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冯怀平:研发科研仪器 开发校企协同最大价值
张家口大境门网   15-02-02 17:28

  实验仪器设备研发成果,享有国际盛名的岩土试验和研究系统领域的企业与他进行合作推广;多项技术研发成果赶超国际先进水平,成功突破国际难题;为校企搭建了一个非饱和土理论与应用的桥梁,创新成果在工程实践中不断实现价值最大化……他就是非饱和土力学理论与应用专家、石家庄铁道大学冯怀平博士。

  国际领域:目光锁定在国际科研实验仪器最前沿

  把目光锁定在世界岩土科研实验仪器最前沿,去发现问题寻求解决办法,实现研发突破,是冯怀平一直追求的目标。

  在国际岩土试验和研究系统领域,提到GDS公司无人不晓。公司荣获英国企业业绩评定最享誉盛名奖———“英国女王国际贸易企业奖”,自1979年成立以来,一直保持在岩土试验和研究系统的最前沿,并与全球300多所大学和科研机构保持紧密的联系,参与研究。但最近几年,GDS公司却不吝身价,多次与石家庄铁道大学冯怀平博士商谈研发仪器合作事宜。

  冯怀平,2008年毕业于日本京都大学,主攻非饱和土方向,自博士阶段开始,主要从事非饱和土力学理论与应用的研究,现为土木工程学院的涉外土木工程方向教研室主任。

  “所谓非饱和土,通俗地说,是指土的孔隙没有完全被水填充满,我们看到的土,大多是非饱和土。”冯怀平博士用一个形象的比喻,向记者介绍非饱和土的概念,“北方地区,特别河北地区,工程建设相关接触的土几乎都处于非饱和,传统的土力学理论,将土看成为饱和状态,这与工程建设有很大出入,这不仅增加了工程建设成本,也存在一定工程风险。”

  非饱和土试验测试一直以来面临着耗时长、成本高的问题,在使用美国的一家专门生产岩土仪器的GCTS公司土水特性曲线测试仪器过程中,冯怀平通过反复试验,研发了以他自己的姓名命名的“FENG SWCC”土水特性曲线仪,经专家和用户检验,不仅成功解决了原来仪器受水头影响大的问题,而且提高了关于非饱和土进气值与滞回曲线的测试精度,且仪器可以自由扩展测试终端,大大提高了测试效率,而且,与国外设备相比,成本降低10倍以上。冯怀平自豪地向记者介绍:“该仪器已经申报了国际PCT专利,受到了国际知名岩土仪器制造商GDS公司的认可,进行合作推广。”

  “我们的科研只有走在前沿,才能不受制于人,得到别人的尊重和合作。”冯怀平深有感慨地说。

  原创科研设备:消化吸收再创新 为创新型成果服务

  冯怀平所在非饱和土试验室有美国、英国的多套非饱和土测试设备,但现有这些仪器在实验时总有许多不适合科学需求的地方。“引进仪器多为国际通用型,消化吸收国外仪器的长处,研发适合不同科研需求的试验仪器,一直以来是我思考的问题。随着我们铁路建设的快速发展,黄土、冻土、盐渍土等特殊工程问题大量涌现,为我们进行测试仪器的原始创新提出了挑战,同时也提供了源动力。”在实验室里,记者见到冯怀平时,他开口就感慨地谈起自己搞实验仪器创新的初衷。

  据了解,我们多数仪器设备依靠引进,总的来讲,这些引进的设备应用于一些基础实验,能够满足基本的教学、科研要求,但存在着利用率低,且引进仪器多为成型多年的设备,这对于提升科研价值存在不利影响,特别体现在这些仪器设备不能为创新型成果服务,成为开展创新型实验、取得创新成果的瓶颈。

  在黄土、冻土及膨胀土等工程中,水分在土中的迁移对于土的力学性质有明显的影响,然而,目前土的力学性质测试方法,如动静三轴仪等都不能同时进行水分迁移测试,其主要原因是三轴试验空间狭小且测试过程不能中断,而传统的水分测试方法探头体积大,均不适合使用。这一问题成了制约水-力耦合试验发展的一个国际难题。

  “实验设备是开展实验研究的先行条件和基础,也关系到实验成果的科学正确与否。”在研究过程中,冯怀平经过反复试验发现已有仪器的不足,结合具体科研问题再创新的探索之路。

  从2011年开始,冯怀平先后与中科院化学所、河北师范大学等多领域的专家商讨,将电学、电化学领域著名的VDP理论引进了土体含水量测试中,通过大量的比选试验,最终确定了合理的电极材料、电极结构形式,研发了测试控制及读数仪器,经实际检测及应用,取得了良好的测试效果。业内专家称:“此项成果,为三轴试验应用提供了一个新领域的功能配件,这些技术均达到或超过国际先进水平。”冯怀平深有感慨地和记者说,“着眼工程中科学问题与重视学科交叉的再创新,才能有原创性成果。”就在前不久,以该试验方法为支撑的项目获得了国家自然基金支持。

  经过三年努力,截止目前,冯怀平在实验仪器创新成果方面取得丰硕成果,其中已经申报国家发明专利达8项,已授权3项。

  成果应用:校企协同是我追求的目标

  国家勘察大师梁金国这样评价冯怀平:“他的科研成果,搭建了一个非饱和土理论与应用的桥梁,使非饱和土理论真正的为工程实际服束之高阁束之高阁务。”

  长期与企业的合作,使冯怀平深刻意识到,科研成果只有转换成生产力才能发挥价值,科技成果只有同国家需要、市场需求相结合才能创造新的价值。实际上,这也一直是他科研秉承的理念和奋斗目标。

  冯怀平的科研一直是围绕着非饱和土理论展开的,然而,非饱和土理论尽管今年来在国内外有了长足的发展,但非饱和土理论的工程实践应用一直是困挠研究者的一个难题。早在2006年,已故中国科学院院士,岩土工程专家沈珠江院士就严峻地提到“建立在吸力概念上的非饱和土力学始终停留在学院式研究的阶段,未能在实践中得到广泛的应用。”

  “科学技术必须同社会发展相结合,学得再多,束之高阁,只是一种猎奇,只是一种雅兴,甚至当作奇技淫巧,那就不可能对现实社会产生作用。”冯怀平深刻认识到非饱和土理论的研究绝不能“纸上谈兵”,必须坚持与实际结合,创新成果只有在工程实践中才能实现价值最大化。

  为此,从2008年开始,冯怀平年年跑企业、进工地,足迹遍布西部、华北各地,尤其关注工程建设中非饱和土理论应用的问题。先后与省内外有名岩土企业,如河北建筑勘察研究院、张家口鼎力岩土有限公司、中铁二局等企业合作,石武、京石、兰新、宝兰等高铁工地,朔黄、大秦等重载铁路工程工地等国家重点建设一线工地留下了他的身影。经过多年攻关,与企业联合研发的“区域非饱和土抗剪强度的快速测定的方法”发明专利,解决了非饱和土强度快速判断问题,填补了国内空白。

  如何积极参与协同创新,让自己的科研与企业合作,立足解决实际问题,冯怀平不断践行着“从科学研究、实验开发、推广应用的三级跳”。

  近年来,随着一个又一个科研成果的破茧而出,冯怀平的科研就像一台加足马力的快车,全力向校企合作、协同创新方向的纵深推进。“非饱和土强度查询系统”、“张家口地区非饱和边坡设计程序”、“非饱和路基沉降变形数据管理及评估系统软件”等非饱和土理论应用化软件连续完成。经企业工程实践检验,受到业内及企业青睐和高度评价:“这些软件用得上,效率高,精度准”。截止目前,他已有两套软件系统获得了国家计算机软件著作权。

  “这些创新成果不断得到了一些业主单位的认可和实际应用,并为企业创造了较高的经济效益,河北建筑勘察研究院、张家口鼎力岩土有限公司等合作企业非常满意。”这种良好的协同创新氛围,使冯怀平既高兴,又感到时不可待。

  教学:突破固有培养管理模式,释放学生创新活力

  “就在今年暑假开始指导的两组本科生创新试验,已经完成研发了产品实物并已经申报了‘自动式隧道仰拱冲击模型装置’与‘土中含水率远程实时测试方法’的国家发明专利。”谈起对学生的创新能力、创新精神培养,冯怀平自豪地向记者介绍起他最新的学生培养成绩。

  大学生头脑灵活,思想活跃,思维定势较少,创新意识强,如何发挥学生的创新能力,调动学生主动学习探索的能力是冯怀平在教学和科研过程中一直思索的问题。

  一些实验室经常是“铁将军”把门,有的甚至落满灰尘,学子们戏称实验设备“披灰衣”。而记者在冯怀平的实验室里却看到另外一番景象:几名学生正聚精会神操作实验仪器,看得出,学生和设备之间丝毫没有“陌生”之感。

  “学生开展创新教学绝对离不开老师的指导,否则学生热情过后创新潜力就很难激发,创新成果大幅缩水。”冯怀平有自己独特的想法。

  针对这一突出问题,冯怀平及时梳理问题症结,从改革实验室管理模式入手,提高实验室的开放度和学生的自由度,降低学生接触创新科研实验的门槛,坚持本人学习和办公全部在实验室内,与创新试验的本科生、研究生在一起进行试验,这不仅锻炼了学生动手实践能力,也大大激发了学生的创新潜力,学生的进展与问题能够得到手把手、面对面及时的解决,有效保证了学生试验的科学引导,保证了本科生、研究生的科研质量,也取得了一些科研成果。

  虽然在科研仪器、软件系统等多方面取得了一些令人瞩目的成绩,然而,冯怀平与学生更多的是分享科研经历的感悟,而取得的成就却很少提及。冯怀平深有触动地说:“作为一名教师,我不仅自己要‘百尺竿头,更进一步’还要发挥‘传道、授业、解惑’的师者作用,为新型人才铺路搭桥。”他指导的研究生已有多名获得国家奖学金,在科研创新能力方面,用他学生自己的话说:“在冯老师的影响和带领下,科研创新不仅有底气,更有使不完的劲头。”

  “苟日新,日日新,又日新”,冯怀平表示:“科技发展的方向就是创新。科技创新永远在路上。”就在记者采访时,冯怀平又在着手与企业合作,进行水分传感器、土水特性曲线仪等的成果转化问题。“我要把握大好机遇,在校企协同创新中、在教学、科研中作出更多的贡献,在国家、国际舞台上绽放别样精彩。”

 
稿源: 长城网 编辑: 郭少华  
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