昨天有消息稱，中國時速500公裡動車組25日将在西南交大牽引動力實驗室試驗，這款“更高速度試驗列車”被車迷稱之為“CIT500”。但也有消息澄清，進行試驗的并不是CIT500，而是南北車研發的時速350公裡的最新一代中國标準動車組，未來将取代CRH380A、B、C、D四個車型，成為中國未來高速動車組的主力車型。也會是中國高鐵走出去的主力車型。無論是時速500公裡的新高鐵試驗，還是最新一代标準動車組，都意味着中國自主研發的高鐵再度取得了技術上的突破。

　　時速500公裡開展運營環境下的基礎理論研究是當今世界高速鐵路界尚未深入探索的領域，在此高速下，傳統認識的力學現象與行為極限狀态如何不得而知。而早在二十多年前，西南交大的沈志雲院士就已經開始思考這個速度，“提着腦袋”在西南交大建立了國際一流的試驗平台，試圖解開輪—軌這個黑匣子。

　　沈志雲，1929年出生，湖南長沙人。1952年畢業于唐山鐵道學院。西南交通大學教授，機車車輛動力學專家。1991年當選中國科學院院士，1994年當選中國工程院院士。他在機車車輛動力學尤其是輪軌動力學、運動穩定性、曲線通過理論和随機響應等研究方面成績卓著。其标志性成果有三：創建了輪軌非線性蠕滑力模型，即“沈氏理論”；主持研制成功中國第一台迫導向貨車轉向架，開創了無輪緣磨損新紀錄；主持建立的機車車輛整車滾動振動試驗台，達到國際先進水平。晚年一直堅持為發展高鐵奔走呼籲。

　　基本功的練就

　　1929年，沈志雲出生于湖南長沙。其父小學教師，其母家庭婦女。沈家并不富裕，兄長沈立芸是沈志雲人生領路人。自幼父兄教育他，隻有好好讀書才能有出息。抱着這樣的信念，沈志雲讀書非常用功。小學尚未畢業，日本侵略的戰火已燒至長沙，沈志雲随家人逃難到湘西。沈志雲在國師附中六年成績年年第一。國師附中的優秀教育給沈志雲打下了良好的基礎。

　　1944年，因戰火臨近，國師附中從湖南藍田六畝塘搬到溆浦，沈志雲與家裡失去了聯系，也失去了家裡的經濟支持，不得不在“半工半讀”中完成學業。高中畢業時，湖南臨近解放，沈志雲一心想參加革命工作。兄長沈立芸派人去國師附中将沈志雲“押”回家，讓他複習備考大學，還賣掉了自己的結婚戒指，讓沈志雲赴武漢趕考。沈志雲報考了唐山工學院、清華大學和武漢大學，皆被錄取。最後按兄長的建議選擇了唐山工學院，從此與鐵路結下了一世之緣。

　　1952年，因國家建設的需要，沈志雲提前從唐院畢業留校當助教。助教三年，沈志雲天天寫教案，試講，做習題，輔導學生，雖然沒能正式上講台，卻打下了紮實的理論力學功底。這對沈志雲其後的科學研究非常有幫助。

　　沈志雲的研究思路及方法的訓練主要得益于留學蘇聯攻讀副博士學位之時。1957年，沈志雲被國家選派去蘇聯留學，學習車輛修理專業。這個專業的技術含量不高，錢偉長在其出國的評審材料中批示：“希望以後不要再派學這種專業的人出國。”但是，沈志雲卻從這個學術含量不高的專業學習中受到了系統的學術訓練，養成了受益終身的學術思維與方法。

　　沈志雲的指導老師尼可拉耶夫曾經在修理工廠工作過十七年，深知實際生産過程中，有很多問題亟待解決。他給了沈志雲列有一百多個題目的選題清單，讓他先去工廠看看，根據實際需要選擇研究題目。就這樣，他給沈志雲指明了一個進入科學研究殿堂的切入口。沈志雲通過對工廠生産的實際調查，選擇了各工廠都期待解決的車輛修理中一次性落車（即車輛修理好後放置在轉向架上）的問題，成功解決了該問題，得到專家們的好評，獲得了副博士學位。而從實踐中發現問題，在理論上進行研究，再去實踐中進行檢驗，就成了沈志雲受益一生的研究模式。

　　一鳴驚人的沈氏理論

　　“文革”中，沈志雲被扣上了十八頂“高帽”，受到巨大沖擊。“文革”結束時，沈志雲已快五十歲了。為了趕上世界潮流，他如饑似渴地更新知識、閱讀專業文獻。他将每天的時間分成四塊，晚上10點以後的第四塊時間是他的學習時間，往往一學就到深夜兩三點。

　　1982年，沈志雲前往美國麻省理工學院（MIT）做訪問學者。在美國，53歲的沈志雲以“餓牛吃草”的狀态進行學習。一年多的時間，沈志雲聽了8門機械工程方面的課程，翻閱了美國MIT圖書館收藏的機械工程方面的全部論文。在MIT，他主要進行了輪軌蠕滑力的計算問題研究，并取得了重大突破。如何定量地确定輪軌蠕滑的力學特性，一直是車輛動力學的難題。國際學者沃爾妙倫、約翰遜等作了很多研究，其中卡爾克的研究最為突出。卡爾克将輪軌蠕滑理論由線性發展為三維的非線性理論，還設計出DUVOROL程序，是公認的最精确的蠕滑理論。但其計算量太大，又沒有顯式公式可以輸入，因此使用起來非常不方便，難以推廣。

　　同卡爾克教授（圖左）研讨輪軌接觸問題。

　　找到既快速又精确的輪軌蠕滑力計算方法是當時學術界高度關注的問題。沈志雲和MIT的指導教師赫追克都想在此有所突破。于是，這個任務就成了沈志雲在MIT的研究任務。沈志雲每周給赫追克彙報研究進展。後來，為了得到現場測試數據，他們又和卡羅拉多州普耶勃羅實驗中心的總工程師葉爾金斯合作，由葉爾金斯提供現場測試數據。沈志雲提出，可用卡爾克的線性理論來改造沃爾妙倫-約翰遜的線性公式，再用沃爾妙倫-約翰遜的非線性化的曲線來修正誤差。他的這種設想得到了赫追克和葉爾金斯的贊同。于是，沈志雲按照這個設想設計新的計算方法，将其制作成計算機程序。

　　聖誕節至元旦的這一周美國學校放假，學生回家了。沈志雲就利用實驗室的二十幾台計算機一起跑程序，二十四小時不間斷，做了整整一周。一方面，用卡爾克的方法做；另一方面，用沈志雲設想的修正方法做。整整一周，他不斷地巡視着每台計算機，大門都沒出去過。整座大樓寂靜無聲。困了，沈志雲就在機房的沙發上打個盹，餓了就在走廊上的自動售賣機裡買杯咖啡、買點餅幹充饑。一周下來，主體計算基本完成了。

　　結果非常理想，在主要的計算中兩組數據差距都不超過10%，完全可以工程應用。而新方法的計算速度比卡爾克的方法快幾十倍。研究成功了！赫追克和葉爾金斯對沈志雲拼命工作的印象非常深刻，稱他不僅思路清晰，而且“每天工作24小時”。

　　國際輪軌蠕滑力研究權威卡爾克對沈志雲等發明的這一方法給予了高度評價，說解決了他一直想解決而未能解決的問題，并稱這“是鐵道車輛動力學中能夠采用的最好的非線性蠕滑力模型，是鐵道車輛系統動态仿真最适用的方法，是1983年世界蠕滑理論新發展的标志”。後來卡爾克将這一方法命名為“沈-赫追克-葉爾金斯”理論，将其歸納為三維彈性體滾動接觸力學的第四大理論，并且說第四大理論是最适合于在車輛動力學中運用的理論。

　　零磨損的貨車迫導向轉向架

　　曲線區段上的鋼軌及輪緣磨損，是鐵路運營中遇到的一個嚴重問題，有時甚至影響行車安全。要解決這個問題，一是改造線路，加大曲線半徑；二是鋼軌塗油；三是改造轉向架結構。前二者成本大，施工難。第三種方法被視為安全可靠的技術手段。1985年，沈志雲受國際學者啟發，萌發了研究迫導向轉向架的想法，開始研制新型米軌用迫導向轉向架。

　　沈志雲在學校的車輛實驗室專門設計一個半圓型的軌道試驗台，目的是檢驗所設計的迫導向機構能否發揮作用，使通過曲線時，輪對軸線指向軌道曲線半徑的方向，收集各種數據，改進設計。他們以齊齊哈爾工廠所試制的A3型轉向架為基礎，加裝了一系橡膠堆和杠杆式導向架。改裝完成後，新迫導向轉向架模型在試驗台測試效果不錯。1987年8月，齊齊哈爾車輛廠按照他們的設計參數，改裝米軌用的迫導向轉向架，并裝入C30型4618号敞車。9月，該車送至昆明進行實地試驗。12月，1 輛同型号、技術狀态相同的常規轉向架敞車（C30型4673号車），也送到同一路段運行，以便對比。

　　改裝後的迫導向轉向架效果很明顯。迫導向轉向架試驗車4618運行兩年多，輪緣最大磨耗為1.5mm，最小為0.5mm；輪軌有些部位的黑皮都沒磨掉。對比車4673僅運行半年多，輪緣最大磨損就達3.5mm。迫導向轉向架的研制獲得了成功。1989年，該研究通過了鐵道部的驗收，并列入1990年鐵道部示範性推廣計劃。同年，該成果榮獲鐵道部科技獎三等獎。

　　“提着腦袋”建國際一流的試驗台

　　科學研究離不開實驗。早在1978年沈志雲就提出了建立一個試驗台的想法。1988年國家計委啟動了第二批國家重點實驗室的建設申報，沈志雲再次提出建設國際一流的車輛振動滾動試驗台。他說輪軌關系雖然看似簡單，但科技發展到今天，人類依然無法準确地把握輪軌相互作用，“要使上百噸的機車車輛在試驗台上自由滾動和振動，其難度可想而知。但是，非如此不能解開輪—軌這個黑匣子”。德國的慕尼黑研究所試驗台世界最先進，其試驗時速達到了500公裡，我們若做不到500公裡，可以先做450公裡，“在精度上、在功能上超過他們”。當時列車的一般時速為60~70公裡，450公裡顯然是很多人都未曾認真思考過的速度。沈志雲所在的西南交通大學力排衆議，支持沈志雲聯合校内各方力量申報機車車輛滾動振動試驗台。這次國家重點實驗室全國共有275家申報，隻有50個指标。沈志雲領銜的機車車輛滾動振動試驗台在申報評審中脫穎而出。

　　西南交通大學讓沈志雲全面負責實驗室的建設。從設計理念，到挑選骨幹，沈志雲作了周詳的考慮。1989年4月，國家計委委派專家到西南交通大學對實驗室進行現場評估。考察結束時專家問沈志雲：“建這麼大的實驗室，要承擔什麼樣的風險，你想過沒有？”沈志雲一愣，隻好如實回答說：“如此大的設備，如果搞成功了，非常有用；如果失敗了，那就是一堆廢鐵，是很大的浪費。”專家說：“這麼巨大的浪費，恐怕你的性命難保哦。”此後幾年，沈志雲時常感受到“提着腦袋”的壓力，未敢有絲毫懈怠。

　　沈志雲參加現場研讨會

　　2011年6月任京滬高速鐵路驗收專家組副組長，負責檢查移動設備。

　　在實驗室建設過程，試驗台的建設方案進行了很大的調整。首先，試驗台從原本的一軸試驗台發展為四軸試驗台。隻有四軸才能做整車試驗，才能在國家科技及經濟發展中發揮更大的作用。國家重點實驗室的世行貸款經費為135萬美元，要建成國際領先的實驗室，經費捉襟見肘。試驗台功能擴大，意味着經費投入增加，不僅增加人民币，還需要增加外彙。在20世紀90年代初，大筆外彙都靠指标調配，其難度可想而知。沈志雲踏上了找經費的道路。他和助手拿着報告，到科委、計委、教委等單位找領導彙報，請求支援。鐵道部更是他們重點争取的對象。為了節約經費，他們居住在鐵道部附近招待所的地下室，和七八個素不相識的旅客住在一個房間，吃飯也是在小攤上随便對付幾口。好在鐵道部領導非常認可建設國際一流的整車試驗台的思想，想方設法投入120萬美元作為實驗室的建設配套外彙。

　　其次，試驗台延長成了三車可以一起做試驗的平地試驗台。在試驗台設計的時候，沈志雲充分考慮到了試驗的方便性，要求試驗台與地面齊平。這樣不僅做試驗方便，且試驗台兩頭還可以延伸，這樣中間放試驗車，兩邊各放一輛車。三輛車在一起，一是動力學的運行模拟，可以考慮連挂車的影響。二是可以進行法國鉸接式兩車共用一台轉向架的高速列車的試驗。這一功能在國際上是唯一的，德國慕尼黑試驗台也不能做這種試驗。

　　1993年初夏，試驗台安裝調試成功。試驗台由兩部分組成，下面是基礎平台，按時速600公裡以上的要求設計，重量就達4000多噸。支撐這個基礎平台的是65根鋼筋混凝土灌注樁，每根樁直徑600mm，打入地下近25米深。基礎平台上面是機械台，由廣州重型機械廠投标承建，制成後運到成都安裝，整個機械台重達532噸。

　　1994年1月28日，試驗台首次做車輛的滾動振動試驗。試驗台是否成功，要看車輛在試驗台上是否出現蛇形。在軌道運行中，失穩就是蛇形失穩，一旦出現蛇形，表明試驗台成功地模拟了實際運行情況，試驗台就成功了。随着沈志雲一聲令下，大家屏住呼吸盯着控制屏幕。突然，蛇形出現了。大家不約而同歡呼：蛇形了！蛇形了！沈志雲也笑開了，腦袋别在褲腰帶上的日子結束了，試驗台終于建成了！他在日記中興奮地寫道：“幾年奮鬥終于達到了目的！”

　　1995年11月，國家重點實驗室通過國家驗收。實驗室建成後，完成了大量試驗任務。實驗室第三任主任張衛華說：“除了正常的檢修，試驗台從1995年正式啟用以來，試驗任務應接不暇，從未停止過試驗，而且這一試驗技術在幾乎所有的機車車輛主機工廠得到推廣，這是在設計之初始料不及的。”實驗室對促進鐵路技術大發展，尤其是中國高速列車技術的發展方面作出了突出貢獻。1999年，由沈志雲領銜的“機車車輛滾動振動試驗台”獲國家科技進步獎一等獎。

　　高鐵戰士

　　20世紀80年代末90年代初，中國鐵路發展的困境開始出現，鐵路嚴重滞後成為了國民經濟發展的“瓶頸”。以沈志雲為首的鐵路技術專家開始呼籲發展高速鐵路。但高速鐵路的成本每公裡達3億～4億元人民币，鐵道部又難以承受。于是，圍繞着京滬線，出現了兩派不同的意見：“急建”和“緩建”。兩派在數年間針鋒相對，展開了激烈的讨論。

　　沈志雲是高速鐵路“急建”派代表，認為建設京滬高速鐵路從現實發展考慮是迫切需要的，且技術上可行、經濟上合理、國力能夠承受、建設資金有可能解決。他不僅從技術上論證，還在各種場合發表支持高速鐵路建設的言論。1992年8月，他提出引進吸收的觀點，主張通過引進提高自主研發的起點，同時大力組織關鍵技術的聯合攻關，這樣，中國才有望于“十五”期間，實現高速鐵路的高水平國産化。他的這些思想不僅成為90年代各次讨論中發言的主題，也寫入1999年工程院上報國務院的咨詢報告中。對于2004年國務院對發展高鐵提出“引進消化吸收再創新”的方針起了促進作用。

　　1998年，中共中央、國務院頒布了3号文件，要求“做好京滬高速鐵路的前期技術準備，力争在2000年開工”。至此，“急建派”占了上風。

　　京滬高鐵馬上修建成了定論，但圍繞采用輪軌或磁浮技術問題，再次掀起了“輪軌”“磁浮”的論戰。沈志雲是堅定的輪軌派。為了慎重起見，中國工程院采納沈志雲的建議，于1998～1999年組織有50多位院士及有關專家參加的咨詢組，任命沈志雲任咨詢小組組長，就磁浮列車同輪軌高速鐵路的比較開展調查研究。沈志雲建議設立“磁懸浮與輪軌的比較”的咨詢項目，由學部常委劉大響院士做項目主持人。項目召集了三次大規模的讨論會，論戰雙方各抒己見，激烈辯論。沈志雲認為，高速鐵路技術已經成熟了，而磁浮技術不成熟，不能工程化，其成熟至少需要10到15年時間。同時，輪軌的造價比磁浮低得多，僅為磁浮的1/3。

　　經過論戰雙方的辯論，形成了《磁懸浮高速列車和輪軌高速列車的技術比較和分析》的咨詢報告，并于1999年3月由中國工程院呈交國務院。工程院提出，建設京滬高速鐵路是我國發展高速鐵路的首先選擇，輪軌高速技術既是成熟技術，又是正在不斷發展中的高新技術，在京滬線上采用輪軌技術方案是可行的；磁懸浮高速列車有可能成為21世紀地面高速運輸新系統，具有明顯的技術優勢，因此建議磁浮和輪軌各找一段線路先修試驗段。

　　但工程院的建議沒有被采納，2000年初決定在上海市内首先修建磁浮列車。輪軌派遭到冷落。鐵路部緻力于鐵路提速，而沈志雲則不斷在報刊上發表文章，一邊厘清人們對磁浮認識的誤區，一邊繼續呼籲發展高速鐵路。同時，他還到車輛工廠和鐵道院校去作報告，呼籲發展高速鐵路。5年時間，先後作了25場報告。在磁浮占優勢的情況下，他努力保持着輪軌高速的聲音不絕于國人之耳。

　　2006年，曠日持久的輪軌與磁浮之争有了結果，國務院通過了京滬高鐵的立項。鐵道部宣布當年正式開工修建京滬高鐵。沈志雲的堅持有了結果，但他并沒輕松下來。一方面，他積極投身于高速鐵路建設，不僅指導團隊進行高鐵技術研究，收集高鐵實際運行動态數據，還參與高鐵通車前的驗收。另一方面，他為中國高鐵護航。在中國高鐵發展過程中，質疑之聲不少，諸如中國高鐵的技術産權等問題。沈志雲沖鋒在前，回應着各種質疑的聲音。他強調：“時速200~250公裡的列車已經達到85%的自主産權，300公裡時速運營的技術方面達到80%都沒有問題。”

　　沒想到，2011年7月23日的甬溫線事故，讓高鐵飽受诟病。輿論鋪天蓋地地批判和謾罵，對高速鐵路幾乎全盤否定。高鐵發展一時陷入低谷，通車的降速，在建的停工。沈志雲非常難過，他第一個站出來指出：“7·23”事故不是高速鐵路事故，與高鐵技術無關，不要葬送了高鐵的發展前景。他的發言很快讓自己處于風口浪尖。他毫不畏懼批評和謾罵。9月，在華東交通大學召開第九屆交通運輸領域青年學術會議上，他作了題為《退一步進兩步——論中國高鐵的後發趨勢》的學術報告。他認為，中國高鐵經過大檢查、大整頓、大改進之後一定會“從低谷走向頂峰”，千萬不要灰心喪氣。“我們需要高鐵，世界需要中國的高鐵！”此後，他再次前往鐵路院校和機車車輛廠、鐵路局作報告，呼喊着“退一步進二步”，鼓勵大家不要洩氣。鐵二局幹部激動地說：“聽了您的報告，我們才走出了‘7·23’。”

　　正如沈志雲所預料的那樣，高速鐵路很快恢複了元氣。2012年，科技部組織編制了《高速列車科技發展“十二五”專項規劃》，國家再度肯定了高速鐵路技術并将其作為“十二五”計劃中要重點發展的高端技術設備之一。在黨的十八大上，高速鐵路被列入中國重大技術突破之一。沈志雲興奮之餘，揮筆題寫了“高鐵春風暖丹心”。

　　如今，高速鐵路已經成為了中國最響亮的名片，走向世界，改變人們的生活方式。而沈志雲近二十年為中國高鐵發展奔走呼籲，其高鐵戰士、高鐵衛士的形象在中國高鐵發展史上躍然紙上。

　　（田永秀 作者系西南交通大學政治學院教授）

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