“爸爸，你是科學(xué)家嗎？”
“當(dāng)然是。”
“那為什么你跟牛頓那樣的科學(xué)家不一樣？”
……
崔新壯教授跟自己的孩子曾有這樣一番對話。從事交通巖土工程科研工作多年，崔新壯教授每天接觸的不是地基就是路基，“交通巖土工程的學(xué)科理論相對成熟，不會(huì)有太顛覆性的發(fā)現(xiàn)。我的理想是一方面形成自己技術(shù)的理論體系，另一方面讓技術(shù)落地，把產(chǎn)品做得更有用、更好用，并應(yīng)用到更多工程實(shí)踐中去。”這是他對孩子問題的回答，也是對自己科研之路的定位與規(guī)劃。
崔新壯，山東大學(xué)土建與水利學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，山東大學(xué)黃河沖淤積土工程技術(shù)研究中心主任，山東省海綿城市示范工程技術(shù)研究中心主任。目前主要從事交通巖土工程、道路病害機(jī)理與防治技術(shù)、路面力學(xué)等方面的研究。主持和參與包括國家973項(xiàng)目、國家和省基金項(xiàng)目、交通部和交通廳項(xiàng)目在內(nèi)的30多個(gè)科研項(xiàng)目。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文100余篇，其中70多篇被SCI和EI檢索。獲得專利60余項(xiàng)；出版專著、教材和手冊8部；編制標(biāo)準(zhǔn)5部，工法9項(xiàng)。日前，他入選第三批國家“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才。
從一種“不良的土”，尋到十多年的研究方向
2004年，崔新壯從中國科學(xué)院力學(xué)研究所畢業(yè)，來山東大學(xué)交通系任教。來山大不久，他便注意到了山東這塊土地的一大特色——黃河沖淤積土。
黃河在歷史上頻繁改道泛濫，形成了大黃河沖積扇，涉及25萬平方公里的區(qū)域，相當(dāng)于2.5個(gè)浙江省那么大。山東省地處黃河下游，正屬于黃河沖淤積土的范圍。這個(gè)地區(qū)土性整體較差，路基病害現(xiàn)象非常嚴(yán)重。
在山東大學(xué)此前研究的基礎(chǔ)之上，崔新壯把路基病害現(xiàn)象與黃河沖淤積土緊密關(guān)聯(lián)在一起，對這種“不良的土”進(jìn)行了深入系統(tǒng)的“特殊研究”。
研究表明，來自黃土高原的土經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)輸后工程特性變差，一方面不好壓實(shí)，另一方面毛細(xì)作用強(qiáng)烈，使得由這種土筑成的地基很容易被水浸入，且缺乏粘性，路基很容易被沖蝕，造成滑塌。黃河沖淤積土的工程力學(xué)特性研究清楚了，崔新壯教授又進(jìn)一步拓展研究領(lǐng)域，先后在路基服役性能保障技術(shù)、路基長期性能監(jiān)測與安全預(yù)警技術(shù)等方面取得了不錯(cuò)的成績。2011年，山東大學(xué)黃河沖淤積土工程技術(shù)研究中心成立，進(jìn)一步為這類研究助力。
“要通過研究山東這種有特色的土，做出我們自己的特色。” 提出想法-理論研究-室內(nèi)研究-工程研究-形成標(biāo)準(zhǔn)，這是崔新壯教授所沿用的科研路子。黃泛區(qū)的道路建設(shè)理論與技術(shù)這一研究方向，他已經(jīng)跟了十多年，并且形成了系統(tǒng)性的成果。“就好像看病一樣，這個(gè)病的機(jī)理是什么？怎么治療？治好之后怎么長期跟蹤監(jiān)測并自動(dòng)預(yù)警？完成這些，這個(gè)故事差不多也就講圓滿了。”
如今，基于完整的研究鏈條、扎實(shí)的理論根基和先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，山大在黃河沖淤積土方面的研究已經(jīng)全國領(lǐng)先，獲得多項(xiàng)省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)。
要像“掃地僧”一樣苦練內(nèi)功
崔新壯教授是“零基礎(chǔ)”開始交通巖土工程專業(yè)研究的。來校之前，他的專業(yè)是工程力學(xué)。“我這個(gè)人比較隨遇而安，當(dāng)時(shí)想的就是，無論在哪兒工作，都得努力。只要努力，總能發(fā)光。”
跨學(xué)科著陸，當(dāng)時(shí)的崔新壯很是花了一些工夫適應(yīng)新學(xué)科。好在，讀博時(shí)期的經(jīng)歷為他打下了較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，所以當(dāng)時(shí)的過渡在今天回憶起來還算順利。現(xiàn)如今，科研工作中的跨學(xué)科現(xiàn)象越來越普遍，專業(yè)背景與學(xué)術(shù)功底哪個(gè)更重要？基于自身經(jīng)歷，崔新壯教授更加看重后者。“科學(xué)的研究方法、做科研的學(xué)術(shù)功底，這是最重要的。就好像武林高手對決，比的更多是內(nèi)功。”
崔新壯教授把這塊透水混凝土樁放在辦公室，時(shí)不時(shí)向來人展示它神奇的“透水”功能
嵌固式土工格柵的發(fā)明，突破了現(xiàn)有材料摩阻性差、結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度弱等方面的技術(shù)瓶頸，對路基具有優(yōu)良的加固作用
也是基于這種理念的引導(dǎo)，他在自己的科研實(shí)踐中尤其重視理論方面的探索。比如，路基翻漿是道路災(zāi)害中的一類典型問題，如何對接現(xiàn)實(shí)需求、解決這一難題？崔新壯教授的做法是，首先向理論要答案。翻漿的基本原理是：冬季，地基或路基中的水由高溫處向低溫處流動(dòng)，使得水凍積在地基、路基表面。春季來臨氣溫升高，大量冰化成水，路面變軟，在車輛荷載作用下極易引發(fā)變形。山東是季節(jié)性冰凍區(qū)，加上本身黃河沖淤積土土性差，所以非常容易造成翻漿現(xiàn)象。“這幾年，我研究了一種模擬交通荷載的裝置，從土動(dòng)力學(xué)角度對翻漿機(jī)理進(jìn)行了比較深入的研究，還建立了累積變形模型，在理論上進(jìn)行了創(chuàng)新。”
崔新壯教授一直強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)觀念，“科學(xué)問題從工程中來，研究成果最終要服務(wù)于工程，理論要與實(shí)踐相結(jié)合，要知行合一。”他習(xí)慣從根本上發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，認(rèn)為任何實(shí)踐或者經(jīng)驗(yàn)都要有根有據(jù)。
教學(xué)實(shí)踐中，他傾向于讓學(xué)生首先參透基本概念和理論要義。科研中，一旦創(chuàng)新性想法成熟，會(huì)讓研究生開展大量理論和試驗(yàn)研究，最終形成可以推向工程的技術(shù)或產(chǎn)品。他告訴學(xué)生，要像《天龍八部》中的“掃地僧”一樣，苦練內(nèi)功。“內(nèi)功”，這也是崔新壯教授的學(xué)生、土建學(xué)院2017級博士生李駿常聽自己導(dǎo)師說的一個(gè)詞。在李駿看來，內(nèi)功一方面指基礎(chǔ)技能的積累，另一方面也是一種心態(tài)的修煉，他說：“這是師門的一種傳承，師傅交給了徒弟他認(rèn)為最有效的方式。”
堅(jiān)持，有時(shí)跟努力一樣重要
透水混凝土樁、智慧型土工合成材料、嵌固式土工格柵……崔新壯教授的一項(xiàng)項(xiàng)研究成果，很多是業(yè)內(nèi)“首款”，很多又達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。這樣的工作在他看來很有意義，但同時(shí)“過程非常曲折，很多時(shí)候都面臨夭折的困境。”
崔新壯教授向記者講述智慧型塑料土工合成材料研發(fā)的曲折過程
在崔新壯教授所研發(fā)的技術(shù)名單上，有一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)過程一波三折，讓他如今想來都連連咋舌。“2013年前后，我申報(bào)了一個(gè)國家基金項(xiàng)目，開始利用導(dǎo)電高密度聚乙烯的拉敏行為，實(shí)現(xiàn)材料的變形自檢測，也就是后來的智慧型土工合成材料。”
高密度聚乙烯是一種工程上常用的高分子材料，在其中加入導(dǎo)電材料可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。材料遇到拉伸作用產(chǎn)生變形，電阻會(huì)隨之發(fā)生變化，這樣通過電阻變化就可以測量材料的變形情況。崔新壯教授深知“這是一個(gè)非常好的想法”，但從好點(diǎn)子到好成果，中間有很長的路要走。他成功完成了室內(nèi)試驗(yàn)，卻在車間中試這個(gè)環(huán)節(jié)遇到了障礙，“車間生產(chǎn)的情況跟室內(nèi)完全不一樣，材料沒有電阻變化，根本無法達(dá)到要求。”他嘗試了很多辦法，均告失敗，“一度真的想要放棄。”
靈感的產(chǎn)生總是那么不可預(yù)知而美妙。在一次與生產(chǎn)工人的聊天中，對方提議把問題“簡單化處理”，一下子，崔新壯教授抓住了問題的關(guān)鍵。原來，工廠里土工帶的生產(chǎn)工藝與室內(nèi)試驗(yàn)試件制備工藝最為接近，而這個(gè)研究起初的設(shè)計(jì)卻是格柵，“我們改為土工帶設(shè)計(jì)，問題一下子解決了。”
然而，這個(gè)產(chǎn)品的研究注定不平凡，一個(gè)問題才解決完，下一個(gè)問題馬上就出現(xiàn)了。“土中有水分，而水分中的電解質(zhì)對電阻影響很大。”怎么解決防水問題？崔新壯教授想了很久，最終在一位工程師那里找到解決良策，“他們采用封裝技術(shù)，把土工帶放進(jìn)熱縮管，一加熱一收縮，防水問題就解決了。”
崔新壯教授是一個(gè)很努力的人。他所在的辦公室，一般都是千佛山校區(qū)南院圖東樓最晚熄燈的。他說：“農(nóng)村孩子，從小就比較能吃苦。”不過他也深知，堅(jiān)持，有時(shí)候跟努力一樣重要。“很多重大發(fā)現(xiàn)都是偶然的，不過，任何靈感都離不開你的堅(jiān)持，離不開你長期的思考和積累。”
一個(gè)“實(shí)用主義者”的服務(wù)社會(huì)之路
崔新壯教授感覺自己是一個(gè)實(shí)用主義者。
“要既有工程，又有科學(xué)。要從工程中提煉和解決科學(xué)問題，又要把科學(xué)應(yīng)用于工程，使其形成一個(gè)環(huán)路。”十多年來，崔新壯教授的研究工作一直非常“務(wù)實(shí)”。圍繞黃泛區(qū)道路建設(shè)面臨的重大理論和技術(shù)難題，他系統(tǒng)開展了黃泛區(qū)粉土變形破壞理論、黃泛區(qū)路基長期性能保障技術(shù)、黃泛區(qū)路基安全監(jiān)測預(yù)警方法等研究，研發(fā)了多項(xiàng)新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品，其中透水混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)和智能土工合成材料研究達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，被成功應(yīng)用于山東省高速公路和海綿城市建設(shè)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
這臺格柵拉拔儀是崔新壯教授他們自己研發(fā)的，主要用于研究土工合成材料與土的相互作用，已經(jīng)見證了很多重要成果的產(chǎn)生
當(dāng)被問及不斷改進(jìn)產(chǎn)品的原因時(shí)，崔新壯教授解釋說“迫于無奈”。不過我們似乎能理解，他無數(shù)次“迫于無奈”的背后，更多還是對產(chǎn)品應(yīng)用的無限追求。最近，他正在探索智慧型土工合成材料的數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化功能，這一研究未來應(yīng)用空間很廣，用他自己的話說，“這將實(shí)現(xiàn)道路在出現(xiàn)損傷時(shí)自動(dòng)發(fā)出信號，相當(dāng)于為路基注入一根‘神經(jīng)’。”
土建學(xué)院張炯副教授主要從事海綿城市方面的研究工作，是崔新壯教授的團(tuán)隊(duì)成員和合作伙伴。他說：“崔老師是我的引路人，讓我學(xué)到如何成長為一名優(yōu)秀的大學(xué)老師。”在張炯看來，崔新壯教授一方面注重理論研究，另一方面不斷發(fā)明新技術(shù)、新產(chǎn)品，所以他不僅僅是科學(xué)家，更是一位發(fā)明家。“科研工作者不僅要研究透理論，還要反饋回現(xiàn)實(shí)，這樣才能促進(jìn)社會(huì)不斷進(jìn)步。崔老師的工作很有價(jià)值，我也在朝他的方向不斷努力。”
近期入選國家“萬人計(jì)劃”領(lǐng)軍人才，崔新壯教授認(rèn)為很重要的一個(gè)因素是，“在服務(wù)地方上做了一些產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的工作，取得了很多實(shí)實(shí)在在的成績。”當(dāng)下，山東正面臨新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，山東大學(xué)也從各方面發(fā)力助推學(xué)者服務(wù)地方。崔新壯教授結(jié)合自身經(jīng)歷提出了兩點(diǎn)建議：“一方面政策要做實(shí)，真正把好產(chǎn)品推出去；另一方面要真正做好銜接，把企業(yè)需求和高校優(yōu)勢結(jié)合好。”
現(xiàn)在，崔新壯教授把主要精力放在智慧型土工帶和嵌固式土工格柵上。這兩種產(chǎn)品已經(jīng)在濰日高速上投入使用，未來也將在京滬高速的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，他也積極嘗試整合社會(huì)資源，從校外尋找更加開闊的研發(fā)空間。在山東濰坊，他與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)溝通協(xié)商開辟了一塊場地，其中一部分用于建設(shè)實(shí)驗(yàn)基地，目前已經(jīng)局部投入使用。“那里是我們走出校門開拓的另一支工作團(tuán)隊(duì)，將成為眾多想法和技術(shù)的孵化器。”
崔新壯教授曾經(jīng)就讀的中國科學(xué)院力學(xué)研究所，是以錢學(xué)森先生“工程科學(xué)”思想建所的綜合性國家級力學(xué)研究基地。在那里，他接觸了眾多錢學(xué)森先生的弟子，崇拜并折服于那個(gè)年代科學(xué)家們的學(xué)術(shù)實(shí)力與開拓性貢獻(xiàn)。于自己，他一直有一個(gè)“科海拾貝”的信條，為樸實(shí)無華的科研工作做著最好的注解——“在科學(xué)研究的海灘上，只要一直走一直撿，你總能撿到比較漂亮的、自己喜歡的貝殼……”
