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【转】桥梁大数据分析前景广阔——同济大学孙利民教授专访  

2017-07-28 15:40:00|  分类: 大千桥梁 |  标签: |举报 |字号 订阅

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记者:越来越多的桥梁建立起健康监测系统。当前一般大跨桥梁健康监测系统有哪些特点?有哪些发展趋势?

孙利民:桥梁结构健康监测包括日常的使用性监测,如风速对桥梁正常通行产生影响时预警封桥,和安全性监测,如索承重桥梁的拉索是否足够坚固等。一个大跨度桥梁的健康监测系统由少则50、多则300个以上的传感器测点组成,其费用约占到桥梁总造价的0.25%到1%,甚至2%。当前,监测系统的设计理念越来越侧重于为桥梁的养护管理提供支撑,偏重监测内容和技术而轻视测试数据处理和评价的设计方案越来越不易被桥梁业主所接受。健康监测系统本身的耐久性越来越受到重视,要求系统相关硬件具有可更换性,并且更换时不影响数据采集的连续性;成桥后的健康监测系统与施工过程控制的监测系统相结合,监测数据内容前伸至施工阶段。结构状态评估子系统和评估软件的水平有所提高,注重桥梁专家对桥梁结构健康监测结果分析评估的介入。我认为大跨桥梁结构健康监测发展有三大趋势:传统监测技术和理论方法的深化与完善;在可持续结构设计中充当重要角色;借助新的信息技术(物联网、云计算、大数据)发挥更广泛的作用。

记者:当前我国桥梁结构健康监测系统的研究与运用状况如何?

孙利民:我国大跨度桥梁里大约有70%80%是新桥,斜拉桥占30%左右,悬索桥、拱桥大概占30%-40%,剩下的是比较大的混凝土刚构桥。现在运用了设计比较完备、传感器比较齐全的健康监测系统的桥梁,全国大概有250300座,大部分是大跨度桥梁;中小跨径桥梁也对健康检测、监控的需求迫切。制约运用程度的主要因素,一是技术的成熟度,二是费用问题。当前,我国的桥梁结构健康监测研究在基础研究上跟国外非常接近。前年,我们在意大利召开桥梁监测和振动控制的一个全球学术会议,大概有三四百人参会,至少有1/3是华人,包括国内学者,这是在研究方面。在应用方面,我们绝对走在全球前列,无论是在运用桥梁安全健康监测系统的桥梁数量上,还是在每个健康系统的规模上我国都是世界领先,这跟我国桥梁建设大发展的背景有关系。另外也反映出桥梁界对新技术的采用持一个非常积极的态度,尽管有些方面的技术还不是很成熟。

记者:大数据分析方法跟传统方式相比有哪些异同和提升?

孙利民:大数据和传统方法比的话,我想只是不同的工具,目的都是监测桥梁,挖掘有价值的信息。传统方法,我在《桥梁健康监测的大数据分析方法初探》报告里提到,已经遇到了瓶颈,无论是现在数据的质和量,还是问题的复杂性,按照传统提出健康监测的理念在实际工程中都很难实现。现在通过大数据另辟思路,其未来运用被看好;但是大数据也有缺陷,我们希望这两个方法能互补。我们经尝试后发现,大数据运用实际上就是一个“工具”,这个“工具”如果开发得好,对使用人的技术要求不是很高,一般桥梁施工人员都可以做这个事情。

比方说,之前传统的方法需要博士来做,而且博士先要做桥梁健康监测方面的学术研究,后面才能分析一些复杂的问题,而大数据运用会降低这个门槛,提高普及程度,这是我们期待的愿景。目前,大数据运用才刚开始,很多院校和科研单位、管理单位、业主、施工单位等都很关注,目前还没有进入大量应用的阶段。总之,大数据分析可以作为桥梁健康监测分析的新手段,但要注意不能完全把传统的模型抛开,而是要将两者结合起来。

记者:近年来同济桥梁在桥梁结构健康监测方面研究是何种状况?

孙利民:2003年,同济桥梁建立了一个全新的桥梁健康监测与振动控制研究室,现在已有6位老师在从事相关的研究。此外,还有其他的相关研究室从事相关的研究,比如原来就有的桥梁结构实验室、桥梁施工与信息技术研究室,还有做桥梁施工方面研究的,等等。

同济桥梁系70多人教师中,大约有15%-20%在做这方面的研究,再加上桥梁的维护、加固,这一块的比例更高。这也反映出桥梁的建、养越来越受重视,甚至以后要成为一个主要发展方向。 

记者:同济在桥梁健康养护研究成果的产业化应用情况怎样?

孙利民:同济桥梁比较早就介入到具体工程实践中来,包括最早在上海及周边建造的几座知名大桥,包括上海的徐浦大桥、卢浦大桥等等都装过健康监测系统,后来规模更大的东海大桥、上海长江隧桥、苏通大桥等。从开始的方案设计阶段,到后面技术设计阶段,到工程实施及后期的数据分析,一直到现在都是一直跟踪关注,全过程提供技术支撑。开始主要是做系统设计,研究采用哪些传感技术,这方面的比重大一些。最近主要关注数据的分析,包括大数据分析,也包括传统技术和其他的新方法。

记者:今年是同济大学桥梁专业建立30周年,同济桥梁在我国桥梁领域高校中堪称顶尖,同济桥梁的院士、大师和专家学者层出不穷、薪火相传。您既是桥梁专业学者,又是教育工作者,您对学科建设有什么感受?

孙利民:今年5月,同济校庆110周年,同时也是桥梁系建立30周年,同济桥梁学科创设的还要早一些。很多同济校友回来,开了纪念会、学术讨论会、座谈会等等,也对30年的发展做了一个回顾,为同济桥梁的未来发展提出了建议,让我们受益匪浅。

同济桥梁为开拓中国桥梁工程发展局面作出了贡献,比如李国豪老校长倡导“理论联系实际,发展桥梁科技”,特别强调桥梁工程研究成果要经过实验和实践检验,这个非常重要。在现在一些比较功利的评价体系导向之下,要保持清醒的头脑,保持正确的方向。桥梁工程的发展,特别是改革开放三四十年,我们国家取得了非常大的成就,桥梁工程的进步非常大、非常快,但同时也应有一些危机感。危机感来自什么呢?桥梁工程属于传统学科,主要是解决工程实践中的技术问题,主要需求在工程建设领域,现在来看工程建设发展还有很好的前景,但是我们放眼看发达国家,比如欧洲、美国、日本,他们的桥梁工程建设始终有一个饱和时期,我们的这个时期也迟早要到来。

作为高等院校,一定要超前考虑,要有引领性,要有前瞻性。再过若干年后社会需要什么人才?桥梁工程技术应该怎么发展?技术自身的进步、市场的需求是两个重要的驱动力,还有新技术,包括大数据带来的冲击,预制拼装、工厂式建造技术对桥梁工程需求的改变,这些都是我们所关注的。现在,我国桥梁工程建设技术的研发能力进步很快,企业界通过几十年的工程实践培养了一批技术人才,科研环境和硬件实验设施等的投入也很大。相比之下,大学已有的许多科研优势不再明显,我们要反思这个问题。大学面临的挑战是什么?发展优势在哪里?我们的目标不仅是现在培养出优秀的工程师,5年、10年、20年、30年以后桥梁工程怎么发展?土木工程学科建设如何规划?桥梁专业应该做一些什么样的工作?这都是我们在思考的问题。我国桥梁工程学科的发展处在一个转折点,需要打开思路、开拓新的研究领域。

人物介绍

孙利民,同济大学桥梁工程系主任、土木工程防灾国家重点实验室副主任。1985年毕业于清华大学土木系,1989年获东京大学土木系硕士学位,1991年获东京大学土木系博士学位。19919月至19928月任东京大学研究员,19929月至20008月任日本大林组技术研究所研究员,19996月至200012月任同济大学桥梁工程系兼职教授。200012月回国任同济大学桥梁工程系教授,教育部特聘长江学者。

主持完成国家自然科学基金重点项目3项,863计划课题和科技支撑计划项目各1项,交通部西部项目1项,主持完成重大工程项目20多项。申请并获得国际发明专利授权4项,国内发明专利授权5项,参编中华人民共和国标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》。

主要学术兼职有:国际桥梁及结构工程协会(IABSE)中国团组秘书长,国际结构控制学会中国分会副主任委员,中国土木工程学会桥梁与结构工程分会常务理事等。兼任国际期刊《ASCE Journal of Bridge Engineering》副主编,《International Journal of Structural Stability and Dynamics》《Mathematical Problems in Engineering》等期刊编委。出版专著和教材4部,发表国内外学术期刊论文200多篇、学术会议论文100多篇。

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