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建大·青椒|土木学院邓扬:他为大跨桥梁结构做“体检”

部门:党委宣传部 供稿:任敏 审核:高蕾 发布时间:2022-04-27 阅读次数:

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专攻工程结构监测评估十数载

他巧用数据分析、人工智能、自动监测等

为大型复杂结构提供科学“体检”

聚焦建筑遗产保护新领域

他为古建文物提供定制保护方案

激励学生成长成才

他推出宝藏学术宝典,既抓大又抓细

引领学生做人、做事、做学问

他是土木学院青年教授邓扬

教师档案

邓扬,博士,毕业于东南大学土木工程学院,1991金沙cc登录土木与交通工程学院教授,博士生导师。主要研究领域为工程结构监测评估和建筑遗产保护关键技术。已承担国家自然科学基金、国家重点研发计划课题项目、省部级基金项目等10余项科研项目,发表论文50余篇,其中SCI收录20余篇,EI收录10余篇,著有《Structural Health Monitoring for Suspension Bridges: Interpretation of Field Measurements》和《桥梁健康监测海量数据分析与评估》两部专著。

 
邓扬在浙江泰顺廊桥调研留影

研发智能系统动态评估复杂结构

大数据、人工智能等技术方兴未艾,当它们应用于土木工程领域,会有怎样的成果?早在十几年前,在东南大学读研时,邓扬就开始了这方面的探索,由此开启工程结构健康监测与状态评估领域的科研之路。

邓扬参加学术会议

“当时这是一个新兴方向。”邓扬介绍,土木工程结构的特点是规模大、构件多、构造复杂,我们的主要做法是在桥梁、建筑上布置传感器,通过采集分析数据,评估其真实状态。安装在结构上的传感器少则一两百个,多则上千个,数据量大而庞杂,但这些来之不易的海量数据经存储之后,大部分仅是简单展示,并未有效处理分析。为了解决这个问题,在导师李爱群教授主导之下,邓扬和团队成员利用力学理论、结构分析方法,建立桥梁结构健康监测系统,并自主研发成套分析软件。

“这套系统能让数据动起来,真实生动地反映结构状态的变化。” 邓扬说,有了这套关键技术,仅需少量传感器,就可采用智能方法,对日常运营条件下大跨桥梁结构整体工作状态进行自动监测与预警。他们将成果应用于单跨世界第一的苏通大桥、单跨世界第三的润扬大桥,成功地实现了运营条件下桥梁结构的实时状态监测。

获取一手数据,现场采集必不可少。那些年,古都南京各式各样的大桥上都留下了邓扬奔波的足迹。时至今日,测量南京二桥拉索振动数据的画面,仍在邓扬脑海中浮现,“我和同学们一起扛梯子、搬发电机、架数据采集仪,还自己搭梯子在桥面上安装拉索振动传感器,从清晨到夜晚,在严寒中忙活了好几天才完成任务。”

经年累月的积累,让邓扬取得了丰硕的成果:针对结构健康监测海量数据,运用结构理论、信号处理和人工智能等手段进行深入处理、分析和解读,形成了结构安全状态评估的系列关键技术;针对钢桥疲劳开裂的工程顽疾,从现场监测、构件试验、疲劳机理等方面开展工作,形成了在役钢桥疲劳评估方法和维护加固技术。

邓扬在西班牙参加国际学术会议时留影

他在该领域承担了多项基金课题项目,发表高水平研究论文30篇,研究成果在系列重大工程建设与运营管理中得到示范应用,并出版学术专著《桥梁健康监测海量数据分析与评估》。

为文物古建量身定制监测方案

2017年,邓扬调入北建大,他将土木工程的新理论、新技术和新方法与建筑遗产的保护与可持续利用结合,在不可移动文物自然灾害风险与管理、复杂高耸古木塔的结构抗风性能评价、复杂石窟寺力学建模与抗震性能评价等方向开启全新探索。

邓扬在青海省瞿昙寺古建调研留影

邓扬分析,建筑遗产保护和工程结构健康监测,在科学原理上有相通之处,都与基本力学原理有关;当然也有差异,现代工程结构的设计理论体系方法比较完善,但是建筑遗产大多是砖、石或木结构,受力比较复杂,用现代力学方法解释存在一定困难。“建筑遗产的个性非常强,材料、病害、环境、年代均不同,可以说每一个都独一无二。”

位于山西朔州的应县木塔,无钉无铆,耸立千年,是世界上现存最古老最高大的木塔,具有极高的历史、文化与科学价值。邓扬带领研究生探究在地震与风荷载作用下应县木塔的结构响应机制,并提出了关注脆弱构件的残损、木塔构件变形、木塔振动等监测建议,为木塔进一步监测与有效保护奠定基础。

高耸木塔结构抗风性能评价

他们还采用数值模拟和风洞试验相结合的方法,深入探究高耸古建抗风机制,已初步形成中式风格古建筑风荷载模型与风致响应分析方法,已在《International Journal of Architectural Heritage》《建筑结构学报》《工程力学》等发表了4篇高水平论文。

邓扬团队还承担了“十三五”国家“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项的课题,主要开展不可移动文物的自然灾害风险监测。他谈到,在这个项目中,我们主要关注古建筑、石窟寺及石刻、古遗址三类不可移动文物,对其所受的风、地震、洪水等自然灾害进行监测。通过梳理总结分析文物灾害特征,我们想要找到合适的监测技术、监测策略,针对不同对象和目标编制一套监测指南。

邓扬透露,基于研究成果,他们已为应县木塔、云冈石窟、蒲津渡故城量身定制监测方案,并提交给项目牵头单位。

宝藏文件包传递科研“真经”

土木学院研究生鞠翰文师从邓扬,研一刚入学,他就收到了一份惊喜礼包:那是课题组精心制作的文件包,里面囊括科研文献查找下载办法、科技论文写作方法、论文图表绘制方法、论文修改注意事项、课题组项目进展、研究文献、领域动态等诸多实用信息。“这简直就是宝藏礼盒,顺着这些真经,我们能迅速进入研究状态!”

这些珍贵的学术文件包,是邓扬带领研究生入门的秘笈,这灵感源于美国访学时的经历。“我当时发现,国内学生留学一两年之后,口语非常好,写文章非常地道。我们国内如何培养才能更快成长呢?”他的解决之道是,给出一套规范性、流程化、标准化的指南,让学生迅速了解工具和技术层面的基本操作,少走弯路,留出更多时间进行科研思考。2017年,入职北建大之初,邓扬推出了学术文件包1.0版,几年下来,团队已形成传统,每届学生毕业时都会将文件包更新迭代。

邓扬在美访问期间参观旧金山金门大桥

促进学生成才,科学指导必不可少。新生入学时,他会与学生畅谈读研规划,选定研究方向,读研期间;除了固定例会之外,每周都会和研一研二学生单独见面,沟通科研进展;他也会身体力行,带领学生深入工程现场,获取一手资料。

邓扬和学生身穿反光背心,南溪大桥上采集数据并合影

邓扬深知,对学生来说,想要干出科研成果,抓选题、抓方向很重要,他善用兴趣驱动法激励学生。

刚入学时,邓扬建议鞠翰文尝试将AI和深度学习用于结构监测,小鞠有些犯难,“老师,我以前都没有接触过不知道能不能做!”

“那你想不想做,觉得有没有意思?”

“很好玩,我愿意尝试!”

刻苦钻研一个学期之后,小伙子在算法和编程上有了明显提升,之后顺利发表了中英文论文。

李雨航也是在兴趣驱动之下开启应县木塔抗风机制研究,如今已在东南大学读博的他,仍与邓扬保持密切联系。一年前,博二的他遇到科研瓶颈,连投四五篇论文被拒,颓丧了半个多月。

邓扬请他吃了顿饭,席间,谈到论文被拒,当即打开电脑投稿系统,展示自己血泪史,某权威学术期刊投稿十多次,也被拒稿过好几次。拍拍肩膀,他宽慰学生,“这是读博必然经历的低谷期,我当时也有这样一段难熬的时光,挺过去就好了,再说投顶刊的人那么多,被拒也很正常,拒稿的审稿意见也有助于进一步提高论文的质量。”

“很感谢邓老师,在我最难过的那段时光,用自己的亲身经历,帮我缓解焦虑!”或许是美食排解了压力,也或许是导师的话注入了能量,那顿饭之后,李雨航豁然开朗,他重新振作,逐一修改,反复打磨,终于在那一年迎来突破,成功发表了4篇SCI、1篇EI论文。

“做人、做事、做学问”,是求学东南大学时,导师李爱群的口头禅,也成为邓扬教书育人生涯之中秉承的宗旨。在邓扬看来,“师生之间,不仅仅是简单的教与学的关系,更重要的是通过言传身教、激励鞭策、身体力行,引领学生积极向上,脚踏实地,刻苦勤奋,锐意进取!”

从教感言

从教十余年,我一直在践行教书育人的初心,也在不断思考如何将知识传授及能力培养进行结合与提升。在此过程中,激发学生的学习兴趣和热情是第一位的,引导和带领学生开展创新思考与实践是老师最为快乐的事情。对于老师而言,最引以为傲的莫过于学生积极向上、勇于进取,取得丰硕成果。我也非常享受教学相长的乐趣,学生们敢想敢干的态度与不时闪现的智慧也给我带来了很多启示,激励我不断进步、不断成长。      邓扬

编辑:任敏

                                                                      

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