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首創(chuàng)基礎設施智慧服務系統(tǒng)—同濟大學朱合華教授

長期從事巖體強度理論及地下結構全壽命設計方法、地下空間防災安全和智慧地下基礎設施建設的研究，同濟大學土木工程學院朱合華教授是國際上較早開展數(shù)字地下空間與工程（DUSE）研究的學者之一。經過近20年的努力，朱合華團隊成員齊心協(xié)力構建起數(shù)字地下空間的理論體系、工程方法和數(shù)據(jù)庫，初步完成了數(shù)字化地下體系建設，構建出“工程數(shù)字化”創(chuàng)新技術核心，已經在城市軌道交通、高速公路等領域得到廣泛的應用。朱合華被國際同行認為是“城市基礎設施規(guī)劃、設計、施工和維護信息集成方法的國際開拓者之一。 2021年中國工程院新增院士中，同濟大學土木工程學院朱合華教授當選。誤打誤撞與數(shù)字化結緣　　1979年，朱合華進入重慶大學化學礦開采專業(yè)學習，開始接觸計算機編程語言。1983年9月成為重大碩士研究生后，他開始深入與計算機應用打交道，師從李通林教授，完成了“圍巖不連續(xù)面非線性效應對巷道穩(wěn)定性影響分析”的碩士論文。　　1986年9月，朱合華考入同濟大學，師從孫鈞、楊林德2位恩師攻讀結構工程專業(yè)（地下結構方向）博士，論文題目為《隧道掘進面時空效應研究——邊界元法若干理論與工程應用》。　　從此，在朱合華的學術世界中，計算機技術、土木工程就成了形影不離的“伙伴”，他開辟了數(shù)字化的研究方向。　　1993年7月，朱合華到日本大阪土質試驗所和京都大學從事軟土地下工程研究，進一步運用有限元數(shù)值方法進行軟土盾構隧道管片襯砌分析、地下工程施工動態(tài)反演等。　　上世紀90年代初，日本快速發(fā)展的地下基礎設施建設，為他的研究工作提供了大量的室內和現(xiàn)場試驗的工程數(shù)據(jù)。　　至今，朱合華還記得這樣的場景：工作單位長期聘請的幾位工作人員，持續(xù)將大阪灣的三維地質數(shù)據(jù)輸入計算機中，形成了大阪灣的地質、地震數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)，該信息系統(tǒng)在日本國內具有重要的影響。　　大阪土質試驗所所長巖崎先生告訴他：“巖土工程師一定要與地層交朋友！”這個叮囑也促成他歸國后迅即開展土木與信息學科交叉的研究。朱合華在日本期間創(chuàng)建的用于管片襯砌設計分析的梁-接頭（縫）不連續(xù)模型，后來也被納入了我國國家標準。　　上世紀90年代末，朱合華在同濟附近的小書攤上發(fā)現(xiàn)了當時的暢銷書——《數(shù)字化生存》，“數(shù)字”二字縈繞在他腦海，后來他又在《文匯報》上讀到了與“數(shù)字地球”概念有關的文章。當《巖土工程界》期刊向他約稿時，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，從此打開地下空間與工程數(shù)字化研究的大門。推動數(shù)字化在工程中的應用　　1999年，朱合華牽頭的“城市三維地層信息管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用”獲批上海市教委曙光計劃，經過3年的潛心研究，項目驗收得到了專家們的高度評價，成為團隊數(shù)字化研究工作布局的起點。朱合華團隊的工作成為了2004年上海先后啟動的29個重大科技專項之—，也是城市地下空間信息平臺建設和國土資源部與上海市聯(lián)合資助的三維地質調查項目。　　廈門翔安海底隧道是中國內地第一條海底隧道，全長8.695千米，跨海部分全長6.05千米，最大深度達到70米，相當于18層樓高。隧道還要在四周一片漆黑無方向的地下施工，所經之地地質狀況極其復雜。朱合華團隊的介入，使得這一高難度項目成為了我國跨海隧道的一項示范工程。　　近年來，朱合華團隊的研究領域遍布數(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、延安新城地下基礎設施等得到應用，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、上海長江隧道、世博500kV地下變電站和電力隧道、上海地鐵一號線結構維護、上海中心深基坑等項目建設得到應用。　　圍繞這些工程，團隊相繼研究開發(fā)出“復合纖維和預應力管片結構技術”“盾構地層適應性理論和試驗方法”“大斷面、高水壓、近間距下盾構施工微擾動控制技術”等一系列方法與技術，解決了復雜環(huán)境下地下建筑結構設計分析、施工安全與控制的一個又一個難題，主持的項目“軟土盾構隧道設計理論與施工控制技術及應用”獲2008年國家科技進步獎二等獎。　　朱合華又針對大規(guī)模、集群化的地下空間的建造難題，組織國內相關單位聯(lián)合攻關。他主持的項目“城市高密集區(qū)大規(guī)模地下空間建造關鍵技術及其集成示范”，2016年獲國家科技進步獎二等獎。　　數(shù)字化地下課題與工程的“比翼雙飛”，朱合華團隊實現(xiàn)了基礎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—分析—服務的數(shù)字化范式，開辟了數(shù)字地下空間工程新方向，攻克了“建造動態(tài)精細調控、運維快速精準評價”難題，創(chuàng)建了地下三維動態(tài)信息表達與分析的理論方法；攻克了安全建造的動態(tài)精細調控技術，突破了高效運維的快速精準評價技術。研究成果成功應用于上海長江通道、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屆德國洪堡研究獎，他是中國土木工程界到目前為止的唯一獲獎者。首創(chuàng)基礎設施智慧服務系統(tǒng) 　　朱合華團隊經過長期思考和一年多的充分討論，創(chuàng)建了基礎設施智慧服務系統(tǒng)iS3 （infrastructure Smart Service System， 2013），即基礎設施全壽命數(shù)據(jù)采集、處理、表達、分析的一體化智慧決策服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)從廣義工程應用場景出發(fā)，以信息流為主線，采用面向服務的組件式框架和微服務技術架構的系統(tǒng)平臺，集先進性、開放性和實用性為一體，是國際上第一個開源的基礎設施智慧服務系統(tǒng)。　　因為研究成績突出，朱合華的影響日漸擴大。日本、新加坡、英國、美國、韓國等國都留下了他的“中國好聲音”；2010年，他在上海創(chuàng)辦了信息巖土工程技術國際學術會議，該會議現(xiàn)已成為國際信息巖土工程領域的重要系列會議；2017年值同濟110周年校慶之時，成立了中國智慧基礎設施聯(lián)盟暨全球研究中心，已吸引世界170多家單位參與。　　在數(shù)字化轉型和智能建造的大潮中，如何借助現(xiàn)代信息技術手段，在人跡罕至的高山峻嶺地區(qū)修建地下交通基礎設施？朱合華提出開展巖體隧道動態(tài)設計的遠程診斷分析，即將iS3平臺作為數(shù)字底座，實現(xiàn)了基于數(shù)字孿生技術的巖體隧道支護的三維動態(tài)設計技術。三維動態(tài)設計技術成功應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)場三維遠程實時動態(tài)支護設計，這在國際上首次實現(xiàn)，是隧道動態(tài)設計的重大技術突破。　　今天， “土木信息工程”已成為《中國大百科全書》第三版土木工程學科的分支之一，朱合華盼望著數(shù)字化轉型背景下的“土木信息工程”學科未來繼續(xù)能茁壯成長。

同濟大學 2022-08-12

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