高铁技术的博物馆

喻思娈

    ①2008年1月开工建设，2011年6月正式开通，历经三年多，京沪高速铁路这条长达1318千米的巨龙横空出世，成为目前世界上一次建成里程最长的高速铁路。京沪高速铁道以其在工程项目上的一系列创新，荣获2015年度国家科技进步奖特等奖。

    ②京沪高速铁道工程是一个庞大的综合体系，涉及机械、土木、电子、电气、材料等多个学科领域，技术难度和复杂性、特殊性堪称“高铁技术博物馆”。以基础设施建设为例，京沪高速铁路跨越海河、黄河、淮河、长江四大水系，跨越铁路、高等级公路和通航河流215处，全线桥梁比例达到80.4%。这些桥梁有些跨度大，还要穿过深水区，如何承载设计时速超过300公里的列车安全通行，成为摆在技术人员面前的难题。

    ③南京大胜关长江大桥是京沪高铁跨越的诸多大桥中的一座，该桥梁也是沪汉蓉铁路的越江通道，同时搭载南京双线地铁，为六线铁路桥。沪汉蓉铁路客车设计行车时速是200公里，地铁行车时速是80公里，京沪高速铁路设计时速达300公里，最多同时要通行六列列车，速度也分三种。“一个火车头重220吨，一列货车重5000多吨，一节客车车厢也有1000多吨重，同时通行6列，这对铁路桥的荷载要求很高，建设设计难度非常大。”铁道部原副部长、京沪高速铁路公司原董事长蔡庆华说。

    ④为达到桥梁的荷载要求，科技人员连续攻关，研发出了具有高强、高韧、焊接性能良好的新钢种，解决了桥梁的建设钢材难题，也为中国铁路钢桥建设向更高水平发展奠定了基础。南京大胜关长江大桥也在世界桥梁史上创下体量大、跨度大、荷载大、速度高的“三大一高”四项第一。

⑤2010年12月3日，在京沪高速铁路枣庄至蚌埠间，创造了运营动车组最高试验速度486.1公里每小时的世界纪录，这一记录的取得，离不开高速动车组在整车气动性能、转向架、长编组双弓受流等关键技术上的突破。

    ⑥京沪高铁时速达300公里，让两地间火车的行驶时间缩短至5小时以内，大大缓解了京沪沿线地区交通运输的紧张局面。列车高速运行如何保证不脱轨？遇有突发情况，车辆如何制动？京沪高速铁道工程在列控系统、系统检测及高铁运营管理上的创新，保障了高铁的安全运行。

    ⑦中国铁路总公司总工程师、中国工程院院士何华武说，京沪高铁在安全性、稳定性等指标上都很优秀，即便持续高速运行，指标也领先世界。比如，制动快。京沪高铁动车组以时速300公里运行时，如遇紧急制动，制动距离为3786米，仅需1分钟左右，可满足动车组安全平稳停车。比如，防脱轨。即便在486.1公里每小时这种极限速度下，高速列车脱轨系数仍在可控范围内，还有余量。再如，智能化。高速动车可根据不同的故障设定模式，自我诊断、自动报警或保护，提高列车运行安全的主动防御能力。举例来说，司机只要没有按时踩踏车内的“司机警惕装置”，该按钮就会发出警示，如果司机在几秒钟之内没有做出回应，列车会自动停车。

    ⑧何华武说，京沪高铁充分考虑了运营中的各项安全问题。此外，京沪高铁的安保标准也很高。全线铺设2.85米高的防护网，共设置地震监控点31处、风速监测点167处、雨量监测点50处，严密监视“天地”动向。

    ⑨截至2014年底，京沪高速铁路累计发送旅客2.79亿人次，客运量逐年攀升，由2011年日均13.2万人次增长到2014年日均29万人次，项目开通三年即实现盈利。

    ⑩据介绍，全社会货运量中，铁路运输比重每提高一个百分点，就可以节约社会物流成本212亿元。“我国物流成本很高，京沪高铁开通大大释放了货运空间，有助于降低社会物流成本。”蔡庆华说。他还表示，京沪高铁还将带动沿线投资增加、繁荣服务业，拉动数以亿计的效益，京沪高铁的隐形效应将逐渐凸显。

（节选自《人民日报》）

欢迎乘坐“地沟油”航班

    ①据英国《每日邮报》7日报道，英国汤普森航空公司推出的“地沟油航班”波音757客机7日从伯明翰机场起飞，首航成功。

    ②这架飞机的与众不同之处在于，其中一个引擎的燃料除了常规的飞机燃油外，还有50%的“氢酯和脂肪酸”，这是以从酒店和饭店的厨房中收集来的废弃食用油为原料加工制成的生物燃料。这些废弃食用油与我们在中国俗称的“地沟油”类似。据专家介绍，这种“地沟油”生物燃料能避免生产燃料农作物过程中的碳排放，加之大都本地取油，所以交通方面产生的碳排放也很少，相对传统的化石燃料可以减排60%～80%。

    ③在世界范围内，各国每年都不可避免地产生大量废弃食用油。在对其处理和回收再利用上，各有奇招。

    ④2004年以前英国的废弃食用油大量用于制作动物饲料。但目前废弃食用油主要有两个去向：一是通过特殊的化学程序制成具有无毒、清洁、可再生、可降解等优点的生物柴油，做车辆燃料之用；二是被发电厂用作发电燃料。

    ⑤美国除了将废弃食用油用作生产生物燃料外，一种可将其直接转化为可再生能源的“自动化热电联产系统”已在马萨诸塞州等地的餐馆广泛使用。这种设备直接安装在餐馆的后院，就地处理废弃的食用油，将其转化为热能和电能供餐馆使用。这样，不但解决了餐馆处理废弃食用油的困难，更使餐馆节约了大量的电力、煤气或天然气的费用。

    ⑥日本也是产生废弃食用油的大国，据日本全国油脂事业协同组合联合会统计，2008年日本产生了约45万吨的废弃食用油，其中约有20万吨被加工成饲料；4万吨被作为肥皂、涂料、油漆等工业用原料；2万吨被用于制造生物燃料。

    ⑦这些处理方式使废弃食用油华丽变身，变成一种低碳排放的清洁能源。科学利用废弃食用油，变废为宝，不仅减轻了排污处理对环境的污染，又能重新为人类所用，无疑是一个缓解能源紧张和环境问题的良方。

（选自《人民日报·海外版》2011年10月13日）

中国第五大发明——汉字

    ①汉字是当今世界上仍在使用的最古老的文字。从甲骨文算起，已有3500年以土的历史了。古埃及的圣体字、巴比伦的楔形文字、中美洲的古玛雅文字等相继成为历史的陈迹，唯汉字独存。中国人用数千年的聪明才智创造出来的奇迹，在世界文字史上是独一无二的。它承载了中国五千年灿烂文明，至今仍旧具有旺盛的生命力。尤其是汉字计算机输入的优越性，使 汉字的奇迹更令世人惊叹和信服。汉字堪称中国“第五大发明”。

    ②汉字具有超越方言和古今语言差别的功能。著名学者安子介先生说，“中国由黑龙江到云南，汉字全通。”“中华文化连绵五千年，是用汉字记载的。”“西方字母的形式，根据历史说也是由象形而来，后来变成拼音，各国文字不同，相互联结的纽带断了，结果欧洲分成大小十数个国家。如果中国早年也走这条路，早已出现江苏国、广东国了。我国方言这样多，汉字的语音无法在‘语音学’上统一，但在文字使用上自古及今都是一脉相承的。汉字对汉族产生了不可估量的凝聚作用。”可见，汉字具有超越方言和古今语言差别的功能，这对汉民族的形成和中国的统一具有重要的作用。

    ③汉字可以引发想象和联想。由于汉字以形表意，使用汉字时观其形而得其意，其中必定有想象和联想产生。并非仅仅由象形字直接演化过来的字如此，如“日”“月”等。会意字也是如此，如“休息”的“休”字，由“人”和“木”两部分组成，就是“人”靠着“树”歇息。我们从字形的拼组关系中便可想象出这字的意义。其实，有些形声字的声旁也是表意的，如“文盲”的“盲”字，声旁“亡”既表音也表意，“盲”就是“亡”了“目”。因此，汉字引发想象和联想的强大作用值得我们重视。

    ④汉字有利于发展大脑智力。从神经心理学和神经语言学的研究成果看，拼音文字是偏向大脑左半球的“单脑文字”，而汉字是大脑左、右两半球并用的“复脑文字”；拼音文字认知中“语音编码”方式起主要作用，而汉字认知中则是利用“多重编码”方式，语音、字形和语义编码兼用。学习汉字可以开发大脑左、右半球的潜力，有利于发展大脑智力。因此，从音、形、义三者结合上去学习汉字是科学的方法。

    ⑤与中华文明共存共荣的古老汉字，具有独特的形式 和经久不息的生命力。我们要重新认识汉字的价值，充分发掘汉字的奥秘，以迎接汉字“发挥威力”的新时代。

《清明上河图》中埋藏的科技秘密

①看过《清明上河图》的人，对画面正中的这座拱桥都不会陌生。桥上接踵而行的人流，桥下穿梭的船只，一派热闹非凡的城市生活图景扑面而来。

②在古代，大多数拱桥都是石头做的。这个原理不难理解，因为桥面所受的压力会转化分散到桥身两侧，最后作用到两边的地基上，所以，这就要求拱桥两边的基础非常扎实，材料的抗压能力强，而石头刚好可以满足这个条件。

③其实在人类历史上，除了石头之外，木材也是建造桥梁最原始的材料之一。相比于石头，木材拥有重量轻、抗震性能好、加工方便等优势。最早的木桥是以独木桥的形式出现的，即在水上或峡谷两端搭设一根简单的木头，如今，在许多小河上我们还能看到这种形式简易的桥梁。

④那么，能不能效仿石拱桥，也用木头造出这种形态美观的木拱桥呢？显然，如果按照前文所述石拱桥的原理修建木拱桥，那桥估计建好没多久就会塌了。毕竟，要比结实程度和抗压能力，木头实在没什么竞争优势。可是，《清明上河图》中的这座拱桥恰恰就是用木头做的。难道这是张择端自己凭空臆想出来的吗？

⑤据历史资料记载，中国的第一座木拱桥出现在北宋。最早的文献记载如《宋会要》中所说：“北宋天禧元年（公元1017年）正月，罢修汴河无脚桥。”《续资治通鉴长编》中也有记载：“多因桥柱坏舟，遂献无脚桥式，编木为之，钉贯其中。”

⑥而文中所描述的中国第一座“编木为之”的“无脚桥”，也正是《清明上河图》中展示的这座造型独特、犹如一弯长虹的汴河虹桥！

⑦那么，汴河木拱桥又是如何建造的呢？《渑水燕谈录》中用“取大木数十相贯，架为飞桥”，简单描述了虹桥的桥梁结构。而通过后来建筑学家和桥梁学家的分析研究发现，汴河虹桥的建造技艺非常精湛，其结构精密而巧妙。从整体上看，虹桥的主拱由两个系统组成，它们通过横梁交叉搭置、相互承载，形成了拱形的整体结构，并通过拱上建筑的传递，承担桥面传下来的荷载。为了增强桥的整体稳定性，两个系统之间还设置了5处横梁，以此加强其横向连接，形成整体，共同承担桥面的负荷。简单地说，工匠们充分利用了木材的抗压、抗弯以及抗拉等性能，将木头有组织地编制在一起，形成拱形结构，并实现了在有较大跨度的同时兼备较强的承重能力。

⑧看来，张择端不仅没有凭空“捏造”，而且在《清明上河图》中，对虹桥的写实描绘几乎将虹桥的结构完全还原了出来！