——记西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授圣小珍

　　□　王 辉

　　
　　
　　从时速高达300km/h的“和谐号”，到时速飚至350km/h的“复兴号”，高铁已成为中国在世界范围内的一张“黄金名片”。2017年6月26日，被称作中国高铁最新版的“复兴号”动车组在京沪高铁双向首发，而“自主创新”“世界先进”“中国标准”这些关键词再次让中国高铁成为舆论焦点。无论是“和谐号”的运行，还是“复兴号”的诞生，都不是轻而易举的事，这背后有太多的研发团队和科研工作者参与其中，为之辛苦付出。作为现代轨道交通的研发重镇，同时也是中国高速铁路发展见证者的西南交通大学，更是有众多科研团队深度参与其中，为打造具有世界一流水平的中国高铁技术提供最优秀的人才支撑和最可靠的技术支撑。
　　西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授、博士生导师圣小珍就是其中一位。作为轨道交通振动和噪声研究者，他与牵引动力国家重点实验室振动噪声团队一起攻关克难，为中国高铁“减振降噪”做出了突出贡献。
　　

趁东风起，践家国志

　　圣小珍出生在革命老区江西省永新县的一个偏远小山村，母亲就是他的启蒙老师，父亲是基层干部。从小，圣小珍就坚定了一种信念，“我想走出去，走出这个小山村！”
　　不巧的是，他赶上了“文革”。但幸运的是，1977年吹来了恢复高考的东风。凭借仅有的一些油印高考复习资料，圣小珍争分夺秒、挑灯夜战，在恢复高考的第二年，考入了南昌工程学院理学系数学力学师资班。后在班主任的鼓励下，他又以专科生的身份于1984年考上了西南交大的研究生，并且免复试。
　　1998年，不断要求自己的圣小珍决定“走出去”做访问学者。经过一番咨询和老师的推荐，他选择来到国际知名的工程院校——英国南安普顿大学。南安普顿大学是一所有着百年历史的英国知名院校，是世界顶尖的100所大学之一。南安普敦大学工程学院在全英国所有与工程研究有关的大学中排名第一，而圣小珍选择的就是赫赫有名的声学与振动研究所。
　　从小山村、小城市来到英国，圣小珍的切身体会就是“新鲜”“大开眼界”。这让他如饥似渴，充分利用一切优越的条件和环境，短短的时间内便在专业领域最知名的杂志上发了两篇文章。
　　访问一年期满，圣小珍回到国内，而形势的变化让他又一次做出决定：继续攻读博士学位。于是，1999年，他带着爱人和孩子一举到英国安心求学。圣小珍当时就暗暗告诉自己：“出去是为了更好地回来。”
　　在英国这10余年的时间里，圣小珍抓住一切可以学习和提升的机会，在南安普顿大学声学与振动研究所攻读完成博士学位并工作一段时间后，又在英国康明斯涡轮增压技术有限公司工作了7年多，任噪声和振动高级工程师，主要从事技术研发工作。
　　树的影子再长，根始终扎在土里。2011年10月，阔别祖国13年之久的圣小珍，动身回国，来到湖南天雁机械股份有限公司任增压技术总工程师。他的这一选择得益于国家政策。尽管在国外工作生活10多年，但圣小珍的心从未离开过祖国，也时刻关注着祖国的变化。这也是他选择湖南天雁机械股份有限公司的原因。圣小珍说：“作为增压器业内人士，我常上网浏览行情，看到天雁公司门户网站，感觉公司作为民族增压器的领头雁，虽在当时身处世界经济寒流却逆势而上，很有发展前途。”
　　天雁作为中国长安的一家汽车零部件公司，身处湖南衡阳，各方面条件略显贫薄。回来的第一晚，圣小珍住的是一个连洗澡地方都没有的简陋房子。工作上没有任何振动噪声的软硬件，圣小珍靠着自己的手机录音，录完后带回办公室，自己编程序进行分析，寻求问题的根源和最终解决方案。这些困难没有影响他的工作热情，他觉得回来了就要好好干，做出一定成绩来！于是，他快马加鞭组建和培养研发队伍，采购软硬件设备的同时深入了解客户需求。
　　经过3年的努力，他帮助天雁建立了一支由近20人组成的增压技术研发团队，带领团队开展增压器核心技术研究，提升先进的振动和噪声分析和试验能力，组织完备的高性能产品开发流程，使得天雁公司在汽油机增压器开发上取得重大进展。他的工作也得到公司和政府的肯定，先后获得湖南省2013年度政府津贴和2014年度潇湘友谊奖。 
　　

减振降噪，和谐高铁

　　中国高铁的发展为与之有关的科技人员提供了广阔的施展才华的舞台。在西南交通大学人才强校主战略的感召和牵引动力振动噪声团队金学松教授和肖新标博士的积极举荐下，圣小珍于2014年年底从企业全职加入西南交通大学牵引动力国家重点实验室，担任教授和博士生导师。学校给他规定的工作目标是，与团队一起开展高速铁路和城市轨道交通领域的振动和噪声问题的科学研究、学科建设、人才培养和社会服务，通过5年左右的时间，使上述方向的研究达到国际先进水平。
　　随着国家对高速铁路发展的加大投入，形成了新一轮的国家战略交通建设高潮，列车时速也越来越高。但随着大量铁路的兴建与列车运行速度的日益提高，列车运行对周边环境的影响日益增大，高速列车引起的周边环境振动与噪声污染问题也成为一个亟待解决的重要问题。
　　因此，发展高速铁路必须要考虑噪声问题。铁路噪声机理复杂、频域宽广、来源多样，主要由设备噪声、轮轨噪声和空气动力噪声组成。按照设备噪声、轮轨噪声和空气动力噪声占主导所对应的列车运行速度范围，可以将列车运行速度分为3个区段。两个不同区段分界点的列车运行速度称之为声学转换速度。列车的声学转换速度不是固定不变的，它与列车和轨道的状态、所采取的减振降噪措施有关。只有对噪声源精准预测研究，才能提出不同区段相应的噪声控制措施。 
　　西南交通大学向来被称为“中国铁路人才的摇篮”，而西南交通大学牵引动力国家重点实验室自成立20多年来，在中国铁路的演进中也扮演了重要角色，从理论分析、试验验证到跟踪试验，每一种奔驰在高铁上的车型都要在这里测试、定型，这里也成为中国高铁技术研发及人才培养的基地。“从某种意义上说，中国的高铁等于西南交通大学！”西南交通大学校长徐飞曾这样介绍学校与高铁的关系。然而，高速铁路减振降噪是一个新的研究领域。
　　作为高铁减振降噪领域的专家，圣小珍深感责任重大的同时也倍感荣幸。他亲力亲为，推公式、编程序，开展理论研究。为掌握中国标准动车组在典型线路和不同速度条件下车内外噪声源分布、频谱特性、传递路径和对评价点的贡献量，从而为中国高速铁路的进一步减振降噪提供依据。中国铁路总公司专门组织了在大（同）—西（安）客运专线“原平西至阳曲”段的噪声专项试验。试验从2017年4月1日开始至4月30日结束，历时1个月。圣小珍带领的西南交通大学牵引动力国家重点实验室振动噪声研究团队就是其中的参与者之一，参加测试的老师和学生达20多人，负责车内外振动噪声测试和声源识别。
　　据圣小珍介绍，车内采用50通道球形麦克风/摄像头阵列测试，其耳听八方、眼观六路的能力可揭示从不同方向传到车内关键部位噪声的贡献量。与此同时，他们还分别在头车、受电弓车和动车的转向架和车体内外布置了大量的振动噪声传感器，采集到列车以不同速度运行在路基、高架和隧道等不同线路工况下的振动噪声数据，为深入研究列车振动噪声的产生、传播和控制创造了十分有利的条件。
　　而对于车外，他们采用直径达5m、拥有78个麦克风的轮辐阵列进行测试。当列车高速通过时，阵列就像一个投影仪，把不同颜色投影到列车侧面的不同部位上，显示各个部位的噪声水平。
　　对于运行中的高铁列车振动和声音的测试，并没有那么容易。圣小珍告诉记者，到铁路上去安装设备，只能是半夜12点到凌晨4点这段所谓天窗时间。由于测试地点多在偏远农村地区，离团队所住的旅馆距离非常远，他们每天都是起早贪黑，晚上11点钟出发，12点到达测试地点，干到凌晨4点再撤回来，接着7点又要出发去进行新的一天的测试。测试完成后，他们还要整理数据和检查设备，几乎每天都要晚上12点过后才能上床休息。尽管如此，每一个人依然精神饱满。说到自己的学生和团队，圣小珍感慨起来：“别看这些学生们大都是独生子女，他们真的非常能吃苦，我非常感动。”
　　圣小珍不但与学生们战斗在现场，而且他还会利用雨天不能测试的时间，借用当地大学教室给学生们补课。正是在这样的氛围中，在圣小珍的带领下，西南交大团队圆满完成了专项试验，团队还因在整个试验过程中的团结协作、吃苦耐劳的精神和科学严谨的工作作风，受到了铁总科技司领导和其他单位领导的一致好评。
　　

至臻至善，孜孜无怠

　　目前，国家推行的“一带一路”倡议正稳步有序开展，而高铁正是实现“一带一路”倡议设施联通的主要手段。但是，当前高铁发展面临更高速 (400km/h)、低温 (-40℃)、冻土等复杂条件。“更高速”加剧了空气—列车—线路—桥梁—大地的相互作用，会产生更强的振动噪声源。“极度低温”使得材料变硬、阻尼下降、气密性降低，恶化列车和线路的减振降噪性能，而“冻土”使环境振动的传播更加复杂。
　　不言而喻，这些复杂条件大大增加了减振降噪优化设计的难度，必须深入研究开发减振降噪关键技术，才能更好地为工程设计提供技术支撑。面对这些现实难题，圣小珍带领团队迎难而上，主持国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项“复杂条件下高速铁路减振降噪关键技术的合作研究”。
　　由于这项研究涉及到车辆和线路两大专业领域，以及低温材料动态特性、冻土动力学、结构高频动力学、结构声学、空气动力学、气动声学、轮轨相互作用等诸多非常专业的学科，因此必须结合国内外优势资源开展合作研究。于是，圣小珍带领牵引动力国家重点实验室振动噪声团队与西南交通大学“高速铁路线路工程教育部重点实验室”团队、“中—俄冻土研究中心”团队、英国南安普敦大学声与振动研究所（ISVR）David Thompson教授团队、中铁二院以及中车长客团队一起面对难题，从“轮轨高频相互作用预测理论和方法”、“轮轨噪声预测方法和控制技术”、“受电弓和转向架区域气动噪声预测方法和控制技术”、“车内噪声预测方法和控制技术”、“桥梁结构噪声预测方法和控制技术”以及“环境振动预测方法和控制技术”6个方面，开始系统深入的研究。?作为中国的一张黄金名片，高铁走出去战略也已是大势所趋。但在圣小珍看来，正如中国工程院副院长何华武院士所指出的，振动噪声是高速铁路建设面临的主要问题之一。中国高铁要走出去，振动噪声问题的重要性也进一步彰显出来。圣小珍说：“要出口，就要做到最优！这代表着中国形象。”而噪声降到什么样的一个数值之下才是标准且人们所能接受的呢？而且在高铁不断提速的趋势下，列车跟空气的摩擦声将会更大，要降下来的难度也只会加大。圣小珍还说道：“人们都觉得轨道看上去是平的，但实际上是不平的，那些微小的用肉眼看不到的高低不平却对列车有着至关重要的影响，只要车轮滚上去就会产生震动或声音。”声音到底要降低多少，这需要一个精准的控制指标，而这将会涉及到复杂的力学问题。寻找这样一个平衡点，也正是圣小珍团队要攻克的最大难题。                 
　　

不遗余力，倾囊相授

                                                                       
　　圣小珍说他现在是教授，教授的天职是教书育人。为了强化学生的基础理论，他为研究生新开了两门课：“声学理论与工程应用”和“高频振动与统计能量分析”。他利用各种方式，包括办公室面谈、Email和微信等，随时回答学生的问题和进行学术讨论，把他几十年来所累积的程序都教给学生，只为他们能从一个很高的起点上开展研究工作。
　　学术离不开交流和合作，从世界著名的南安普顿大学毕业，又有着多年国外产业经历的圣小珍深知国际交流的重要性。“就振动噪声专业来说，实验室每年都会与该领域知名强校南安普顿大学展开交流，国际知名专家也会经常来访问。在这种与专业领域国际顶尖研究人员的交流中，我们可以开拓自己的思路，激发出新的想法。”圣小珍介绍道。不但如此，他非常支持学生到国外去参加国际学术会议。 
　　在回国的几年来，圣小珍不但把先进的理念带回国内，同时也提高了行业和领域的研究水平，对促进和推动学科的发展起到了积极的推动作用。因此他也得到了行业和同事们的高度评价。而对于未来发展，圣小珍有着自己的见解：“和国外相比，我觉得国内还缺乏一些理论深度，在理论创新上我们还不占优势。”也正是看到了这样现实迫切的问题，圣小珍特别注意对学生在这方面的培养，“我主张学生们多做一些理论创新，多去参加一些国际交流，而这也是我多年的国外学习经历和企业经验所得”。毕生所学，倾囊而出。这是身为一名老师的最大心声，而提到能为祖国培养在专业领域的优秀青年人才，圣小珍也颇感满足和欣慰。
　　圣小珍一直告诫并不断要求自己，“努力使自己成为有竞争力的人”，而这也深深影响着他的学生们。他总是鼓励学生要努力提高技能、素养和核心竞争力，要积极参与国际人才市场的竞争，最大限度发挥自己的潜能，实现自己的人生价值，为母校争光，更为中国圆梦！
　　
　　
　　　　
专家简介：

　　圣小珍，原湖南天雁机械股份有限公司增压技术总工程师，西南交通大学牵引动力国家重点实验室教授、博士生导师。1978年考入南昌工程学院理学系数学力学师资班。1998年4月—2011年10月，在英国学习、工作和生活13年，获得英国南安普顿大学声学与振动研究所博士学位并任职研究员，曾担任康明斯涡轮增压技术有限公司噪声和振动高级工程师，英国声学学会会员（MIOA）和英国工程师协会注册工程师（CEng）。
　　主要从事轨道交通振动和噪声研究，并在伦敦英国皇家学会会刊、声与振动学报等国际著名学术刊物上发表了一系列具有重要影响的论文。与国内高校合作开展科研工作，部分成果获2005年度江西省自然科学奖一等奖和2010年度高等学校科学研究优秀成果奖二等奖，合作出版有关铁路振动和噪声的专著两部。同时研究增压器噪声振动问题，包括其产生机理、传播特性、测试方法和降噪措施，以及增压器涡轮叶片失谐导致的叶片高频疲劳等，建立了有效方法识别最可能的失效叶片，解决了困扰多年的技术难题。