沈志云 高铁领域的先驱科学家
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来源：《中国新时代》2022年第10期
从提出“沈-赫追克-叶尔金斯”理论，到创建牵引动力国家重点实验室，沈志云参与、推动和见证了中国高铁技术从无到有、从追赶到领跑的发展历程。
2008年8月，中国第一条具有自主知识产权、当时运营速度最快的高速铁路京津城际铁路开通运营;2017年6月，以“复兴号”命名的由中国铁路总公司牵头组织研制、具有完全自主知识产权的中国标准动车组成功研制生产并上线运营，标志着中国铁路技术装备达到了“领跑世界”的先进水平;2022年，智能复兴号更是实现时速350公里自动驾驶……
交通运输部的数据显示，到2021年年底，中国高铁运营里程超过4万公里，总里程能够围绕地球赤道一周，铁路已经覆盖全国81%的县，高铁通达93%的50万人口以上城市，线路总长、运营速度、运载人次等均居世界首位，中国高铁的发展速度为世界所惊叹，被年轻人誉为“新四大发明”之一。
中国高铁从无到有，并由“追赶者”一跃成为世界铁路的“领跑者”。目前，我国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。
高铁成就的取得，离不开日益强大祖国的坚强后盾，更离不开大批杰出科学家和科研技术人员多年的努力和奋斗。从普速铁路到高速铁路，从引进消化吸收到自主创新，西南交通大学的科研团队一直带着雄心与热忱走在前列。作为国家高铁研发的主要平台之一，从动车、高铁，到磁悬浮，西南交通大学见证了中國铁路的每一次进步和提速。
作为西南交通大学科研团队的一员，从提出“沈-赫追克-叶尔金斯”理论，到创建牵引动力国家重点实验室，沈志云参与、推动和见证了中国高铁技术从无到有、从追赶到领跑的发展历程。
结缘铁路
1929年，沈志云出生于湖南省长沙市。父亲是乡村小学教师，哥哥、都是中学教师。沈志云在良好的家庭氛围中，从小求知上进，勤奋好学。1943年-1949年，沈志云就
读于湖南国立师范学院附中。艰苦的生活、严格的训练、名师的教导，给他打下了坚实的基础，他每学期成绩都在全校名列前茅，获得了各种奖励和荣誉。1949年8月长沙解放，沈志云赴武汉投考大学，以优异成绩被唐山工学院（现西南交通大学）、清华大学、武汉大学同时录取，在武汉大学名列榜首。
3所名校，选谁？这成为摆在青年沈志云面前的一道“难题”。
当时哥哥对沈志云说：“要学铁路你就应该选择唐山工学院，它可是云集了国内外铁路专业知名专家学者。”
唐山工学院的前身是肇始于1896年的山海关北洋铁路官学堂，拥有一套独特的教学体系。最终，从小对铁路和机车感兴趣的沈志云听从了哥哥的建议，就读于唐山工学院机械系新中国成立后的第一班，从此与铁路结下了一世之缘。
和谐号和复兴号的区别 在唐山工学院“严谨治学”“严格要求”优良校风的熏陶中，在学术造诣高深的教授指导下，沈志云打下了深厚的专业理论功底，学习成绩3年总平均名居前列。因当时国家急需人才，他提前一年于1952年7月，结束了大学生活。
毕业后，沈志云留校当助教。助教3年，沈志云天天写教案，试讲，做习题，辅导学生，虽然没能正式上讲台，却打下了扎实的理论力学功底，这对沈志云其后的科学研究非常有帮助。
1957年，沈志云被国家选派去苏联留学，学习车辆修理专业。
初到苏联列宁格勒铁道学院，导师契尔诺可夫教授列出数十个选题供沈志云选择研究，立志要做实事的他决定“先跑工厂，做完普遍研究后，再选择题目”。正是这个灵光乍现的构想，为沈志云以后终身的工作思路埋下铺垫。“每一个行当在生产中都有自己的问题，去生产实践现场，才能发现真问题，然后上升到理论高度予以研究，问题解决后，再返回生产实践中去验证。”沈志云说。
当时辅导沈志云的尼科拉耶夫教授，曾在一线工作17年。在学术造诣很高深的尼科拉耶夫教授的指导下，从几十个研究课题中选择“修理中的尺寸链”作为研究对象。“我跑各家工厂时，注意到有个落车的问题，车辆修理好后要落在转向架上，需要四平八稳，否则只有重新弄。”当时，在他脑海里不断思索的是怎样才能解决一次落车问题。落车的最后高度由100多个尺寸链组织形成，“100多个尺寸链里头都有误差分布，这些误差分布集中起来的
最后误差，如果能在允许范围内，就能实现一次落车”。根据在工厂调研时调查、统计的数据，沈志云做了严密的分析、计算，得出了解决办法，最后完成的副博士论文广受好评。
更让沈志云欣慰的是，这套方法最终应用于实践。“后来那些工厂采用我的方法，实现一次落车，我挺开心的。”由此，他也逐渐得出“实践-理论-实践”这一套工作思路：“在实践中问题，用科学解决它，返回实践验证，这才是科学创新、科学应用！这条路子是对的，我这辈子之后的工作，都是这样搞。”
留学归国后，沈志云仍在唐山铁道学院任教，并主持开设了“车辆修理”等课程，长期致力于编写教材和筹备实验室，同时也确定了“车辆动力学”这一主攻方向。
1981年，沈志云在英国剑桥大学发表了近年来我国在国外正式发表的第一篇车辆动力学论文，受到高度评价。
提出“沈氏理论”
1982年，沈志云前往美国麻省理工学院（MIT）做访问学者。在MIT，他主要进行了轮轨蠕滑力的计算问题研究，并取得了重大突破。
轮轨蠕滑力，是指车轮在钢轨上滚动时产生的水平面的切向作用力。关于“轮轨蠕滑”，当时很多业内人士都熟悉但是敬而远之。1964年，剑桥大学的卡尔·约翰逊与沃尔缪伦联名发表了蠕滑力与蠕滑率的三次渐进曲线表达式，被称为沃尔缪伦-约翰逊方法。1967年，荷兰教授卡尔克提出了三维滚动接触的蠕滑力计算方法，被称为卡尔克蠕滑理论。这项理论权威但过于复杂，不便计算。
到既快速又精确的轮轨蠕滑力计算方法是当时学术界高度关注的问题。
沈志云和MIT的指导教师赫追克都想在此有所突破。于是，这个任务就成了沈志云在MIT的研究任务。沈志云每周给赫追克汇报研究进展。后来，为了得到现场测试数据，他们又和卡罗拉多州普耶勃罗实验中心的总工程师叶尔金斯合作，由叶尔金斯提供现场测试数据。沈志云提出，可用卡尔克的线性理论来改造沃尔缪伦-约翰逊的线性公式，再用沃尔缪伦-约翰逊的非线性化的曲线来修正误差。他的这种设想得到了赫追克和叶尔金斯的赞同。于是，沈志云按照这个设想设计新的计算方法，将其制作成计算机程序。
随后，沈志云就利用实验室的20多台计算机一起跑程序，24小时不间断，做了整整一周。“白天大家都在用电脑，晚上大家走了，剩我一个，我把实验室的二十几台电脑全开着，
一起计算，这样效率快很多。”
通过精密计算验证“公式误差不超过10%，工程上可以应用”，他们最终成功研究出考虑自旋的非线性轮轨力简化模型，并依据此模型写成论文，在第八届国际车辆动力学会议上发表。
会议现场，国际轮轨蠕滑理论权威卡尔克对沈志云等发明的这一方法给予了高度评价，说解决了他一直想解决而未能解决的问题，并称这“是铁道车辆动力学中能够采用的最好的非线性蠕滑力模型，是铁道车辆系统动态仿真最适用的方法，是1983年世界蠕滑理论新发展的标志”。后来卡尔克将这一方法命名为“沈-赫追克-叶尔金斯”理论（国际上通称“沈氏理论”），将其归纳为三维弹性体滚动接触力学的第四大理论，并且说第四大理论是最适合于在车辆动力学中运用的理论。
筹建牵引动力国家重点实验室
作为“高铁梦”的牵引者之一，坐落于西南交通大学牵引动力国家重点实验室的创新故事与助推中国高铁及轨道交通产业的飞速发展休戚相关。走入实验室，机车车辆滚动振动
试验台、牵引传动试验台、高频激振试验台和疲劳试验台的轰鸣声不绝于耳，犹如一首首高铁研发的交响曲。这里有针对机车车辆动力学和结构可靠性的理论分析平台、台架试验到线路试验完整的测试系统，几乎每一种奔驰在高铁线上的动车组车型都要在这里进行仿真和台架试验，模拟动车组真实运行环境，评估其高速运行性能和安全可靠性，为高铁安全运行保驾护航。
20世纪80年代，沈志云把主攻方向定为中国铁路的现代化建设，开始研究高速列车。科学研究离不开实验，沈志云敏锐地意识到，要更好地研究开发高速、重载铁路的新技术，就需要建设高水平的实验平台。
1988年，沈志云与同行们一道大胆提出在我国建立机车车辆整车滚动振动试验台的设想，得到原国家计委、原国家教委和原铁道部的批准，立项为铁路唯一国家重点实验室。在国家的支持下，1989年，在西南交通大学，沈志云主持筹建了中国铁路系统第一个国家级重点科研实验室——牵引动力国家重点实验室。
从设计理念，到挑选骨干，沈志云作了周详的考虑。1989年4月，原国家计委委派专家到西南交通大学对实验室进行现场评估。考察结束时专家问沈志云：“建这么大的实验室，
要承担什么样的风险，你想过没有？”沈志云一愣，只好如实回答说：“如此大的设备，如果搞成功了，非常有用;如果失败了，那就是一堆废铁，是很大的浪费。”专家说：“这么巨大的浪费，恐怕你的性命难保哦。”此后几年，沈志云时常感受到“提着脑袋”的压力，未敢有丝毫懈怠。
1994年1月28日，试验台首次做车辆的滚动振动试验。试验台是否成功，要看车辆在试验台上是否出现蛇形。在轨道运行中，失稳就是蛇形失稳，一旦出现蛇形，表明试验台成功地模拟了实际运行情况，试验台就成功了。随着沈志云一声令下，大家屏住呼吸盯着控制屏幕。突然，蛇形出现了。大家不约而同欢呼：蛇形了！蛇形了！沈志云也笑开了，“脑袋别在裤腰带上”的日子结束了，试验台终于建成了！他在日记中兴奋地写道：“几年奋斗终于达到了目的！”
1995年11月，國家重点实验室通过国家验收。实验室建成至今33年，参与了“和谐号”“复兴号”高速列车研发，提供核心软件，承担所有型号的参数和出厂实验。
沈志云说，这个重点实验室在中国高铁崛起过程中起到了不可替代的作用，没有这个实验室，中国高铁就崛起不了。
2017年9月，“复兴号”动车组在京沪高铁率先按照时速350公里运营，中国成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。2022年6月20日起，京广高铁北京至武汉段实现常态化按时速350公里高标运营。沈志云说，想要领跑世界，就要继续提速。
沈志云介绍：“光350公里/小时不行，要搞就搞CR500，跑450公里/小时;还要跑CR600，甚至可以跑到500公里/小时。我在外面有一个不好的名声，说沈院士脑子里只有高速度，这个问题我要澄清一下，我不是说什么情况之下都是高速度就好，它首先必须保证安全、平稳、环保、节能，这些基本要求都必须要满足。满足这些要求就靠技术，所以这个速度就可以代表高铁的技术水平。我们第一个目标是要继续领跑世界，长远领跑下去。”
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