中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
他曾獲得2012年國(guó)際隧道年度大獎(jiǎng)，2015年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，2017年為中國(guó)科協(xié)求是杰出青年成果轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)候選人。他曾獲得教育部、上海市、云南省、國(guó)家電網(wǎng)公司、中國(guó)公路學(xué)會(huì)等多個(gè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、省部級(jí)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。他的研究成果總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，推動(dòng)了我國(guó)隧道運(yùn)營(yíng)安全預(yù)警技術(shù)的進(jìn)步……
他就是同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院副院長(zhǎng)謝雄耀教授，同時(shí)兼任中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)主任。
十幾年來(lái)，他默默堅(jiān)守在科研第一線，用執(zhí)著與勤奮書(shū)寫(xiě)出一個(gè)又一個(gè)研究成果，并在上海、浙江、云南、廣東等省市地鐵、公路、高鐵、電力隧道工程中成功應(yīng)用，研制的裝備應(yīng)用于50條隧道區(qū)間，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)4.7億元。
由他主持的項(xiàng)目“軟土隧道運(yùn)營(yíng)安全預(yù)警技術(shù)及裝備”獲得上海市2015年度科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，并獲得2017年中國(guó)科協(xié)求是杰出青年成果轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)候選人提名。該項(xiàng)目共歷時(shí)十余年，在他的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了隱蔽面測(cè)試技術(shù)，引入信息化手段，攻克了隧道安全可靠的移動(dòng)快速無(wú)損檢測(cè)診斷、隧道運(yùn)營(yíng)分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)等方面的關(guān)鍵技術(shù)，形成了保證城市隧道結(jié)構(gòu)安全預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)及裝備。
用科學(xué)防御危險(xiǎn)
21世紀(jì)，是一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代。便捷的交通為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展插上了“騰飛的翅膀”。截至2016年年底，我國(guó)有30個(gè)城市已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)城軌交通線路4153公里，規(guī)模居世界第一。此外，長(zhǎng)度同樣居世界第一的公路隧道、高鐵隧道、電力隧道也創(chuàng)歷史新高。
作為交通和能源命脈，在100年的設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)的健康服役對(duì)于城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。
早在20世紀(jì)末，謝雄耀便開(kāi)始圍繞復(fù)雜環(huán)境條件下隧道損傷和有缺陷結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估、服役性能控制與保障等多個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究工作，并取得多項(xiàng)重要研究成果。這一切都離不開(kāi)他敏銳的觀察和分析能力。
“由于城市隧道所處的地質(zhì)及周邊環(huán)境敏感，使用條件苛刻，并且結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接處及構(gòu)件自身在施工缺陷、材料劣化等因素長(zhǎng)期作用下會(huì)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，一旦結(jié)構(gòu)損壞不易或不可更換，因而對(duì)城市隧道結(jié)構(gòu)健康服役提出了極高的要求。”謝雄耀擔(dān)憂(yōu)地說(shuō)。
目前，部分城市（如上海）軌道交通隧道、電力隧道結(jié)構(gòu)健康服役問(wèn)題已開(kāi)始顯露。但由于我國(guó)城市隧道建設(shè)發(fā)展快且歷史較短，人們對(duì)結(jié)構(gòu)健康服役問(wèn)題的嚴(yán)重性重視程度不夠。
為了使隧道結(jié)構(gòu)健康服役，謝雄耀及其團(tuán)隊(duì)需要對(duì)隧道進(jìn)行連續(xù)、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的監(jiān)控?！熬拖裆窠?jīng)末梢一樣，我們需要時(shí)刻感知進(jìn)而掌控隧道結(jié)構(gòu)的整體健康狀態(tài)”。
過(guò)去，人們對(duì)結(jié)構(gòu)健康性能的監(jiān)測(cè)主要是采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方法以及有線傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。人工方法的缺陷在于它主要依靠人的經(jīng)驗(yàn)，而不同的人進(jìn)行監(jiān)測(cè)的差異較大，除了漏檢之外，還導(dǎo)致很多不確定性，難以主動(dòng)、實(shí)時(shí)、可靠地感知結(jié)構(gòu)性能。
即使采用有線監(jiān)測(cè)的方式，也存在許多弊端。謝雄耀解釋道：“利用傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)方式，布設(shè)中需要負(fù)擔(dān)昂貴的電纜費(fèi)用，且在結(jié)構(gòu)上布設(shè)電纜繁瑣困難，安裝維護(hù)費(fèi)用高，甚至在某些情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)布線，且傳回大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難，對(duì)其廣泛應(yīng)用造成極大的限制?！?/P>
因此，尋找一種更加智慧且價(jià)格低廉的檢測(cè)方法，成為謝雄耀探索的動(dòng)力和方向。他說(shuō)，自己就像一名醫(yī)生，需要時(shí)刻把握隨道的安全。
多年的科研實(shí)踐，使得謝雄耀逐漸體會(huì)到學(xué)科交叉的重要性。原本學(xué)習(xí)土木工程的他，為了解決難題，他開(kāi)始琢磨如何將物理學(xué)和電子學(xué)的知識(shí)結(jié)合起來(lái)。從別的學(xué)科中來(lái)尋找解決的辦法已成為他的一種思考習(xí)慣。
隨著智能傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的出現(xiàn)，謝雄耀逐漸看到了曙光，因?yàn)檫@些技術(shù)使得無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了發(fā)展，能夠克服有線傳感網(wǎng)絡(luò)的布線量大、費(fèi)用高等不足，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的無(wú)線傳輸能力，節(jié)省了電纜的使用，可大大降低安裝成本，減少安裝工作量，增加布置的靈活性；其智能傳感節(jié)點(diǎn)，基于MEMS技術(shù)，尺寸更小，成本更低，集成的微處理器的計(jì)算能力，可實(shí)現(xiàn)自診斷、自組織的功能，極大推動(dòng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的智能化。
在新技術(shù)的推動(dòng)下，謝雄耀團(tuán)隊(duì)陸續(xù)涌現(xiàn)出許多新的研究成果，為城市盾構(gòu)隧道服役性能診斷和預(yù)知提供了科學(xué)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下城市盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)前攝性、自動(dòng)的修復(fù)與加固提供了技術(shù)支撐。
十年磨劍破難題
2006年，為了解決軟土隧道的結(jié)構(gòu)安全，謝雄耀和團(tuán)隊(duì)開(kāi)始對(duì)“軟土隧道運(yùn)營(yíng)安全預(yù)警技術(shù)及裝備”項(xiàng)目進(jìn)行攻關(guān)。
一般來(lái)說(shuō)，軟土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、擾動(dòng)性大、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。
過(guò)去，人們往往采用盾構(gòu)法施工技術(shù)建設(shè)上海城市軌道交通。盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)具在地面以下暗挖隧道的一種施工方法，具有快速、安全、減少地面沉降等優(yōu)點(diǎn)。
然而，隨著大量盾構(gòu)隧道的建成及投入運(yùn)營(yíng)，受施工條件、施工質(zhì)量、地質(zhì)條件、保護(hù)區(qū)施工以及其他因素等影響，盾構(gòu)隧道出現(xiàn)了一些程度上的結(jié)構(gòu)病害。這對(duì)屬于軟土地區(qū)的上海來(lái)說(shuō)，更為嚴(yán)重。
軟土隧道結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境十分惡劣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估工作更是難上加難?！败浲了淼朗且画h(huán)一環(huán)拼起來(lái)的，每一環(huán)都是關(guān)鍵環(huán)，對(duì)每個(gè)環(huán)監(jiān)測(cè)難度很大。在市區(qū)做工程時(shí)尤為關(guān)鍵，隨時(shí)可能因?yàn)橥饨绲氖┕ら_(kāi)挖，對(duì)隧道的安全造成影響。所以要求全天候、全空間對(duì)其進(jìn)行安全監(jiān)控。”
明知山有虎，偏向虎山行。一種責(zé)任感和使命感使得謝雄耀迎難而上，他下定決心要啃下這塊硬骨頭。
謝雄耀多次帶隊(duì)深入工地現(xiàn)場(chǎng)，以獲取第一手資料。他從沒(méi)有抱怨研究的艱辛，腳踏實(shí)地、一步步向成功邁進(jìn)?！白鑫覀冞@行的肯定要不怕辛苦，只有踏實(shí)勤奮，才能結(jié)出碩果。”就這樣，謝雄耀堅(jiān)守了十余年，一個(gè)個(gè)難題陸續(xù)被他破解。
基于電磁場(chǎng)探測(cè)和成像檢測(cè)理論，謝雄耀研發(fā)了隧道襯砌背后空洞非接觸空氣耦合雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，與隧道接觸式天線和道路非接觸喇叭天線相比，該技術(shù)具有更好的空氣阻抗匹配特性，空氣耦合系數(shù)可提高10%。運(yùn)用該技術(shù)，可以實(shí)時(shí)把握，非接觸檢測(cè)到最危險(xiǎn)的病害。目前，該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)。
隧道病害檢測(cè)車(chē)也是謝雄耀團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的新產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)隧道不中斷交通條件下的病害快速移動(dòng)檢測(cè)。它主要由雷達(dá)和線陣相機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、紅外熱像儀伸縮檢測(cè)機(jī)構(gòu)、主控制室、發(fā)電機(jī)以及配套的線路和油缸等組成，通過(guò)電磁閥、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和主控操作指令，實(shí)現(xiàn)指定范圍控制檢測(cè)。目前，該車(chē)已形成了實(shí)際產(chǎn)品，相關(guān)成果作為主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)之一獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
過(guò)去，隧道中進(jìn)行三維激光掃描點(diǎn)云采集時(shí)，需要同時(shí)兼顧測(cè)量精度與測(cè)量效率的問(wèn)題。為此，謝雄耀通過(guò)分析激光掃描入射角、掃描距離、點(diǎn)云完整度以及拼接方法對(duì)掃描誤差的影響規(guī)律，建立了與隧道掃描相適應(yīng)的自動(dòng)點(diǎn)云拼接及全空間變形提取方法，提出基于點(diǎn)云規(guī)則網(wǎng)格化三維激光掃描的地下工程變形數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道斷面變形、錯(cuò)臺(tái)量等特征參量的快速提取和全景式展現(xiàn)。
值得一提的是，“超大型水底公路盾構(gòu)隧道全斷面快速檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)研究”得到了隧道及地下工程專(zhuān)家梁文灝院士的高度評(píng)價(jià)，他稱(chēng)該研究成果“為盾構(gòu)隧道安全運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)保障，為盾構(gòu)隧道自動(dòng)化檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用前景，提高了工程運(yùn)營(yíng)安全和維護(hù)信息化管理水平，實(shí)現(xiàn)了工程安全預(yù)警與運(yùn)營(yíng)效應(yīng)的最大化”。
繼往開(kāi)來(lái)譜華章
一個(gè)有生命力的團(tuán)隊(duì)不僅傳承著悠久的學(xué)科文化，還能夠不斷地創(chuàng)造出新的精神財(cái)富留給后人。作為團(tuán)隊(duì)的帶頭人，謝雄耀認(rèn)為自己在科研上取得的成就，離不開(kāi)幾代前輩在學(xué)科上的開(kāi)拓與傳承。
那是1952年，隧道與地下結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)家孫鈞院士加入同濟(jì)大學(xué)，擔(dān)任地下建筑與工程系副主任，該系于1958年正式成立，迄今已有近60年的歷史，是我國(guó)最早從事巖土及地下工程研究和教學(xué)的單位之一。孫鈞院士長(zhǎng)期從事地下建筑工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)，并進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)理論研究，對(duì)發(fā)展地下結(jié)構(gòu)流變力學(xué)、粘彈塑性理論和防護(hù)工程抗爆動(dòng)力學(xué)等學(xué)科有重大貢獻(xiàn)。
同一時(shí)期還有劉建航院士及侯學(xué)淵、楊林德等老一輩教授，他們結(jié)合早期的城市地下鐵道和地下空間建設(shè)，在我國(guó)率先開(kāi)展了城市軟土地下空間與工程的學(xué)科建設(shè)與科研攻關(guān)研究。
緊接著，上世紀(jì)80年代，同濟(jì)大學(xué)原常務(wù)副校長(zhǎng)李永盛教授、長(zhǎng)江學(xué)者朱合華、黃宏偉教授等師從孫鈞院士，畢業(yè)后長(zhǎng)期從事隧道與地下建筑理論分析和工程應(yīng)用研究，作為學(xué)術(shù)研究骨干參加了數(shù)項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的研究，在隧道與地下工程界享有較高的聲譽(yù)。
1998年，剛剛碩士畢業(yè)的謝雄耀師從李永盛教授，接過(guò)了地下建筑與工程應(yīng)用研究的接力棒。博士畢業(yè)后，他一直留校工作，并很快參加了數(shù)項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目研究，取得了豐碩的成果。
作為青年一代的接力者，謝雄耀身上的擔(dān)子很重。為了做好傳、幫、帶的工作，他在人才培養(yǎng)方面付出了很多心血，摸索出許多頗為出色的教學(xué)理念和方法。十幾年來(lái)，他一直堅(jiān)持一線教學(xué)，主講地下建筑與施工課程，該課程2013年獲評(píng)為上海市精品課程。
在日常教學(xué)中，謝雄耀秉承著教學(xué)相長(zhǎng)的理念，還注重教學(xué)方式的多樣化，集多種教學(xué)模式和現(xiàn)代教學(xué)手段于一身，并將網(wǎng)上教學(xué)視頻、多媒體教學(xué)和課程網(wǎng)站相結(jié)合，擴(kuò)大課堂教學(xué)的影響。他在超星學(xué)術(shù)上錄制的視頻迄今為止共有27608人收看，有效推進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的輔助教學(xué)。
與此同時(shí)，謝雄耀從未忘記自己在科研方面的責(zé)任。為了讓隧道安全檢測(cè)更加智能化，他一直思考著是否能將理論付諸實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)更多的成果轉(zhuǎn)化?！耙郧拔覀?cè)诔鞘熊壍澜煌ǚ矫娓嗟氖亲⒅亟ㄔO(shè)，現(xiàn)在大部分轉(zhuǎn)向‘建管養(yǎng)’并重的階段，從這方面來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得有義務(wù)和責(zé)任去建設(shè)一個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，去探索如何確保隧道運(yùn)營(yíng)的安全。”
在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)方面，謝雄耀已建立同濟(jì)大學(xué)土木工程高峰學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)“現(xiàn)代城市網(wǎng)絡(luò)化隧道技術(shù)”，及上?？莆Y助的“上海市級(jí)巖土與地下空間綜合測(cè)試工程技術(shù)研究中心”，該創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)已引進(jìn)法國(guó)一級(jí)教授ISAM SHAROUR、青年千人計(jì)劃獲得者張豐收，并已與美國(guó)、歐洲、日本等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系，利用中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)、中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)、上海市創(chuàng)造學(xué)會(huì)、上海市土木工程學(xué)會(huì)等行業(yè)學(xué)會(huì)工作，和工程界建立起廣泛的產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)系。
正所謂“功不唐捐”。如今，上海越江隧道、廣深港高鐵隧道、上海地鐵隧道、上海電力隧道、云南高速公路隧道等工程都應(yīng)用到了謝雄耀團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)研究成果。在謝雄耀的帶領(lǐng)下，他們將走得更遠(yuǎn)。
