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首創基礎設施智慧服務系統—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力構建起數字地下空間的理論體系、工程方法和數據庫，初步完成了數字化地下體系建設，構建出“工程數字化”創新技術核心，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。誤打誤撞與數字化結緣　　1979年，朱合華進入重慶大學化學礦開采專業學習，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“圍巖不連續面非線性效應對巷道穩定性影響分析”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（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、地下工程施工動態反演等。　　上世紀90年代初，日本快速發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場試驗的工程數據。　　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，持續將大阪灣的三維地質數據輸入計算機中，形成了大阪灣的地質、地震數據庫信息系統，該信息系統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建的用于管片襯砌設計分析的梁-接頭（縫）不連續模型，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現了當時的暢銷書——《數字化生存》，“數字”二字縈繞在他腦海，后來他又在《文匯報》上讀到了與“數字地球”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《從數字地球到數字地層——巖土工程發展新思維》一文，從此打開地下空間與工程數字化研究的大門。推動數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的開發與應用”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字地下空間、數字化工程兩大園地，數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。　　朱合華又針對大規模、集群化的地下空間的建造難題，組織國內相關單位聯合攻關。他主持的項目“城市高密集區大規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。　　數字化地下課題與工程的“比翼雙飛”，朱合華團隊實現了基礎理論和前沿交叉研究的良性循環。他們提出了地下空間工程全壽命數據采集—表達—分析—服務的數字化范式，開辟了數字地下空間工程新方向，攻克了“建造動態精細調控、運維快速精準評價”難題，創建了地下三維動態信息表達與分析的理論方法；攻克了安全建造的動態精細調控技術，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、上海地鐵網等重大工程。　　2015年，朱合華因在數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。首創基礎設施智慧服務系統　　朱合華團隊經過長期思考和一年多的充分討論，創建了基礎設施智慧服務系統iS3 （infrastructure Smart Service System， 2013），即基礎設施全壽命數據采集、處理、表達、分析的一體化智慧決策服務系統。該系統從廣義工程應用場景出發，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。　　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，他在上海創辦了信息巖土工程技術國際學術會議，該會議現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盟暨全球研究中心，已吸引世界170多家單位參與。　　在數字化轉型和智能建造的大潮中，如何借助現代信息技術手段，在人跡罕至的高山峻嶺地區修建地下交通基礎設施？朱合華提出開展巖體隧道動態設計的遠程診斷分析，即將iS3平臺作為數字底座，實現了基于數字孿生技術的巖體隧道支護的三維動態設計技術。三維動態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分鐘完成了現場三維遠程實時動態支護設計，這在國際上首次實現，是隧道動態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，朱合華盼望著數字化轉型背景下的“土木信息工程”學科未來繼續能茁壯成長。

同濟大學 2022-08-12

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