校友风采

与风和鸣 携风前行 交大驭风人 ——访土木工程学院李波教授

  

  北京交通大学教授,博士生导师,国家体育总局冬季运动管理中心特聘中国冰雪科学家,备战2020年东京奥运会科技助力专家工作组成员。国家重点研发计划“科技冬奥”课题负责人,主持完成国家自然科学基金项目3项,发表学术论文近50篇;完成包括2022年北京冬奥会延庆赛区国家雪车雪橇中心、国家高山滑雪中心、国家体育场(鸟巢)、国家游泳中心(水立方)、国家网球场(莲花球场)、国家网球新馆(钻石球场)、雁栖湖国际会议中心(APEC2014主会场)在内的数十项大型复杂工程的风工程咨询;参加完成鄂尔多斯东胜体育场、天津奈伦国贸、北京南站幕墙、诺基亚中心屋盖等大型复杂结构的设计与咨询。担任北京交通大学风洞实验室主任,负责实验室日常管理、技术研发工作。

  

  始于坚持,得于坚守

  2003年硕士研究生毕业在即,李波学术热情未减,决定积极备考博士研究生。在导师的力荐之下,李波选择了正在土木工程领域崭露头角的北京交通大学。李波带着行囊从武汉出发,经学校安排入住了为博士生统一安排的候考宿舍。然而意想不到的难题悄然出现,非典疫情打乱了所有人的安排。接收到学校的通知,目睹着相关安排,李波知道情况确实严峻,但是想着自己就在心心念念的校园里,而且博士生考试正在一天天逼近,李波不愿意临阵放弃,在一批批陆续离开选择弃考的学生中逆流而上选择了等候和坚持。

  直到开考前,交大经过几番考虑最后还是不得不通知仍然在坚守的考生:考试取消。李波收到短信通知无奈地打点了行装,离开北京。

  返回武汉后,李波并没有气馁,仍然坚持安排了周密的复习计划,购置了消毒水和防疫物资,准备等待疫情过去后重整旗鼓。当时武汉尚未被疫情席卷,物资充足,氛围祥和,在这样的环境里,李波觉得恍若隔世。“非淡泊无以明志,非宁静无以致远”,等待与坚持终于守来了回响,克服重重困难,交大联系考生组织了补考。李波深感自己的刻苦没有白费,积极参与了补考。终于,李波如愿以偿以优异的成绩被交大录取为博士研究生。柳暗花明,最终非典疫情慢慢消散了,李波也重新入住了交大的博士生宿舍,开始了自己的博士研究生就读生活。

  平素坚韧,不改初心

  入学后,李波发现自己在实验室中的座位就在导师杨庆山教授对面,杨庆山教授一抬头就能看见李波的电脑屏幕。刚确定座位时,李波还有一些不敢相信,想到以后时时都被导师留意就觉得有点紧张。但是很快李波就不再想起这种尴尬了,他的全部身心都投入到了新的方向——如何适应新环境和如何学习新知识。

  一连几年在实验室中精耕细作,李波与同门们一起风雨无阻地将自己的心血浇灌在实验室。

  初雪后开始化雪的北京是一年中体感最冷的时节,冬日的清晨李波总是印象深刻,呼吸的空气都是冰凉的,看着宿舍窗外纷飞的大雪,感受着被子的柔软和温暖,最终李波还是狠狠心起身出发前往实验室,只因为还有一组重要的实验数据让他心心念念。“很重要啊”,李波笑着说道,谈及当年的每一分奋斗,记忆都带上了岁月的光晕,模糊却很美好。

  冷清冰冷的实验室里,李波总是能与导师杨庆山教授不期而遇,天冷,但总是让有志于学的人惺惺相惜,觉得温暖。在杨庆山教授的精心教导和李波的不懈努力之下,实验终于有了突破性的进展,李波的毕业论文也终于顺利产出,顺利提交毕业论文之后,李波又马不停蹄地前往对口公司进行实习,以备就业。恰逢此时迎来转机,杨庆山教授兴奋地电话李波:“有个留校的机会。”李波听闻后也是激动万分,一边想着自己能继续在科研的道路上发光发热,一边飞快地安置好一切,重返交大校园,回到了这个他将度过许多岁月,奉献半生的地方。

  李波精打细算了毕业和就业的时间点,看着满打满算万分充足的时间,想到自己精心准备信心十足的论文,高高兴兴地度过了一段快乐而充实的时光。

  然而一些意外事件打破了李波的安排,让李波再度焦急彷徨起来。正在读书的李波渐渐意识到时间的节点慢慢逼近,可是论文盲审的反馈却迟迟不来。无奈之下,李波只能在学校日日守候,催促,毕竟拿不到这份盲审的结果,李波甚至可能无法顺利毕业。在最后关头,终于等来了盲审通过的回复。李波开始紧锣密鼓地进行毕业和就业的最后准备,也终于在最后关头顺利完成。然而李波的教学生活并未如期开展,只因学校评议后认可李波的学术能力,但同时对李波的实践能力提出了新的要求。李波随后前往指定的研究所进行工程实习,为期一年。一年期满之际,设计院又为李波续了一年合同,惜才的设计院希望李波停留更久,但是杨庆山教授得知后也希望李波尽快重返交大,经过沟通,李波完成在设计院一年半的工作后,重回了他热爱的校园,热爱的研究事业和教学事业。

  携风前行,科技筑梦

  作为北京交通大学土木建筑工程学院的教授,李波与体育和奥运的缘分,早在2008年之前就开始了。彼时还是博士研究生的他,就跟随导师杨庆山教授参与到了北京奥运会场馆的抗风工程中。

  留校任教后,他与体育的联系更加密切了,如今李波团队也参与到北京冬奥会、冬残奥会的筹备和备战之中,风洞、风阻、环境风测试,很多个场景都有他们努力工作的身影。

  2011年北京交通大学风洞实验室研究团队成立,团队由北京交通大学土木建筑工程学院的老师和学生组成,共有30余人。

  自2018年起,团队开始参与到冬奥场馆的建设及冬奥运动员辅助训练当中。到目前为止,北京交通大学风洞实验室研究团队已经完成了冬奥会项目十余支国家集训队及夏奥会项目多支国家集训队的风洞测试。

  实验室内,巨大的实验设备占据了绝大部分的位置,一入门的儒雅屏风只增添了一瞬间宁静祥和的氛围,继续步入便是实验室内,器材运行时巨大的声音,寒冬里微弱的暖气,李波和学生们身着羽绒服进行着紧锣密鼓的实验,充斥着忙碌的气息。

  谁也不会想到这个貌不惊人,甚至颇为低调的所在,正在为即将到来的北京冬奥会贡献着从场地设计建设到运动员训练等多方位多角度的诸多助力,包括火炬的抗风性。

  “风的学问实在是广博。”李波在实验中看着巨大的实验器材,目光扫过各色的仪器说道。现在北交的风洞实验室位于机械工程楼的地下一层,作为土木工程学院的教授,李波说:“当时筹备兴建风洞实验室时,土木工程楼的建筑布局都已经定好了,不宜再加建风洞实验室。”恰逢此时,机械工程楼正在建设阶段,地下一层的空间从设计阶段的地下停车场,到图书馆的藏书室,最终敲定为风洞实验室。

  “北京会成为唯一的‘双奥之城’。”李波说。为了实现“双奥之城”的伟大目标,李波等诸多人员都付出了极大的努力,其中包括要在阳坡兴建冰雪项目赛道。“几乎全世界的赛道都在阴面,冰雪赛道被阳光直射不仅会影响赛道的素质,更会产生安全问题。”李波讲述起冬奥赛场兴建的困难,包括前期更换场地后,多方走访,最终在延庆敲定最后一块场地。

  为兴建赛道,李波团队多方采集当地的风力数据,为克服阳面兴建的技术难题,增设了遮阳板,降低冰雪赛道的温度,以稳定赛道素质。如此一来,遮阳版的抗风防风能力又成了新的问题。“做实事就是这样的,实践的过程中会不断出现新的难题”李波笑着说道。

  以国家雪车雪橇中心和国家高山滑雪中心为例,两个场馆都位于延庆小海坨山,该地区冬季极端风速可达40米每秒,甚至起点的建设地形类似一个悬崖,在这样的情况下,首先要保证建筑自身的防风性能,同时也要对赛场赛时环境风进行评估,以确保比赛安全进行,此外风洞技术也要融入运动员的日常训练中。

  为了研究延庆赛区基础设施、赛时临时设施建设的抗风能力,李波带领北京交通大学风洞实验室研究团队的成员们,采用实测与地形试验相结合的方法,对延庆赛区复杂山区风场特性进行了研究,确定了重要建筑结构抗风设计所需的风场参数,结合延庆赛区基础设施的形体及结构特征,提出了选取节段模型进行风洞试验等方法,助力延庆赛区基础设施、赛时临时设施建设。

  “为了响应国际奥委会的号召,也是本着绿色环保的理念,很多设施实际上我们兴建的是临时设施,同时不能破坏当地的原生的自然环境。”李波说道。

  临时设施的构想很美好,但是实践建设中却需要李波们攻克一个一个技术难题。“设施是临时的,但是我们必须有足够好的稳固性抗风性,保障赛事顺利的进行。”

  冰雪运动作为户外运动,一方面需要保护运动员的安全,一方面需要保护赛场的正常运行,包括观众席看台等。设计合理的挡风墙,有助于运动员的平稳发挥,既有利于出成绩,又有利于保护运动员的安全。为响应国际奥委会的号召,大型的冰雪运动难高频率的举办,因此,此次冬奥会的场馆以及看台建设,有了既要临时性-不能建成永久建筑破坏当地景观;又要具备在恶劣的冬季天气中,具有安全性,以及应对疫情需要,能够在相对长期的赛程安排中保持功能性的特殊要求。同时这样的临时建筑需要有应对极端天气的素质,毕竟冬季奥运会不同其他类型的体育赛事,世界各国的运动员经过了漫长的准备,为预防新冠疫情做出了诸多准备与牺牲。“北京冬奥会希望让大家有最好的体验。”李波说。

  跟随国际体育局调研团前往斯德哥尔摩、伦敦等多地调研参观。此次调研意义非凡,英国自行车队自前几年来成绩突飞猛进,引起多方注意,国家体育局局长特意带领包括李波在内的多名相关领域学者前往调研参观。

  参观现场,经过等候流程进入风洞实验室后,英方的实验室已经几乎空无一物,仅余孤零零的风洞设备。在工作人员的催促下,李波教授和其他学者来不及多看几眼,又在一片凌乱的现场中难觅风洞辅助训练设备的踪迹。对于风洞确实能够辅助运动员训练的秘密李波等多位学者已经了然于胸,只是面对英方等国的技术保密,李波既觉得头疼也觉得能够理解,能让平平无奇的自行车队突飞猛进勇夺8金的技术,想必炙手可热。风阻是竞速运动的敌人,赛场上,胜败就在毫厘之间,减阻也成为各参赛队的“兵家必争之地”,“毕竟金牌只有一个,能跟我们交流已经是友善之举了。”

  其实风洞实验简单来说,就是人为地控制气流来模拟不同环境,并在此基础上,监测测试对象受到的空气阻力影响的实验,该技术通常应用在航空航天、建筑等领域,近些年也被一些欧美国家应用到体育领域,并且取得了突出的优异成绩。而国内,专业的风洞实验应用到体育领域在很长一段时间都处于技术空白。

  回国后李波带领团队开启了紧锣密鼓的自主研发,包括设计适合体育训练的风洞,以及配备一套使用风洞的辅助系统。“标准化,方便使用。”李波说道,对于国家委派的任务,李波以高度负责态度去完成,力求完美,不仅解决风洞建设的难题,还要使风洞后续的使用难题也不再是拦路虎。

  李波带领自己的研究生们在实验室中刻苦钻研,经过长达接近一年的时间里,不断对风洞技术进行优化调试,以适应冬奥运动员的训练需要,同时对辅助系统进行反复的磨砺提升人性化适配水平,通过风洞训练,调整运动员的运动姿态,在训练中帮助运动员减小风阻影响,提高成绩,提升运动安全性,降低运动损伤。在瑞典斯德哥尔摩考察跳台滑雪风洞训练,参加东京奥运会的,游泳、竞走、马拉松等多支中国代表队,都曾接受过风洞实验,科研人员在实验室中模拟高速运动的状态,通过传感器监测和分析运动员,在不同姿态、不同队列形态下,所受到的空气阻力,并最终生成实验报告,为各支队伍制定训练计划、提升运动成绩提供技术支持。为了保证更好的实验效果,李波在每一次调试中都亲自上阵,“一开始没经验,戴了个透风的毛线帽子就去了,被风吹得头痛了好几天”在空白的领域中摸索,在未知方向上前进,李波和实验员、运动员们在为祖国争光的潮头上,勇往直前。

  最终研发了我国第一套风洞辅助训练系统,协助国家体育总局建设了,先进专业的体育专业风洞。“我们不仅帮助设计和建设各个风洞训练场,而且保留整理了建设相关的珍贵的数据和行之有效的辅助系统,方便后续进一步标准化建设和可持续使用。”

  2022年1月4日,习近平总书记来到二七厂冰雪项目训练基地,实地了解北京2022年冬奥会、冬残奥会筹办备赛工作情况,看望慰问运动员、教练员、运行管理人员、服务保障人员、科研人员、媒体记者和志愿者等,向大家致以新年祝福。

  李波团队在二七厂冰雪项目训练基地体育综合风洞利用自研设备为总书记现场演示了速度滑冰团体追逐风洞测试,并集中展示了几年来科技攻关取得的研究成果。总书记强调,当今世界,科技在竞技体育中的作用越来越突出。建设体育强国,必须实现高水平的体育科技自立自强。要综合多学科、跨学科的力量,统筹推进技术研发和技术转化,为我国竞技体育实现更大突破提供有力支撑。李波团队现场展示的风洞测试是本次考察中体育科技模块的亮点,也是总书记停留时间最长的点位,央视更是在考察结束后,第一时间在现场对李波进行了采访,权威媒体纷纷解密这个“黑科技”。

  当时距离北京冬奥会开幕倒计时31天。总书记的到来,让正在二七厂工作训练的李波等科研人员和运动员等都备受鼓舞。体育事业伴随着祖国的日新月异蓬勃发展,李波们斗志昂扬将“黑科技”引入运动训练,科技助梦,为国争光。

  岁月不居,时节如流

  转眼间十数年匆匆而过,遥想当年,从李波初来交大读博,到初入交大任教,经历万千,如今成了独当一面的桃李园丁,李波的研究方向也从最初的抗震到了现在的防风。无数个日夜李波在机械工程楼地下室的风洞实验室内殚精竭虑,一边忍受科研的枯燥与繁琐,一边对抗酷暑严寒。

  李波有时会怀念自己仍是学生的时候,笑谈自己仍然就读本科的时候,期末复习马克思主义哲学时很会抓重点,能够押中老师的题目;考取注册工程师在考场上取舍有道,即使那一年有一道题目出错了,李波还是顺利通过了考试。“这道题属于大家都想拿分的题,但是我算了一遍觉得有问题就放弃了,很多同学可能不愿意放弃,在这道题上花了很多时间,但是最后证实当年这道题确实在出题方面有一些考虑不周,最终所有人都得分了。”李波说道。李波在考场上的顺遂得益于他的精研苦学,得益于深厚的知识功底带来的自信的稳重,真正将哲学的矛盾原理融会贯通到了生活实践之中,能够找准主要矛盾,抓住重点难点,而且能够宠辱不惊,有舍有得。

  曾经的青葱岁月,可能已经随着时节流转,悄然离去,在李波回忆的目光中,那些青涩的年华,仿佛又重新回到了他的脸上。今时今日的教授李波,和那年那月的学生李波,穿越了时光的隔阂,斑驳地投射在光影交错的岁月中,难分难舍。光阴不改,岁月不败,初心依旧,这就是李波,在这一处幽静的风洞实验室中,轰鸣的机器见证着他的青春璀璨,繁复的实验不曾蹉跎他的光辉理想。这抹通透的灵魂,正在尘埃飞扬的人世间,寻觅着一条条数据背后的真相。