冰與火之歌
——記中交第一公路勘察設(shè)計研究院寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心主任陳建兵

本刊記者　褚 焱

冰與火之歌
——記中交第一公路勘察設(shè)計研究院寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心主任陳建兵

本刊記者褚 焱

在海拔4300米的共玉公路施工現(xiàn)場

專家簡介：

陳建兵，中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司教授級高級工程師、交通運輸部多年凍土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室執(zhí)行主任、寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心主任、高寒高海拔地區(qū)道路工程安全與健康國家重點實驗室副主任。1978年12月生，安徽懷寧人，中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所巖土工程專業(yè)博士。

至今作為主要負(fù)責(zé)人完成研究項目20余項，獲省部級以上科技獎勵12項，其中國家科技進(jìn)步獎一等獎1項，省部級科學(xué)技術(shù)獎特等獎3項，一、二等獎5項。取得專利19項（國際專利1項、國家發(fā)明專利9項、實用新型專利9項），軟件著作權(quán)2項。合編著作2部，發(fā)表論文40余篇（SCI、EI收錄12篇）。

入選“2014年度國家高層次人才特殊支持計劃（萬人計劃）-青年拔尖人才”“2015年度百千萬人才工程國家級人選”；獲得“國家有突出貢獻(xiàn)中青年專家”“交通運輸部青年科技英才”“中國公路青年科技獎”“陜西省青年科技新星”“陜西省科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”“陜西省科技系統(tǒng)青年崗位能手”“中國交建優(yōu)秀技術(shù)專家”等榮譽稱號，團(tuán)隊榮獲“2013年度感動交通十大年度人物”“2016年度全國工人先鋒號”等榮譽稱號。

凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含有豐富的地下冰。陳建兵是一個與多年凍土打交道的人，高海拔的青藏高原是他十余年來經(jīng)常性的活動范圍。在那條天路之上，他以深沉的堅韌和如火的熱情譜寫著一曲“冰與火之歌”。

以人文情懷待“凍土”

2003年6月，陳建兵走進(jìn)中交第一公路勘察設(shè)計研究院（以下簡稱“一公院”）副院長汪雙杰辦公室。那是他來一公院報到的第一天。從這一天起，他結(jié)下了與多年凍土的不解之緣。

在陳建兵的履歷上，他1996年考入長安大學(xué)（原西安地質(zhì)學(xué)院）測量工程系。本科時就已經(jīng)在老師的指導(dǎo)下，涉足青藏高原地殼形變課題。不過，出身于測繪專業(yè)的他，所做的大多都是在為一些重要的物理解釋提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2000年進(jìn)入西安科技大學(xué)地質(zhì)工程系攻讀碩士學(xué)位后，才開始深入到機(jī)理研究。

無巧不成書。汪雙杰是全國勘察設(shè)計大師，我國公路凍土工程首席專家，2001年，他成為“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究”項目的負(fù)責(zé)人。該項目是當(dāng)時交通部有史以來投入研究經(jīng)費最多、研究人員最多的項目，也是整個行業(yè)內(nèi)最大的科研項目。陳建兵到一公院時，該項目正如火如荼，于是就聽到了這樣一個問題：“你的碩士論文是做青藏高原地殼形變的，我們現(xiàn)在做的一個項目正好也是在青藏高原地區(qū)，你有沒有興趣加入？”“可以啊。”沒有猶豫，陳建兵直接回答道。

直到今天，當(dāng)時的場景還歷歷在目，那是陳建兵人生中的一個轉(zhuǎn)折，汪雙杰也是陳建兵凍土工程研究的引路人。加入該項目后，初出茅廬的陳建兵不僅撰寫了項目研究總報告的基礎(chǔ)理論研究、病害機(jī)理研究、路基設(shè)計與施工技術(shù)研究三部分章節(jié)，還負(fù)責(zé)起分項目“多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)”研究，系統(tǒng)分析了青藏高原凍土地溫長期的變化規(guī)律，總結(jié)了全球氣候變化與工程效應(yīng)對不同溫度凍土影響的差異性，提出了“制冷阻熱、減少輻射、增強對流、主動保護(hù)、綜合治理、積極預(yù)防”的路基設(shè)計新原則，并圍繞多年凍土區(qū)黑色路面效應(yīng)與路基寬度、高度、邊坡坡度、保溫護(hù)道等引發(fā)的尺度效應(yīng)展開了一系列研究。后來，該項目成果成功指導(dǎo)了青藏公路的改建完善工程，提升了我國在多年凍土區(qū)公路修筑技術(shù)水平，并獲得2007年度中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎和2008年度國家科技進(jìn)步獎一等獎，陳建兵貢獻(xiàn)良多。

初入凍土研究，就站在這樣一個具有國際領(lǐng)先水平的高起點項目上，陳建兵反而深思熟慮起來?！拔腋杏X之前的知識不足以支撐現(xiàn)在的方向”，為此，2006年9月，他考取了位于蘭州的中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所的巖土工程博士，開始了在凍土工程方向上正式而系統(tǒng)的科研訓(xùn)練。從此，他一直堅守在我國公路凍土工程科研第一線，足跡遍及青海、西藏、新疆、東北等我國全部多年凍土區(qū)，平均每年在海拔4500米以上、空氣含氧量不足內(nèi)地50%的青藏高原工作3個月之久，對凍土“感情頗深”。

“我將凍土當(dāng)作一個生命體，是因為它具有獨特的個性，面對人類工程活動的侵?jǐn)_，它則以凍脹和融沉進(jìn)行著無聲的反抗。”陳建兵介紹，多年凍土層在無外部擾動的情況下，長期處于凍結(jié)狀態(tài)，是一個穩(wěn)定的土層；之上是季節(jié)活動層，是多年凍土層與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的“呼吸系統(tǒng)”。以青藏高原沿線多年凍土為例，其典型特征就是凍土溫度相對較高，80%以上都在0～3℃之間?！皟鐾翆右话闶欠€(wěn)定的，但是在表面溫度升高時，它也會很敏感，發(fā)生融化使地基變軟，進(jìn)而造成病害。公路黑色瀝青路面的強吸熱正好是它的敏感源。所以，我們在修路的時候必須要尊重它的生存方式，不能簡單粗暴地‘堵死’它的呼吸系統(tǒng)，而是要敞開一條通道，讓它能自由呼吸。”

在陳建兵眼中，多年凍土層還是一個天然資源庫?！氨热缜嗖馗咴嗄陜鐾翆?，最薄的地方十幾米，最厚兩百多米。這些凍土層中都含有大量的冰，是一個龐大的固體水庫。”根據(jù)這些凍土的分布面積和厚度，估算其中的含水量，結(jié)果令人瞠目結(jié)舌，竟然能夠保障西安市近30年的用水。

“多年凍土層中還可能含有可燃冰?！标惤ū謷伋鲆粋€信息，可燃冰是甲烷在低溫高壓下固化凝結(jié)而成的。與石油、天然氣燃燒后會產(chǎn)生有害氣體不同，可燃冰燃燒后形成的只有水分，被稱為21世紀(jì)最好的清潔能源。

不止如此，多年凍土層中可能蘊含的大量不為人知的微生物，也極為珍貴。曾有俄羅斯科學(xué)家從西伯利亞凍土層中提取出一種細(xì)菌，實驗發(fā)現(xiàn)，該細(xì)菌可以對抗外界帶來的損傷。通俗地說，將其植入人體后，可能會令人變得更長壽。在朋友圈發(fā)現(xiàn)這一條報道后，陳建兵幽默地在下面評論：“沒想到我們研究凍土的距離永生這么近”。雖是戲言，卻也無法遮住多年凍土層的價值。

“這么厚的凍土層，我們挖是挖不掉的，只有跟它和平共處?！标惤ū膽B(tài)度很明顯：是生命體，所以尊重它；是資源庫，所以保護(hù)它?！八嗅槍鐾恋墓こ檀胧┖脱芯?，都應(yīng)該有這樣的情懷和理念，才能健康持續(xù)地發(fā)展下去?！彼f。

書寫引領(lǐng)者的榮光

嚴(yán)格說起來，建國之后，我國才開始展開凍土基礎(chǔ)研究，在全國范圍內(nèi)研究凍土的分布、特征、發(fā)育特點等?！邦愃朴谄詹樾再|(zhì)，真正到凍土工程研究，是在1954年?！标惤ūf。

當(dāng)時，西北軍慕生忠將軍為了響應(yīng)“西藏和平解放”的號召，打通從內(nèi)地進(jìn)入西藏的通道，開始建設(shè)青藏公路。然而，道路修通后才發(fā)現(xiàn)路面“不經(jīng)用”，出現(xiàn)了大面積的凍脹、翻漿等凍土地區(qū)特有的病害，甚至于無法通行。這是我國第一次遇到凍土工程案例。1973年，周恩來總理要求將青藏公路“黑色化”，交通部成立了青藏公路科研組。1978年，以交通部組建的科研、設(shè)計團(tuán)隊修通了一條穿越多年凍土地區(qū)，長達(dá)550公里的全天候通車的二級公路。這是一次世界性壯舉，第一次突破了國際工程界在多年凍土區(qū)不能修筑瀝青路面的禁區(qū)。

40多年間，他們從青藏公路科研組逐步演變成寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心，但依然常年堅守在海拔4500米以上的青藏高原地區(qū)，建成了青藏公路地溫觀測斷面87個，觀測孔240個，地溫監(jiān)測點5700多個，路基變形監(jiān)測點530個，掌握了連續(xù)30多年超過100萬組的第一手觀測數(shù)據(jù)……他們的努力，使青藏公路成為世界上開展公路凍土工程研究最大的試驗場，也是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)源。“我們院積累的觀測數(shù)據(jù)序列，最長的有25年，奠定了后來系統(tǒng)開展相關(guān)研究的基礎(chǔ)。而很多國外研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者，也會將青藏公路作為考察和試驗的首選?！标惤ūf。

實際上，不止青藏公路，他們還建設(shè)了共和至結(jié)古公路綜合試驗觀測場，漠河至北極村多年凍土路基觀測場等多年凍土公路工程觀測場，研究區(qū)域涵蓋了我國高原多年凍土地區(qū)與高緯度多年凍土地區(qū)。最難能可貴的是，他們自行設(shè)計和建成了國內(nèi)規(guī)模最大的步入式多功能凍土路基模型試驗箱，獲取了可靠豐富的試驗數(shù)據(jù)，為解決公路凍土工程中的復(fù)雜問題提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。

加入這樣一個團(tuán)隊，陳建兵與有榮焉。10余年來，他作為執(zhí)行負(fù)責(zé)人完成的研究項目近20項，撰寫研究報告累計達(dá)百萬字，其中主要項目“多年凍土地區(qū)路基穩(wěn)定性技術(shù)研究”“青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)地基穩(wěn)定性研究”等均被同行專家鑒定為國際領(lǐng)先水平，為一公院的榮光添上了自己的一筆。

在公路凍土工程應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究方面，他參與了凍土路基尺度效應(yīng)理論的創(chuàng)立，提出凍土路基尺度效應(yīng)的概念、研究范疇及研究內(nèi)容，并論證了其存在性與規(guī)律性。“我在博士期間的論文也是關(guān)于此。”陳建兵說。此外，他還合理構(gòu)建了能夠考慮水、熱、變形三場耦合作用的路基變形與穩(wěn)定性分析的理論模型、應(yīng)用模型且驗證了模型的可靠性，據(jù)此建立了凍土路基仿真平臺，同時提出了凍土路基穩(wěn)定性評價方法與評價指標(biāo)；分析了凍土路基長期變形規(guī)律并構(gòu)建其模型，提出了凍土路基“模塊化”設(shè)計方法。該系列成果被同行專家認(rèn)為“具有重要的理論與實際意義”，以及“顯著創(chuàng)新性”。

在凍土工程大型模型試驗現(xiàn)場

見識過寒區(qū)凍土層的敏感與脆弱后，陳建兵研究分析了青藏公路高路基病害的形成及其機(jī)理，提出了高路基病害的形成和發(fā)展與凍土路基下上限形態(tài)分布的相互作用規(guī)律。該研究成果被他帶到了首屆亞洲國際凍土大會上，作為大會報告一出來，就得到了與會各國凍土專家的普遍認(rèn)同。對陳建兵來說，要在多年凍土地區(qū)筑路，核心就是要確定路基設(shè)計原則。前文所述“制冷阻熱、減少輻射、增強對流、主動保護(hù)、綜合治理、積極預(yù)防”的路基設(shè)計原則就是他繼承創(chuàng)新的結(jié)果。而后，他又通過主持青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)地基穩(wěn)定性”研究，進(jìn)一步提出了一般填土路基、熱棒、碎塊石路基、碎石邊坡、隔熱板等眾多特殊路基的適用條件、長期效應(yīng)、關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)。該項目成果曾成功指導(dǎo)青藏公路在青藏鐵路建設(shè)期間的整治改建與保通工程，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益，被鑒定為“總體達(dá)到國際先進(jìn)水平”“部分達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。這些成果被編入著作《多年凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)》《多年凍土地區(qū)公路路基穩(wěn)定性技術(shù)問題與對策》及首部交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范“多年凍土地區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則”中，并推廣應(yīng)用至西部寒區(qū)、青藏高原及東北地區(qū)的6千公里公路上。

“我們還基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)成果，運用GIS與數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，集成了一個青藏高原凍土地區(qū)公路修筑技術(shù)基礎(chǔ)平臺?！边@也是陳建兵在應(yīng)用基礎(chǔ)、工程技術(shù)之外的另一個重要成果。該平臺體系不僅直接服務(wù)于現(xiàn)有青藏公路的科學(xué)化管理與養(yǎng)護(hù)決策，還可為青藏高速的應(yīng)用基礎(chǔ)研究積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，先后被授予獲中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎和陜西省科學(xué)技術(shù)獎二等獎。

把握“一帶一路”下的機(jī)遇

2015年9月，一公院籌備的高寒高海拔地區(qū)道路工程安全與健康國家重點實驗室，經(jīng)科技部批準(zhǔn)開始投建。2016年3月11日，該實驗室未來5年建設(shè)論證會舉行，其正式進(jìn)入全面建設(shè)階段。這是中國交建首個獲批的國家級重點實驗室，也是中國唯一一家以企業(yè)為依托研究高原凍土的國家級重點實驗室。

作為高寒高海拔地區(qū)道路工程安全與健康國家重點實驗室副主任，陳建兵在接受電話采訪時坦承實驗室未來的發(fā)展之路正如中國交建副總裁孫子宇先生總結(jié)的?！耙粋€緊密結(jié)合，兩個圍繞，三個定位，四個平臺，五個方向?！彼o筆者理了一下思路。

“一個緊密結(jié)合”——即緊密結(jié)合國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，為我國絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中道路工程技術(shù)發(fā)展和輸出發(fā)展做核心技術(shù)支撐。

“兩個圍繞”——即立足實驗室的特點和根本，繼續(xù)重點圍繞高寒高海拔地區(qū)的特點和道路工程建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)的根本開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

“三個定位”——則是從國家戰(zhàn)略、行業(yè)發(fā)展以及企業(yè)發(fā)展上分別定位。在國家戰(zhàn)略上，有責(zé)任和義務(wù)將凍土研究過程中形成的裝備、技術(shù)、材料等輻射到絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶上的高寒地區(qū)的國家；從行業(yè)層面上，能夠主導(dǎo)行業(yè)的發(fā)展方向，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。對企業(yè)層面定位，陳建兵做了具體詮釋，他認(rèn)為，企業(yè)是科技創(chuàng)新的主體，而該重點實驗室則是一公院這個創(chuàng)新主體里的創(chuàng)新主體。“企業(yè)直接面向市場，而實驗室要形成獨有的知識產(chǎn)權(quán)體系和技術(shù)體系，這些體系最終形成我們企業(yè)的品牌。而市場又反過來為科研成果提供經(jīng)費保障和動力，以便于我們更深入地開展研究?！彼f，“我們作為企業(yè)創(chuàng)新主體的作用就是和市場主體形成一個良性互動，最終實現(xiàn)良性循環(huán)和自我發(fā)展?！?/p>

“四個平臺”——第一要建設(shè)成為硬件環(huán)境能達(dá)到國際領(lǐng)先水平的國際一流的應(yīng)用基礎(chǔ)研究平臺；第二要建設(shè)一個能代表國家水平的核心技術(shù)創(chuàng)新平臺；第三要建設(shè)一個具有國際視野的高端人才培養(yǎng)平臺；第四要建設(shè)一個具有國際話語權(quán)的國際交流合作平臺。

“五個方向”——代表著該實驗室將在路基，路面，橋隧，安全檢測和健康診斷，道路安全運營5個方向重點開展研究。

“我們在實驗室前期建設(shè)上已經(jīng)投資1.2億元，準(zhǔn)備再投資4千多萬，在5年后達(dá)到1.6億的建設(shè)規(guī)模，使實驗室在硬件水平上達(dá)到國際一流?！标惤ū脑捴辛髀冻鲋薪患瘓F(tuán)和一公院對該重點實驗室的信心。下一步，他們將在“一帶一路”戰(zhàn)略下，針對絲綢之路跨越的中蒙俄通道、中哈通道、中巴通道和中塔吉烏通道重點開展工作。這將對提升寒區(qū)公路品質(zhì)、促進(jìn)“陸上絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義?！斑@4條通道規(guī)劃道路里程兩萬多公里，再加上伴行道路，如中哈輸油管線的養(yǎng)護(hù)巡檢路線等，會超過3萬公里。因此，未來寒區(qū)凍土公路工程，還有巨大的、廣闊的應(yīng)用前景?！?/p>

在巍巍昆侖山上的凍土團(tuán)隊

科研是勇者的事業(yè)

40多年風(fēng)雨，一公院走到今天，已經(jīng)經(jīng)歷了三代人的科研積累。他們自主創(chuàng)建了公路凍土工程理論和瀝青路面及路基穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)、公路設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)、公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)體系等技術(shù)體系，獲得國家科技進(jìn)步獎3次（一等獎2次、二等獎1次），中國公路學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎3次，省部級科技進(jìn)步獎20多項。青藏公路瀝青路面建成至今，已降低運營成本44.7億元，節(jié)約旅客時間效益達(dá)3.5億元，減少交通事故效益達(dá)2.6億元，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。

這是一個極具前瞻性的團(tuán)隊。40多項研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先和先進(jìn)水平，確立了我國凍土工程研究的國際領(lǐng)先地位，也代表了我國凍土工程研究的最高水平。他們主持編寫了我國交通行業(yè)首部多年凍土地區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范，以及首部凍土路基處置技術(shù)（熱棒）的國家標(biāo)準(zhǔn)，出版著作5部，直接指導(dǎo)了青海、西藏、東北各省區(qū)超過7萬公里的寒區(qū)道路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)，并將繼續(xù)指導(dǎo)下去。

作為我國凍土工程研究第三代領(lǐng)軍人，陳建兵見證了這些榮耀，也親歷過榮光背后五味陳雜的人生。

“剛到青藏高原的時候，我們和民工一起住帳篷，同吃同喝。高山反應(yīng)也很強烈?！标惤ūf。那時候的他們，一忙起來，也許幾個月都顧不上剃胡子，在高原紫外線的“眷顧”下，臉被曬得黢黑。到了晚上，沿線沒有電，連手機(jī)信號都沒有，唯一能做的“趣事”竟然是在帳篷外數(shù)星星。

“現(xiàn)在已經(jīng)好多了”，用他的話說，辛苦和寂寞這種事兒，你自己得先不當(dāng)回事兒?！白鑫覀冞@行，最要緊的是要有踏實的作風(fēng)。也許一個設(shè)計人員幾個月的工作周期，做一個設(shè)計下來就是幾千萬，我們不能跟人家比。一個幾百萬經(jīng)費支持的項目三四年能做出來，我已經(jīng)很滿足了?？蒲胁皇菕赍X的事業(yè)，我們不能盯著‘高大上’，要有能接受逆境和失敗的勇氣。”

因為這份勇氣，陳建兵和他的團(tuán)隊常常是帶病也“不下火線”，蹲守在工地上解決現(xiàn)場問題，成為工期和質(zhì)量保障的一支尖兵。熟悉一公院的人知道，他們的企業(yè)文化是“特別能吃苦，特別能奉獻(xiàn)，特別能戰(zhàn)斗，特別能創(chuàng)新”，正是對這些青藏公路一線科技工作者精神面貌的總結(jié)。

如今的陳建兵，依然忙碌，采訪過程中也接到電話說要加班?！皩嶒炇也牧弦蠄?，現(xiàn)在正在做青藏高速公路前期研究，很多大型工程也需要我們支撐……不管怎么樣，我作為一個科研人員，核心工作還是要放在科研上?！彼f。