得益于清華大學(xué)土木水利學(xué)院深厚的文化底蘊和技術(shù)儲備，清華大學(xué)工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新團隊（以下簡稱“創(chuàng)新團隊”）在老一輩學(xué)者的帶領(lǐng)下,，取得了多項原創(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,、軍事國防,、能源、倉儲等眾多領(lǐng)域的數(shù)百項大型復(fù)雜工程,，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益,。
在此之前，創(chuàng)新團隊帶頭人聶建國,、張建民分別在2013年和2017年當(dāng)選中國工程院院士,。“結(jié)構(gòu)有形，夢想無限”,，對創(chuàng)新團隊來說,，他們對于結(jié)構(gòu)更適用、更安全,、更經(jīng)濟,、更耐久、更美觀的追求,，都將隨著一次次技術(shù)創(chuàng)新和一項項工程實踐,，融入到國家建設(shè)的一木一石中。
2019年1月8日,，2018年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在人民大會堂舉行,，該團隊榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎（創(chuàng)新團隊）。
堅持方向 站立前沿
早在上世紀(jì)80年代初,，創(chuàng)新團隊帶頭人聶建國就已經(jīng)開始對鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)開展研究,。盡管那個時候組合結(jié)構(gòu)并不是熱門方向，在我國的研究和應(yīng)用都很少,，但他認為,，我國土木工程的快速增長必將為組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供千載難逢的歷史機遇，因此始終堅持以鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究與實踐作為自己的主攻方向,。
正如聶建國當(dāng)年所預(yù)見的,，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑,、交通樞紐,、橋梁隧道、地鐵工程,、會展中心等大型公共基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展對大跨重載結(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,、造價高，而作為對這兩類傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的重要補充,，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)的問題,，彌補其不足。
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于能夠充分發(fā)揮鋼材和混凝土各自的特點,，揚長避短,，實現(xiàn)“1+1>2”的效果，但如何通過不同材料以及不同構(gòu)件之間的優(yōu)化組合,，盡可能地實現(xiàn)“材盡其能”,，成為了團隊成員不斷探索的核心問題。
雖然國際上組合結(jié)構(gòu)的研究和實踐已有80多年的歷史,，并且在創(chuàng)新團隊進入這個領(lǐng)域之前，國際上已取得了一批成果,，但聶建國始終堅持“不唯書,、不唯他、不唯上,、不唯洋,、只唯實”。他認為,，雖然有些技術(shù)在國際上已經(jīng)形成傳統(tǒng),，但未必是先進的。
正是帶著這種嚴(yán)謹求實,、獨立思考的科學(xué)精神,，聶建國帶領(lǐng)團隊在組合結(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)計計算理論和設(shè)計方法,，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，僅北京就有300余座橋梁采用了團隊研發(fā)的疊合板組合橋梁的成果,，更有多項成果被廣泛應(yīng)用到全國范圍的工程實踐中,，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)，同時也為國家戰(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)濟效益和社會效益,。
優(yōu)秀科研成果的創(chuàng)造，與一個優(yōu)秀的科研團隊緊密相連,。對于人才培養(yǎng),，聶建國有他的獨到理解：“要重視對學(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)’,。”
聶建國用自己的實際行動給他的學(xué)生樹立了良好的榜樣。一直以來,，無論取得什么成績,，聶建國始終非常謙虛，他經(jīng)常說自己只是趕上了機遇,，在已有的工作基礎(chǔ)上取得了一些進展,。
曾是聶建國老師的博士生、現(xiàn)任清華大學(xué)土木工程系副教授的陶慕軒提到,，”土木工程是一門實踐性很強的學(xué)科,，聶老師始終堅持深入工程實踐的第一線，讓我們非常欽佩,。聶老師平時出門在外,，總是隨手帶著相機，只要看到有問題,、有特點的結(jié)構(gòu),，就去拍下來帶回研究，就這樣他積累了大量工程實踐的第一手資料,，并從中源源不斷地得到創(chuàng)新的靈感,。我覺得可以毫不夸張地說，聶老師已經(jīng)把他對土木工程的熱情融入到了他生活中的每時每刻,。”
作為團隊成果的第三完成人,、土木系的青年教師樊健生說：“聶老師無論是平時還是周末、假期,，都盡可能堅持在辦公室,、實驗室工作，經(jīng)常工作到很晚,。幾乎每天晚上都能在辦公室找到他,，隨時可以跟他討論問題，暢談研究方向和工作方法,，而他永遠都充滿了熱情和旺盛的精力,。”
注重需求 引領(lǐng)工程
就在創(chuàng)新團隊獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎的第二年,，以團隊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)試驗系統(tǒng)研制及應(yīng)用”項目也摘得2013年度國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
實際工程中,，各種結(jié)構(gòu)和土體會形成不可分割的協(xié)同工作系統(tǒng),。傳統(tǒng)方法將兩者分別考慮，可能會造成較大的安全風(fēng)險或浪費,。如果不能把握接觸面力學(xué)的特性規(guī)律,，會直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和結(jié)構(gòu)使用的安全性。
張建民等團隊成員從上世紀(jì)90年代起,，從設(shè)備研制,、試驗分析、理論探究和工程應(yīng)用入手,，針對結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)問題展開了10多年的系統(tǒng)研究,。
基于研究，他們建立了結(jié)構(gòu)與土體接觸面靜動力學(xué)理論及測評技術(shù),，部分成果不僅被用到多部設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中,，也被直接應(yīng)用到地鐵車站、區(qū)間隧道抗震設(shè)計,、國內(nèi)外港口碼頭等設(shè)計中,。除了為結(jié)構(gòu)與土體系統(tǒng)的一體化設(shè)計提供了基礎(chǔ)性測評理論及技術(shù)平臺，這些成果還使接觸面力學(xué)行為的測試與評價實現(xiàn)了科學(xué)化,、合理化,、精細化，被專家鑒定為“總體達到國際領(lǐng)先水平”,。
創(chuàng)新團隊針對結(jié)構(gòu)與土體協(xié)同工作系統(tǒng)抗震問題所具有的“多尺度、非線性,、真三維,、大系統(tǒng)”的特征，通過長期的系列研究,，建立了一個較為完整的多層次結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計理論,、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題的實用預(yù)測方法,。
以這些研究成果為基礎(chǔ)，創(chuàng)新團隊主持研編了我國首部專門針對地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)《地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,，改變了我國在抗震地區(qū)建設(shè)地下結(jié)構(gòu)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可依的狀態(tài),，有力促進了地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的科學(xué)性和規(guī)范性。
“我們團隊始終倡導(dǎo)工程科技要緊密結(jié)合工程實踐,、緊密結(jié)合我國基本建設(shè)的國情,，研究靈感多源于實際工程中的現(xiàn)實問題，最后又將技術(shù)進步的成果全部反饋到工程實踐中去。”張建民說道,，“這是研究工程科學(xué)問題的必由之路,，也是聶建國老師常說的‘源于工程，服務(wù)工程,，高于工程,，引領(lǐng)工程’。”
創(chuàng)新融合 貢獻力量
聶建國與張建民,，是創(chuàng)新團隊中的兩位學(xué)術(shù)帶頭人,。經(jīng)過近20年的努力，他們在各自的研究領(lǐng)域不斷創(chuàng)新,，不斷交叉融合,，促進了整個團隊的不斷發(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)計兩方面的研究,，創(chuàng)新團隊圍繞大型結(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,，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價提供了新途徑和新方法，其中“大型多功能智能控制試驗機研制及系列化與產(chǎn)業(yè)化”榮獲2009年度國家科技進步獎二等獎,。
就像所有的科研和工程設(shè)計都會遇到困難一樣,，創(chuàng)新團隊也不可避免。陶慕軒認為,，其中一個很重要的挑戰(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)得起實踐的考驗。”陶慕軒說,，“中國經(jīng)歷著世界上規(guī)模最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),，中國的土木工程建設(shè)所遇到的許多問題也是西方發(fā)達國家從未遇到過的，要真正解決這些‘中國問題’,，我們就要勇于在工程實踐的第一線中不斷接受錘煉,。”團隊針對大型結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的需求，研發(fā)了子結(jié)構(gòu)在線混合試驗平臺,，真實再現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的動力災(zāi)變?nèi)^程,。針對土體變形預(yù)測的需要，發(fā)明了多用途智能控制試驗機系列,，被科技部等四部委指定為替代進口的國家重點新產(chǎn)品,。
針對結(jié)構(gòu)與土體接觸面力學(xué)性態(tài)測試的需要,，研發(fā)了系列試驗設(shè)備，實現(xiàn)了接觸面“真三維,、非連續(xù),、大變形”等特征的準(zhǔn)確模擬。針對結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計的需要,，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,，首次實現(xiàn)了上億自由度的多尺度、強非線性仿真分析,。
團隊始終面向國家建設(shè)需求,、突出中國特色、堅持自主創(chuàng)新,。在過去的近20年里,，團隊堅持以實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的“高安全性能、高使用性能,、高經(jīng)濟性能,、高施工性能、高環(huán)保性能,、高維護性能,、高耐久性能、高抗災(zāi)性能”為追求目標(biāo),，努力為解決我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在能源消耗,、環(huán)境保護、運維管理,、使用壽命,、安全可靠、抗災(zāi)能力等方面的問題貢獻自己的智慧和力量,。
如今,，創(chuàng)新團隊提出的工程結(jié)構(gòu)新體系、新理論,、新技術(shù)以及新方法已經(jīng)在國內(nèi)外的數(shù)百項大型復(fù)雜工程中得到了推廣應(yīng)用,，為實現(xiàn)具備“安全可靠,、綠色環(huán)保,、舒適宜居、智慧便捷”特征的中國未來新型城鎮(zhèn)和基礎(chǔ)設(shè)施做出了重要貢獻,，取得的成果對建設(shè)資源節(jié)約型社會,、保護生態(tài)環(huán)境和實現(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)新團隊研發(fā),，實現(xiàn)了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)的將近2000平米的無柱空間,，大幅提升了建筑使用品質(zhì),，同時還縮短了建設(shè)周期、降低了綜合造價,、節(jié)省了勞動用工,、實現(xiàn)了綠色施工。
作為團隊帶頭人,，聶建國和張建民常常強調(diào)：“沒有傳承就不會有創(chuàng)新,，沒有積累就不會有突破，沒有新生力量就不會有源源動力,，我們團隊的科研成果也是得益于前人的工作基礎(chǔ),、國家土木工程建設(shè)大發(fā)展的機遇、以及國內(nèi)同行的大力支持,。”
宏大的建筑,，總是由一木一石疊起來的。創(chuàng)新團隊也是從“一木一石”開始構(gòu)筑他們的科研大廈,，而如今他們又開始從“一木一石”規(guī)劃未來的藍圖,。
未來，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,，通過多學(xué)科的實質(zhì)性交叉,，進一步推動學(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,，促進相關(guān)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，為促進土木工程的新發(fā)展不斷作出新貢獻,。
項目介紹：
項目屬于土木建筑領(lǐng)域,。該團隊自2000年成立以來，始終堅持“頂天,、立地,、樹人”的發(fā)展目標(biāo)，針對結(jié)構(gòu)與土體一體化設(shè)計中的關(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)等三項標(biāo)志性創(chuàng)新成果,。成果直接應(yīng)用于建筑,、橋梁、高壩,、國防,、海洋等多個領(lǐng)域的320余項大型復(fù)雜工程，授權(quán)國家發(fā)明專利120項,，被40余部設(shè)計規(guī)范規(guī)程采納,，獲國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎2項,、國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎2項。
團隊介紹：
針對國家重大需求和行業(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,、張建民等學(xué)者的帶領(lǐng)下，依托國家各類重大科技計劃,，集中力量攻關(guān)多項關(guān)鍵科學(xué)問題和工程技術(shù)難題,，并逐步形成了清華大學(xué)工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新團隊。團隊作為第一完成人,，獲得國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎2項,、國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎2項，承擔(dān)了100余項科研項目,，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,，出版專著10余部,。
文字來源：“清華大學(xué)”微信公眾號
