青年科學家劉冬橋：傳承與創新，守護深地工程安全

在深達數百米乃至數千米的隧道與礦山內部，潛伏著一種災害——巖爆。它突發性強、破壞力巨大，瞬間釋放的能量嚴重時可堪比一場4級以上地震，能使巖石以極高速度彈射而出。由于發生時間、位置與劇烈程度均難以預測，巖爆長期困擾全球采礦與隧道工程界，被視為“采礦工程界的癌癥”。

面對這一全球性挑戰，上世紀90年代初，中國科學院院士何滿潮率領團隊走上了系統性研究巖爆的拓荒之路。彼時，國內外在這一領域處于三無狀態，無統一定義、無成熟理論、無實驗裝備。研究團隊只能深入礦井一線，用最原始的方式收集巖爆發生的第一手數據，在未知中摸索規律，為巖爆模擬實驗裝備的研發做足準備。

歷經30余年的薪火相傳與接力奮進，實驗室成果已躋身國際前沿。師承何滿潮院士的劉冬橋，正在這一領域繼續深耕探索。作為中國礦業大學（北京）隧道工程災變防控與智能建養全國重點實驗室副主任、力學與土木工程學院副院長、ISRM巖爆委員會委員兼秘書長，劉冬橋帶領團隊以持續攻關回應著這道關乎生命與工程安全的深地考題。他所在團隊研發的NPR高吸能支護材料性能全球領先，獲國際權威命名。該材料及相關防控體系已成功應用于木寨嶺隧道等交通工程、滇中引水等水利工程以及深部礦山等，有效提升了深部地下工程的安全韌性，并積極推動國際標準制定，讓中國方案走向世界。

近日，在海淀青年科學家會客廳的訪談中，劉冬橋向我們揭示了這場與深地巖爆較量的科研征程，也分享了從實驗室到工程現場的“中國智慧”。

受訪者供圖

在堅守中創新 在嚴謹中求真

“祖國的需要就是我的專業。”錢偉長先生的這句話，如同燈塔般照亮了劉冬橋的科研之路。對他而言，投身巖爆研究，最初是響應國家向深地進軍的戰略召喚。然而，將這份宏觀的“需要”真正轉化為個人熾熱而持久的使命感，卻源于一個關于生命的具象故事。

2012年，正在攻讀博士學位的劉冬橋，聽導師何滿潮院士講起國際巖石力學權威、澳大利亞Fidelis教授的經歷：因其兄長在一次煤礦巖爆事故中遇難，Fidelis將畢生精力投入了這項研究。“那一刻，我內心受到極大震撼，”劉冬橋回憶道。他深刻體會到，國家向深地進軍的戰略背后，實質是對每一個寶貴生命的鄭重承諾；科研的終極指向，正是守護生命的安全。這份對生命的敬畏，從此成為支撐他在這條路上堅定前行的最堅實、最溫暖的內核。也正是這份觸動，讓他毅然決定扎根巖爆研究。彼時，何滿潮院士團隊自主研發的系列巖爆物理模擬實驗系統取得重大突破，為整個領域打開了新的窗口，也為劉冬橋及其團隊的科研之路奠定了基石。

受訪者供圖，2017年攝于焦家溝煤礦巷道

科研之路從來不是坦途，真正的創新突破往往隱藏在無數次重復與試錯之中。劉冬橋至今記得一塊被團隊戲稱為“石堅強”的巖樣。在一次長達14小時的實驗中，無論團隊如何調整加載路徑，這塊巖石始終“倔強”地不按預設方案破壞。他坦言：“當時確實焦慮，但我們沒有把它簡單的看作失敗。”他們反復分析數據，最終發現，真實巖石的破壞行為遠比既有理論描述得更為復雜。劉冬橋感慨道：“恰恰是這次‘異常’，為我們揭示了新的破裂前兆規律。”在他看來，這種在挫折中意外捕捉到新知的時刻，恰恰是科研最迷人的地方。“科研沒有純粹的失敗，”劉冬橋強調，這是導師何滿潮院士給他留下的印象最深刻的一句話，“每一次與預期不符，都是修正認知、逼近真相的階梯。”這種對復雜性的深刻洞察、對“意外”的窮追不舍、在反復試錯中萃取真知的極致嚴謹，已成為何滿潮院士實驗室代際傳承的精神底色，也是劉冬橋及其團隊恪守的科研準則。

憑借這份融入血脈的嚴謹與韌性，劉冬橋及其團隊不僅逐步攻克難題，更在導師的指導下成功創造了系統性防治巖爆的“中國方案”——一套基于“以柔克剛”哲學智慧的高性能NPR吸能材料及主動支護體系。“這背后蘊含著太極的智慧，”劉冬橋闡釋其原理，“當巖爆的巨大能量來襲，我們不選擇硬抗，而是通過材料的特殊結構，引導其變形、吸收并耗散能量。就像太極推手，順勢而為，化解巨力于無形。”

這一理念，不僅體現在材料設計的層面，更轉化為實實在在的科研突破。何滿潮院士團隊自主研發的NPR材料，在全球同類產品中能量吸收性能顯著領先，被國際巖石力學權威收錄并命名為“He-bolt”，標志著中國原創技術實現了從“跟跑”到“領跑”的關鍵跨越。

基于該材料的成功，團隊進一步凝練方法論，提出“開挖補償法”主動支護體系。該體系能夠將高危巖爆化解為輕微破壞甚至是無破壞，實現了從“被動防災”到“主動可控”的根本性突破，目前已在中國多個深部礦山與隧道工程中成功應用。該體系與技術已獲國際學界廣泛認可，為我國在深地工程安全領域贏得了國際話語權。

探索跨界交叉 踐行時代使命

“科學本身不分學科，”劉冬橋常常強調，“重大復雜問題的突破，必然依賴于多學科的交叉融合。”在他眼里，攻克巖爆本身就是一場多學科協同的攻堅戰。在過程中需要地質學厘清賦存環境，巖石力學揭示破壞機理，材料科學創制新型支護，數學建模實現精準量化，最終由工程學完成安全施建。

基于這一深刻認知，多學科交叉融合便成為劉冬橋及其團隊貫穿始終的科研脈絡。當傳統的巖爆預警方法遭遇瓶頸，他們將目光投向AI，利用機器學習算法，從海量、混沌的監測數據中，捕捉到人類感官與既有模型難以辨識的微弱前兆信號。劉冬橋充分肯定AI在處理極端復雜非線性問題上的獨特潛力。然而，作為一名秉持嚴謹求真的科學家，他對AI“黑箱”中可能產生的幻覺保持高度警覺。他堅持用嚴密的物理邏輯和實驗證據進行反復校驗與解讀，這種對前沿技術審慎而積極地運用，展現了他高階的交叉能力。

作為ISRM巖爆委員會秘書長，劉冬橋擔負起跨國界、跨文化學術“筑橋者”的角色。他牽頭構建覆蓋了115個國家和地區的全球案例數據庫，并組織各國頂尖學者，就巖爆的定義、機理等根本問題展開研討。“科學無國界，但科學家有祖國，技術標準與話語權息息相關。”他指出，在“一帶一路”等跨國重大工程中，建立科學統一的國際防控共識，關乎工程安全，亦體現學術責任。這項工作，本質上是將全球多元的學術傳統與工程經驗進行創造性整合，旨在凝聚智慧，產出更具普適性的公共知識。

受訪者供圖，2024年攝于多吉隧道

在劉冬橋的課題組里，數學、人工智能、巖土工程等不同專業背景的學生共同攻關。他踐行“因人而異、因需而學”的指導理念，不以單一學科標準苛求學生，而是鼓勵他們以問題為導向，缺什么補什么，重在理解方法原理與規范應用，旨在鍛造一批既具備多學科技術整合能力，又擁有開闊國際視野與深厚家國情懷的戰略性復合型人才。

遠見平臺勢能 培育創新未來

基于自身的科研成長經歷，劉冬橋對創新生態的支撐作用深有體會。對于“海淀青年科學家會客廳”，他抱有深切期待。

“讓科學家安心做科學家。”這句話凝聚了他對理想科研生態的核心主張。在他看來，一個優秀的平臺，其根本使命在于系統性地承接信息搜尋、資源對接等外部壓力，通過整合政策、產業與學術資源，搭建跨界信任網絡，有效連通基礎研究與產業應用。這不僅是打造一個“減負”與“賦能”并存的支撐體系，更是為科學家專注探索、釋放創造力構筑起堅實的制度與資源后盾。

他特別指出，許多具備卓越實用價值的前沿技術，因科研人員無暇深入推廣而未能充分實現社會效益。因此，海淀青年科學家會客廳的深層意義在于構建一個高效的“價值轉換器”，不僅是思想交流的客廳，更是催化成果從論文走向實踐的關鍵樞紐。通過優化局部創新生態，激發人才與創新的集群效應，從而為國家科技自立自強與高質量發展儲備持久的內生動力。

站在何滿潮院士等前輩開拓的科研疆界之上，劉冬橋將目光投向更深遠的未知。對他而言，每一次技術突破，都是下一個探索的起點。未來，深地科學與工程將面臨更為復雜的挑戰，而那些尚未被認知的巖體行為與災變機理，也將成為他帶領團隊錨定的攻堅方向。

劉冬橋表示真正的科研價值，終須落腳于對災害的智慧治理與系統預防之中。他的責任不僅是推動學科向更深、更遠處發展，更要將導師的精神之光與學術薪火，堅定而溫暖地傳遞給下一代青年科技人才。這種傳承，遠不止于具體理論與技術方法的接續，更是一種科研精神與使命感的代際傳遞。這條科研路永無止境，而傳承，是照亮這條征途最恒久的光。

來源：中國日報網