铭宇
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奋力书写改革新答卷｜金龙：勇攀高原冻土高峰勇攀科技高峰 铸就大国重器 作者 | 《中华儿女》记者 余玮 编辑 | 华南 他扎根高原，与冻土结缘。从丝路起点到玉珠峰下，在空气稀薄、低压、强辐射的雪域高原，他拼搏奉献，探寻着冰与土的奥秘；从大雁塔下到三江源头，他重走唐蕃古道，执着坚守，只为早日实现高原冻土高速公路梦。  金龙（右）在青海省公路学会做学术报告 他就是中国青年科技工作者协会理事，中交第一公路勘察设计研究院（简称“中交一公院”）高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室副主任、寒区环境与工程研发中心副总工程师金龙。 金龙长期深入青藏高原一线，致力于公路冻土工程热融灾害机理、特殊结构路基设计方法、寒区工程试验测试技术与装备等方面的研究，成果在共和至玉树公路、花石峡至大武公路、青藏公路整治工程等项目得到应用。身边人谈及他，纷纷竖起大拇指。 比高原更高的是“四特”精神 “我的父亲是军人，部队驻在陕西，我的本名叫金军秦，因为出生在陕西，又出生在部队，所以起了这个名字。后来考虑到秦岭是中国的龙脉，又改名为金龙。”接受采访时，金龙这样解释自己名字的来由。 高考时，金龙报考了西安交通大学土木工程专业，在大学学习了相关专业后，了解了国家当时的一些重点工程，特别是青藏铁路工程。“这项工程当时正在建设中，是我们国家的世纪工程，其中的难点就是高寒缺氧、多年冻土、生态脆弱。我就对多年冻土产生了兴趣，后来了解到中国科学院冻土工程国家重点实验室是从事冻土工程研究的权威机构，就想去那里继续读书，并有幸读了赖远明院士的硕士研究生。研究生毕业后，我得知中交一公院是国内从事公路冻土工程的主要机构，就决定来到这里工作。” 入职前，人力资源部的同志面试金龙时问到，你以后可能会去高原等环境恶劣地区工作，能适应吗？金龙爽快地回答：“我读书时候就是做冻土研究的，做这项工作有心理准备！” 2008年7月，金龙到中交一公院工作。接受采访时，他说：“刚入职时，我没有做与冻土相关的内容，而是做一些公路边坡、滑坡的勘察设计工作，印象最深的是从事阿尔及利亚东西高速公路的勘察设计工作——虽然不在高原，但是地处撒哈拉沙漠，条件也比较艰苦。体会就是，在中交一公院工作，不管是从事什么内容，都是不容易的，也深刻体会了这里‘特别能吃苦、特别能奉献、特别能战斗、特别能创新’的‘四特’企业精神。” 面向冻土工程学科新的发展动态、国家重大工程建设新需求，金龙认识到不断学习和提升自身专业素质的重要性，2009年毅然决定到中国科学院大学继续攻读博士学位。在向时任实验室主任汪双杰汇报时，金龙说：“我之前是学冻土力学出身，但现在从事冻土工程，对于工程的理解还需要进一步深入。”汪双杰十分支持金龙，并亲自为他拟定了公路热棒工程设计方法作为他的博士选题。自此，金龙白天在办公室处理各项工作，夜晚熬夜攻关博士课题，经常为了调试一个程序，不知不觉就熬到了天亮。经过他的不懈努力，成功完成了博士期间各项工作并按期通过博士答辩，获得岩土工程博士学位，研究成果纳入标准规范，解决了冻土地区特殊结构路基设计难题，成为目前通用的热棒路基设计依据，获得第二十二届中国专利优秀奖。 在中国科学院攻读学位期间，金龙初识冻土。加入中交一公院“公路冻土工程研究团队”后，他先后在该院岩土公司、寒区道路研究所、交通行业重点实验室、寒区环境与工程研发中心、国家重点实验室等机构或部门工作，主要从事公路冻土工程热融灾害机理、特殊结构路基设计方法、寒区工程试验测试技术与装备等方面的研究。无论在哪个岗位上，他都保持着勤奋扎实的工作作风、谦和内敛的处事风格。“在研究中经常会遇到这样那样的困难，比如在研发过程中，没有得到想要的结果，与预期不符合等。在这种情况下，就比较伤士气，但也只能重整旗鼓，分析错误原因，重新制定技术路线。” 说到对科学家精神的理解，金龙认为，科学家精神首先就是要有胸怀祖国服务人民的爱国精神，要有潜心研究、严谨治学的求实精神。“具体来说，对于我们冻土工程研究人员来说，就是要立足工作岗位，着力解决工程实践中的实际问题。我们冻土科研团队历经三代科研工作者，其中有两位前辈都由于长期在高原工作，身体受损，因病去世。他们就是一辈子只做一件事情，把论文写在祖国的大地上。这种淡泊名利、追求真理的精神就是我们所要学习的科学家精神。” 攻关应用基础性问题并让成果落地 多年来，金龙一直工作在生产第一线，长期深入青藏高原一线，参与了多年冻土区多个项目的勘察设计、科研与咨询工作，努力在工程现场发现——研究——解决问题。他主持过国家科技支撑计划课题“青藏高原多年冻土地区高速公路布局及其冻土环境耦合作用研究”及陕西省青年科技新星项目“多年冻土区热棒路基降温效能评价与设计方法研究”、中交集团重大科技研发项目“青藏公路多年冻土区季节融化层水热力相互作用及其路基病害对策研究”、中建标协会标准“多年冻土地区热棒路基设计与施工技术规程”等，参加过国家“大尺度冻土路基变形控制与稳定技术研究”等项目。金龙说，正是通过参加不同项目、不同阶段、不同内容的专业技术工作，才使自己不断进步，综合技术水平和能力不断提高。  金龙（右）在青藏公路开展病害调查 热融沉陷是多年冻土区主要的路基病害之一，80%以上的冻土路基病害是由融沉引发。针对这一工程问题，金龙基于青藏公路连续20年监测数据，分析了冻土路基的变形特征、破坏机理和发展规律，揭示了沥青路面强吸热、高聚热的结构特点将引起严重的冻土地基热量失衡，是诱发路基热融沉陷的主要原因；路基空间尺度变化造成的融化盘形态是引起路基应力集中、热融病害形式多样的直接原因，研究发现在高温冻土区，宽幅路基的基底吸热量增大20%以上，路基下冻土融化潜热增大2.2倍以上，高速公路热融风险是一般公路的3倍以上。他进一步揭示了施工期热源在冻土地基的侵入和扩散过程，发现冻土路基需要3-5年的能量导入和耗散平衡，阐释了片石路基、通风管路基等特殊结构路基建设初期效能不足的机理，提出了冻土公路分阶段施工的融沉防控原则。 基于路基力学稳定性要求，考虑冻融界面抗剪能力与强度，金龙建立多年冻土高速公路填土路基合理高度计算模型，基于冻土路基的长周期观测变形，提出冻土融沉设计标准，解决多年冻土路基融沉防控合理高度问题。针对冻土公路路基特殊结构降温过程，他建立了保温隔热、横向通风、自然对流及点状降温四类特殊路基结构热收支数据库，量化评价路基尺度变化对冻土路基热收支状态的影响，解决了不同冻土路基特殊结构效能调控量级及设计参数问题。该项成果应用于多年冻土区共玉、花大高速公路设计，为该项目冻土路基特殊降温结构的设计提供了理论基础。 面对多年冻土复杂的热力学特性和寒区工程灾害影响因素多样的现状，为提升冻土工程试验测试水平，支撑冻土工程理论与技术进步，作为核心技术人员，金龙研发了步入式多功能冻土环境试验箱和温控、监测及加载等核心技术，并提出试验方法，实现了-30℃~+40℃极端气温、-25℃~+85℃工程边界条件、600~1120W/m2强辐射等高原环境下，高速公路1/5几何尺度的路基结构模拟试验，为冻土工程的理论与技术研究提供可靠的试验平台。基于此试验平台，他研发了系列大尺度冻土路基变形控制新结构。该试验平台为哈尔滨至齐齐哈尔客运专线路基防冻胀设计和施工提供了试验支撑，为其冬季安全运营提供了技术保障；基于此平台研发的系列冻土路基变形控制新结构在共玉、花大等多条多年冻土高速公路得到应用。 热棒技术是一种行之有效的冻土稳定技术，现有设计应用以工程经验为主，易因热棒降温效能不足或过度制冷诱发路基病害，致使设计失败。基于青藏公路实体工程连续13年的观测数据，金龙分析了热棒路基的地温特征、温度场形态和冻融过程，得到青藏高原地区热棒的实际功效指标。从冻土路基能量失衡诱发工程失稳的本质出发，他创新提出了冻土路基能量收支状态算法和热棒功效与结构参数优化算法，通过能量指标和收支平衡关系建立了热棒与多年冻土工程灾变控制定量化设计的科学联系。这一设计方法具备冻土路基热融风险定量评估、热棒降温效能的精准调节和结构优化等功能，首次实现了热棒在冻土地质差异、路基尺度变化等多工况条件下的按需、精准、动态设计，突破冻土区热棒技术无科学设计方法、只能依赖工程经验和反复试验的技术瓶颈，促进了热棒技术在冻土工程的精细化设计、标准化生产和规模化应用。 青藏工程走廊海拔高、自然条件恶劣、工程地质条件复杂，多年冻土及其相伴的多年冻土冷生现象在工程走廊内广泛分布，具有空间分异性、工程不稳定性、环境敏感性的特点。针对以上特点，金龙结合遥感技术、地球物理勘探、钻探和多年冻土环境监测提出了适用于青藏工程走廊的多年冻土综合勘察技术。基于遥感技术，利用多期、多源遥感数据，他以多年冻土不良地质现象和冻融活动性特征为基础，通过地形地貌、地层岩性、地表水体、水文地质、植被发育以及地形坡向等综合因素分析实现了典型多年冻土不良地质和积雪灾害的遥感判别；基于高密度电法、地质雷达、地震波法等多种物探方法，他结合钻探验证，给出了工程走廊内多年冻土上限、界限及冻土灾害的勘探方法和解译标准；基于上述综合勘察技术，以多年冻土地温、上限、含冰量、外部环境影响等关键指标，金龙采用灰度关联法对青藏工程走廊沿线550km的多年冻土开展了工程地质评价。根据评价结果发现，工程地质评价“良好”的冻土段占总长度的41.04%、“一般”冻土段占25.02%、“较差”冻土段占33.94%，进一步说明了整个青藏工程走廊多年冻土工程地质性质较差，新建冻土工程需要采取有效的工程措施。 以冻土公路尺度效应理论为基础，金龙提出了基于保护冻土的由粗到细、由面到带、由带到线的分层次目标选线方法，可以准确绕避高病害率的冻土区域，避开既有工程的相互干扰，从而获得工程困难度低、可靠度高的路线方案。 扎根西部高原而啃硬骨头 金龙扎根西部，长期系统开展冻土公路热融灾变、冷却路基设计理论等研究。  金龙（右）在大型物理模型试验厅开展试验 中交集团总工程师，全国工程勘察设计大师，我国公路冻土工程首席专家、团队导师汪双杰常教导他：“冻土工程研究不容易出成果，需要时间的积累，要耐得住寂寞。”金龙平均每年在科研一线工作三个月，十分重视工程现场资料的收集与理论分析相结合的研究思路，参与了一个个重大专项研究。 2013年开始，中交一公院承担了首个道路工程领域的国家科技支撑计划项目“高海拔高寒地区高速公路建设技术”。项目攻关阶段，在汪双杰的带领下，金龙团队奋战在高原一线。从场地选择到设备安装，从数据采集到规律分析，他总是冲在最前头，经常加班加点到深夜。从项目开始到结题验收，金龙频繁往返于西安与青藏公路多年冻土观测站之间，累计奔波数十次。他用打硬仗、啃硬骨头的劲头刻苦攻关，取得一个又一个重大突破，最终提交了一份高质量的研究报告。项目成果最终经多位院士专家鉴定，总体达国际领先水平。 任职高级工程师后，金龙曾获中国公路学会科学技术特等奖、中国公路交通优秀设计一等奖、中国交建技术发明二等奖、陕西省科学技术二等奖、西藏自治区科学技术二等奖等，曾获陕西省青年科技新星荣誉及陕西省“高层次专家特殊支持计划”青年拔尖人才资助。 工作期间，金龙参加过滑坡、泥石流等地灾发育的复杂项目，参加过非洲撒哈拉沙漠地区高速公路新建项目，也参加过青藏高原进出藏国道整治改建项目……但是最令他向往的，还是高原冻土。问起金龙为什么这么喜欢高原，他感慨地说：“青藏高原是一个淳朴的地方，每个人、每座山、每条河，只要置身于其中，就爱得放不下，感到自己做的每件事情都那么有意义。”  金龙（左一）在阿尔及利亚与国外监理沟通设计事宜 金龙说，多年的工作历练，让他深深认识到，作为一名从事多年冻土勘察设计的工程师，除了要具有兢兢业业、吃苦耐劳的工作精神以外，还要有扎实的专业理论知识和丰富的实践经验。“以后的工作中，我要不断学习、不断钻研，及时总结、研究和掌握设计新技术、新方法，使自己的专业知识更加丰富，专业水平不断提高，力争早日做一名优秀的正高级技术人员，更好地投身于公路交通事业的建设中去。” [ 本文刊于《中华儿女》杂志2024年第8期 ] |