曾庆元：突破列车脱轨的世界级难题

曾庆元在工作。图片|今日科曾庆元正在工作。图片|今日板块

大秦铁路是我国第一条双线电气化重载铁路，是我国“西煤东运”的能源通道。2020年8月，受暴雨影响，大秦铁路一周内发生两起列车脱轨事故。

据统计，由列车脱轨引起的事故已占所有铁路运输事故的70%左右。不明原因列车脱轨的理论分析一直是一个非常复杂和困难的课题，国内外100多年来一直没有解决。2005年，中国工程院院士、桥梁动力学专家曾庆元发表的《列车脱轨分析理论与应用》，一举突破了这一百年难题。一个“土生土长”的农民院士

在众多留学经历突出的院士中，曾庆元可能更符合一个“异类”的设定。他没有在国外学习和工作的经历，他的学术生活、精神和成就都是在中国本土文化的沃土上形成和发展的。

1925年9月20日，曾庆元出生在江西省太和县罗溪镇三都卫乡郑州村的一个农民家庭。为了维持最起码的物质生活，曾庆元的父母经常起早贪黑，拼命干活。

曾庆元读书的时候，老师发现他的记忆能力特别强，所以每天给他上的背诵课总是比别人多，而且每次都能按时完成，背得很流利。四年来，他从未挨过老师的“板子”，学得比其他同学更扎实。

曾庆元的父亲，出于对知识分子传统观念的尊重和对儿子学习天赋的重视，坚信“唯读书高”，即使家境贫寒也不肯让曾庆元辍学。

曾庆元深知家人的用心良苦，充满期待。1946年9月，以优异成绩考入国立中正大学(现南昌大学)，获得“一级公费”资格。师从著名学者蔡方银、王秀才、王等人，主修力学。我的事业一波三折，但我从不放弃。

1950年7月，曾庆元从南昌大学毕业，因成绩优异，留校任土木工程系助教。

1952年初，曾庆元和同系10多名教师被派往江西向塘参加机场建设和勘测工作。当时外出打工的物质条件很差。刚到工地的头几天，我们吃的是粗粮，没油没盐。到了晚上，我们不得不睡在由三条长凳组成的“床上”，忍受蚊子的叮咬...

虽然环境恶劣，但为了完成调查，曾庆元常常不顾严寒酷暑，不顾时间，甚至为了调查而赤脚上阵。

受国家高校调整影响，原任职于南昌大学土木工程系的曾庆元被聘任为中南建筑工程学院桥梁与隧道系结构力学系助教。1954年1月被派往哈尔滨工业大学攻读木结构硕士学位，后转入清华大学学习钢结构。

毕业后回到中南建筑工程学院，在建筑结构教研组任助教。但工作不稳定，被调到涟源钢铁厂参加劳动培训。

尽管面临学无所用的尴尬，但习惯了学术低调的曾庆元还是选择了“随波逐流”。他精力充沛，在钢厂的技术革新中提出了许多行之有效的方法，还被评为B级光荣生产者、C级劳动培训先锋。业余时间，他把所有的时间都花在学习钢结构专业书籍上，为以后的钢结构研究打下了坚实的基础。

20世纪50年代末60年代初，长沙铁道学院成立，为了加强桥隧专业的师资力量，学院点名调入曾庆元。

图片|中国科学报50年代末60年代初，长沙铁道学院成立。为了加强桥梁与隧道专业的师资力量，学院被命名并转让给曾庆元。图片|中国科学杂志

突然转专业让曾庆元措手不及。原本熟悉工业与民用建筑中建筑钢结构的研究。面对突如其来的向桥梁钢结构科研教学的转变，他迅速摆正心态，化挑战为机遇，开始了新一轮的征程。

他说:“去铁道学院是我人生中最大的机遇。因为工业与民用建筑在当时是比较成熟的领域，很难有所突破和发展；当时铁路建设刚刚起步，发展前景很大。”

当时，曾庆元腰腿有病，行动不便，但他努力学习了很多关于钢桥的知识，比如钢桥的疲劳强度、振动等。

长沙铁道学院成立之初，各行各业都在等待发展，工作环境很差。1960年秋开学时，教学楼只建到三楼，还没有窗户。每个人在建造它的时候都必须使用它。楼上建的没错，下面的师生照常上课。

当时教室的陈设极其简单。在墙上打两个钉子，挂一块黑漆板当黑板；屋子里的桌椅都是围拢过来的。教师的生活条件、生活环境、科研设备也很简陋。曾庆元坐骨神经痛至今未愈，右小腿终身萎缩也带来了诸多不便。即便如此，他仍然坚持拄着拐杖上课。

曾庆元准备东山再起，在教学科研上有新突破时，工作受到当时社会形势的影响，进展缓慢。学生停课的时候，他就利用这种完整而大量的时间，躲在三尺小屋，偷偷看书，重读当初在清华读研究生时收藏的书。在此期间，他深刻理解并熟练运用了弗拉索夫、贝拉希和季莫申科的力学理论的精髓。

他说，“相反，那些年让我安静地读了很多书，理论上提高了很多。”厚积薄发，筑起安全屏障

1976年，长沙铁道学院向九江长江大桥遗址敞开大门。九江大桥位于江西、湖北、安徽三省交界处，是当时中国最大的公铁两用桥。主桥三个主跨的三个拱圈伸出路面，共11根钢梁，最大跨度216m，是国内跨度最大的铁路桥。

九江长江大桥的建设涉及到很多力学知识，这对于曾参与九江长江大桥建设的曾庆元来说非常重要。

当时设计院的工作人员在现场对一根40米的混凝土简支梁的扭转计算有分歧，曾庆元帮他们重新计算。他在自己的桁架梁分析方法空的基础上，还提出了箱形梁计算的板梁框架法，计算了“三条腿”箱形梁在自重作用下的最大扭转拉应力和最大竖向位移。他还撰写了论文《偏心荷载作用下薄壁箱梁的计算》。

曾庆元计算的九江长江大桥引桥40米箱梁的约束扭转应力和位移的正确值与1977年该梁的原型试验值非常接近，这一精度说服了在场的专家。

1978年，这一成果在铁道部科学大会上获得两个奖项，但奖项下既没有长沙铁道学院的名字，也没有曾庆元的名字。曾清源对此并不太在意。“对我来说，只要解决了实际问题，就是最好的回报。只要方法正确，计算准确，我就很欣慰。”

1978年11月，53岁的曾庆元被聘为副教授，开始招收研究生。他意识到研究生有一个稳定的研究方向是很有必要的。于是经过一番深思熟虑，他最终确立了“车桥振动”作为自己和他的学术研究团队的研究方向。

随着我国铁路事业的快速发展，列车脱轨事故时有发生。作为一名从事桥梁研究的学者，曾庆元深知自己的责任和使命。

他多次告诉学生，要多关注有关桥梁建设的负面信息，找出事故原因，尽快杜绝。

曾庆元知道，研究“车桥振动”的最终目的是解决列车脱轨问题。他试图在最短的时间内得到国内外有关桥梁建设的事故信息，并立即开始分析研究。

1997年，他指导博士生向君完成了关于列车脱轨的博士论文。这一年，曾庆元72岁。

他带着20多名“追梦人”，克服科研经费不足、经验不足的困难，北上沈阳，南下广州，东进上海，西进贵阳。他收集分析了大量事故数据，用自己行之有效的数学模型在计算机上进行分析，并进行了实车试验，从而构建了全新的“列车脱轨能量随机分析理论”。

这一理论不仅满意地解释了以往脱轨事故中无法解释的复杂原因，还能准确预测列车是否脱轨，并及时采取相应的预防措施。可信度在99%以上。于是，困扰铁路运输100多年的世界难题被曾庆元攻克。

同年，铁道部科技司在长沙组织召开了列车脱轨分析理论与应用研究专家会议。

鉴定意见为“课题组在列车脱轨分析理论方面取得了重大突破，理论研究成果属于原始创新，达到国际领先水平，具有较高的实用价值和广阔的应用前景，为制定防脱轨措施和标准提供了理论依据，为铁路桥梁设计和规范修订提供了参考”。

2016年6月3日，曾庆元因医治无效去世，享年91岁。

在漫长的学术研究道路上，曾庆元不求名利，不畏艰难。他在万里铁路上“独骑”，潜心研究铁路桥梁的振动和稳定性，直至突破列车脱轨这一世界级难题。

虽没有大桥因他拔地而起，但他30年来的学术成就对未来铁路桥梁的建设提供了指导，为无数的生命与财产安全筑起了一道坚实屏障。

虽然没有一座桥因为他而建成，但他30年来的学术成就，为未来的铁路桥建设提供了指导，为无数生命财产安全筑起了坚实的屏障。

曾庆元:桥梁动力学专家，中国工程院院士。

语录:

“要脱轨，这是国家的重大需求，也是铁路上的头等大事。”

“只要解决了实际问题，就是最好的奖励。”

◎来源|收购项目办公室/中国科协创新战略研究院