问题:新型城镇化与重大工程密集推进,对城市地下空间开发、超大体量基础设施建设提出更高安全与效率要求。
传统建造方式在复杂地质、深埋结构、长周期运维等场景中,仍存在“经验驱动多、实时感知少、风险预判弱”的短板。
同时,国家深空探测逐步从“到达”走向“长期驻留”,地外建造所需材料、结构与施工方法面临标准缺失、试验条件受限等现实瓶颈。
如何以数字化手段提升工程安全韧性,并在更前沿场景验证工程科学能力,成为行业必须回答的新课题。
原因:一方面,地下隧道、江底联络通道等工程具有高风险、强不确定性特征,地层与水文条件变化快、施工窗口期短,单靠经验难以实现可复制的安全管控。
另一方面,数字技术快速发展,传感器、物联网与数据分析能力不断成熟,为工程从“事后处置”向“事前预警”转型提供了工具基础。
再者,智能建造天然要求多学科协同,土木工程与信息科学、材料科学乃至生命健康等领域的边界逐渐模糊,交叉融合成为孕育原创成果的重要路径。
在此背景下,丁烈云长期强调“做引领性的事、走交叉融合的路”,以持续投入回应国家与区域重大需求。
影响:在城市安全领域,丁烈云团队较早将实时感知与数据分析引入轨道交通工程安全管理。
2003年起,围绕武汉轨道交通建设实践,团队聚焦过江隧道等关键风险点,提出以现场布设传感器实现温度、应力等指标连续监测,并结合数据分析形成风险预警机制,使原本不可见、不可控的关键工序逐步实现透明化、可追溯、可预判。
相关技术在武汉多条地铁线路应用,为复杂地下工程施工安全提供了可推广的“数字化底座”,也为湖北从建造规模优势向质量效益优势转变提供支撑。
在前沿探索方面,团队持续推进“月壤砖”研究,并通过空间站平台开展空间环境服役性能验证。
由于月球样品极其珍贵且难以重复获取,实验设备与操作流程需要达到更高精度与更低损耗要求。
团队通过自主研制微型三轴测试装置、以模拟月壤开展大量重复训练,形成一套面向极端资源约束条件的试验方法学。
目前开展的天地对比研究,旨在揭示材料在空间环境作用后的宏微观性能演变规律及机制,为未来月面原位建造的材料选型、结构设计与寿命预测提供依据。
这类研究不仅面向深空任务,也将反哺地面高性能材料与极端环境工程技术。
对策:面向智能建造从试点走向体系化应用,需要在“技术—标准—人才—场景”四个层面协同发力。
其一,夯实工程数据治理与感知体系建设,推动关键工序、关键部位的实时监测常态化,形成可共享、可复用的数据资产。
其二,完善风险评估与预警机制,将监测数据与施工工法、地质模型、运维需求联动,提升从预警到处置的闭环能力。
其三,以学科交叉为抓手构建人才培养新模式。
丁烈云团队通过系统化学术成果建设,推动形成覆盖设计、生产、施工、运维全过程的数字建造知识体系,并吸引不同专业背景人才加入,将数据分析等方法用于工程管理与决策。
其四,拓展“工程—健康”等新应用场景。
团队探索将无感传感技术用于居家健康监测,在养老院与家庭开展试点,显示出工程技术向民生领域延伸的潜力,也提示未来智能建造可与城市治理、公共服务形成更紧密的技术耦合。
前景:随着新一轮科技革命与产业变革深入推进,智能建造将从“单点技术应用”迈向“全链条系统重构”。
在城市地下空间、轨道交通与大型基础设施建设中,数字化安全管控有望进一步与仿真预测、智能调度、智慧运维深度融合,推动工程从“可建”走向“可控、可管、可持续”。
在地外建造领域,材料原位利用与结构体系验证将逐步进入更系统的工程化验证阶段,空间站试验与地面试验的对照研究将为未来月面长期驻留提供关键数据支撑。
面向湖北乃至全国,围绕数字建造的原创理论、核心装备与跨学科团队建设,将成为提升建造业竞争力与城市安全韧性的长期支点。
丁烈云院士的科研生涯,诠释了科学家精神的真谛——既有脚踏实地的坚守,也有仰望星空的追求。
他的探索不仅推动了技术进步,更启示我们:在科技创新的道路上,唯有打破学科壁垒、拥抱交叉融合,才能开辟更广阔的未来。