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赋予土木工程生命

——记“结构健康检测与振动控制”教育部创新团队
 
作者:商艳凯
 
  对于我校土木学院“结构健康监测与控制”课题组而言,近两年来不断有好消息传来:2006年,该课题组完成的“结构健康监测的光纤光栅传感技术及其应用”研究获得教育部发明一等奖;2006年末,在第三届“中国青年女科学家奖”的评选中,该课题组李惠教授从众多青年女杰中脱颖而出获得提名奖;紧接着,2007年初,李惠教授成为我校新增7名长江学者中唯一的特聘女教授,并入选“新世纪国家级百千万人才计划”以及享受政府特殊津贴的专家;2007年初,该课题组完成的“重大工程结构的健康监测集成系统及应用”研究获得国家科技进步二等奖;而更让人感到高兴的是,该课题组以李惠教授为学术带头人的“结构健康监测与振动控制”团队当选为2006年度教育部长江学者创新团队。这是一个怎样的团队,他们又是如何取得如此骄人的学术成就呢?带着这样一个个疑问,记者走近了“结构健康监测与振动控制”教育部创新团队。
 
悠久而厚积薄发的团队底蕴
  
  翻看该团队的成员履历不难发现,大部分人都来自黄河以南,几乎没有真正的哈尔滨本地人。素有“冰城”之称的哈尔滨,因不利的地理位置和严寒的气候而让很多习惯温热气候的南方人望而却步。那么,这个团队的成员为什么会不约而同地选择留在这里呢?
  团队的带头人李惠教授说:“欧进萍院士是团队的核心和灵魂,欧老师具有很高的学术造诣和人格魅力,具有远大的抱负和很强的事业心,具有高瞻远瞩、雄韬大略、把握全局的能力,具有很强的凝聚力。他培养了我们团队,并在团队内树立了积极上进的精神和公平公正的环境,团队的每一位成员,都努力把工作做到最好。”这种精神,这种风格,在团队内无处不在。
  正是在这种精神的支撑下,经过几代人的努力和发展,才有了今天的“结构健康监测与控制”这一教育部创新团队。该团队的形成最早要追溯到20世纪50年代,当年在我国著名地震工程专家王光远院士带领下,该学科成为我国最早从事地震工程研究和人才培养的基地之一。20世纪80年代初期,刘季教授在我国较早地开展了“结构振动控制”的研究,是我国该领域研究的开拓者。
 
李惠教授(前右二)和她的团队成员在一起(冯健摄)
 
  20世纪80年代中期,欧进萍师从王光远院士,从事结构模糊随机振动基本理论的研究。20世纪80年代末期,面向学科前沿,他开始从事结构振动控制的研究,在“结构被动耗能减振、主动与智能控制”等方面取得系统的成果。20世纪90年代中期,他开始研究重大工程结构的健康监测,建立了包括海洋平台、桥梁结构等的健康监测试验与示范系统。近年来,欧进萍积极组织和参与土木工程学科的国家重大科技规划,并多次应邀在国际会议上做大会特邀报告。2003年,欧进萍当选为中国工程院院士。
  20世纪90年代初,李惠师从刘季教授开展结构控制研究,在结构主动、半主动和智能控制方面取得系统成果,1997年在我国较早地将耗能减振技术应用于工程实践,2003年与欧进萍合作首次揭示了结构半主动控制替代主动控制的理论基础。2000年以来,她开始从事结构健康监测的研究,开创了纳米混凝土与结构研究方向,成为该领域在国内外具有重要影响的学术带头人。
  如今,“结构健康监测与振动控制”团队所在的土木工程学院已成为我国结构健康监测与振动控制领域学术研究和高水平人才培养的基地。该团队拥有1名中国工程院院士、3名国家杰出青年基金获得者、3名教育部跨世纪优秀人才计划获得者和2名省杰出青年基金获得者,被公认为对我国该领域的形成和发展、对我国在该领域跻身国际先进行列做出了突出的贡献。
 
公正而追求卓越的团队文化
  
  除团队带头人李惠教授外,结构健康与振动控制团队的研究骨干包括段忠东教授等5人,团队成员包括肖仪清等7人,此外还有他们各自培养的博士生、硕士生等成员。研究学科主要包括土木工程、防灾减灾工程与保护工程、材料学科三个学科。如何将这么多优秀的人才融合成一个具有凝聚力的团队,这是李惠教授一直在思考的问题,并在不断的尝试中形成了富有特色的团队文化。
  “竞争激烈不怕,怕环境让人绝望。环境不公正就会让人绝望,看不到出路;环境公正,竞争激烈和名额少都不怕,只要努力,就会有机会。”在谈到影响团队和成员发展的因素时,李惠教授说。
  欧进萍院士也常对团队成员讲,“如果你还没得到什么东西,那么你一定是不够出类拔萃。你什么时候出类拔萃到非给你不可了,就要求自己做到这点就行了,什么事情都从自己身上找原因。”在欧进萍院士的言传身教下,团队内部营造出公平、公正的科研环境和埋头苦干的钻研精神。
  在这种风气下,这个团队中稳定下来的每个成员一是业务能力强,否则在这个队伍里站不住脚,二是人品好,有合作精神。用李惠教授的话说:“最后留在团队里的业务和人品都是一流的!”每位团队成员还不停地向自己的学生灌输这种团队文化,使其在团队中不断传承下去。
  也正是在这种风气的影响下,团队逐渐形成了类似金字塔的梯队结构。在金字塔的梯队结构下,整个团队以项目为中心进行运作,并对每一名成员实行动态管理。比如申请一个项目,如果遇到大的项目,李惠教授会组织大家进行开会讨论,并进行分工合作,如果该项目个人可以拿下的话,每个成员可以根据自己的情况进行申请。这样一来,对于团队成员来说,既有一定的自由度,又有足够的发展空间。当承接国家重大工程项目时,在中间检查过程中,如果有谁做砸了,就会被淘汰。项目结束后,做得好的会得到追加奖励。
  实践不断证明,金字塔的梯队结构更适合于团队作战,更容易产生1+1>2的绩效。近年来,该团队通过承接国家重大工程项目,不断提炼科学问题,取得了多项具有突破性的创新成果:在我国率先开展了耗能减振技术的工程应用研究;1996年完成了我国第一个结构主动控制试验;首次开发出主动质量磁驱动控制系统;首次实现了实际海洋平台结构冰致振动的MR智能阻尼隔振控制;首次提出并开发出斜拉索索力监测与振动智能控制的一体化系统;开创了纳米智能混凝土与结构研究方向;首次提出长寿命、与混凝土结构具有天然相容性的纳米智能混凝土应变传感器,等等。
  创新性的研究成果只有应用于工程实践才能彰显其价值。近年来,该团队获得10余项国家级、省部级项目以及20余项重大工程科研项目的资助;申请国家发明专利7项、实用新型专利10余项,出版专著4部;有关成果在国家奥林匹克游泳中心、首都体育馆、南京长江第三大桥等许多重大工程中得到应用,实现了结构健康监测与振动控制技术的产业化及较大规模的工程应用。
 
高远而居安思危的团队目标
  
  通过不断的探索和努力,结构健康与振动控制团队正在朝着建设一支具有较强凝聚力和自身特色的创新团队的目标阔步前进。在这个团队里,大家彼此都很熟悉,这样一来,做项目就会更快,并且每一名成员都深刻地认识到了团队合作对于个人目标与价值实现的意义。团队带头人李惠教授说:“一个人可以做很多事,但想要把事做深、做大,则要依靠团队的力量和智慧。”现担任土木学院副院长的段忠东教授是该团队的研究骨干,他说:“在团队里你的发展空间更大,你可以得到别人的支持,个人影响也扩散得更快。”作为团队的成员之一,关新春副教授认为:“大的团队可以培养一些很新的创新点,个人则很难,尤其对年轻人来说更是这样。”
  谈到团队的人才培养和评价机制,尤其是如何激励年轻人更好、更快地成长,李惠教授有着一套自己独特的想法。在她看来,“人才培养也是一种产出”,而人才培养和科研成果是相辅相成的。在团队里,每一个人都在成长,体现在个人能力和业务的提高上,而评价一个人的成长,要看你是不是带头人、长江学者或者在某个国际组织担任重要职务,等等,而拿到这些最关键的是要靠你的科研成果,靠你自身的造诣。
  然而,面对团队近年来所取得的累累硕果和良好的发展势头,作为团队带头人的李惠教授并没有盲目乐观,而是对团队建设过程中遇到的问题与困难忧虑重重:首先是队伍扩充、壮大受到一些限制,不能按照团队的需要吸引人才和拓展新方向;其次是在坚持基础研究和重大工程研究两条腿走路的情况下,试验平台建设的经费投入不足;而尤其让她感到担忧的是土木工程这一民用学科的建设和发展。她不无忧虑地指出,从山头滑坡很快,要再爬上去很难,对学科建设来说同样如此。她希望学校在发展航天学科的同时,对民用学科的发展也要给予大力支持。
  现今,许多重大工程结构,诸如跨江跨海的超大型桥梁、用于大型体育赛事的超大空间结构、代表现代城市象征的超高层建筑、开发江河能源的大型水利工程、用于海洋油气资源开发的大型海洋平台结构以及核电站建筑等,它们的使用期长达几十年甚至上百年,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减,从而导致抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降,在极端情况下还有可能引发灾难性的突发事故。“结构健康监测与振动控制”研究应运而生,随即成为世界范围内土木工程领域的前沿方向。
  “结构健康监测与振动控制”是指在重大工程结构上安装监测系统,实时监测和评定结构的服役安全状况,预警结构的安全状态,并修复和控制结构的损伤。除对已建成使用的许多重大工程结构和基础设施采取有效的手段监测和评定其安全状况、修复和控制损伤外,许多新建的大型结构和基础设施在工程建设的同时也要相应地增设长期的健康监测系统和损伤控制系统,以监测结构的服役安全状况,并为研究结构服役期间的损伤演化规律提供有效的、直接的方法。
  我国目前正处于大规模的土木工程和基础设施建设时期,许多世界瞩目的重大工程与基础设施已经建成或正在规划建设之中,如已经建成的三峡工程、正在建设的苏通大桥、渤海海域多座海洋平台和海底管线、2008年北京奥运会场馆等。如何保证这些重大工程结构长期服役的安全性和耐久性,已引起我国政府、研究人员与工程技术人员的高度重视,这无疑为重大工程结构健康监测系统的研究、开发与应用提供了广阔的平台和前所未有的机遇。对于以李惠教授为带头人的“结构健康监测与振动控制”团队来说,更是如此。
  “结构健康监测与控制”研究将传感技术、信息技术、驱动控制技术与土木工程学科进行交叉融合,可以说,它是一项“赋予传统而古老的土木工程以智能和生命”的研究。21世纪,人类在重大工程建造与设计取得巨大成就的基础上,面对已经建成和即将建设的一系列重大工程,不由地发出这样的疑问:它们的健康和安全状态以及使用寿命如何?面对日日退化的重大工程结构和系统,我们是维修加固还是报废重建?基于对土木工程科学与工程实际问题的深刻认识,以李惠教授为带头人的“结构健康监测与振动控制”团队最终将其目标定位在“重大工程结构健康监测与全寿命安全保障技术”,并向着这一意义深远的目标不断地迈进。