冰与火之歌——记中交第一公路勘察设计研究院寒区环境与工程研发中心主任陈建兵

本刊记者　褚 焱

冰与火之歌
——记中交第一公路勘察设计研究院寒区环境与工程研发中心主任陈建兵

本刊记者褚 焱

在海拔4300米的共玉公路施工现场

专家简介：

陈建兵，中交第一公路勘察设计研究院有限公司教授级高级工程师、交通运输部多年冻土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室执行主任、寒区环境与工程研发中心主任、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。1978年12月生，安徽怀宁人，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所岩土工程专业博士。

至今作为主要负责人完成研究项目20余项，获省部级以上科技奖励12项，其中国家科技进步奖一等奖1项，省部级科学技术奖特等奖3项，一、二等奖5项。取得专利19项（国际专利1项、国家发明专利9项、实用新型专利9项），软件著作权2项。合编著作2部，发表论文40余篇（SCI、EI收录12篇）。

入选“2014年度国家高层次人才特殊支持计划（万人计划）-青年拔尖人才”“2015年度百千万人才工程国家级人选”；获得“国家有突出贡献中青年专家”“交通运输部青年科技英才”“中国公路青年科技奖”“陕西省青年科技新星”“陕西省科技创新领军人才”“陕西省科技系统青年岗位能手”“中国交建优秀技术专家”等荣誉称号，团队荣获“2013年度感动交通十大年度人物”“2016年度全国工人先锋号”等荣誉称号。

冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。陈建兵是一个与多年冻土打交道的人，高海拔的青藏高原是他十余年来经常性的活动范围。在那条天路之上，他以深沉的坚韧和如火的热情谱写着一曲“冰与火之歌”。

以人文情怀待“冻土”

2003年6月，陈建兵走进中交第一公路勘察设计研究院（以下简称“一公院”）副院长汪双杰办公室。那是他来一公院报到的第一天。从这一天起，他结下了与多年冻土的不解之缘。

在陈建兵的履历上，他1996年考入长安大学（原西安地质学院）测量工程系。本科时就已经在老师的指导下，涉足青藏高原地壳形变课题。不过，出身于测绘专业的他，所做的大多都是在为一些重要的物理解释提供基础数据。2000年进入西安科技大学地质工程系攻读硕士学位后，才开始深入到机理研究。

无巧不成书。汪双杰是全国勘察设计大师，我国公路冻土工程首席专家，2001年，他成为“多年冻土地区公路修筑成套技术研究”项目的负责人。该项目是当时交通部有史以来投入研究经费最多、研究人员最多的项目，也是整个行业内最大的科研项目。陈建兵到一公院时，该项目正如火如荼，于是就听到了这样一个问题：“你的硕士论文是做青藏高原地壳形变的，我们现在做的一个项目正好也是在青藏高原地区，你有没有兴趣加入？”“可以啊。”没有犹豫，陈建兵直接回答道。

直到今天，当时的场景还历历在目，那是陈建兵人生中的一个转折，汪双杰也是陈建兵冻土工程研究的引路人。加入该项目后，初出茅庐的陈建兵不仅撰写了项目研究总报告的基础理论研究、病害机理研究、路基设计与施工技术研究三部分章节，还负责起分项目“多年冻土地区路基稳定性技术”研究，系统分析了青藏高原冻土地温长期的变化规律，总结了全球气候变化与工程效应对不同温度冻土影响的差异性，提出了“制冷阻热、减少辐射、增强对流、主动保护、综合治理、积极预防”的路基设计新原则，并围绕多年冻土区黑色路面效应与路基宽度、高度、边坡坡度、保温护道等引发的尺度效应展开了一系列研究。后来，该项目成果成功指导了青藏公路的改建完善工程，提升了我国在多年冻土区公路修筑技术水平，并获得2007年度中国公路学会科学技术奖特等奖和2008年度国家科技进步奖一等奖，陈建兵贡献良多。

初入冻土研究，就站在这样一个具有国际领先水平的高起点项目上，陈建兵反而深思熟虑起来。“我感觉之前的知识不足以支撑现在的方向”，为此，2006年9月，他考取了位于兰州的中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的岩土工程博士，开始了在冻土工程方向上正式而系统的科研训练。从此，他一直坚守在我国公路冻土工程科研第一线，足迹遍及青海、西藏、新疆、东北等我国全部多年冻土区，平均每年在海拔4500米以上、空气含氧量不足内地50%的青藏高原工作3个月之久，对冻土“感情颇深”。

“我将冻土当作一个生命体，是因为它具有独特的个性，面对人类工程活动的侵扰，它则以冻胀和融沉进行着无声的反抗。”陈建兵介绍，多年冻土层在无外部扰动的情况下，长期处于冻结状态，是一个稳定的土层；之上是季节活动层，是多年冻土层与外界进行物质交换的“呼吸系统”。以青藏高原沿线多年冻土为例，其典型特征就是冻土温度相对较高，80%以上都在0～3℃之间。“冻土层一般是稳定的，但是在表面温度升高时，它也会很敏感，发生融化使地基变软，进而造成病害。公路黑色沥青路面的强吸热正好是它的敏感源。所以，我们在修路的时候必须要尊重它的生存方式，不能简单粗暴地‘堵死’它的呼吸系统，而是要敞开一条通道，让它能自由呼吸。”

在陈建兵眼中，多年冻土层还是一个天然资源库。“比如青藏高原多年冻土层，最薄的地方十几米，最厚两百多米。这些冻土层中都含有大量的冰，是一个庞大的固体水库。”根据这些冻土的分布面积和厚度，估算其中的含水量，结果令人瞠目结舌，竟然能够保障西安市近30年的用水。

“多年冻土层中还可能含有可燃冰。”陈建兵又抛出一个信息，可燃冰是甲烷在低温高压下固化凝结而成的。与石油、天然气燃烧后会产生有害气体不同，可燃冰燃烧后形成的只有水分，被称为21世纪最好的清洁能源。

不止如此，多年冻土层中可能蕴含的大量不为人知的微生物，也极为珍贵。曾有俄罗斯科学家从西伯利亚冻土层中提取出一种细菌，实验发现，该细菌可以对抗外界带来的损伤。通俗地说，将其植入人体后，可能会令人变得更长寿。在朋友圈发现这一条报道后，陈建兵幽默地在下面评论：“没想到我们研究冻土的距离永生这么近”。虽是戏言，却也无法遮住多年冻土层的价值。

“这么厚的冻土层，我们挖是挖不掉的，只有跟它和平共处。”陈建兵的态度很明显：是生命体，所以尊重它；是资源库，所以保护它。“所有针对冻土的工程措施和研究，都应该有这样的情怀和理念，才能健康持续地发展下去。”他说。

书写引领者的荣光

严格说起来，建国之后，我国才开始展开冻土基础研究，在全国范围内研究冻土的分布、特征、发育特点等。“类似于普查性质，真正到冻土工程研究，是在1954年。”陈建兵说。

当时，西北军慕生忠将军为了响应“西藏和平解放”的号召，打通从内地进入西藏的通道，开始建设青藏公路。然而，道路修通后才发现路面“不经用”，出现了大面积的冻胀、翻浆等冻土地区特有的病害，甚至于无法通行。这是我国第一次遇到冻土工程案例。1973年，周恩来总理要求将青藏公路“黑色化”，交通部成立了青藏公路科研组。1978年，以交通部组建的科研、设计团队修通了一条穿越多年冻土地区，长达550公里的全天候通车的二级公路。这是一次世界性壮举，第一次突破了国际工程界在多年冻土区不能修筑沥青路面的禁区。

40多年间，他们从青藏公路科研组逐步演变成寒区环境与工程研发中心，但依然常年坚守在海拔4500米以上的青藏高原地区，建成了青藏公路地温观测断面87个，观测孔240个，地温监测点5700多个，路基变形监测点530个，掌握了连续30多年超过100万组的第一手观测数据……他们的努力，使青藏公路成为世界上开展公路冻土工程研究最大的试验场，也是最基础的数据源。“我们院积累的观测数据序列，最长的有25年，奠定了后来系统开展相关研究的基础。而很多国外研究机构和学者，也会将青藏公路作为考察和试验的首选。”陈建兵说。

实际上，不止青藏公路，他们还建设了共和至结古公路综合试验观测场，漠河至北极村多年冻土路基观测场等多年冻土公路工程观测场，研究区域涵盖了我国高原多年冻土地区与高纬度多年冻土地区。最难能可贵的是，他们自行设计和建成了国内规模最大的步入式多功能冻土路基模型试验箱，获取了可靠丰富的试验数据，为解决公路冻土工程中的复杂问题提供了宝贵的数据支持。

加入这样一个团队，陈建兵与有荣焉。10余年来，他作为执行负责人完成的研究项目近20项，撰写研究报告累计达百万字，其中主要项目“多年冻土地区路基稳定性技术研究”“青藏公路高温高含冰量多年冻土区地基稳定性研究”等均被同行专家鉴定为国际领先水平，为一公院的荣光添上了自己的一笔。

在公路冻土工程应用基础理论研究方面，他参与了冻土路基尺度效应理论的创立，提出冻土路基尺度效应的概念、研究范畴及研究内容，并论证了其存在性与规律性。“我在博士期间的论文也是关于此。”陈建兵说。此外，他还合理构建了能够考虑水、热、变形三场耦合作用的路基变形与稳定性分析的理论模型、应用模型且验证了模型的可靠性，据此建立了冻土路基仿真平台，同时提出了冻土路基稳定性评价方法与评价指标；分析了冻土路基长期变形规律并构建其模型，提出了冻土路基“模块化”设计方法。该系列成果被同行专家认为“具有重要的理论与实际意义”，以及“显著创新性”。

在冻土工程大型模型试验现场

见识过寒区冻土层的敏感与脆弱后，陈建兵研究分析了青藏公路高路基病害的形成及其机理，提出了高路基病害的形成和发展与冻土路基下上限形态分布的相互作用规律。该研究成果被他带到了首届亚洲国际冻土大会上，作为大会报告一出来，就得到了与会各国冻土专家的普遍认同。对陈建兵来说，要在多年冻土地区筑路，核心就是要确定路基设计原则。前文所述“制冷阻热、减少辐射、增强对流、主动保护、综合治理、积极预防”的路基设计原则就是他继承创新的结果。而后，他又通过主持青藏公路高温高含冰量多年冻土区地基稳定性”研究，进一步提出了一般填土路基、热棒、碎块石路基、碎石边坡、隔热板等众多特殊路基的适用条件、长期效应、关键设计参数等技术指标。该项目成果曾成功指导青藏公路在青藏铁路建设期间的整治改建与保通工程，产生了显著的社会经济效益，被鉴定为“总体达到国际先进水平”“部分达到国际领先水平”。这些成果被编入著作《多年冻土地区公路修筑技术》《多年冻土地区公路路基稳定性技术问题与对策》及首部交通行业标准规范“多年冻土地区公路设计与施工技术细则”中，并推广应用至西部寒区、青藏高原及东北地区的6千公里公路上。

“我们还基于现有的数据成果，运用GIS与数据库管理技术，集成了一个青藏高原冻土地区公路修筑技术基础平台。”这也是陈建兵在应用基础、工程技术之外的另一个重要成果。该平台体系不仅直接服务于现有青藏公路的科学化管理与养护决策，还可为青藏高速的应用基础研究积累经验和数据，总体达到国际领先水平，先后被授予获中国公路学会科学技术奖特等奖和陕西省科学技术奖二等奖。

把握“一带一路”下的机遇

2015年9月，一公院筹备的高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室，经科技部批准开始投建。2016年3月11日，该实验室未来5年建设论证会举行，其正式进入全面建设阶段。这是中国交建首个获批的国家级重点实验室，也是中国唯一一家以企业为依托研究高原冻土的国家级重点实验室。

作为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，陈建兵在接受电话采访时坦承实验室未来的发展之路正如中国交建副总裁孙子宇先生总结的。“一个紧密结合，两个围绕，三个定位，四个平台，五个方向。”他给笔者理了一下思路。

“一个紧密结合”——即紧密结合国家“一带一路”发展战略，为我国丝绸之路经济带中道路工程技术发展和输出发展做核心技术支撑。

“两个围绕”——即立足实验室的特点和根本，继续重点围绕高寒高海拔地区的特点和道路工程建设与养护技术的根本开展应用基础研究。

“三个定位”——则是从国家战略、行业发展以及企业发展上分别定位。在国家战略上，有责任和义务将冻土研究过程中形成的装备、技术、材料等辐射到丝绸之路经济带上的高寒地区的国家；从行业层面上，能够主导行业的发展方向，引领行业技术进步。对企业层面定位，陈建兵做了具体诠释，他认为，企业是科技创新的主体，而该重点实验室则是一公院这个创新主体里的创新主体。“企业直接面向市场，而实验室要形成独有的知识产权体系和技术体系，这些体系最终形成我们企业的品牌。而市场又反过来为科研成果提供经费保障和动力，以便于我们更深入地开展研究。”他说，“我们作为企业创新主体的作用就是和市场主体形成一个良性互动，最终实现良性循环和自我发展。”

“四个平台”——第一要建设成为硬件环境能达到国际领先水平的国际一流的应用基础研究平台；第二要建设一个能代表国家水平的核心技术创新平台；第三要建设一个具有国际视野的高端人才培养平台；第四要建设一个具有国际话语权的国际交流合作平台。

“五个方向”——代表着该实验室将在路基，路面，桥隧，安全检测和健康诊断，道路安全运营5个方向重点开展研究。

“我们在实验室前期建设上已经投资1.2亿元，准备再投资4千多万，在5年后达到1.6亿的建设规模，使实验室在硬件水平上达到国际一流。”陈建兵的话中流露出中交集团和一公院对该重点实验室的信心。下一步，他们将在“一带一路”战略下，针对丝绸之路跨越的中蒙俄通道、中哈通道、中巴通道和中塔吉乌通道重点开展工作。这将对提升寒区公路品质、促进“陆上丝绸之路经济带”区域经济社会发展具有重要现实意义。“这4条通道规划道路里程两万多公里，再加上伴行道路，如中哈输油管线的养护巡检路线等，会超过3万公里。因此，未来寒区冻土公路工程，还有巨大的、广阔的应用前景。”

在巍巍昆仑山上的冻土团队

科研是勇者的事业

40多年风雨，一公院走到今天，已经经历了三代人的科研积累。他们自主创建了公路冻土工程理论和沥青路面及路基稳定关键技术、公路设计与施工关键技术、公路建设养护体系等技术体系，获得国家科技进步奖3次（一等奖2次、二等奖1次），中国公路学会科学技术奖特等奖3次，省部级科技进步奖20多项。青藏公路沥青路面建成至今，已降低运营成本44.7亿元，节约旅客时间效益达3.5亿元，减少交通事故效益达2.6亿元，社会经济效益显著。

这是一个极具前瞻性的团队。40多项研究成果达到国际领先和先进水平，确立了我国冻土工程研究的国际领先地位，也代表了我国冻土工程研究的最高水平。他们主持编写了我国交通行业首部多年冻土地区公路设计与施工技术规范，以及首部冻土路基处置技术（热棒）的国家标准，出版著作5部，直接指导了青海、西藏、东北各省区超过7万公里的寒区道路建设与养护，并将继续指导下去。

作为我国冻土工程研究第三代领军人，陈建兵见证了这些荣耀，也亲历过荣光背后五味陈杂的人生。

“刚到青藏高原的时候，我们和民工一起住帐篷，同吃同喝。高山反应也很强烈。”陈建兵说。那时候的他们，一忙起来，也许几个月都顾不上剃胡子，在高原紫外线的“眷顾”下，脸被晒得黢黑。到了晚上，沿线没有电，连手机信号都没有，唯一能做的“趣事”竟然是在帐篷外数星星。

“现在已经好多了”，用他的话说，辛苦和寂寞这种事儿，你自己得先不当回事儿。“做我们这行，最要紧的是要有踏实的作风。也许一个设计人员几个月的工作周期，做一个设计下来就是几千万，我们不能跟人家比。一个几百万经费支持的项目三四年能做出来，我已经很满足了。科研不是挣钱的事业，我们不能盯着‘高大上’，要有能接受逆境和失败的勇气。”

因为这份勇气，陈建兵和他的团队常常是带病也“不下火线”，蹲守在工地上解决现场问题，成为工期和质量保障的一支尖兵。熟悉一公院的人知道，他们的企业文化是“特别能吃苦，特别能奉献，特别能战斗，特别能创新”，正是对这些青藏公路一线科技工作者精神面貌的总结。

如今的陈建兵，依然忙碌，采访过程中也接到电话说要加班。“实验室材料要上报，现在正在做青藏高速公路前期研究，很多大型工程也需要我们支撑……不管怎么样，我作为一个科研人员，核心工作还是要放在科研上。”他说。