前不久举行的上海市2018年度科学技术奖励大会上，我校研究生院院长、地下建筑与工程系黄宏伟教授领衔的“长大地下工程安全风险精细化感控的关键技术及应用”荣获科技进步一等奖。“项目实现了理论、技术和产品的自主创新和国际超越，突破国外技术壁垒，实现了我国现代传感产业的行业性升级以及跨行业性创新应用。”评审专家表示。

黄宏伟介绍，长距离、大断面地下工程是国家重大基础设施重要组成，过去十年，长隧道（＞1000米）和超长隧道（＞3000米）分别占全国公路隧道运营总里程70%和40%，大直径隧道（＞10米）也快速增长。但由于所处岩土赋存条件不确定性高、周边环境敏感、使用条件苛刻，长大地下工程往往存在巨大安全风险。

十多年来，在国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）等项目支持下，黄宏伟带领团队围绕国家基础设施发展重大需求，针对长大地下工程安全风险时空变异性强、感知预警难等难题，采用“产学研用”研究模式，通过大量现场数据统计、大型室内试验、数值模拟、现场试验分析等手段，揭示了复杂地下工程安全风险时空感知指标，研发出感知方法、技术与无线智慧传感网络，提出了可视化预警与可恢复控制技术，实现了长大地下工程安全风险“可感、可知、可控”。    

“以往，长大地下工程安全风险管控主要依赖经验，难以做到精细化管控。如果发生安全事故，控制难度大，控制成本高。”黄宏伟说，地下工程安全风险精细化管控面临三大难题：识不清、测不准、控不好。针对这三大难题，黄宏伟团队展开了从基础理论到工程应用的系统研究，揭示了长大地下工程安全风险特征的演化机理，定量预测了邻近工程扰动引起的安全风险，建立了收敛变形、不均匀沉降、渗漏水与接头变形等风险感知指标，揭示各项指标在灾变过程中的易损特征，实现了“安全精感”。

确定了风险敏感指标，能实时获得精准数据吗？黄宏伟的回答是肯定的。他介绍，团队引入无线传感技术，自主研发了隧道及地下工程安全状态的多参数无线感知、布设与数据网络传输方法和技术，实现了“数据精知”。团队针对长大地下工程特征与服役环境，建立敏感指标感知方法；提出鲁棒性传感节点布设策略；自主研发高精度MEMS倾角、渗漏水等感知体。对获取的大量数据，提出时空压缩恢复算法、非均匀分簇路由算法，原创低功耗地下工程无线传感网状网，实现高效多层多点同步数据精传。黄宏伟介绍，团队自主研发的产品功耗优于国际同类产品3倍左右、中继层数提升2.5倍、时间同步精度提升20倍、最小尺寸支点仅5cm、价格仅为国际同类产品1/3，已获得欧盟、英国、大洋洲、中国等6家国内外权威机构7项认证。

“基于实时数据，可以让一线工人‘秒见’并及时预控工程风险。”黄宏伟告诉记者。团队研发了安全风险动态可视化预警技术，对感知数据进行动态评估，研发基于LED三色的现场无线可视化预警系统（安全、预警、危险等三个级别），实现第一时间获知风险。团队还建立了安全风险可恢复性控制模型，提出从施工参数调整、结构补强到地层加固等安全风险的可恢复性动态优化控制技术，通过“随机预报—数据更新—实时反馈”的风险精准控制技术，实现了“风险精控”。

据悉，项目成果成功应用于15个国家及地区近500个项目，包括国内北上广等10余省市长距离地铁隧道、超大直径及寒区公路隧道、超大基坑群等安全风险管控，在上海地铁2号线东延伸线（20公里长距离软土隧道）建立了全球最长无线实时预警预控系统。研发的感知系统走出国门推广应用于国际40余城市，在具有156年历史的伦敦最早地铁等英国隧道，无线感知系统市场占有率高达60%。值得一提的是，成果还拓展应用到2016年上海中环和2019年上海地铁应急抢修中（12小时内上线，1分钟1次实时监测）。

上述成果共授权专利30项（其中发明专利20项），登记软件著作权16项；主编首部国家轨道交通地下工程风险管理规范，参编地方规范4部，出版专著4部，发表SCI论文39篇，EI论文78篇，总被引2018次。培养10余名高校科研院所科研人员与30余名专技人才。应用项目获取22亿条科学数据，先后预警建设与运营重大安全风险隐患50余起，支撑了众多长大地下工程建设及运行安全，经济、社会和环境效益显著，具有重要的实际意义和广阔的推广前景。（魏丹）