转自建筑结构学报 |走访浙江大学可持续系统国际研究团队

2019-06-06

为探索中西结合的高等教育新模式,借鉴世界最先进的教育经验,培养具有创新思维和国际视野的人才,浙江大学于2015年在浙江海宁鹃湖畔开设国际校区。目前,已引进英国爱丁堡大学、美国伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区共同成立浙江大学爱丁堡大学联合学院(简称“ZJE”)和浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院(简称“ZJUI”),开设生物医学、生物信息学、土木工程、电气工程、电子与计算机工程、机械工程等专业。

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在这个美丽的校园中,有一支由中青年学者组成的可持续系统(Center for Research On Sustainable Systems,CROSS)研究团队。该团队成员隶属浙大-伊利诺伊大学(ZJUI)联合学院,主要从事与可持续发展相关的研究和土木工程专业的国际化教学。从学科建设的角度,团队的主要成员归属于浙大建工学院的土木工程学科,同时,也与浙大资源环境、机械等其他学科以及伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区有着紧密的学术联系和资源共享机制,进行跨学科创新研究和教学工作。团队实行轮值负责制,每位学者不分资历轮流负责团队的管理协调工作。


可持续系统研究团队成员均来自国际高水平大学和研究机构,主要包括Cristoforo Demartino助理教授、胡隽Simon助理教授、李宾宾助理教授、荣誉顾问K.C. Ting教授、肖岩教授、朱廷举副教授及周翠讲师,还包括英国利物浦大学毕业的谢炎龙博士后和数位博士研究生(按姓氏拼音排序)。团队多位成员任国际高水平学术刊物的编委会成员,并兼任多个学术组织的专业委员会成员,有着丰富的国际科研合作、主办国际会议会议的经验。


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 可持续系统研究团队成员(图片按姓氏拼音排序)


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 CROSS团队的午餐讨论


2019年5月26日下午,编辑部走访了浙大国际校区,肖岩教授代表其他几位外出参加学术会议的团队成员对编辑部的来访表示了热烈欢迎,与编辑部一行5人进行了座谈,并陪同参观了校区和正在建设的实验室。


肖岩教授进一步对可持续系统国际研究团队的研究成果和正在从事的研究进行了介绍,具体内容如下。




可持续生态系统的研究

1 水资源与水环境

结合水文模拟技术、水资源工程理论、经济学与运筹学方法的水资源经济模型,是一种从整体上模拟、优化和分析水资源供求情势与可靠性、蓄供引水工程设施能力、系统运行费用效益和水资源价值的有效手段。该类模型可与情景分析方法相结合,用于优化水资源配置、改善系统调度与供水保证率、识别系统运行关键约束与扩容边际效益,并为水资源定价提供参考。


考虑气候变化与城市化等驱动因素,朱廷举博士构建了防洪基础设施与区域水资源系统风险管理的最优化模型,并用解析与数值计算的方法论证各种效益费用、管理措施与系统风险组合情况下的最优化方案。此外,目前正在进行的研究工作还包括区域水资源-粮食-能源耦合系统互馈关系的模拟优化与政策分析,结合大数据与高性能计算,在全球尺度上模拟水与粮食耦合系统,用于分析中长期水与粮食安全问题。

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2 生物质材料利用和对生态系统影响

诸如木、竹等生物质材料在传统上被人类利用数千年,但随着工业化程度的提高,利用率和利用量都大幅度提升,势必对生态系统造成影响。


团队成员以及资源环境及农工领域的专家,正在积极合作研究竹基材料的应用开发对生态系统的影响。特别是在水土保持,碳排放及能耗方面的研究。同时,这种新型结构材料作为一种绿色及可持续新型材料在多大程度上能够取代现有的建材,应当也是在全球化的可持续工农业系统的角度来审视。中国作为目前世界上最大的木材进口国,如果现代竹结构能够取代一定量的木材,那么就可以减少对进口的依赖,也是对全球森林资源的一种保护。

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不同专业领域的交叉融合是本团队的一大特色。正如竹木材料是林业产品,同样,农业也会产生许多生物质材料,特别是农业废弃物如各种秸秆可以用于建筑、能源等工业领域。而农业剩余物和废弃物的综合利用是个复杂的系统工程,需要考虑农业生产、环境保护、储藏与运输、产品集成等整个产业链。团队荣誉顾问丁冠中教授与资源环境学者合作首先对中国的主要秸秆类生物质废弃物的时空分布特征进行了系统研究,对于农业废弃物的储运、加工和合理利用、规划具有指导意义。

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可持续生物质材料的研发和


绿色建筑中的应用



团队成员的肖岩教授在国际上较早的开始了系统研究竹材在现代建筑与桥梁中的设计方法,并在国内外实际工程中进行了示范应用。


类比国外先进的胶合木glulam技术,研发和定义了glubam胶合竹体系,取得了诸多专利和商标注册,并获得了国际奖励。类比现代钢结构技术,对工程竹的构件和结构体系进行了梳理和定义,指出了可行的工程竹工业化模式。同时参考国外先进的各种木结构体系,提出了现代竹结构,钢-竹、混凝土-竹组合结构体系。


系统的进行了几种不同构成的glubam胶合竹材料和各种构件的力学性能试验,提出了设计指标和设计计算方法。此外,对蠕变、保温隔热和防火性能进行了测试。

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最近,肖岩教授在结合国外先进的正交胶合木(CLT)基础上,研发了正交胶合竹木(CLBT或CLTB)。通过对CLBT的力学性能的研究认为,将CLBT板用于建筑墙板和楼板,具有良好的性能。近期,团队委托并与中加绿色研究院合作成功完成了中试生产。

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极端荷载效应的研究


1 地震作用模拟研究

团队成员肖岩教授发明和主持研发的结构多功能加载设备MUST系统先后在湖南大学和南京工业大学安装完成,并进入实际科研应用。这一系统将竖向力和水平力从加载机理和原理上进行分离,解决了结构承重构件地震模拟实验中的轴力二次效应干扰的问题,利用MUST装置能够更真实的模拟地震作用。目前,团队正在带领不同专业的研究生和本科生与机械及控制方面的专家进行合作开发新一代MUST实验方法。

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2 冲击载荷研究

桥梁在使用年限中有遇到车辆或者船舶撞击的可能性,尤其随着各地汽车保有量的增长,桥梁遭遇撞击的概率大大增加。水平撞击在撞击接触面短时间内可以产生巨大撞击力,会对桥梁产生严重的破坏,造成重大人员伤亡及经济损失。近几年,团队的肖岩教授和Demartino博士与其他院校学者合作对桥梁撞击问题进行了大量的试验、理论、数值研究。


针对桥梁在使用年限的安全问题,团队中的结构与交通方向成员将开展跨学科合作,结合道路桥梁整体规划和桥梁结构设计,从而解决桥梁受撞击的安全隐患。


通过模拟道路网络和地区交通流量,开发了用以保护桥梁免受车船撞击的创新技术。此项技术将通过未来网联车以及自动驾驶汽车实现,并将运用公共交通数据以及无人机三维重建技术(UVA 3D Reconstruction)。通过构建微观交通仿真模型,可以在桥梁上生成不同的车辆活载分布,进而对桥梁进行整体的评估。这种技术可以综合考虑交通流量与与桥梁荷载分布情况,从而对即将运行在桥梁上的车辆进行合理的规划安排。

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团队成员及合作者进行了大量冲击试验,1)碰撞试验,包括实车碰撞试验和模拟实车碰撞试验;2)落锤试验;3)霍普金森压杆(SHPB)试验,其中,团队设计了目前为止全球最大杆径的霍普金森杆(D=155mm),用于研究标准混凝土试件(d=150mm)在高应变率下的力学性能。提出了等效卡车框架的概念,从而使得足尺模型试验大为简化并可以指导缩尺模型试验设计。

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3 风致结构效应研究

团队成员的Demartino博士目前正在研究的课题如下:1)冰积桥缆索的气动弹性特性;2)干桥索的气动弹性特性;3)桥梁索参数全尺度气动弹性识别;4)风廓线识别。

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结构健康监测



基于概率统计理论,李宾宾博士在传感器优化布设、模态分析、模型修正和可靠度评估等方面取得了一系列原创成果。提出了基于贝叶斯实验设计的传感器布置准则,其研究有别于传统的有效独立法;在模态识别方面,所提出的贝叶斯算法可有效处理密集模态问题并实现模态参数的不确定性度量,在运营状态和地震荷载作用下均可适用。

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可持续智能交通系统




受环境信息检测和多源异构数据处理技术的制约,现代交通控制系统并没有发挥预期作用,同时考虑环境影响和城市交通拥堵的信号控制系统尚需进行深入的理论研究和工程技术开发。


胡隽博士参与了欧洲第一套大规模考虑环境因素的交通决策系统的研发和应用,提出了一套基于多源异构数据的路网交通态势定量分析与评价方法,并运用机器学习方法对信号灯进行多目标优化。

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研究团队建立了一套基于车车通信和车路协同的交通模型,全方位地评估未来无人驾驶车对现有交通系统的影响,采用实验和数值模拟相结合的研究方法,建立起基于车联网和无人驾驶车的一套交通建模理论和分析方法。并开发相应的软件平台,将理论研究转化成生产力和经济效益。

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目前,计算机科学和电子技术的快速发展推动了无人机(UAV)在各领域的应用。团队将无人机技术和地理信息技术应用于土木工程,用以获取桥梁、高架桥和建筑物的相关信息,并进行分析,对构筑物进行多维数据模型重构,并最终用于健康评估、运维管理,极端灾害预警和灾后快速评估等。最近,Demartino博士与意大利高校学者合作,对Musmeci桥进行了量测和几何重构。

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本次交流走访活动得到了肖岩教授的大力支持,在此,《建筑结构学报》编辑部全体工作人员深表谢意!

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 合影


(转自建筑结构学报官微,文 李淑春 刘安然,照片由团队提供,责任编辑 夏平)