孙立军:在哪里工作,就跑遍哪里的公路

2023-10-25 14:29:00 涂辉招

交通是兴国之要、强国之基。道路是交通运输体系中的重要载体,如何解决交通量大以及道路车辆重载和超载现象,如何保证和提升道路的耐久性,始终是业内关注的热点问题。同济大学有这样一位学术带头人,多年来潜心向学、埋头苦干、坚持原创,带领团队创造了一系列丰硕成果,不仅推动了我国重载路面耐久性跃升至国际领先行列,而且开创了我国路面研究成果被美英规范采用的先河,以实际行动助力加快建设交通强国。

他是我国培养的道路领域第一位博士,道路领域第一位国家杰出青年基金获得者,30岁破格晋升为教授,40年来坚守教学科研一线。他创立了沥青路面行为学,勇克道路耐久性国际难题;他研发了我国首个路面管理系统,推动道路设施运维管理数字化转型;他建立了我国首个大城市快速路智能交通诱导系统,引领我国城市交通智能化发展;他荣获中国青年科技奖,获评全国先进工作者……他就是同济大学交通运输工程学院的孙立军教授。


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孙立军(左)到荷兰代尔夫特理工大学进行国际合作交流




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理论突破让路面更耐久


“上世纪90年代中期到2005年间,我国公路路面的早期损坏现象很严重,有些新建的重载高速公路,在使用中仅三五年就出现严重损坏,真实寿命只有设计寿命的三分之一左右。”孙立军回忆我国早期的高速公路建设情况时,语调充满痛惜和遗憾。

孙立军介绍,我国早期高速公路建设参考的是国外设计理论,但我国道路交通的繁重程度是其他国家的10倍以上,因此从国际上找答案这条路走不通,要自己创新突破理论瓶颈,努力提高道路耐久性。

实践出真知。北京、上海、广东,河北、河南……孙立军在哪里工作,就跑遍哪里的公路,积累了大量现场第一手测试数据。

正是由于脚踏实地、日复一日的科研实践,孙立军带领团队发现了奥秘——路面是由拉伸疲劳引起的“自下而上”损坏这一传统认知在半刚性基层路面上几乎是不出现的,实际上路面是由重载时剪切疲劳引起的“自上而下”损坏。

由此,孙立军团队发现了重载交通下道路“剪切致损、拉伸扩展”的全新损坏机制,并存在“高速—重载—高温—多雨”耦合下的沥青迁移损坏现象。基于此,孙立军团队提出了刚度协调原理,使道路结构层的刚度相适配、变形相协调,将路面设计从单一拉伸控制转变为剪切—拉伸双向协调控制,奠定了耐久性路面的理论基础。

在理论突破的基础上,孙立军带领团队利用基于积累35年、全国约2万公里数据持续检验,量化了路面长期行为的演化过程,提出了材料设计的疲劳与抗剪标准,建立了沥青改性和材料多参量设计方法,形成了从结构、材料的设计到施工检验全过程的耐久性路面技术。

重载交通导致路面维修需求巨大。传统路面结构层损伤诊断和维修设计主要凭工程经验,导致路面维修频率高、寿命短,产生的沥青旧料较多,旧料再生势在必行。但我国沥青旧料成分复杂、变异性大,热再生困难,且消纳量很小,冷再生不需额外加热、成本低,但性能差,不能满足重交通要求,适用范围有限,不具备大规模应用条件。这导致我国沥青旧料再生率很低。

面对这一问题,从2005年开始,孙立军带领团队进行了长期的产学研用联合攻关,创建了能够唯一反演路面结构模量的力学理论,攻克了路面隐蔽层无损评价的国际难题,实现了路面维养中沥青废料的高效、全量再生消纳,取得了重载路面高层位全量使用常温再生料的突破,建成了国际首条重载常温再生路面,并在27个省份、超1万公里路面再生工程中进行应用。


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孙立军(右三)在工地现场调查




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创新成果获行业认可


孙立军团队的诸多成果已写在我国大地上,广泛的行业应用使他和他的团队获得了业界认可。研究成果编入了交通运输部、住房和城乡建设部等部门的路面(道面)设计规范、评定标准或养护规范。

难能可贵的是,孙立军提出的路面行为方程被美国德克萨斯州路面设计规范采用,3个试验方法被英国BS标准(由英国标准学会制定的英国标准)和美国ASTM标准(美国材料与试验协会标准)采用。长期以来,我国路面技术是从学习、借鉴国外路面技术中发展进步的,孙立军的这项成就开创了我国路面原创技术被国外规范采用的先河。

孙立军撰写的《沥青路面结构行为学》英文版被美国宾夕法尼亚州立大学评为“永久性经典著作(Promotion and Tenure Recognition)”,成为国内外多所大学的研究生教材。

新时代交通强国建设对道路工程研究提出了新的要求,道路设计及运维也逐渐向绿色、智慧等前沿转变。孙立军创新工作与时俱进,锚定加快建设交通强国目标,面向自动驾驶、车路协同等先进技术带来的交通系统变革需求,对自动驾驶卡车与道路的交互作用进行了深入研究,建立了编队卡车与道路耦合系统的全寿命碳排放与成本模型,成果发表于国际期刊《自然·通讯》杂志,标志着我国路面理论研究达到了新的高度。




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智能系统助城市缓堵


城市交通拥堵已经从大城市向中小城市蔓延,拥堵治理是一个国际性的难题。孙立军带领团队结合上海道路网络特点和交通治理需求,构建了图神经网络的有向性算法,发现了交通拥堵在路网中倍增传播的“蝴蝶效应”,提出了抑制交通拥堵“蝴蝶效应”的智能控制方法,建立了我国首个城市快速路智能交通系统,并在全国100多个城市推广使用,最长已使用20年,为道路交通智能管控及拥堵缓解作出了重要贡献。

面对2010年上海世博会的交通管理难题,孙立军团队勇挑重担,提出并协助实施了“圈层诱导、专线优先”管控方案,成功经受了总计7103万辆次、单日103万辆次,世博客流与日常交通叠加的严峻考验,未限行情况下保障了世博交通。


 

精准的趋势把握、扎实的基础研究、前瞻的探索实践是我们团队在国家需要时站得出来、冲得上去的底气。

孙立军铿锵有力地说。



责任编辑:王琍琍

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    以实际行动助力加快建设交通强国