得益于清華大學(xué)土木水利學(xué)院深厚的文化底蘊(yùn)和技術(shù)儲(chǔ)備，清華大學(xué)工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”）在老一輩學(xué)者的帶領(lǐng)下，取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果，并成功應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道、地下空間、水利、海洋、軍事國(guó)防、能源、倉(cāng)儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域的數(shù)百項(xiàng)大型復(fù)雜工程，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
在此之前，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人聶建國(guó)、張建民分別在2013年和2017年當(dāng)選中國(guó)工程院院士。“結(jié)構(gòu)有形，夢(mèng)想無(wú)限”，對(duì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，他們對(duì)于結(jié)構(gòu)更適用、更安全、更經(jīng)濟(jì)、更耐久、更美觀的追求，都將隨著一次次技術(shù)創(chuàng)新和一項(xiàng)項(xiàng)工程實(shí)踐，融入到國(guó)家建設(shè)的一木一石中。
2019年1月8日，2018年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂舉行，該團(tuán)隊(duì)榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）。
堅(jiān)持方向 站立前沿
早在上世紀(jì)80年代初，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人聶建國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究。盡管那個(gè)時(shí)候組合結(jié)構(gòu)并不是熱門(mén)方向，在我國(guó)的研究和應(yīng)用都很少，但他認(rèn)為，我國(guó)土木工程的快速增長(zhǎng)必將為組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供千載難逢的歷史機(jī)遇，因此始終堅(jiān)持以鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究與實(shí)踐作為自己的主攻方向。
正如聶建國(guó)當(dāng)年所預(yù)見(jiàn)的，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑、交通樞紐、橋梁隧道、地鐵工程、會(huì)展中心等大型公共基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展對(duì)大跨重載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大需求。傳統(tǒng)的大跨重載混凝土結(jié)構(gòu)自重大、截面尺寸大、構(gòu)造復(fù)雜、施工困難，傳統(tǒng)的大跨重載鋼結(jié)構(gòu)截面高度大、使用空間受限、用鋼量大、造價(jià)高，而作為對(duì)這兩類(lèi)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的重要補(bǔ)充，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)可以解決這些傳統(tǒng)大跨重載結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，彌補(bǔ)其不足。
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于能夠充分發(fā)揮鋼材和混凝土各自的特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果，但如何通過(guò)不同材料以及不同構(gòu)件之間的優(yōu)化組合，盡可能地實(shí)現(xiàn)“材盡其能”，成為了團(tuán)隊(duì)成員不斷探索的核心問(wèn)題。
雖然國(guó)際上組合結(jié)構(gòu)的研究和實(shí)踐已有80多年的歷史，并且在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域之前，國(guó)際上已取得了一批成果，但聶建國(guó)始終堅(jiān)持“不唯書(shū)、不唯他、不唯上、不唯洋、只唯實(shí)”。他認(rèn)為，雖然有些技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)形成傳統(tǒng)，但未必是先進(jìn)的。
正是帶著這種嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、獨(dú)立思考的科學(xué)精神，聶建國(guó)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在組合結(jié)構(gòu)的新體系和新技術(shù)，組合結(jié)構(gòu)的基本性能、設(shè)計(jì)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法，以及既有結(jié)構(gòu)新型加固改造技術(shù)等方向取得了一系列創(chuàng)新成果，解決了長(zhǎng)期制約組合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的“連接”與“抗裂”兩大瓶頸難題，有力促進(jìn)了組合結(jié)構(gòu)從構(gòu)件層次向體系層次的提升。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅北京就有300余座橋梁采用了團(tuán)隊(duì)研發(fā)的疊合板組合橋梁的成果，更有多項(xiàng)成果被廣泛應(yīng)用到全國(guó)范圍的工程實(shí)踐中，解決了許多大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)難題，起到了引領(lǐng)性的示范效應(yīng)，同時(shí)也為國(guó)家戰(zhàn)略性工程提供了重要的技術(shù)支撐和安全保障，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
優(yōu)秀科研成果的創(chuàng)造，與一個(gè)優(yōu)秀的科研團(tuán)隊(duì)緊密相連。對(duì)于人才培養(yǎng)，聶建國(guó)有他的獨(dú)到理解：“要重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但更重要的是要‘為人’，‘為人’才能更好地‘為學(xué)’。”
聶建國(guó)用自己的實(shí)際行動(dòng)給他的學(xué)生樹(shù)立了良好的榜樣。一直以來(lái)，無(wú)論取得什么成績(jī)，聶建國(guó)始終非常謙虛，他經(jīng)常說(shuō)自己只是趕上了機(jī)遇，在已有的工作基礎(chǔ)上取得了一些進(jìn)展。
曾是聶建國(guó)老師的博士生、現(xiàn)任清華大學(xué)土木工程系副教授的陶慕軒提到，”土木工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，聶老師始終堅(jiān)持深入工程實(shí)踐的第一線(xiàn)，讓我們非常欽佩。聶老師平時(shí)出門(mén)在外，總是隨手帶著相機(jī)，只要看到有問(wèn)題、有特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，就去拍下來(lái)帶回研究，就這樣他積累了大量工程實(shí)踐的第一手資料，并從中源源不斷地得到創(chuàng)新的靈感。我覺(jué)得可以毫不夸張地說(shuō)，聶老師已經(jīng)把他對(duì)土木工程的熱情融入到了他生活中的每時(shí)每刻。”
作為團(tuán)隊(duì)成果的第三完成人、土木系的青年教師樊健生說(shuō)：“聶老師無(wú)論是平時(shí)還是周末、假期，都盡可能堅(jiān)持在辦公室、實(shí)驗(yàn)室工作，經(jīng)常工作到很晚。幾乎每天晚上都能在辦公室找到他，隨時(shí)可以跟他討論問(wèn)題，暢談研究方向和工作方法，而他永遠(yuǎn)都充滿(mǎn)了熱情和旺盛的精力。”
注重需求 引領(lǐng)工程
就在創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的第二年，以團(tuán)隊(duì)帶頭人張建民為第一完成人的“大型結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)研制及應(yīng)用”項(xiàng)目也摘得2013年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
實(shí)際工程中，各種結(jié)構(gòu)和土體會(huì)形成不可分割的協(xié)同工作系統(tǒng)。傳統(tǒng)方法將兩者分別考慮，可能會(huì)造成較大的安全風(fēng)險(xiǎn)或浪費(fèi)。如果不能把握接觸面力學(xué)的特性規(guī)律，會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和結(jié)構(gòu)使用的安全性。
張建民等團(tuán)隊(duì)成員從上世紀(jì)90年代起，從設(shè)備研制、試驗(yàn)分析、理論探究和工程應(yīng)用入手，針對(duì)結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)了10多年的系統(tǒng)研究。
基于研究，他們建立了結(jié)構(gòu)與土體接觸面靜動(dòng)力學(xué)理論及測(cè)評(píng)技術(shù)，部分成果不僅被用到多部設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，也被直接應(yīng)用到地鐵車(chē)站、區(qū)間隧道抗震設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)外港口碼頭等設(shè)計(jì)中。除了為結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)性測(cè)評(píng)理論及技術(shù)平臺(tái)，這些成果還使接觸面力學(xué)行為的測(cè)試與評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化、合理化、精細(xì)化，被專(zhuān)家鑒定為“總體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。
創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)結(jié)構(gòu)與土體協(xié)同工作系統(tǒng)抗震問(wèn)題所具有的“多尺度、非線(xiàn)性、真三維、大系統(tǒng)”的特征，通過(guò)長(zhǎng)期的系列研究，建立了一個(gè)較為完整的多層次結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計(jì)理論、方法及技術(shù)體系，提出了非極限狀態(tài)地震土壓力、土體三地震變形等問(wèn)題的實(shí)用預(yù)測(cè)方法。
以這些研究成果為基礎(chǔ)，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)主持研編了我國(guó)首部專(zhuān)門(mén)針對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，改變了我國(guó)在抗震地區(qū)建設(shè)地下結(jié)構(gòu)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可依的狀態(tài)，有力促進(jìn)了地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的科學(xué)性和規(guī)范性。
“我們團(tuán)隊(duì)始終倡導(dǎo)工程科技要緊密結(jié)合工程實(shí)踐、緊密結(jié)合我國(guó)基本建設(shè)的國(guó)情，研究靈感多源于實(shí)際工程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，最后又將技術(shù)進(jìn)步的成果全部反饋到工程實(shí)踐中去。”張建民說(shuō)道，“這是研究工程科學(xué)問(wèn)題的必由之路，也是聶建國(guó)老師常說(shuō)的‘源于工程，服務(wù)工程，高于工程，引領(lǐng)工程’。”
創(chuàng)新融合 貢獻(xiàn)力量
聶建國(guó)與張建民，是創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中的兩位學(xué)術(shù)帶頭人。經(jīng)過(guò)近20年的努力，他們?cè)诟髯缘难芯款I(lǐng)域不斷創(chuàng)新，不斷交叉融合，促進(jìn)了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的不斷發(fā)展。
為支撐上部結(jié)構(gòu)的體系創(chuàng)新以及下部土體與結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)兩方面的研究，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)圍繞大型結(jié)構(gòu)與土體協(xié)同工作系統(tǒng)的準(zhǔn)確與高效模擬，自主研發(fā)了一系列新設(shè)備、新裝置、新平臺(tái)，為大型結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)復(fù)雜受力行為的分析和評(píng)價(jià)提供了新途徑和新方法，其中“大型多功能智能控制試驗(yàn)機(jī)研制及系列化與產(chǎn)業(yè)化”榮獲2009年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
就像所有的科研和工程設(shè)計(jì)都會(huì)遇到困難一樣，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)也不可避免。陶慕軒認(rèn)為，其中一個(gè)很重要的挑戰(zhàn)就是如何將理論上的成果真正“落地”，解決實(shí)際工程的難題。“聶老師經(jīng)常教導(dǎo)我們，做土木工程的科研不能僅僅為了發(fā)表幾篇論文，最重要的還是成果要經(jīng)得起實(shí)踐的考驗(yàn)。”陶慕軒說(shuō)，“中國(guó)經(jīng)歷著世界上規(guī)模最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，中國(guó)的土木工程建設(shè)所遇到的許多問(wèn)題也是西方發(fā)達(dá)國(guó)家從未遇到過(guò)的，要真正解決這些‘中國(guó)問(wèn)題’，我們就要勇于在工程實(shí)踐的第一線(xiàn)中不斷接受錘煉。”團(tuán)隊(duì)針對(duì)大型結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的需求，研發(fā)了子結(jié)構(gòu)在線(xiàn)混合試驗(yàn)平臺(tái)，真實(shí)再現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力災(zāi)變?nèi)^(guò)程。針對(duì)土體變形預(yù)測(cè)的需要，發(fā)明了多用途智能控制試驗(yàn)機(jī)系列，被科技部等四部委指定為替代進(jìn)口的國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。
針對(duì)結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)性態(tài)測(cè)試的需要，研發(fā)了系列試驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了接觸面“真三維、非連續(xù)、大變形”等特征的準(zhǔn)確模擬。針對(duì)結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計(jì)的需要，研發(fā)了結(jié)構(gòu)與土體協(xié)同工作系統(tǒng)數(shù)值模擬平臺(tái)，首次實(shí)現(xiàn)了上億自由度的多尺度、強(qiáng)非線(xiàn)性仿真分析。
團(tuán)隊(duì)始終面向國(guó)家建設(shè)需求、突出中國(guó)特色、堅(jiān)持自主創(chuàng)新。在過(guò)去的近20年里，團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的“高安全性能、高使用性能、高經(jīng)濟(jì)性能、高施工性能、高環(huán)保性能、高維護(hù)性能、高耐久性能、高抗災(zāi)性能”為追求目標(biāo)，努力為解決我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在能源消耗、環(huán)境保護(hù)、運(yùn)維管理、使用壽命、安全可靠、抗災(zāi)能力等方面的問(wèn)題貢獻(xiàn)自己的智慧和力量。
如今，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出的工程結(jié)構(gòu)新體系、新理論、新技術(shù)以及新方法已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的數(shù)百項(xiàng)大型復(fù)雜工程中得到了推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)具備“安全可靠、綠色環(huán)保、舒適宜居、智慧便捷”特征的中國(guó)未來(lái)新型城鎮(zhèn)和基礎(chǔ)設(shè)施做出了重要貢獻(xiàn)，取得的成果對(duì)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。例如應(yīng)用于山東濱州會(huì)展中心的新型大跨異形斜交組合樓蓋結(jié)構(gòu)便由創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的將近2000平米的無(wú)柱空間，大幅提升了建筑使用品質(zhì)，同時(shí)還縮短了建設(shè)周期、降低了綜合造價(jià)、節(jié)省了勞動(dòng)用工、實(shí)現(xiàn)了綠色施工。
作為團(tuán)隊(duì)帶頭人，聶建國(guó)和張建民常常強(qiáng)調(diào)：“沒(méi)有傳承就不會(huì)有創(chuàng)新，沒(méi)有積累就不會(huì)有突破，沒(méi)有新生力量就不會(huì)有源源動(dòng)力，我們團(tuán)隊(duì)的科研成果也是得益于前人的工作基礎(chǔ)、國(guó)家土木工程建設(shè)大發(fā)展的機(jī)遇、以及國(guó)內(nèi)同行的大力支持。”
宏大的建筑，總是由一木一石疊起來(lái)的。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)也是從“一木一石”開(kāi)始構(gòu)筑他們的科研大廈，而如今他們又開(kāi)始從“一木一石”規(guī)劃未來(lái)的藍(lán)圖。
未來(lái)，他們將繼續(xù)圍繞高性能工程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)多學(xué)科的實(shí)質(zhì)性交叉，進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)術(shù)前沿研究，培養(yǎng)優(yōu)秀的青年學(xué)者和行業(yè)亟需的綜合創(chuàng)新人才，持續(xù)提升自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，為促進(jìn)土木工程的新發(fā)展不斷作出新貢獻(xiàn)。
項(xiàng)目介紹：
項(xiàng)目屬于土木建筑領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)自2000年成立以來(lái)，始終堅(jiān)持“頂天、立地、樹(shù)人”的發(fā)展目標(biāo)，針對(duì)結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，取得了高性能工程結(jié)構(gòu)系列新體系、結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計(jì)新理論、結(jié)構(gòu)與土體協(xié)同工作系統(tǒng)精準(zhǔn)模擬新技術(shù)等三項(xiàng)標(biāo)志性創(chuàng)新成果。成果直接應(yīng)用于建筑、橋梁、高壩、國(guó)防、海洋等多個(gè)領(lǐng)域的320余項(xiàng)大型復(fù)雜工程，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利120項(xiàng)，被40余部設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)程采納，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
團(tuán)隊(duì)介紹：
針對(duì)國(guó)家重大需求和行業(yè)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，清華大學(xué)土木水利學(xué)院的一批師生在聶建國(guó)、張建民等學(xué)者的帶領(lǐng)下，依托國(guó)家各類(lèi)重大科技計(jì)劃，集中力量攻關(guān)多項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和工程技術(shù)難題，并逐步形成了清華大學(xué)工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)作為第一完成人，獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，承擔(dān)了100余項(xiàng)科研項(xiàng)目，發(fā)表SCI 論文400余篇，被SCI 期刊他引3000余次，發(fā)表EI論文900余篇，出版專(zhuān)著10余部。
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