在世界屋脊破解养路“密码”

　　海拔五千米，世界屋脊之上。长风卷着砂砾掠过莽莽昆仑，凛冽的寒气穿透衣襟，强紫外线倾泻而下。

　　在这里，青藏公路如一条黑色纽带，蜿蜒在雪域高原的山河间，是联通内外发展的生命通道。但在极端恶劣的环境中，这条承载万千希望的天路经常病害缠身，开裂、拱胀、塌陷、老化等顽疾制约着西部路网的长效安全运营。

　　由中国工程院院士郑健龙领衔的长沙理工大学科研团队扎根高原，从沥青新材料、国产道路仿真工业软件、智能施工检测机器人等维度持续攻坚，为雪域天路注入长久“生命基因”。

　　今年国庆前夕，青藏公路某国道工程现场，该团队研发的长寿命路面技术已在当地进入路面施工实施阶段。

　　奔赴高原探寻养路“密码”

　　时间回溯至2019年夏，一纸科研调研通知，让一群平均年龄约30岁的青年与青藏高原结下了不解之缘。

　　长期以来，国内外道路工程领域普遍采用力学-经验法开展沥青路面结构设计，可这套设计体系有着与生俱来的短板。沥青混合料兼具弹性与黏性的复杂特质、损伤累积的非线性规律，无法被传统方法精准表征。尤其是在青藏高原极端工况下，各种破坏力因素被严重低估。

　　为此，相关部门针对青藏公路病害治理面向全国征集突破性技术方案。深耕道路耐久性研究数十年的郑健龙院士，接下攻坚重任。

　　2019年盛夏，90后夏诚东等青年博士跟随导师郑健龙院士、吕松涛教授，奔赴青藏高原进行极端环境调研，为长寿命道路材料与结构研发获取现场依据。

　　当车辆行至唐古拉山路段，稀薄的空气让人胸闷气短，刺骨的寒风裹挟着高原的荒芜扑面而来，大家被眼前的景象刺痛：公路细密的裂纹纵横交错，多处裂缝宽达拳头大小，持续的路面病害最终导致调研车辆半路抛锚，被困在海拔5000多米的高原荒原。

　　回到学校，一场攻坚动员会上，师生们围坐研讨，年过花甲的郑健龙院士目光坚定：“青藏公路是青藏高原的生命线，我们交通科研人，就要啃最硬的骨头，必须研发出适配极端环境的高性能沥青，为高原公路穿上坚固的‘厚铠甲’！”

　　夏诚东等一批青年学者主动扛起部分项目的攻坚重任，不断尝试破解这一难题。

　　一次科研结束后的聚餐中，看着成堆的小龙虾壳，吕松涛突发奇想：小龙虾壳经200摄氏度以上高温油爆却完好无损，耐高温、耐腐蚀性能极强，若将其加工改性掺入沥青，能否提升沥青耐高温抗老化性能？

　　就此，一场跨界创新的科研探索开启。夏诚东带领两名硕士研究生查阅文献，梳理生物材料与沥青改性的适配机理，思索如何将虾壳变废为宝：粉碎、提纯、配比、拌合、检测……一次次重复试验，一遍遍修正数据偏差，团队最终证实改性虾壳粉体可有效填充沥青孔隙、优化内部结构，大幅提升沥青耐高温、抗老化、抗变形性能。

　　但面对青藏高原的极端工况，一切归零，从头开始。

　　2022年夏，团队再次整装出发，3辆满载实验设备、沥青试样、检测仪器的卡车，从长沙启程。

　　白天，高原上烈日灼灼，队员们忙着布设测点、开展勘测、记录数据，顾不上汗水浸透了衣衫、紫外线灼伤了皮肤；晚上，高原气温降至零摄氏度以下，队员们裹紧衣物，围坐灯下，优化攻坚方案，常常研讨至深夜。

　　团队走遍国道G109格尔木至昆仑山口全线，深入冻土研究观测站，与青海省交通科学研究院专家深度交流病害机理、攻坚难点，逐一记录高寒、低压、强紫外线、冻融循环下的每一组数据，为后续室内仿真建模、新材料迭代研发筑牢了根基。

　　超声波巧解纳米改性难题

　　受制于高原距离遥远、环境艰苦，长期野外试验显然不现实，精准复刻高原极端环境、搭建室内仿真试验体系，成为攻坚关键。团队成员、博士琚子豪扛起仿真模拟设备研发重任。

　　传统实验室的紫外线模拟设备，多采用恒定光照模式，参数固定、工况单一。为模拟真实的青藏高原环境，琚子豪依托团队数年实地采集的高原气象、光照、温差等数据，潜心钻研建模、迭代设备参数，历经上百次设备调试、程序优化，最终成功研发动态紫外环境模拟试验箱，能精准模拟沥青材料长期服役中的老化、损伤、性能衰减全过程，为高性能沥青材料研发打通了关键前置关卡。

　　但新的技术难题接踵而至。当前国内大部分高速公路、高原干线公路，均采用SBS改性沥青，其优劣明显。“打个比方说，就如同豆浆粉兑水，只是简单物理掺杂，极易出现材料分层、粉体沉淀、性能离散。”夏诚东说，这种沥青抗老化、耐高低温性能薄弱，在高原极端环境下失效较快，是路面短命的核心症结之一。

　　团队将攻坚方向锁定纳米改性沥青，凭借纳米材料超细粒径、高强度、高稳定性的特质，彻底优化沥青内部结构。但历经数百次试验，团队始终无法突破技术瓶颈：纳米材料粒径极细、表面活性极强，直接掺入流动态沥青中，极易发生团聚结块，难以实现均匀分散排布。

　　攻坚一度陷入停滞。

　　2024年，一则超声波洗牙广告让夏诚东瞬间灵光乍现：超声波可以震荡剥离牙面污垢、实现精准分散，能不能借助这一原理，打破纳米材料团聚结构，让其在沥青中均匀排布、深度融合？

　　于是，他们从零摸索超声波适配参数，反复调试震荡功率、拌合温度、作用时长，成功创制纳米材料超声分散+聚合物接枝反应挤出一体化制备全新工艺，解决了纳米材料团聚难题。经检测，全新沥青材料抗高温、抗失稳、抗脆断性能翻倍提升。

　　历经无数个灯火通明的深夜、无数次归零重启的试验、无数组精准严苛的数据复盘，2019年至今，团队累计获11项国家发明专利，形成了一套完全自主可控、适配极端环境的长寿命沥青核心技术体系，并在实景工程中不断落地。

　　2024年12月，全新高性能沥青材料首次投入重大工程应用——京港澳高速长沙黎托下沉段改造项目，使得该路段路面平整度、稳定性、承载力大幅提升，通行噪音显著下降，彻底解决了多年扰民难题。2025年，团队核心技术中标国家重点工程——湖南洞庭溪沅水特大桥路面项目，让工程质量实现质的飞跃，寿命延长近一倍……

　　此外，该团队依托科研成果，在国内搭建起成熟产业化体系，上游依托中石化、中石油稳定原材料供应，中游委托专业厂家精细化加工，下游对接行业龙头落地工程，清晰勾勒出从实验室技术到产业化应用的发展蓝图。

　　十年深耕打造工程设计“智慧大脑”

　　如果说新型沥青材料是高原道路的“坚韧筋骨”，自主可控的道路仿真工业软件，便是道路工程设计的“智慧大脑”。

　　长期以来，我国高端工程仿真CAE工业软件市场大多被欧美产品垄断，底层求解器、核心算法长期受制于人。

　　长沙理工大学青年学者黄旺，扎根计算力学与道路工程软件研发一线10年，攻坚底层算法，推进道路工程仿真核心技术自主化，为院士团队核心技术落地提供了关键算力支撑。

　　2017年，黄旺与志同道合的伙伴联合创办科技公司，将国际前沿的无网格法计算理论商业化应用，自主研发麦粒软件，成为国内道路工程仿真领域首款自主可控的国产工业软件。2021年，适配郑健龙院士长寿命路面理论的首款道路结构专用计算软件正式上线，为新型路面结构设计、材料性能仿真、工况力学分析提供专属算力支撑。

　　此前，国内道路工程仿真大多依赖国外进口软件，二次开发难度大，单次路面结构力学计算最少耗时一小时。2025年，黄旺团队创新融合大数据与人工智能技术，不断突破，可实现仿真结果秒级输出，典型工况下计算效率较传统数值方法提升百倍以上，为我国道路工程智能化、国产化发展筑牢了数字根基。

　　“小黄车”跑出道路检测新速度

　　7月的长沙，地表温度突破40摄氏度。一辆黄色小车缓缓行驶在路面上，智能屏幕上的数字跳动着，直观呈现沥青公路的各项信息。

　　过去我国道路施工依赖人工经验，质量检测通常采用完工后钻芯取样、实验室检测的传统模式，不仅耗时耗力，且无法覆盖全路段施工质量。

　　这台由长沙理工大学交通学院00后博士、皓途智检项目负责人王成博等研制的智能检测机器人“小黄车”，每40秒就检测一次，实时将压实度、温度、强度等关键数据传输给“大脑”，进而精准指挥压路机调整工作状态。

　　在材料破壁、软件筑基后，施工检测的精细化智能化升级，是长寿命道路建设的最后一道关卡。

　　“路面时常在铺完三四年后就开始有局部损坏，我们猜测是施工时有一部分没压好，没及时检出，就想把这一漏洞堵死。”2023年起，王成博团队瞄准这一道路建设领域公认的痛点，全力攻坚实体装备研发，期望实现对沥青路面压实质量的实时、精准把控。

　　团队成员侯文丽回忆，盛夏，他们在实验室一遍遍模拟施工现场高温环境，持续采集力学数据、对比体积变化、修正误差参数。最终，团队成功破解高温沥青压实质量精准评判难题，依托神经网络算法搭建高精度预测模型，打造出第三代智能检测机器人“小黄车”，实现了施工同步、全段覆盖、实时预警、精准评判，终结道路施工质量检测盲区。

　　2024年11月，该项目获第十四届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛“一带一路”国际邀请赛金奖。如今，这套智能检测装备已落地海外，应用于塞尔维亚E763高速、巴基斯坦PKM高速等共建“一带一路”重点工程。

　　从湘江之畔到雪域之巅，从实验室走向项目应用，长沙理工大学郑健龙院士团队以苦寒磨砺初心，以实干攻克难关，以创新破解瓶颈。

　　公路养护技术国家工程研究中心相关负责人指出，我国公路建设行业正从以大规模新建为主，全面转向建养并重、养护优先的全新阶段，道路全寿命周期智能化、长效化、精细化运维，将成为未来行业核心赛道。从材料、设计、算力到施工检测，长沙理工大学团队构建的全链条、全流程、长寿命道路技术体系，精准契合行业发展大势，为极端环境道路建设、老旧道路提质养护提供了中国方案。

来源：中国青年报客户端