2020年1月10日，北京，余志武、谢友均、何旭辉在人民大会堂前合影——一个学院三任院长、三个国家科学技术奖，共同服务于我国高铁建设。这是中南大学土木人的高光时刻。

余志武(中)、谢友均 (右)、何旭辉 (左)在人民大会堂前合影留念。

桥上行车，抗震有方

2004年，随着国务院《中长期铁路网规划》的通过，高速铁路建设从规划走向落地。而真正的“落地”是伴随着一个又一个未知难题的解决推进的。例如，在遭遇地震时，高速运行的高铁脱轨概率极高。如何提高地震区高速铁路桥上行车安全性？荣获2019年国家技术发明二等奖“高速列车-轨道-桥梁系统随机动力模拟技术及应用”解决了这一难题。

2007年起，余志武与蒋丽忠带领团队将“高速”和“随机”纳入“车-轨-桥”研究范畴。

“轮轨接触存在随机性，如何将轮轨之间随机接触完整模拟出来，成为研究的难点。此外，大地震的发生频率较低，项目研究也不具备现场实验的条件。”项目成员国巍教授介绍。

基于现实研究需求，实验模拟和计算机模拟的想法应运而生。团队将列车、轨道、桥梁以1:10的缩尺比例“搬到”实验室的振动台上，借助高速摄像机记录车轮和轨道的接触情况，观测行车的平稳度和翻车脱轨的发生情况，通过视觉与智能方法捕获地震导致列车脱轨的极端状态，反演获取轮轨力。团队同步研发1:1还原实验对象的计算机仿真模拟，以此解决复杂系统动力性能数值随机模拟的难题。“两架马车”并驾齐驱，为高速列车-轨道-桥梁系统动力及抗震性能评估提供了科学精准手段。同时，这个振动台支撑团队自主研建了全球唯一的地震下铁路桥上行车安全试验系统，解决了强震下铁路桥上行车模拟难题，实现了关键试验设备从“0”到“1”的突破。

高速铁路建造技术国家工程研究中心抗震实验室的四台阵六自由度振动试验台

减轻桥梁震损的减隔震支座、保障桥梁震时安全的防落梁措施、转移灾害能量的转控技术……建构起一套完整的抗震与减隔震技术。各类装置技术协同作用，朝着地震突发时“小震正常行车、中震限速行车、大震性能功能快速恢复”的高铁运营目标迈进。

目前，高速列车-轨道-桥梁系统随机模拟技术在贵广、沪昆等27条铁路1600余座桥梁中得到应用。项目成果被纳入我国《高速铁路设计规范》《铁路工程抗震设计标准》等行业标准。

助力高铁，御风飞驰

当大桥遇上狂风，主梁和其他主要承重构件会有可能产生较大幅度的振动，一旦发生行车事故，轻则路网中断，重则车毁人亡。

为助力高铁“御风飞驰”，何旭辉团队经过10余年的理论和技术创新，在试验系统建设、安全评估理论、协同抗风设计等领域取得重大突破。“强风作用下高速铁路桥上行车安全保障关键技术及应用”获2019年国家科学技术进步二等奖。如今，项目成果被运于京沪高铁等40余座大跨度桥梁工程中。

“截至2022年底，全国高铁里程达4.2万公里。高铁线路超过一半是桥梁，公交化运行的高速列车在时空上很难避开强风作用。科研工作者有责任向高峰发起挑战。”何旭辉说。

空气流动时会对工程结构产生一定压力，即“风荷载”。如何精准测算风荷载量，成为团队冲锋路上的荆棘之一。为此，团队以1:20的缩尺比例模拟横风条件下高速列车的桥上行车情况，通过高精度传感器测量列车的风荷载量。这套自主研建的高速铁路风洞及横风-移动车-桥试验系统，为高铁车-桥系统气动特性识别提供了成套技术装备。

风工程研究中心里，已经完成风洞实验的部分桥梁模型

除了在精度上花功夫，团队还在广度上下苦工。由于高速列车自重较大、运营速度高，在长期高速行进过程中可能使轨道乃至桥梁发生形变。传统的动力响应分析只考虑到了车-桥系统，而忽视了强风的汹涌威力。鉴于现存的技术窠臼，团队首次建立桥上典型列车气动力模型，将风的非平稳特性、列车和桥梁的外形差异等因素纳入分析过程，建立强风作用下高速铁路车-桥耦合振动精细化分析方法，开辟了动力响应分析和安全评估理论的新思路。

此外，团队还打出了一套综合保障强风作用下桥上行车安全的“组合拳”：分布式辅助索等新型抑振措施，考虑风屏障、车辆和桥梁等多目标的协同抗风设计方法，百叶窗型、合页型和组合型等新型风屏障形式……

筑牢基石，更稳更快

我国高速铁路基础设施建造主要涉及无砟轨道结构、桥梁、隧道等。其中，无砟轨道结构是高铁线路基础设施的核心部件，要求具有毫米级的高平顺性、高可靠性和高耐久性，从而保障高速列车能够高速飞驰和平稳运行。作为确保高铁工程安全可靠和百年耐久的基石，高性能混凝土在高速铁路无砟轨道等基础设施建造过程中发挥关键作用。

中国幅员辽阔，气候差异大，高铁需穿越高寒、高原、亚热带沿海等复杂地域环境。传统铁路混凝土内部裂隙或缺陷多，在高速列车高频动载和多重环境作用下，易发生形变甚至开裂，疲劳寿命短，难以满足高铁工程“少维护、免维修”的建设目标。

“为确保高铁服役安全，研发出高稳定性、高耐久的高性能混凝土等先进土木工程材料势在必行。”谢友均团队针对组成多样、孔隙各异等复杂结构特征的混凝土材料，创新胶凝材料体系配伍和骨料优选技术，提出基于基体密实、界面过渡区强化以及微缺陷自修复等原理的高性能混凝土设计方法，有效提升混凝土的抗裂性和抗疲劳性能以及长期耐久性。

除了从材料组成设计着力，团队还将混凝土的生产条件、施工工艺、养生环境纳入考量，研制出系列高性能混凝土。兼具高黏结性和高稳定性的自密实混凝土就是团队的“王牌”产品之一。同时，团队针对大规模应用于铁路预制构件的蒸养混凝土，创新提出了蒸养混凝土热伤损理论，研发了高铁无砟轨道板和箱梁用高性能蒸养混凝土制备与应用成套技术，解决了高速铁路无砟轨道板、桥梁梁体的高品质制造难题，支撑高铁高质量建造。

谢友均调研青藏铁路沿线混凝土材料服役现状

实验室是他们的主战场，铁路线则是他们的练武场。为了打通从研究到产品的“最后一公里”，团队基于理论成果和实验参数，参与构建混凝土材料设计、施工、验收技术标准体系，10多位教授深入第一现场，开展千余次培训会，承担技术指导、咨询任务。

经过十余年的检验和推广，约2亿方的高性能混凝土被广泛应用于京沪高铁、兰新高铁在内的所有高速铁路工程；同时，“高速铁路高性能混凝土成套技术与工程应用”这一项目正在稳健“出海”，为印度尼西亚、土耳其、尼日利亚等国的工程建设带去安全可靠的“中国方案”。

十余年来，中南大学土木工程学院与中国高铁建设事业同发展，聚焦高速铁路基础设施服役安全共性关键技术开展协同攻关，在高速铁路经时行为与性能研究、土木工程关键材料、高铁工程结构抗震研究、铁路桥梁抗风与行车安全、高铁数字化选线设计等多个领域开花结果。中南大学正逐渐成长为我国高速铁路建造与运维的科技创新研究高地。

（一审：于涛 二审: 王轩 三审：王建湘）