剖析國外高速動車組設(shè)計原理，破解國外高速動車組技術(shù)標準，掌握國外高速動車組關(guān)鍵技術(shù)。通過“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān)，我國先后掌握了動車組總成、車體、轉(zhuǎn)向架、牽引變流器等核心技術(shù)，實現(xiàn)了我國高速列車技術(shù)“從無到有”，構(gòu)建了高速動車組研發(fā)與制造平臺，形成了技術(shù)研發(fā)隊伍，為高速列車技術(shù)再創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。我國隨后于2012年組織開展“中國標準動車組”復(fù)興號高速列車的自主化研制工作。

挑戰(zhàn)4：不同類型動車組與不同制式軌道的運營匹配性

不同制式車輛、軌道的組合匹配，帶來了一系列國外高鐵未曾遇見的問題：部分線路區(qū)段乘車舒適性下降，某些線路出現(xiàn)晃車、抖車等異常振動，輪軌異常磨損問題等。翟婉明院士表示，通過一系列的理論研究、現(xiàn)場試驗與工程實踐，這些問題基本得到控制。然而，解決我國高鐵出現(xiàn)的車-軌匹配問題，需要在長期運營實踐中不斷研究探索。

挑戰(zhàn)5：如何保持高速列車長期運營的平穩(wěn)性？

在高鐵運營的過程中，為了實現(xiàn)高平穩(wěn)性與高舒適性，主要的對策：一是通過對高速列車系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，保證優(yōu)秀的車輛動力學(xué)性能；二是建設(shè)高標準高鐵線路，實現(xiàn)亞毫米級的精度控制，確保軌道幾何形態(tài)的高平順性。但面臨的問題是，隨著高鐵運營時間的增加，在高速列車動荷載與復(fù)雜環(huán)境因素的交互作用下，高鐵基礎(chǔ)沉降、軌道結(jié)構(gòu)變形、輪軌界面磨損等問題逐漸顯現(xiàn)。這些問題將惡化軌道幾何形態(tài)，加劇車輛振動，導(dǎo)致乘坐舒適性下降。那么，如何長期維持高鐵軌面幾何形態(tài)的高平順性？翟婉明院士表示，在國家973計劃、NSFC重大項目持續(xù)支持下，已完成高速鐵路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)性能演變及服役安全相關(guān)基礎(chǔ)研究，為制定高鐵運維標準打下一定基礎(chǔ)。但科學(xué)制定出《中國高鐵線路運維標準》，仍然是當前及今后的重要任務(wù)。

挑戰(zhàn)6：超大高鐵網(wǎng)的智能監(jiān)測與安全預(yù)警

我國地質(zhì)氣象環(huán)境極其復(fù)雜，地震、強風、泥石流等自然災(zāi)害均會威脅高鐵行車安全。在這樣的背景下，要依靠現(xiàn)代化的智能感知、實時監(jiān)測與在線評估技術(shù)，構(gòu)建高鐵運營安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，保障高鐵安全。目前我國已著手開展典型高速動車組服役性能長期跟蹤監(jiān)測，以及關(guān)鍵高鐵線路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)性能長期監(jiān)測。翟婉明院士指出，我國高鐵規(guī)模世界第一，運行環(huán)境復(fù)雜多變，國內(nèi)外罕見，構(gòu)建高鐵全網(wǎng)安全監(jiān)測預(yù)警體系，任重道遠，亟待加快推進步伐。

最后，對于中國高鐵未來的發(fā)展，翟婉明院士帶領(lǐng)大家進行了展望。翟婉明院士表示，中國高鐵已經(jīng)由大規(guī)模“設(shè)計建造”階段轉(zhuǎn)入長期、安全、穩(wěn)定“運營維護”階段，現(xiàn)階段的重點任務(wù)是建立與完善“中國高鐵運營維護技術(shù)標準”、研究建立“中國高鐵安全監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)體系”。

在他看來，未來中國高速鐵路的發(fā)展方向，將是：更高速快捷——要探尋高速列車最高運營速度的最佳目標值；更安全可靠——要確保高速列車在任何時刻、任何位置、任何環(huán)境條件下始終處于安全狀態(tài)；更綠色環(huán)保——速度不是唯一追求目標，綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展是前提條件；更智能方便——要借力現(xiàn)代信息化與智能化技術(shù)，給老百姓乘坐高鐵帶來更好體驗。

“為了實現(xiàn)這些目標，需要進一步實現(xiàn)中國高鐵技術(shù)的發(fā)展與突破。首先，要實現(xiàn)高鐵長期運營的安全性、可靠性與經(jīng)濟性；其次，要建立先進的高鐵運營維護技術(shù)體系和安全預(yù)警系統(tǒng)；第三，研究低能耗、低振動、低噪聲的高鐵技術(shù)；最后，推動現(xiàn)代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)在高鐵上的應(yīng)用。”翟婉明院士說。

翟婉明院士表示，中國高鐵發(fā)展的最終目標，就是要實現(xiàn)中國高鐵持續(xù)引領(lǐng)世界的偉大夢想。

互動交流

分享結(jié)束后，對于現(xiàn)場觀眾提出的人工智能等前沿技術(shù)在高鐵發(fā)展中的運用、高速磁懸浮列車的布局與發(fā)展、川藏鐵路的規(guī)劃建設(shè)與技術(shù)難題、海底隧道的建設(shè)與發(fā)展等問題，翟婉明院士一一進行了解答。

正如翟婉明院士所說，“沒有端正的態(tài)度，就不會有吃苦耐勞的精神，很難長時間專注研究。坐不得冷板凳，靜不下心，就干不出成績。”在他看來，科學(xué)研究是教學(xué)的一種特殊形式，本身就有育人作用，尤其對于研究生教育更是如此。在重大的科研實踐中培養(yǎng)高層次人才，是翟婉明院士在人才培養(yǎng)中始終堅持的方向。

本次活動不僅是前沿科學(xué)的盛宴，更是科學(xué)家精神的傳承之旅。翟婉明院士結(jié)合自身的學(xué)術(shù)研究與工程實踐，與北大師生共同探討了中國高鐵的過去、現(xiàn)在和未來，希望通過翟婉明院士的分享，讓我們更加深刻地理解科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的力量，思考如何將前沿科技轉(zhuǎn)化為國家戰(zhàn)略競爭力，感受科研歷程背后的科學(xué)家精神與科技報國的初心。

作為積極響應(yīng)北京大學(xué)“科技創(chuàng)新年”的活動之一，光華管理學(xué)院舉辦“科技前沿與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新論壇”不僅是進行一次學(xué)術(shù)交流，更是探索更深層次的學(xué)科交叉融合及復(fù)合型人才培養(yǎng)路徑的一次重要嘗試。面向未來，我們期待北大光華前沿科技場景實驗室能夠持續(xù)發(fā)揮平臺作用，吸引更多頂尖科學(xué)家和行業(yè)領(lǐng)袖參與，共同推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，為我國乃至全球的科技發(fā)展貢獻智慧和力量。

北大光華前沿科技場景實驗室

2024年6月，北京大學(xué)光華管理學(xué)院成立“前沿科技場景實驗室”，聚焦人工智能等前沿技術(shù)發(fā)展帶來的全新商業(yè)機會、以場景驅(qū)動技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的深度變革，并與全球科技企業(yè)、創(chuàng)新機構(gòu)、行業(yè)專家緊密合作，積極推動具備經(jīng)管知識儲備、科技理解力、行業(yè)洞察力的復(fù)合型人才培養(yǎng)。

來源 |北大光華前沿科技場景實驗室

排版 |李珅

編輯 |王蒙

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