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首創(chuàng)基礎(chǔ)設(shè)施智慧服務(wù)系統(tǒng)—同濟(jì)大學(xué)朱合華教授

長(zhǎng)期從事巖體強(qiáng)度理論及地下結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)方法、地下空間防災(zāi)安全和智慧地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的研究，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院朱合華教授是國(guó)際上較早開(kāi)展數(shù)字地下空間與工程（DUSE）研究的學(xué)者之一。經(jīng)過(guò)近20年的努力，朱合華團(tuán)隊(duì)成員齊心協(xié)力構(gòu)建起數(shù)字地下空間的理論體系、工程方法和數(shù)據(jù)庫(kù)，初步完成了數(shù)字化地下體系建設(shè)，構(gòu)建出“工程數(shù)字化”創(chuàng)新技術(shù)核心，已經(jīng)在城市軌道交通、高速公路等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。朱合華被國(guó)際同行認(rèn)為是“城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)信息集成方法的國(guó)際開(kāi)拓者之一。 2021年中國(guó)工程院新增院士中，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院朱合華教授當(dāng)選。誤打誤撞與數(shù)字化結(jié)緣　　1979年，朱合華進(jìn)入重慶大學(xué)化學(xué)礦開(kāi)采專業(yè)學(xué)習(xí)，開(kāi)始接觸計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。1983年9月成為重大碩士研究生后，他開(kāi)始深入與計(jì)算機(jī)應(yīng)用打交道，師從李通林教授，完成了“圍巖不連續(xù)面非線性效應(yīng)對(duì)巷道穩(wěn)定性影響分析”的碩士論文。　　1986年9月，朱合華考入同濟(jì)大學(xué)，師從孫鈞、楊林德2位恩師攻讀結(jié)構(gòu)工程專業(yè)（地下結(jié)構(gòu)方向）博士，論文題目為《隧道掘進(jìn)面時(shí)空效應(yīng)研究——邊界元法若干理論與工程應(yīng)用》。　　從此，在朱合華的學(xué)術(shù)世界中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、土木工程就成了形影不離的“伙伴”，他開(kāi)辟了數(shù)字化的研究方向。　　1993年7月，朱合華到日本大阪土質(zhì)試驗(yàn)所和京都大學(xué)從事軟土地下工程研究，進(jìn)一步運(yùn)用有限元數(shù)值方法進(jìn)行軟土盾構(gòu)隧道管片襯砌分析、地下工程施工動(dòng)態(tài)反演等。　　上世紀(jì)90年代初，日本快速發(fā)展的地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為他的研究工作提供了大量的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工程數(shù)據(jù)。　　至今，朱合華還記得這樣的場(chǎng)景：工作單位長(zhǎng)期聘請(qǐng)的幾位工作人員，持續(xù)將大阪灣的三維地質(zhì)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，形成了大阪灣的地質(zhì)、地震數(shù)據(jù)庫(kù)信息系統(tǒng)，該信息系統(tǒng)在日本國(guó)內(nèi)具有重要的影響。　　大阪土質(zhì)試驗(yàn)所所長(zhǎng)巖崎先生告訴他：“巖土工程師一定要與地層交朋友！”這個(gè)叮囑也促成他歸國(guó)后迅即開(kāi)展土木與信息學(xué)科交叉的研究。朱合華在日本期間創(chuàng)建的用于管片襯砌設(shè)計(jì)分析的梁-接頭（縫）不連續(xù)模型，后來(lái)也被納入了我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。　　上世紀(jì)90年代末，朱合華在同濟(jì)附近的小書攤上發(fā)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)的暢銷書——《數(shù)字化生存》，“數(shù)字”二字縈繞在他腦海，后來(lái)他又在《文匯報(bào)》上讀到了與“數(shù)字地球”概念有關(guān)的文章。當(dāng)《巖土工程界》期刊向他約稿時(shí)，朱合華撰寫了《從數(shù)字地球到數(shù)字地層——巖土工程發(fā)展新思維》一文，從此打開(kāi)地下空間與工程數(shù)字化研究的大門。推動(dòng)數(shù)字化在工程中的應(yīng)用　　1999年，朱合華牽頭的“城市三維地層信息管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”獲批上海市教委曙光計(jì)劃，經(jīng)過(guò)3年的潛心研究，項(xiàng)目驗(yàn)收得到了專家們的高度評(píng)價(jià)，成為團(tuán)隊(duì)數(shù)字化研究工作布局的起點(diǎn)。朱合華團(tuán)隊(duì)的工作成為了2004年上海先后啟動(dòng)的29個(gè)重大科技專項(xiàng)之—，也是城市地下空間信息平臺(tái)建設(shè)和國(guó)土資源部與上海市聯(lián)合資助的三維地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目。　　廈門翔安海底隧道是中國(guó)內(nèi)地第一條海底隧道，全長(zhǎng)8.695千米，跨海部分全長(zhǎng)6.05千米，最大深度達(dá)到70米，相當(dāng)于18層樓高。隧道還要在四周一片漆黑無(wú)方向的地下施工，所經(jīng)之地地質(zhì)狀況極其復(fù)雜。朱合華團(tuán)隊(duì)的介入，使得這一高難度項(xiàng)目成為了我國(guó)跨海隧道的一項(xiàng)示范工程。　　近年來(lái)，朱合華團(tuán)隊(duì)的研究領(lǐng)域遍布數(shù)字地下空間、數(shù)字化工程兩大園地，數(shù)字地下空間研究成果在上海世博地下空間、常州地下空間、延安新城地下基礎(chǔ)設(shè)施等得到應(yīng)用，數(shù)字化工程的研究成果在廣州龍頭山雙洞八車道公路隧道、淮南望峰崗煤礦、上海長(zhǎng)江隧道、世博500kV地下變電站和電力隧道、上海地鐵一號(hào)線結(jié)構(gòu)維護(hù)、上海中心深基坑等項(xiàng)目建設(shè)得到應(yīng)用。　　圍繞這些工程，團(tuán)隊(duì)相繼研究開(kāi)發(fā)出“復(fù)合纖維和預(yù)應(yīng)力管片結(jié)構(gòu)技術(shù)”“盾構(gòu)地層適應(yīng)性理論和試驗(yàn)方法”“大斷面、高水壓、近間距下盾構(gòu)施工微擾動(dòng)控制技術(shù)”等一系列方法與技術(shù)，解決了復(fù)雜環(huán)境下地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析、施工安全與控制的一個(gè)又一個(gè)難題，主持的項(xiàng)目“軟土盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)理論與施工控制技術(shù)及應(yīng)用”獲2008年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。　　朱合華又針對(duì)大規(guī)模、集群化的地下空間的建造難題，組織國(guó)內(nèi)相關(guān)單位聯(lián)合攻關(guān)。他主持的項(xiàng)目“城市高密集區(qū)大規(guī)模地下空間建造關(guān)鍵技術(shù)及其集成示范”，2016年獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。　　數(shù)字化地下課題與工程的“比翼雙飛”，朱合華團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論和前沿交叉研究的良性循環(huán)。他們提出了地下空間工程全壽命數(shù)據(jù)采集—表達(dá)—分析—服務(wù)的數(shù)字化范式，開(kāi)辟了數(shù)字地下空間工程新方向，攻克了“建造動(dòng)態(tài)精細(xì)調(diào)控、運(yùn)維快速精準(zhǔn)評(píng)價(jià)”難題，創(chuàng)建了地下三維動(dòng)態(tài)信息表達(dá)與分析的理論方法；攻克了安全建造的動(dòng)態(tài)精細(xì)調(diào)控技術(shù)，突破了高效運(yùn)維的快速精準(zhǔn)評(píng)價(jià)技術(shù)。研究成果成功應(yīng)用于上海長(zhǎng)江通道、貴州高速公路網(wǎng)、上海地鐵網(wǎng)等重大工程。　　2015年，朱合華因在數(shù)字地下空間與工程方面的成就獲得第44屆德國(guó)洪堡研究獎(jiǎng)，他是中國(guó)土木工程界到目前為止的唯一獲獎(jiǎng)?wù)摺?首創(chuàng)基礎(chǔ)設(shè)施智慧服務(wù)系統(tǒng) 　　朱合華團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期思考和一年多的充分討論，創(chuàng)建了基礎(chǔ)設(shè)施智慧服務(wù)系統(tǒng)iS3 （infrastructure Smart Service System， 2013），即基礎(chǔ)設(shè)施全壽命數(shù)據(jù)采集、處理、表達(dá)、分析的一體化智慧決策服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)從廣義工程應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，以信息流為主線，采用面向服務(wù)的組件式框架和微服務(wù)技術(shù)架構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)，集先進(jìn)性、開(kāi)放性和實(shí)用性為一體，是國(guó)際上第一個(gè)開(kāi)源的基礎(chǔ)設(shè)施智慧服務(wù)系統(tǒng)。　　因?yàn)檠芯砍煽?jī)突出，朱合華的影響日漸擴(kuò)大。日本、新加坡、英國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)都留下了他的“中國(guó)好聲音”；2010年，他在上海創(chuàng)辦了信息巖土工程技術(shù)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，該會(huì)議現(xiàn)已成為國(guó)際信息巖土工程領(lǐng)域的重要系列會(huì)議；2017年值同濟(jì)110周年校慶之時(shí)，成立了中國(guó)智慧基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)盟暨全球研究中心，已吸引世界170多家單位參與。　　在數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能建造的大潮中，如何借助現(xiàn)代信息技術(shù)手段，在人跡罕至的高山峻嶺地區(qū)修建地下交通基礎(chǔ)設(shè)施？朱合華提出開(kāi)展巖體隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程診斷分析，即將iS3平臺(tái)作為數(shù)字底座，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字孿生技術(shù)的巖體隧道支護(hù)的三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)。三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)成功應(yīng)用于四川峨漢大峽谷隧道（最大埋深1940米，世界最深的公路隧道）施工中，僅用10分鐘完成了現(xiàn)場(chǎng)三維遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)，這在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)，是隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的重大技術(shù)突破。　　今天， “土木信息工程”已成為《中國(guó)大百科全書》第三版土木工程學(xué)科的分支之一，朱合華盼望著數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下的“土木信息工程”學(xué)科未來(lái)繼續(xù)能茁壯成長(zhǎng)。

同濟(jì)大學(xué) 2022-08-12

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