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  正弦研究所是在国际合作新形势下组建起来的研究机构,但她的历史却可以追溯到1993年。这是一段理论研究如何应用到工程实践的科研历史,如同正弦波一样跌宕起伏。这也从一个侧面反映了科研成果真正转化为生产力的过程是不平坦的,值得令人回味……

  (1)组建研发团队,承担中国公路领域首个研究连续压实控制问题的课题

  1993年,黑龙江省交通厅就“碎石土路基施工质量控制”问题立项进行研究,以当时的哈尔滨建筑大学(2000年与哈尔滨工业大学合并)和哈尔滨至绥芬河公路建设指挥部为主要研究力量。由于碎石土路基颗粒粒径的原因,一般不能进行压实度检测,因此这个课题的主要目的就是想研究一种适合碎石土路基压实质量检测的新方法。当时了解到瑞典有一种装在振动压路机上进行连续检测的技术(压实计),研究人员也想研究这类连续检测的技术,于是邀请在哈尔滨铁路局从事动态测试工作的徐光辉参加,负责测试技术,形成了多部门参与的课题组,这也是现在研发团队的雏形。这个研究项目也是中国公路领域第一个政府部门立项支持的科研课题。

  立项当初,课题组成员满怀激情,斗志昂扬,迎来了这项科研的第一次“波峰”期。但随着研究的深入,测试数据的增多,发现问题远非当初设想的那样,压实计方法在碎石土路基中的检测是失败的,其结果无法正确反映压实质量。在此期间,课题组成员还尝试过各种方法,如简易的冲击试验方法(俗称小FWD)等,但都没有解决粗粒料的粒径效应问题和连续检测问题。逐渐地,科研工作进入了“波谷”期,初期成员陆续撤离课题组。工作重心也从现场试验转移至室内,自行设计了简易的试验设备来模拟压路机的现场振动压实。

  面对大量的测试数据,如何处理仍然没有好的办法,尝试过各种信号处理方法,如频谱分析、功率谱分析和小波分析等,但均没有成功,研究工作持续处于“波谷”期。

  (2)坚持自主创新,提出连续压实控制的动力学方法

  在进行室内试验的同时开展了理论研究,并逐步意识到振动压路机碾压填筑体是一个复杂的动力学问题——“刚性圆柱体与弹塑性填筑体相互动态作用及其参数识别与控制问题”。但这个问题在力学上还没有动力学的解析解答,更谈不上识别路基结构的参数了。只能另辟蹊径,重新整理思路,寻找其它方法。理论上,将压路机碾压问题回归到力学分析上来;实践上,继续利用自行设计振动压实试验系统进行模拟试验,开始了自主创新的过程。

  自主创新需要改变思路,更新思想,需要多个专业的协调攻关,最终要把成果落地,真正应用到工程实践中,形成特色的实用产品。受体制限制,这些问题单凭高校一个课题组的力量是无法解决的,并且很多国内外高校都普遍存在热衷于发表论文、评奖,各学科之间难于密切配合,办事拖拉等问题,难于开发真正的实用技术。为此,徐光辉利用不是高校教师的身份,牵头成立了独立于高校的民营科研机构——东北道路研究所,这才是正弦研究所的真正前身。

  东北道路研究所聘用了一些其它高校、其它专业的研究生以及一些科技公司的专业工程师等进行测试系统的软硬件研发,以保证课题试验的独立性。1998年,提出了基于路基结构抗力指标的连续压实控制(智能压实)动力学方法,从压实程度、压实稳定性和压实均匀性方法同时控制压实质量。1999年,成功研制了第一代试验用的压实过程监控系统,并获专利。由此,这项研究工作又进入了“波峰”期。在此期间,利用自行研制的监控系统,结合多个省部级科研项目,在东北三省的高等级公路建设中进行了大量的现场试验工作,取得了令人满意的结果。

  2004年,徐光辉调入哈尔滨工业大学工作,受外界多种因素的影响,研究所关闭,但组建的研发团队依然存在,核心成员没有放弃研究,一直在默默无闻地继续从事这项技术的研究工作。可以说,此时的研究不是为了完成某一个任务,完全是凭着兴趣爱好集中在一起研究的!

  在这期间,徐光辉博士主要对理论问题做了进一步的研究,初步解决了刚性圆柱体与弹性体相互作用时的位移近似解答问题,由此可以识别填筑体结构的模量,满足工程精度要求,为发展高级智能压实技术奠定了基础。

  (3)制定行业标准,推进工程应用

  2007年,在西南交通大学有关领导的支持下,铁道部主管建设的领导了解到这项技术的特点之后,认为高速铁路路基非常需要这项技术进行全面的压实质量控制,以提高高铁路基的施工质量,确保行车安全。在主管领导的亲自过问和关心下,在科技司和建设司等部门的支持下,研究团队从理论体系、测试技术、工程应用和行业标准等方面,对这项技术再一次进行了系统研究,取得了系列成果。徐光辉博士也于2009年被西南交通大学引进到该校工作,主持国家行业标准的研究和编制工作。

  2011年11月,徐光辉教授主持编制的中国首部智能压实方面的国家行业标准《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》(TB10108-2011)经铁道部批准颁布实施,这是目前世界上内容最全面的一部标准,也成为后来其它部门制定相关标准的母版。铁道部于2012年3月在北京组织召开了全路压实标准宣贯大会,以推广普及这项新技术。随后的几年里,徐光辉教授多次受邀为各铁路建设单位组织的压实标准宣贯会讲授技术标准。2015年6月,由徐光辉教授主持编制的中国铁路总公司企业标准《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》(Q/CR9210-2015)颁布实施,2016年由铁路总公司组织力量翻译成英文版。

  智能压实技术在铁路建设中的应用也是跌宕起伏。2012年,正要准备在高铁建设中进行全面应用时,由于众所周知的原因,高铁建设下马,直到2014年才逐步恢复。但形势发生了很大变化,受经济利益驱使,很多仿制早期压实计(CMV)的商家,随意仿制一套电子量测设备,全然不顾给高铁路基质量控制带来负面作用的风险,凭借种种关系,打着符合标准的幌子,企图在高铁建设市场占有一席之地。技术推广变成了防伪打假,已经远远超出了科研工作者的范畴!同时来自多层面的阻挠,也妨碍了标准的全面实施。此乃一大特色也!

  尽管发生上述一些不良现象,但青山遮不住,毕竟东流去!还是有许多铁路建设部门按照标准要求进行了推广应用,取得了很好的效果,解决了很多传统“点式抽样”检验控制没有发现和解决不了的问题,保证和提高了施工质量。为此,人民铁道报2016年1月27日头版以“高铁路基填筑监控技术取得重大突破”进行了新闻报道;在2016年1月25日人民铁道报的工程建设周刊中,用半版的篇幅、以“高铁路基工程质量新卫士——中国铁路总公司研发高铁路基连续压实控制技术纪实”为题进行纪实报道,较为详细地介绍了这项技术的研发过程。光明日报在2016年8月26日创新版块中刊登了徐光辉教授的“自主创新会带来高水平的国际合作”文章。这些媒体报道,对普及推广这项新技术起到了正面作用。

  除了进行压实技术标准的宣贯外,从2012年起截止到目前(2017),徐光辉教授代表研发团队多次受邀在相关的国内外各种会议上做主旨演讲,介绍和普及智能压实控制技术。主要包括中国工程机械工业协会路面与压实机械行业年会(2012~2017),第九届道路与机场铺面工程国际会议(ICPT 2015),国际交通研究代表大会(TRC2016),国际交通基础设施和材料会议(IACIP2016、2017),第一届国际智能建设技术会议(IICTG2017)等。

  此外,徐光辉教授的首部智能压实技术专著《路基连续压实控制动力学原理与工程应用》2016年已由科学出版社出版,这是对早期科研工作进行较为全面的总结,是智能压实系列之一。人民铁道出版社约稿的《高速铁路路基连续与智能压实控制导论》一书也即将出版,为智能压实系列之二,论述了一些最新研究成果。国际合作项目《智能压实理论与实践》一书也在策划之中。这些都会进一步推动这项技术的普及应用。

  高速铁路目前以桥梁隧道为主,路基所占比例不大。但公路路基却是占据主导地位,更需要前面进行质量控制。由徐光辉教授主持编制的中国首部连续压实控制系统(产品)方面的行业标准《公路路基填筑工程连续压实控制系统技术条件》(JT/T 1127-2017)于2017年由交通运输部批准颁布实施,将有助于在公路系统推广普及智能压实与智能建设新技术。

  (4)创建国际学会,组建国际研发团队走向世界

  随着中国在智能压实技术方面取得的研究进展和行业标准的建立,也引起了国外同行的广泛关注。这项技术发展较早的国家如瑞典和德国等,都对中国的行业标准进行了认真研究,并通过各种渠道与我们建立了联系。美国也有多家企业与我们进行了技术交流。这些交流为中国技术走向世界奠定了基础。

  国际上与我们同时代研究的还有德国,但技术一直保密。本世纪初,德国某著名企业在北京介绍智能压实的小型会议上,给中国专家发的资料中,其参考资料几页被撕掉。然而,自中国的行业标准颁布之后,他们主动联系,寻求交流与合作。前后发生的变化使我们深深体会到,只有真正是自己搞出来的先进技术,人家才愿意与你交流,所谓“弱国无外交”,科研也是如此。那种跟在别人后面模仿是很难得到人家尊重的!

  2015年,受美国著名智能压实专家、国家标准编制者George.Chang博士相邀,徐光辉博士出席第九届道路与机场铺面工程国际会议(ICPT 2015),与George.Chang博士相识。很快他们由相识、相知,变为紧密合作的伙伴,组建了国际智能建设技术研发团队,由此拉开了中美两国在智能建设领域内合作的序幕。2016年,由他们牵头并联合Antonio Gomes Correia教授(葡萄牙米尼奥大学,欧盟智能压实标准编制者)、Soheil Nazarian教授(美国德州大学埃尔帕索分校,著名压实专家)共同发起成立了国际智能建设技术学会(IICTG),徐光辉为首任秘书长,George.Chang为首任主席。IICTG很快就成为了基础设施智能建设技术的国际知名交流合作平台。

  2017年9月,在美国明尼苏达州召开了第一届国际智能建设技术会议(IICTG2017),吸引了全世界170多位不同领域的相关专家学者参会。美国政府联邦公路局(FHWA)主导了这次大会,取得了极大的成功。会上,徐光辉和George.Chang合作发布了关于对智能压实进行技术原理分级的研究成果,引起广泛关注,已经被FHWA改写为美国政府技术文件发布(文件编号:FHWA-HIF-17-046)。此成果将规范智能压实技术,指导相关研究方向,更好地发展高级智能压实技术。

  此外,在IICTG2017大会上,我们提出筹建“国际智能建设技术研究中心”的倡议得到与会各国专家的积极响应,筹建工作已经开始。目前筹建研究中心的工作暂挂在正弦研究所名下进行,待时机成熟后,将在中国、美国、欧洲及非洲选址独立运行。

  1993年至今已经走过了25年不平凡的路程。在正弦智能建设技术研究所组建之际,回首过去,别有滋味。二十五载春秋岁月,二十五载奋斗历程。昨天的努力换来了今天的一点成功,可以自豪地说,我们站到了世界前沿。相信国际研发团队会创造出更辉煌的明天!

  (2018年元月)

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