曾慶元院士：科研成果解決實際問題，是最好的獎勵

大秦鐵路是我國第一條雙線電氣化重載鐵路，是我國「西煤東運」的能源大通道。今年八月，受暴雨影響，大秦鐵路一周內發生兩起列車脫軌事故。

據統計，列車脫軌引起的事故已佔整個鐵路運輸事故的7成左右。不明原因列車脫軌的理論分析，一直是非常複雜和困難的課題，一百多年來國內外都未解決。

直到2005年，中國工程院院士、橋梁動力學專家曾慶元的《列車脫軌分析理論與應用》出版，一舉突破了這一世界百年難題。

曾慶元(1925.10月-2016.6）

橋梁動力學專家

中國工程院院士

「土生土長」的農民院士

在眾多有著傑出留學經歷的院士中，曾慶元或許更符合一個「異類」的設定，他沒有出國留學和工作的經歷，學術生命、精神、成就全是在中國本土文化的沃土上形成、發展起來的。

1925年9月20日，曾慶元出生於江西泰和縣螺溪鎮三都圩鄉鄭洲村的一個農民家庭，為維持最起碼的物質生活，曾慶元的父母常常起早貪黑勞作。

曾慶元讀書時，教書先生發現他的記憶能力特別強，於是每天給他安排的背誦功課總是比別人多，而他每次都能按時完成，並且流利背誦。四年時間，他從沒有挨過先生的「板子」，也比別的學生學得更紮實。

曾慶元的父親出於尊重知識分子的傳統觀念，加上器重兒子學習上的天賦，堅信「惟有讀書高」，縱使家境貧寒也不肯讓曾慶元退學。

曾慶元深知家人的用心良苦和滿腔期待，1946年9月，他以優異成績考入國立中正大學（現南昌大學），並獲得「甲等公費」求學資格，師從著名學者蔡方蔭、王修寀、汪良一等人，主攻力學。

1946年曾慶元在國立中正大學入學時留影

科研事業一波三折卻永不言敗

1950年7月，曾慶元從南昌大學畢業，因成績優秀留校擔任土木工程系助教。

受國家高校院系調整的影響，原就職於南昌大學土木工程系的曾慶元被任命為中南土木建築學院橋梁與隧道繫結構力學教研室助教。1954年1月，他被派往哈爾濱工業大學攻讀木結構碩士研究生，後轉入清華大學攻讀鋼結構。

畢業後，他回到中南土木建築學院，擔任建築結構教研組助教，但工作還未穩定，他又被下調到漣源鋼鐵廠參加勞動鍛鍊。

儘管遭遇了學非所用的尷尬，但習慣於在學術上韜光養晦的曾慶元選擇「隨遇而安」。他幹勁十足，在鋼鐵廠技術革新上，提出了很多有效的方法，還被評為乙等光榮生產者、丙等勞動鍛鍊先鋒。工作之餘，他將時間都用在了研讀鋼結構方面的專業書籍上，為日後從事鋼結構研究夯實了基礎。

20世紀50年代末60年代初，長沙鐵道學院成立，為了加強橋隧專業的師資力量，學院點名調入曾慶元。

突如其來的「換專業」讓曾慶元措手不及。他原本在工業與民用建築的房屋鋼結構研究上已輕車熟路了，面對突然轉向橋梁鋼結構的研究與教學，他在「懵」的同時，迅速擺正了自己的心態，將挑戰化為機遇，開始了新一輪的徵程。

他說：「到鐵道學院是我一生中最大的機遇。因為當時的工民建是比較成熟的領域，要有所突破和發展很難；而鐵路建設當時剛剛起步，大有發展前途。」

當時曾慶元腰腿有疾，行動不方便，但他還是下力氣學習了許多鋼橋疲勞強度、鋼橋振動等鋼橋知識。

長沙鐵道學院建校伊始，百業待興，工作環境很差。1960年秋季開學時，教學樓只建到三樓，還沒有窗戶，大家只好邊建邊用，上面的樓層照建不誤，下面師生照常上課。

當時教室的陳設極其簡陋。牆上打兩顆釘子，掛上一塊塗了黑漆的木板當黑板；屋裡擺的課桌椅都是四處湊來的。教師們的居住條件、生活環境、科研設備也都很簡陋。曾慶元身患坐骨神經痛尚未痊癒，右小腿的終身萎縮也帶來了許多不便，即便如此，他還是堅持拄著拐杖上課。

當曾慶元準備重振旗鼓，在教學、科研上取得新的突破的時候，工作受到了當時社會形勢影響，進度緩慢。學生停課、停學，他就利用這塊完整而大量的時間，躲進三尺小屋，偷偷讀書，把原來在清華讀研時收藏的書又好好地重讀了一遍。這期間，他將符拉索夫、柏拉希、鐵摩辛柯的力學理論精髓，愈加深入理解並熟練運用，

他說：「那幾年倒反讓我安安靜靜讀了不少書，理論上提高了不少。」

厚積薄發，築起安全屏障

1976年，長沙鐵道學院到九江長江大橋工地開門辦學。九江長江大橋位於贛、鄂、皖三省交界處，是我國當時規模最大的一座公、鐵兩用橋，正橋三大主跨有三個弧形拱圈伸出公路面，共11孔鋼梁，最大跨度為216米，創我國鐵路橋跨度之最。

九江長江大橋

九江長江大橋的建造涉及很多力學知識，這對參與九江長江大橋建設的曾慶元來說十分重要。

當時設計院的工作人員在現場對一個40米混凝土簡支梁的扭轉計算產生了分歧，曾慶元幫他們進行了重算。他在自己創立的桁梁空間分析法的基礎上，又提出一種箱形梁計算的板梁框架法，算出了該箱梁在自重下「三條腿」時的最大扭曲拉應力和最大豎向位移，還撰寫了論文《薄壁箱形梁在偏載作用下的計算》。

曾慶元算出的九江長江大橋引橋40米箱形梁約束扭轉應力及位移的正確值，與1977年該梁原型試驗值非常接近，這個精度讓在場的專家們心服口服。

1978年，該成果在鐵道部科學大會上獲得兩項獎，但獎項下卻既沒有長沙鐵道學院的名字，也沒有曾慶元的名字。曾慶元對此卻並不十分在意，「對於我而言，只要解決了實際問題，就是最好的獎勵，只要方法對頭，計算準確，我就無比欣慰」。

1978年晉升副教授時的曾慶元

1978年11月，53歲的曾慶元被聘為副教授，開始招收研究生。他認識到，帶研究生需要有穩定的研究方向。於是經過一番深思熟慮後，他最終確立了「車橋振動」作為自己和他的學術研究團隊的研究方向。

隨著中國鐵路事業快速發展，列車出軌的事故時有發生。作為一名從事橋梁方面研究的學者，曾慶元深知自己的責任與使命。

他曾多次告訴學生，要多關注橋梁建造方面的負面信息，找出事故發生的原因，從而及早杜絕。

20世紀90年代曾慶元在實驗室

曾慶元知道研究「車橋振動」的終極目的是要解決列車脫軌的問題。他爭取在最短的時間內弄到了國內外關於橋梁建造方面發生的事故資料，旋即著手分析、研究。

1997年，他指導博士生向俊做有關列車脫軌問題的博士論文。這一年，曾慶元已經72歲的高齡了。

曾慶元院士在給博士生講課（左起曾慶元院士、戴公連、李德建、郭向榮、右起呂海燕、郭文華）

他帶著20多個「追夢人」克服科研經費不足，經驗不足等困難，北上瀋陽，南下廣州，東至上海，西達貴陽，大量收集、分析事故資料，用自己設計的有效數學模型，在計算機上分析，並進行了實車測試，構建出了全新的「列車脫軌能量隨機分析理論」。

2002年1月，曾慶元在「鐵路高新技術國際學術報告會」上做脫軌分析理論主題報告

這一理論不僅圓滿地解釋了以往脫軌事故中無法解釋的複雜原因，而且能準確預測列車是否脫軌，可以及時採取相應的防範措施，可信度在99％以上，就這樣，困擾鐵路運輸100多年的世界難題被曾慶元攻克了。

2005年，曾慶元學術研究團隊課題組總結列車脫軌分析的研究成果，出版了專著《列車脫軌分析理論與應用》

同年，鐵道部科技司在長沙組織召開了這套列車脫軌分析理論與應用研究的專家會議。

鑑定意見為「課題組實現了列車脫軌分析理論的重大突破，本理論研究成果為原始創新，達到了國際領先水平，具有很高的實用價值和廣闊應用前景，為制定預防脫軌措施及標準提供了理論依據，可供線橋設計和規範修訂參考」。

曾慶元在研讀專業名著（2006年1月）

2016年6月3日，曾慶元因病醫治無效逝世，享年91歲。

漫長的學術研究道路上，曾慶元不為名利，不畏艱難，萬裡鐵路「走單騎」，致力於鐵路橋梁振動與穩定的研究，直至攻破列車脫軌的世界級難題。

雖沒有大橋因他拔地而起，但他30年來的學術成就對未來鐵路橋梁的建設提供了指導，為無數的生命與財產安全築起了一道堅實屏障。

文：採集工程項目辦公室/中國科協創新戰略研究院

來源：中國科學家公眾號