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首页>>重要新闻>>20年磨一剑,打造敏感强健“大地感知神经--《新华日报》
日期:2019/1/9 阅读次数:81
 
大团队获2018国家科学技术进步奖一等奖的背后 ——
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年磨一剑,打造敏感强健大地感知神经
 
发布时间:[2019-01-09] 作者:[通讯员 齐 琦 本报记者 杨频萍] 来源:[新华日报]
 
      一根头发丝粗细的光纤,根据不同地质环境和多场监测要求,穿上各种“定制”的外衣,变成敏感强健的“大地感知神经”,使得大地一有灾害异动,远在千里的监测系统就能立刻发现目标,精准预警。
      将光纤变成连接人类与大地之间的“神经”,让人类能够感知大地,减轻各类地质与岩土工程灾害,这是南京大学地球科学与工程学院施斌教授毕生的追求。
      中国是世界上地质灾害十分严重的国家。据不完全统计,我国每年因各类自然和工程灾害造成的经济损失高达两千亿元人民币。地质灾害规模大、影响因素复杂、隐蔽性强、跨越区域多、监测周期时间长……一系列难题给地质灾害的预警预报和防治带来巨大的挑战,传统的点式、电测类监测技术和手段难以满足防灾减灾需求。
      1998年,施斌从美国访学归国。这一年恰逢长江特大洪水,施斌与一个日本专家团对长江堤防进行沿途考察。当来到最危险的荆江大堤考察时,他看到几百号人手牵手在农田里寻找管涌灾害点,施斌感到心情十分沉重:都快到21世纪了,可我们的灾点搜寻还在依靠人海战术这种十分落后的方式,这远远不能满足国家防灾减灾的重大需求。
      施斌从考察团里了解到,国际上正在探索研发一种分布式光纤测量技术,能够长距离、分布式监测被测物的形变和温度等物理指标,十分适用于堤防这样的长距离线性工程灾害监测。“获悉后,我当时十分兴奋,因为这一技术十分适合像堤防这样的地质工程灾害的监测,于是,我决心将这一技术应用到地质灾害预警与岩土工程的安全监测中。可是,当时国际上对中国进行相关技术封锁,而且将这一技术应用于地质体的监测,许多人认为在技术上几乎不可能,零点几毫米的光纤一埋入岩土体就会脆断,无法使用。”但施斌顶住了种种压力,坚持要将这件事做下去。
      从1998到2018这二十年间,施斌团队经过艰辛探索和不断创新,在地质与岩土工程多场多参量分布式传感介质、长距离解调设备、监测方法与系统集成、地质工程灾害机理和理论判据等方面取得了十余个关键理论和技术问题的突破。他形象地将这些成果比喻为“神经”、“大脑”和“身体”:
      -——提出了纤—土耦合时效判据,创制出了30余种适用于不同地质工程条件监测的传感光缆;研制出了米级量程的大变形场和厘米级空间分辨率的温度场传感光缆、可加热的水分场监测复合传感光缆等,为地质工程监测提供了坚韧而敏感的“神经”;
      ——发明了能量分布的布里渊谱识别及BOTDR空间分辨率提升方法等,研制出了我国第一台具有完全自主知识产权的商用化的分布式光纤应变单端解调设备,为地质工程光纤监测提供了精准而智能的“大脑”;
      -——创建了边坡、地面沉降、桩基、隧道等多场分布式光纤监测系统,为地质灾害和岩土工程光纤监测提供了强健而高效的“身体”,监测精度大大提高,监测成本大大降低;
      -——提出了地层压缩潜力新判据,确立了土质滑坡预警应变阈值,提出了锚杆与岩土耦合时效判据等,丰富了地质工程灾害预警和防治理论体系。
     取得这样的成果,是施斌教授团队长期努力奋斗的结果。施斌介绍,该成果的孕育经历了三个阶段。从1998年至2008年,是成果的基础研究阶段。施斌团队主要开展理论和室内外试验研究,解决地质与岩土工程光纤监测中的关键理论和技术问题。
     2009年到2015年,是成果的产业化阶段。研究成果在苏州工业园区开始转化,成立了由南京大学(苏州)高新技术研究院、苏州市基础工程分布式传感监测技术重点实验室和苏州南智传感科技有限公司组成的南智传感产学研平台,“这一阶段是最具挑战、最为艰辛、最能考验信心、决心、毅力和胆略的生死关键阶段”。团队最终在产学研机制方面创出了一条新路,并取得了成效。团队实现了从基础研究—核心技术—硬件设备—系统集成—成果转化—工程应用的全过程创新,形成了完全自主知识产权的技术和设备,开创了地质与岩土工程监测新的技术领域。
      从2016年至今,是成果的快速应用和推广阶段。这一阶段技术产品不断被社会了解和接受,事业得到快速发展,同时也大大促进了南京大学地质工程学科的发展。据介绍,目前成果有40余种产品推向了国内外市场,并在长三角和京津冀地面沉降区、南水北调、三峡库区、青藏铁路、港珠澳大桥、北京故宫、锦屏电站、延长油田、城建隧道等300余个项目中得到应用,相关技术产品已出口到英国、美国、意大利、智利、马来西亚等国,节省部分工程监测费用70%—80%,产生了显著的社会和经济效益。
      近20年的研发积淀与发展,该成果已成为我国地质与岩土工程领域中的一项特色成果,使地质工程监测技术从点式走向分布式,从电测时代走向了光感时代。2008年获教育部科技进步奖一等奖,2017年获教育部技术发明奖一等奖,2018年获国家科技进步奖一等奖。不仅如此,施斌还创立了地质工程光电传感监测国际论坛,引领了地质与岩土工程分布式光纤监测技术的发展。
 
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