在深達(dá)數(shù)百米乃至數(shù)千米的隧道與礦山內(nèi)部，潛伏著一種災(zāi)害——巖爆。它突發(fā)性強(qiáng)、破壞力巨大，瞬間釋放的能量嚴(yán)重時(shí)可堪比一場(chǎng)4級(jí)以上地震，能使巖石以極高速度彈射而出。由于發(fā)生時(shí)間、位置與劇烈程度均難以預(yù)測(cè)，巖爆長(zhǎng)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(duì)這一全球性挑戰(zhàn)，上世紀(jì)90年代初，中國(guó)科學(xué)院院士何滿潮率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走上了系統(tǒng)性研究巖爆的拓荒之路。彼時(shí)，國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域處于三無(wú)狀態(tài)，無(wú)統(tǒng)一定義、無(wú)成熟理論、無(wú)實(shí)驗(yàn)裝備。研究團(tuán)隊(duì)只能深入礦井一線，用最原始的方式收集巖爆發(fā)生的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，在未知中摸索規(guī)律，為巖爆模擬實(shí)驗(yàn)裝備的研發(fā)做足準(zhǔn)備。

歷經(jīng)30余年的薪火相傳與接力奮進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室成果已躋身國(guó)際前沿。師承何滿潮院士的劉冬橋，正在這一領(lǐng)域繼續(xù)深耕探索。作為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）隧道工程災(zāi)變防控與智能建養(yǎng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、力學(xué)與土木工程學(xué)院副院長(zhǎng)、ISRM巖爆委員會(huì)委員兼秘書(shū)長(zhǎng)，劉冬橋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以持續(xù)攻關(guān)回應(yīng)著這道關(guān)乎生命與工程安全的深地考題。他所在團(tuán)隊(duì)研發(fā)的NPR高吸能支護(hù)材料性能全球領(lǐng)先，獲國(guó)際權(quán)威命名。該材料及相關(guān)防控體系已成功應(yīng)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(dòng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，讓中國(guó)方案走向世界。

近日，在海淀青年科學(xué)家會(huì)客廳的訪談中，劉冬橋向我們揭示了這場(chǎng)與深地巖爆較量的科研征程，也分享了從實(shí)驗(yàn)室到工程現(xiàn)場(chǎng)的“中國(guó)智慧”。

在堅(jiān)守中創(chuàng)新 在嚴(yán)謹(jǐn)中求真

“祖國(guó)的需要就是我的專業(yè)。”錢偉長(zhǎng)先生的這句話，如同燈塔般照亮了劉冬橋的科研之路。對(duì)他而言，投身巖爆研究，最初是響應(yīng)國(guó)家向深地進(jìn)軍的戰(zhàn)略召喚。然而，將這份宏觀的“需要”真正轉(zhuǎn)化為個(gè)人熾熱而持久的使命感，卻源于一個(gè)關(guān)于生命的具象故事。

2012年，正在攻讀博士學(xué)位的劉冬橋，聽(tīng)導(dǎo)師何滿潮院士講起國(guó)際巖石力學(xué)權(quán)威、澳大利亞Fidelis教授的經(jīng)歷：因其兄長(zhǎng)在一次煤礦巖爆事故中遇難，F(xiàn)idelis將畢生精力投入了這項(xiàng)研究。“那一刻，我內(nèi)心受到極大震撼，”劉冬橋回憶道。他深刻體會(huì)到，國(guó)家向深地進(jìn)軍的戰(zhàn)略背后，實(shí)質(zhì)是對(duì)每一個(gè)寶貴生命的鄭重承諾；科研的終極指向，正是守護(hù)生命的安全。這份對(duì)生命的敬畏，從此成為支撐他在這條路上堅(jiān)定前行的最堅(jiān)實(shí)、最溫暖的內(nèi)核。也正是這份觸動(dòng)，讓他毅然決定扎根巖爆研究。彼時(shí)，何滿潮院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的系列巖爆物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)取得重大突破，為整個(gè)領(lǐng)域打開(kāi)了新的窗口，也為劉冬橋及其團(tuán)隊(duì)的科研之路奠定了基石。

科研之路從來(lái)不是坦途，真正的創(chuàng)新突破往往隱藏在無(wú)數(shù)次重復(fù)與試錯(cuò)之中。劉冬橋至今記得一塊被團(tuán)隊(duì)?wèi)蚍Q為“石堅(jiān)強(qiáng)”的巖樣。在一次長(zhǎng)達(dá)14小時(shí)的實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論團(tuán)隊(duì)如何調(diào)整加載路徑，這塊巖石始終“倔強(qiáng)”地不按預(yù)設(shè)方案破壞。他坦言：“當(dāng)時(shí)確實(shí)焦慮，但我們沒(méi)有把它簡(jiǎn)單的看作失敗。”他們反復(fù)分析數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)，真實(shí)巖石的破壞行為遠(yuǎn)比既有理論描述得更為復(fù)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(guī)律。”在他看來(lái)，這種在挫折中意外捕捉到新知的時(shí)刻，恰恰是科研最迷人的地方。“科研沒(méi)有純粹的失敗，”劉冬橋強(qiáng)調(diào)，這是導(dǎo)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(yù)期不符，都是修正認(rèn)知、逼近真相的階梯。”這種對(duì)復(fù)雜性的深刻洞察、對(duì)“意外”的窮追不舍、在反復(fù)試錯(cuò)中萃取真知的極致嚴(yán)謹(jǐn)，已成為何滿潮院士實(shí)驗(yàn)室代際傳承的精神底色，也是劉冬橋及其團(tuán)隊(duì)恪守的科研準(zhǔn)則。

憑借這份融入血脈的嚴(yán)謹(jǐn)與韌性，劉冬橋及其團(tuán)隊(duì)不僅逐步攻克難題，更在導(dǎo)師的指導(dǎo)下成功創(chuàng)造了系統(tǒng)性防治巖爆的“中國(guó)方案”——一套基于“以柔克剛”哲學(xué)智慧的高性能NPR吸能材料及主動(dòng)支護(hù)體系。“這背后蘊(yùn)含著太極的智慧，”劉冬橋闡釋其原理，“當(dāng)巖爆的巨大能量來(lái)襲，我們不選擇硬抗，而是通過(guò)材料的特殊結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)其變形、吸收并耗散能量。就像太極推手，順勢(shì)而為，化解巨力于無(wú)形。”

這一理念，不僅體現(xiàn)在材料設(shè)計(jì)的層面，更轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的科研突破。何滿潮院士團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的NPR材料，在全球同類產(chǎn)品中能量吸收性能顯著領(lǐng)先，被國(guó)際巖石力學(xué)權(quán)威收錄并命名為“He-bolt”，標(biāo)志著中國(guó)原創(chuàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的關(guān)鍵跨越。

基于該材料的成功，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步凝練方法論，提出“開(kāi)挖補(bǔ)償法”主動(dòng)支護(hù)體系。該體系能夠?qū)⒏呶r爆化解為輕微破壞甚至是無(wú)破壞，實(shí)現(xiàn)了從“被動(dòng)防災(zāi)”到“主動(dòng)可控”的根本性突破，目前已在中國(guó)多個(gè)深部礦山與隧道工程中成功應(yīng)用。該體系與技術(shù)已獲國(guó)際學(xué)界廣泛認(rèn)可，為我國(guó)在深地工程安全領(lǐng)域贏得了國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。

探索跨界交叉 踐行時(shí)代使命

“科學(xué)本身不分學(xué)科，”劉冬橋常常強(qiáng)調(diào)，“重大復(fù)雜問(wèn)題的突破，必然依賴于多學(xué)科的交叉融合。”在他眼里，攻克巖爆本身就是一場(chǎng)多學(xué)科協(xié)同的攻堅(jiān)戰(zhàn)。在過(guò)程中需要地質(zhì)學(xué)厘清賦存環(huán)境，巖石力學(xué)揭示破壞機(jī)理，材料科學(xué)創(chuàng)制新型支護(hù)，數(shù)學(xué)建模實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)量化，最終由工程學(xué)完成安全施建。

基于這一深刻認(rèn)知，多學(xué)科交叉融合便成為劉冬橋及其團(tuán)隊(duì)貫穿始終的科研脈絡(luò)。當(dāng)傳統(tǒng)的巖爆預(yù)警方法遭遇瓶頸，他們將目光投向AI，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從海量、混沌的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，捕捉到人類感官與既有模型難以辨識(shí)的微弱前兆信號(hào)。劉冬橋充分肯定AI在處理極端復(fù)雜非線性問(wèn)題上的獨(dú)特潛力。然而，作為一名秉持嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)家，他對(duì)AI“黑箱”中可能產(chǎn)生的幻覺(jué)保持高度警覺(jué)。他堅(jiān)持用嚴(yán)密的物理邏輯和實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行反復(fù)校驗(yàn)與解讀，這種對(duì)前沿技術(shù)審慎而積極地運(yùn)用，展現(xiàn)了他高階的交叉能力。

作為ISRM巖爆委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)，劉冬橋擔(dān)負(fù)起跨國(guó)界、跨文化學(xué)術(shù)“筑橋者”的角色。他牽頭構(gòu)建覆蓋了115個(gè)國(guó)家和地區(qū)的全球案例數(shù)據(jù)庫(kù)，并組織各國(guó)頂尖學(xué)者，就巖爆的定義、機(jī)理等根本問(wèn)題展開(kāi)研討。“科學(xué)無(wú)國(guó)界，但科學(xué)家有祖國(guó)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與話語(yǔ)權(quán)息息相關(guān)。”他指出，在“一帶一路”等跨國(guó)重大工程中，建立科學(xué)統(tǒng)一的國(guó)際防控共識(shí)，關(guān)乎工程安全，亦體現(xiàn)學(xué)術(shù)責(zé)任。這項(xiàng)工作，本質(zhì)上是將全球多元的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)與工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)造性整合，旨在凝聚智慧，產(chǎn)出更具普適性的公共知識(shí)。

在劉冬橋的課題組里，數(shù)學(xué)、人工智能、巖土工程等不同專業(yè)背景的學(xué)生共同攻關(guān)。他踐行“因人而異、因需而學(xué)”的指導(dǎo)理念，不以單一學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)苛求學(xué)生，而是鼓勵(lì)他們以問(wèn)題為導(dǎo)向，缺什么補(bǔ)什么，重在理解方法原理與規(guī)范應(yīng)用，旨在鍛造一批既具備多學(xué)科技術(shù)整合能力，又擁有開(kāi)闊國(guó)際視野與深厚家國(guó)情懷的戰(zhàn)略性復(fù)合型人才。

遠(yuǎn)見(jiàn)平臺(tái)勢(shì)能 培育創(chuàng)新未來(lái)

基于自身的科研成長(zhǎng)經(jīng)歷，劉冬橋?qū)?chuàng)新生態(tài)的支撐作用深有體會(huì)。對(duì)于“海淀青年科學(xué)家會(huì)客廳”，他抱有深切期待。

“讓科學(xué)家安心做科學(xué)家。”這句話凝聚了他對(duì)理想科研生態(tài)的核心主張。在他看來(lái)，一個(gè)優(yōu)秀的平臺(tái)，其根本使命在于系統(tǒng)性地承接信息搜尋、資源對(duì)接等外部壓力，通過(guò)整合政策、產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù)資源，搭建跨界信任網(wǎng)絡(luò)，有效連通基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。這不僅是打造一個(gè)“減負(fù)”與“賦能”并存的支撐體系，更是為科學(xué)家專注探索、釋放創(chuàng)造力構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的制度與資源后盾。

他特別指出，許多具備卓越實(shí)用價(jià)值的前沿技術(shù)，因科研人員無(wú)暇深入推廣而未能充分實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益。因此，海淀青年科學(xué)家會(huì)客廳的深層意義在于構(gòu)建一個(gè)高效的“價(jià)值轉(zhuǎn)換器”，不僅是思想交流的客廳，更是催化成果從論文走向?qū)嵺`的關(guān)鍵樞紐。通過(guò)優(yōu)化局部創(chuàng)新生態(tài)，激發(fā)人才與創(chuàng)新的集群效應(yīng)，從而為國(guó)家科技自立自強(qiáng)與高質(zhì)量發(fā)展儲(chǔ)備持久的內(nèi)生動(dòng)力。

站在何滿潮院士等前輩開(kāi)拓的科研疆界之上，劉冬橋?qū)⒛抗馔断蚋钸h(yuǎn)的未知。對(duì)他而言，每一次技術(shù)突破，都是下一個(gè)探索的起點(diǎn)。未來(lái)，深地科學(xué)與工程將面臨更為復(fù)雜的挑戰(zhàn)，而那些尚未被認(rèn)知的巖體行為與災(zāi)變機(jī)理，也將成為他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)錨定的攻堅(jiān)方向。

劉冬橋表示真正的科研價(jià)值，終須落腳于對(duì)災(zāi)害的智慧治理與系統(tǒng)預(yù)防之中。他的責(zé)任不僅是推動(dòng)學(xué)科向更深、更遠(yuǎn)處發(fā)展，更要將導(dǎo)師的精神之光與學(xué)術(shù)薪火，堅(jiān)定而溫暖地傳遞給下一代青年科技人才。這種傳承，遠(yuǎn)不止于具體理論與技術(shù)方法的接續(xù)，更是一種科研精神與使命感的代際傳遞。這條科研路永無(wú)止境，而傳承，是照亮這條征途最恒久的光。