根植災(zāi)害應(yīng)急救援 共筑城市韌性交通
——記北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授張釗

杜月嬌

張釗和學(xué)生研討韌性交通

2008年5月12日，發(fā)生在我國四川省汶川縣里氏8.0級的大地震震驚世界。災(zāi)難的發(fā)生造成了數(shù)以萬計(jì)的人員傷亡，災(zāi)區(qū)的救援情況牽動著全中國人民的心。彼時，張釗正在位于成都的西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院讀研。通過新聞報道，他了解到：地震造成了大量公路橋梁的損毀，給震后災(zāi)區(qū)人民的營救與撤離造成了極大阻礙。而當(dāng)時我國在重大災(zāi)害下的應(yīng)急交通管控研究幾乎才剛剛開始，因此迫切需要在這一領(lǐng)域開展大量科研探索。在這一事件的驅(qū)使下，張釗內(nèi)心“為國而研”的科研使命感越發(fā)強(qiáng)烈，并下定決心今后立足于突發(fā)事件的應(yīng)急交通管控領(lǐng)域進(jìn)行深耕。

志之所趨，無遠(yuǎn)弗屆，窮山距海，不能限也。為了將研究更好地面向國家與社會所需，張釗十幾年來輾轉(zhuǎn)國內(nèi)外求學(xué)，在這一領(lǐng)域打下了深厚的科研根基。隨著時代的變革，重大災(zāi)害問題與城市化問題，成為阻礙交通領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵問題。現(xiàn)如今，立足于北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院這一平臺，張釗仍舊步履不停，用科學(xué)為我國重大災(zāi)害應(yīng)急救援與城市交通疏導(dǎo)提供“錦囊”，共同筑造我國交通可持續(xù)發(fā)展的“生命線”。

在交通工程中踐行科研理想

俗話說：“要致富，先修路。”自古以來，交通對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。其中公路交通更加靈活、便利，是我國是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器。出生于20世紀(jì)80年代的張釗，在成長歷程中見證了我國交通運(yùn)輸行業(yè)的變革與發(fā)展，并深刻地感受到了交通工程領(lǐng)域的偉大魅力。因此，在2000年9月考入西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院后，張釗決心投身于交通工程領(lǐng)域進(jìn)行深耕。

大學(xué)4年的學(xué)習(xí)，堅(jiān)定了張釗的科研理想。為了在相關(guān)領(lǐng)域積累更加深厚的科研經(jīng)驗(yàn)，他選擇碩博連讀，繼續(xù)自己的科研夢想。2008年在張釗攻讀研究生期間，汶川地震的發(fā)生成為他學(xué)術(shù)生涯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，張釗發(fā)現(xiàn)：我國對于應(yīng)急交通領(lǐng)域的研究大約從2007年開始，但其研究背景也僅僅是針對北京奧運(yùn)會的應(yīng)急預(yù)案的制訂。而對于地震等重大災(zāi)害需求，如何開展科學(xué)性的救援工作，卻鮮少有研究涉及。在此之后，他正式將研究轉(zhuǎn)向應(yīng)急交通領(lǐng)域，開始面向國家需求開展一系列科研探索。

隨著研究工作的日漸深入，張釗意識到：由于我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展較晚，因此他在解決相關(guān)科研問題時遭遇了極大瓶頸。在這一現(xiàn)狀下，張釗內(nèi)心萌生了前往國外留學(xué)的想法。幸運(yùn)的是，博士攻讀期間，他順利獲得了國家公派的留學(xué)名額，并于2010年8月前往美國路易斯安那州立大學(xué)土木工程系進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。在美國從事科研工作的這段時間里，張釗認(rèn)識了許多在應(yīng)急交通領(lǐng)域的科研工作者，在與他們的交流中，他的研究視野得到了極大的拓寬。在導(dǎo)師的引領(lǐng)下，張釗開展了針對美國城市群的應(yīng)急交通研究，并在這一過程中將整個應(yīng)急交通管控領(lǐng)域的建模仿真、行為分析、交通信號燈的控制優(yōu)化、后端的政策評估都進(jìn)行了系統(tǒng)性的整合研究，使自己的研究深度和研究水平有了大幅度提升。

博士畢業(yè)后，張釗又來到了清華大學(xué)工業(yè)工程系開展研究工作。這段時期，他將研究立足于人的行為，開展應(yīng)急疏散行為建模方向的深入探究，從另一個維度開展應(yīng)急交通領(lǐng)域的科研探索，為其今后科研工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

應(yīng)急交通與韌性交通探索

近些年來，隨著城市功能的逐漸完善和城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市道路網(wǎng)的規(guī)模隨之壯大。迄今為止，我國現(xiàn)有的691個建制城市因自然條件、城市運(yùn)輸需要和城市總體布局的要求，形成了七大類城市路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)。長期以來，城市與城市道路交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系猶如人體與血液循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)系，因此加強(qiáng)對大規(guī)模城際路網(wǎng)的快速應(yīng)急交通，成了現(xiàn)如今研究領(lǐng)域的大勢所趨。

在美國進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)期間，張釗曾成功構(gòu)建了基于城市群的應(yīng)急交通仿真模型。但因?yàn)槟Ｐ拖到y(tǒng)十分復(fù)雜，因此需要7～10天的超長運(yùn)行時間。除此之外，龐大的規(guī)模還會導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中極易崩潰，一旦發(fā)生問題所面臨的便是艱難而又漫長的優(yōu)化過程。在之前的研究經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)下，張釗一直在嘗試建立一個更為完善的研究模型，使其運(yùn)行速度及運(yùn)行效率得到大幅度提升。

為了攻克這一問題，張釗獨(dú)辟蹊徑將宏觀交通基本圖和中觀的元胞傳輸模型這兩個交通流領(lǐng)域的基本模型相結(jié)合，共同作用于突發(fā)事件的應(yīng)急交通快速建模仿真。在這一基礎(chǔ)上，他創(chuàng)新性地提出了一種兼具中觀仿真模型和宏觀交通模型優(yōu)點(diǎn)的動態(tài)交通流模型，可以在有限的計(jì)算資源下，對大規(guī)模城際路網(wǎng)進(jìn)行快速應(yīng)急交通仿真建模。“現(xiàn)如今我們對超大城市或者城市群進(jìn)行路網(wǎng)交通仿真建模時，不僅速度很快，對模型的調(diào)整和修改也十分及時，大大提升了應(yīng)急交通管控和建模的實(shí)時性和精確性。”張釗說。

近些年來，隨著氣候問題與城市化問題越發(fā)嚴(yán)重，建設(shè)一個可持續(xù)發(fā)展、具有適應(yīng)力和恢復(fù)力的交通運(yùn)輸系統(tǒng)已逐漸成為交通運(yùn)輸行業(yè)研究的重點(diǎn)之一。在這一背景下，韌性交通成為近十年來交通工程領(lǐng)域研究的大勢所趨。“韌性交通與應(yīng)急交通相比，涵蓋范圍更加廣泛，其不僅僅針對比較重大的突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)，還具備對小型道路交通事件的反應(yīng)和恢復(fù)能力，以及風(fēng)險抵抗的冗余能力。”張釗說。而這也是當(dāng)前社會所面臨的關(guān)鍵問題。來到北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院后，張釗就和研究團(tuán)隊(duì)成員們將研究的重點(diǎn)聚焦在韌性交通領(lǐng)域中，開展了諸多研究實(shí)踐。

城市是人流的聚集地。災(zāi)害發(fā)生時，其應(yīng)急疏散時間分配與交通流量需求必須具備科學(xué)性與合理性。在這一背景下，張釗研究了城市應(yīng)急疏散系統(tǒng)的韌性，提出了交通韌性的平衡曲線模型，解釋了路網(wǎng)交通流量異質(zhì)性對韌性的影響，經(jīng)過研究實(shí)踐，大大提升了城市的交通應(yīng)急效率，以及交通恢復(fù)能力。

為了將科學(xué)研究更好地扎根于祖國大地，多年來基于應(yīng)急交通建模和管控的成果，張釗成功申請了一系列應(yīng)急交通疏散、管控、優(yōu)化方法的專利和軟件著作權(quán)，并和行業(yè)里的主要企業(yè)合作將應(yīng)急交通疏散模型和控制算法應(yīng)用于柳州、天津等城市的早晚高峰信號控制中，在降低延誤和停車次數(shù)上，取得了良好成效。

教學(xué)相長育英才

博學(xué)而不窮，篤行而不倦。科研之外，張釗還十分注重人才的培養(yǎng)工作。在他看來，一名好老師要廣泛了解自己領(lǐng)域的最新進(jìn)展，還要堅(jiān)持教學(xué)相長、相輔相成。

回顧自己之前的求學(xué)歷程，張釗從本科期間就開始投身科研項(xiàng)目實(shí)踐中，而這些經(jīng)歷也在無形中影響著他的科研創(chuàng)新生涯。如今作為大學(xué)本科生導(dǎo)師和班主任，張釗也十分鼓勵自己的學(xué)生從本科階段就積極參與科研創(chuàng)新活動，以此來培養(yǎng)他們的自主創(chuàng)新能力。在他的帶領(lǐng)下，學(xué)院各年級學(xué)生形成了良好的科研創(chuàng)新梯隊(duì)，并先后獲得了2020年、2021年和2022年全國交通科技大賽優(yōu)秀獎、二等獎和一等獎等獎項(xiàng)。

應(yīng)急交通管控與韌性交通領(lǐng)域在海外的發(fā)源更早。為了將研究與國際接軌，張釗還十分注重對學(xué)生國際化視野的培養(yǎng)。2018年，張釗邀請了國際應(yīng)急交通頂級學(xué)者、美國應(yīng)急交通委員會創(chuàng)始主席作為主講教師，在北京航空航天大學(xué)開設(shè)了“交通韌性安全”這門課程。作為國內(nèi)為數(shù)不多的交通韌性課程，他從整個交通韌性系統(tǒng)出發(fā)，講解交通韌性發(fā)展建模、理論基礎(chǔ)方法的相關(guān)課程，其通過全英文教學(xué)的方式，面向北京航空航天大學(xué)的全體學(xué)生，并在疫情期間實(shí)現(xiàn)了全球化的線上云授課，為我國的韌性交通領(lǐng)域?qū)W生的培養(yǎng)提供了新的方式。

行穩(wěn)致遠(yuǎn)，積厚成器。不管是過去還是未來，張釗的科研理想始終堅(jiān)定。在他看來，韌性交通不僅是一塊亟待開發(fā)的處女地，也是我們國家交通研究的重大需求：2021年中共中央、國務(wù)院頒布《國家綜合立體交通規(guī)劃綱要》，強(qiáng)調(diào)“綜合交通網(wǎng)絡(luò)布局仍需完善，結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化，互聯(lián)互通和網(wǎng)絡(luò)韌性還需增強(qiáng)”。2022年中國科協(xié)發(fā)布未來十大前沿科學(xué)問題，“如何全方位精準(zhǔn)評價城市綜合交通系統(tǒng)韌性”成為問題之一。立足前景，今后張釗表示還將扎根在韌性交通這一領(lǐng)域，為國家突發(fā)事件的應(yīng)急交通管控以及城市交通系統(tǒng)事故的預(yù)防，奠定更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并盡全力將科研成果推向應(yīng)用，為我國韌性交通的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，以此來踐行青年科研工作者的創(chuàng)新使命！