泉脉下的科技创新：当轨道交通遇上地下泉脉，青年团队如何解题？

编者按：为大力弘扬科学家精神，省科协联合大众日报·大众新媒体大平台共同开设“逐光而行—弘扬科学家精神”专栏，深入报道奋战在科研一线的广大科技工作者的创新故事，展现科技工作者勇当科技强省建设排头兵的精神面貌。让我们一同踏上这场逐光之旅，感受科技工作者的心跳与梦想，激励更多后来者在这条光荣的道路上坚定前行，为写好中国式现代化山东篇章贡献力量。

他们面对的是一道世界级难题，在一座泉水翻涌的城市地下，用科技的力量搭建起一条与千年泉脉和谐共生的路径。

清晨，济南轨道交通集团的博士后工作站里的灯亮了起来。在夜幕还未消退时，屋内已经有了忙碌的身影，

谢浩博士坐在工作台前，面对着眼前的系统界面。屏幕上，由数字孪生四维地质可视化信息平台生成的地下水动态模型正在展示泉水运移规律。而在数十公里外的轨道交通隧道施工现场，盾构机正在地下几十米深处缓缓向前掘进。

这台穿山过河的盾构机没有双眼，却搭载了“五官一脑”盾构高端智能化系统，可以进行超前地质预报、地层特征识别、有毒气体监测、滚刀磨损监测、同步注浆监测等智能感知和AI辅助决策。宏观全局的系统与精细推进的盾构机互为表里，共同推动着济南地铁与通车隧道的修建。

这就是这支平均年龄不到34岁的团队日常工作的缩影。作为济南轨道交通集团科技创新博士后青年突击队的成员，他们头戴白色安全帽，身着蓝色工作服，少了几分传统印象中科研人员的书卷气，却多了不少常年往返于实验室、施工现场与监测井之间的实干气质。

解题，从把握泉水脉搏起

“济南的轨道交通建设，是一项世界级的难题。”

当问起团队的工作时，济南轨道交通集团科研管理部部长门燕青用这样一句话来开场。这句话背后，是一个困扰了济南数十年轨道交通建设的重大难题。

济南的泉水源于南部山区石灰岩岩层，地下水顺岩层由南向北渗透，至城区遇到不透水的火山岩阻挡，涌出地面形成众泉。这一独特水文地质结构，在赋予济南“泉城”美誉的同时，也为将绝大多数地下工程建设拒之门外。

“如何在做好泉脉保护工作的前提下修建地铁，如何最大程度减少或规避轨道交通对泉水生态系统可能造成的影响，是我们团队必须解答的问题。”门燕青说。在团队成立之初，摆在所有人面前的就是这样一道没有标准答案的世界级难题。国内外的经验在这个问题面前全部失效，因为没有一个城市拥有如此密集的泉群与如此复杂的地下水系。

济南因泉水而诞生出无数人文胜景，泉水是城市的灵魂，“保泉优先”成为设计建设方案时最重要的要求。这意味着，他们的科研不能仅仅停留在论文和实验里，每一项技术、每一个数据都必须与实际相符合，与泉水的走向相适应。

面对着这样的困难，团队成员们开始了漫长的攻坚战。而第一次攻坚，就从读懂泉水开始。

为彻底摸清济南泉水运移规律，团队成员们连续数月昼夜坚守。工作的开展需要关于泉水的海量精准数据，成员们累计投入超过200小时，在系列关键监测点持续采集数据，这些实时获取的水位水质和流速信息，为团队工作的开展奠定了基础。

然而，仅有监测远远不够。地铁基坑开挖必然要抽取地下水，怎么处理这些被抽出的水资源成为另一个问题。传统的处理方式是直接排放或简单回灌，但是这样无疑会造成水资源浪费或二次污染。

团队的思路是“取之于泉，还之于泉”。自主研发并全面应用了地下水导流技术、绿色环保材料、基坑原位降水回灌系统等保泉技术成果，实现轨道交通规划、建设、运营过程中水文、地质、结构等复杂要素的全局优化，相关成果经中国城市轨道交通协会评价达到“国际领先”水平，荣获山东省科技进步奖一等奖、中国职工技术协会职工技术创新成果奖一等奖等。黄永亮博士用“同层、同源、同质、同量”八个字概括了这项技术的核心目标，它最大限度地维持了局部地下水环境的原始平衡。到目前，这项技术已经成功应用于济南轨道交通72个车站、明挖区间等降水回灌工作，有效地保障了济南轨道交通建设运营与地下泉水共融共生。

攻坚，从“跟跑”到“领跑”的“国之重器”

如果说泉水保护是“守”，那么装备创新就是“攻”。

在富水岩溶地层中开凿隧道，盾构机是施工建设不可或缺的核心装备。然而，传统的盾构机不适用于泉域地层下的隧道施工，亟须针对性地开展核心技术突破与装备升级。

“我们决心要打破国外在复杂地层掘进机核心技术领域的长期垄断，聚焦新型滚刀刀圈与智慧掘进关键技术，把核心技术牢牢掌握在自己手中。”说起研发攻关的初心，团队正高级工程师谢浩仍旧热血沸腾。这一目标也精准契合了山东省级科技计划项目的核心导向，为校企联动科研攻关的落地奠定了基础。

研发工作启动后，富水岩溶地层带来的复合地层破岩难、刀具损耗大、地质适应性差等行业共性痛点，便成为团队首要攻克的难关。在省级科技计划项目支持下，团队联合山东大学等科研单位组建攻关联合体，以新型滚刀刀圈研发与智慧掘进技术突破为主线，开展系统性攻关。团队通过大量滚刀掘削、高周期碰撞试验，深度揭示复合地层破岩瞬态动力响应机理，创新提出滚刀刀圈优化技术；同时研制滚刀磨损实时监测装备，融合多源数据实现地层精准识别，并开发施工参数智能优化系统。实验室的灯光常常从深夜亮到黎明，成千上万次的模拟运算、堆积如山的试验数据与设计草图，见证了团队破解技术瓶颈的坚韧历程。

经过持续攻关，团队在复杂地层掘进机核心技术领域实现多项原创性突破，形成了一系列先进技术成果。此次攻关不仅显著提升了我省智能制造与智慧建造水平，还有效推动掘进机装备从“经验掘进”向“智慧掘进”转型升级，为新旧动能转换提供了坚实技术支撑，相关成果更荣获山东省科技进步一等奖等重要奖项，有力引领了行业技术升级与产业高质量发展。

创新，自上而下和自下而上

走进这支团队的办公室，来访者会被一种独特的氛围感染。青年突击队的成员90后占比近70%，毕业于山东大学、同济大学、哈尔滨工业大学等高校。这些青年骨干没有拘泥于自己的专业领域，而是在交叉融合中迸发出创新火花，空气中跃动着年轻人的独特活力。

“以‘智慧一号’盾构机为例，其搭载的‘五官一脑’智能系统，正是由我们这支年轻团队联合山东大学，深度参与研发并成功应用的。在日常工作中，大家经常围绕这些系统的优化展开跨学科夜话：学人工智能的同事和隧道工程专业的伙伴一起调试感知算法，机械专业的年轻人则与地质博士后讨论如何让触觉系统更精准识别岩层变化。正是这种学科交叉、敢想敢干的氛围，让‘五官一脑’从理论走向实践，最终使‘智慧一号’具备了在复杂泉域地层中智能感知与自主调控的能力。”谢浩说。

这种自发、高效的协作，背后是“自上而下”与“自下而上”相结合的创新机制在支撑。

何为“自上而下”与“自下而上”？黄永亮给出了这样的解释：“自上而下”是指集团根据国家战略、行业需求和自身发展目标，明确核心攻关方向，比如围绕泉水保护、智能建造以及智慧运维等，提供政策支持和科研经费保障；“自下而上”则是鼓励团队成员基于一线施工、运营中的实际痛点，自主申报、开展科研课题研究，比如工程一线反映的防尘降噪需求、设备设施状态巡检需求等。通过两者结合，使得国企科技创新效率大幅提升，在避免科技创新脱离工程实际需求的同时，让科研成果快速落地应用。

问题来自一线，研究围绕一线，成果用于一线。这样的创新机制，从源头上保障了科研目标的明确，同时又大大激发了团队成员，特别是青年科研人员发现问题和解决问题的积极性。在这里，办公室不再仅仅只是办公室，它成为一处学术交流的场所，团队成员的思维和灵感在其间碰撞，迸溅出创新的火花。

同时，这一行之有效的科技创新体制改革经验，已被山东省国资委作为第三批国有企业改革深化提升行动的典型经验向全省推广，并成功纳入国务院国资委的地方改革典型案例库，为国有企业科技创新机制建设提供了参考。

人才是创新环境不可缺少的部分，而强大的科研平台是吸引和凝聚人才的关键。“平台是科研创新的孵化器和助推器，没有优质平台，很多技术攻关和人才培养都难以得到有效保障。”团队核心成员高铭鑫博士说，“在攻克富水岩溶地层盾构智能掘进技术时，正是实验室的高性能仿真测试平台，让我们在上千次模拟中验证了技术路径，规避了直接现场试验的高风险与高成本。”

目前，团队背靠的济南轨道交通集团已构建起一个层次分明、功能互补的创新平台矩阵，累计获批包括山东省智慧轨道交通信息化与装备重点实验室、山东省轨道交通智慧建造与运维技术工程研究中心在内的40余个各类创新平台。这些平台发挥着提供中试环境、汇聚高层次人才、整合资源等一系列作用。有效联动了行业上下游、高校和科研机构，实现共享实验设备、数据资源。

这个“强磁场”的吸引下，团队已凝聚了10余名博士、博士后。曹建新博士分享了他的选择：“2022年回到济南时，正逢城市轨道交通智慧运维课题同步推进的关键阶段。在济南市人才政策和济南轨道交通集团科研实践平台的双重支持下，我得以统筹带领科研团队年轻成员，围绕城市桥梁集群智能监测与智慧运维、轨道交通隧道结构数字孪生预警等课题展开系统研究，将所学转化为保护泉城、建设地铁的实际成果。这些经历让我深刻体会到，个人的成长离不开城市与单位共同搭建的舞台，更离不开机制与政策赋予的持续动能。”

谈到自己的成长历程，他对济南充满了感情。他说在济南，创新有土壤，成长有支撑。这座城市的开放包容与济南轨道交通集团的深度信任，让每一位青年科研人员都能在重大工程中找准位置、实现价值。正是这种优越的科技创新生态，培养出了更多兼具专业能力与家园情怀的技术骨干，为济南轨道交通与泉水保护事业注入持久活力。

未来，打造行业标杆

2025年10月15日，一则数据引起了广泛关注：趵突泉实时水位达到30.32米，刷新1966年以来的最高水位；黑虎泉实时水位达到30.84米，创有水文记录以来的历史新高。

而此时此刻，临近泉水敏感区的济南地铁4号线已经完成通车运营。济南轨道交通建设与泉水保护实现了互融共生，团队推出的“轨道交通建设全过程地下水保护成套技术”全面应用于济南地铁一期、二期线路工程，并在团省委举办的2025年度“菁才强鲁”山东省青年创新创效竞赛中斩获金奖。这充分说明，济南轨道交通泉水保护措施行之有效，济南轨道交通建设为岩溶地貌城市轨道交通建设提供了可以借鉴的方案。

团队过去的成绩固然可喜，但成员们已经把目光投向未来。对于以后的规划，他们介绍了三大核心方向。一是深化泉脉保护研究体系化。在现有成熟技术基础上，推动基坑原位降水回灌、地下水导流等技术在全国类似地质条件的城市进行规模化推广，将济南方案转化为行业标准。

二是全面实施“人工智能+”赋能行动。团队正致力于将人工智能技术与轨道交通全生命周期深度融合，构建轨道交通行业AI大模型，研发轨道交通生命线自主巡检无人机、四足巡检机器狗等新一代智能运维装备，构建更安全、高效、智慧的运营维护体系。

三是聚焦绿色低碳技术研发。围绕国家“双碳”目标，开展盾构机节能降耗改造、工程废旧材料循环利用、城市轨道交通碳排放定量评价与碳交易机制构建等关键技术攻关，推动轨道交通产业绿色转型。

“我们将进一步扩大‘产学研用’融合的生态圈，与更多顶尖高校共建联合创新实验室，”门燕青表示，“目标是加快形成并掌握一批具有国际竞争力的核心知识产权与技术，持续为行业进步和区域发展注入创新动能。”

回顾团队走到今天的点点滴滴，一个个迈出校门的成员成长至今天的始末，曹建新博士对有志于投身科技创新的年轻人提出了建议。

他说第一是扎根行业，找准方向，科技创新不能脱离实际，要聚焦行业痛点和国家需求；第二要坚持求真务实，不怕失败，科研路上没有一帆风顺，唯有耐住性子、反复验证，才能突破瓶颈；第三是注重团队协作，协同创新，科研不是单打独斗，要学会倾听不同意见，整合各方资源。

“科技创新需要长期坚守，只要你们保持热爱、脚踏实地，就一定能在自己的领域做出成绩。”最后，曹建新这样说。

在济南，如何评价这支青春而奋进的队伍？不是纸面上影响因子的高低，是一个更加朴素也更加恢宏的问句：你为脚下的土地与流淌千年的泉水做了什么？

济南轨道交通集团科技创新博士后青年突击队用他们的行动诠释了何为科学家精神：将胸怀祖国、服务人民的要求内化于心、外化于行，立足济南大地的发展需求，以国企的责任与担当践行这份精神，最终落脚到“把论文撰写在济南大地”，把成果应用在轨道交通的高质量建设运营与产业发展中。

泉水如墨，大地如纸，在古老地层与现代城市的交汇中，这支青年队伍正在完成关于民生与自然的壮阔书写。

（大众新闻记者 龙女）