举世瞩目的中国2010年上海世界博览会近日召开了，本次世博会希望呈现的城市发展及其城市人的生活主题将成为一段时间内人们热议的话题。凑巧的是，我上周访问的入选2009年度“启明星”计划的张小宁教授，正是一位从事大城市交通管理研究，所提出的交通网络优化与管理模型已经应用于实际工程并发生效益的学者。交通拥挤、严重堵车已是在大都市生活的人们越来越大的烦心事，面对这一举世难题，张小宁，这位年方35岁的同济大学教授作出了哪些努力，来攻克这一城市化难题？为了回答这一问题，我们先来了解一下张小宁的成长经历。

 

　　张小宁出生在安徽省怀宁县的一个农民家庭，就读于安徽省重点中学――怀宁中学。1993年，张小宁以优异的成绩考上同济大学道路与交通工程系。在到上海读书前，张小宁从未坐过汽车，也没见过城市，但就是这样一个农家娃16年后成为同济大学的博士生导师、教授，一个学术有专攻的学者。尽管这类故事我们已经听到不少，但是张小宁的经历仍有不一样的地方。除了读书用功、工作专心这基本一条外，张小宁说自己比较幸运遇到了好老师。首先是他的硕士生导师孙立军教授，一位承继同济土木工程优良传统，坚守学术阵地，又能不断开拓进取的学术带头人。

 

　　研究生期间，张小宁跟着孙老师参与的一个主要课题是，构建上海地区桥梁、道路等交通设施的管理数据库，目标是把上海市所有马路、近30座苏州河上的桥梁的信息，包括结构、材料、历史数据、结构现状等搞清楚，在此基础上建立数据库，定期监测和评价道路、桥梁的状态。张小宁的主要任务是软件开发和维护，应用当时比较先进的地理信息技术构筑可视化的数据库管理系统，并开发信息管理和决策支持系统。这些系统现在已经成为上海市政管理部门的日常管理系统，发挥着监测和管理上海全市交通基础设施的重要作用。

 

　　张小宁硕士期间还完成了“沥青路面结构模量反算方法”的课题研究，这也是孙立军教授课题组主攻的一个基础研究课题。模量是路面结构很重要的参数，传统的测量方法是从现场路面切出一块材料实样拿到实验室测试其模量，但由于在开挖过程中材料的性状经常被改变，且现场受力情况与实验室的检测情况不同，故得出的参数和实际情况相比有较大的误差。在孙老师的指导下，张小宁等开发了一种不用破坏路面，采用在现场用多点弯层来反推结构模量的方法，这种方法更接近真实状态，而且更快捷。相关论文发表在该领域权威的国际期刊《Transportation Research Record》上，并应邀在相关国际学术会议TRB上做大会发言。

 

　　2000年8月，张小宁到了香港科技大学读博士，方向是做交通管理。如果说在同济大学的三年硕士研究生经历帮助他步入了研究之门的话，那么在香港科技大学的三年学习则让他走进国际交通管理科学的殿堂，并使他尝到了用科学理论来解决复杂的交通问题的乐趣。而引导他走上这一台阶的是他在香港科大的博士生导师杨海教授。

 

　　香港科大三年期间，张小宁的博士学位论文是“交通网络拥挤收费”研究（有关交通拥挤收费的内容介绍请参见本期张小宁的综述文章）。张小宁告诉我，这个课题的理论1920年就有人提出，但从网络角度来研究是从上世纪50年代开始的，研究了半个世纪，也在一些城市作了工程实践。但是到本世纪初，依然没有从理论上解答两个根本问题，一是哪里设收费站，二是收费的额度是多少？以往主要是凭经验，收费圈如何界定、收费多少比较合理这两个难题并未从科学上给出确切的回答。小宁说，实际上这是杨老师一直在思考的问题。

 

　　受到老师的影响，有一次在图书馆阅读文献、思考课题期间，他突然发现图论中的一些思想理论与交通网络很相似，这两者之间会否有共同点？张小宁没有放过这一闪而过的念头，他立刻去查找有关图论的文献，后来发觉实际上图论中“割集”和拥挤收费的边界线是等价的，这一发现直接拿来就能用，只是过去没有人知道而已。

 

　　正是利用了图论的数学思想，张小宁最终建立了收费地点和收费额度同时优化的模型和算法。这一突破使得交通拥挤收费在更多的城市实施推广有了坚实的理论基础。这篇张小宁为第一作者的论文发表在《Transportation Research B》上，该期刊的影响因子在土木工程领域一直排在前5位。他的这篇论文也是近年来被引用次数最高的文章之一。英国皇家工程院院士、大英帝国勋章（OBE）获得者Anthony May教授两次正面引用该论文，并给予了很高的评价。

 

　　博士期间，张小宁还完成了导师交给的另一项工作“收费高速公路配流与费率优化模型与算法”。近年我国高速公路的建设呈现快速增长的趋势，中国现有的高速公路总里程6.5万公里，居世界第二位，这些高速公路绝大部分都是按照入口和出口收取通行费的。高速公路的交通量预测、收费预测、经济评价、收费额度优化等工作都离不开一项基础性的技术――交通量分配。而现有的国内外交通量分配软件，均不能用于收费高速公路的交通量分配。因为这些软件只能处理基于路段变量的行驶费用，而高速公路的通行费是基于出入口的，且这种从入口到出口的收费结构无法直接转换成路段费用。

 

　　张小宁为此开发了两阶段网络分解算法，把原网络切割成“收费网络”和“基础网络”两个子网络，并建立两个网络之间的联结关系，使得整个网络的交通配流都是基于路段变量的。该新方法高效、精确，可应用于含上万条路段的大型实际交通网络；也可以应用于同类的基于进出口收费的大型网络，如公交网络和轨道交通网络的交通量分配和收费优化。文章发表后，张小宁应邀到美国TRB年会上作大会报告；而更令张小宁高兴的是，这一理论已经用到上海公交网络收费优化、宁波绕城高速公路交通分析。日本一些学者很快就注意到这一新的研究成果，多次将之应用于阪神和名古屋地区收费高速公路的经济分析，并把应用结果发表在智能交通系统国际会议和TRB会议上。

 

　　2003年6月张小宁回到同济大学交通运输工程学院，开始了他独立从事科学研究的艰辛道路。面对一无所有的困境，他并没有因为条件艰苦而放弃基础研究，相反他把研究方向拓展到更具有挑战性的基础研究领域――动态交通网络配流。正是凭借这种不等、不靠、不要的顽强拼搏精神，他在新的领域取得了一系列的研究成果：建立了交通网络动态配流的解析方法，并应用于动态网络优化与管理；在实时行车诱导、动态网络扩建悖论、出行链、工作制与交通出行关系分析等方面取得了开拓性的研究成果；将传统的Vickrey模型由单高峰出行推广到双高峰出行；剖析了弹性工作制和远程上班制对于缓解交通拥挤的机理，等等。

 

　　正因为张小宁出色的研究成果，他的论文被正面他引和评价68次，其中海外学者引用58次，并被国内外专家在交通管理实践中多次应用。谈到研究成果，他谦虚地说：“和交通科学领域的大师相比，我的贡献太小，能做点事情主要是孙立军和杨海两位导师指导有方”。

 

　　一个农家娃在不到35岁时已经成为上海的一所全国著名高校的教授、博士生导师，许多人乍一听到这件事的即时反应大都会觉得此人运气很好，但我在了解了张小宁的成长经历，他的学识和创造能力，特别是了解了他的为人后，我觉得这一切其实是他应该得到的。以他的能力和为人，他应该可以做更多的事，尤其是他所从事的交通管理研究在中国现代化和城市化进程中是应该大有作为的。对此，我充满期待。