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“长大地下工程安全风险精细化感控的关键技术及应用” 获上海市科技进步一等奖

跨行业创新实现长大地下工程安全风险“可感、可知、可控”

来源:新闻中心   时间:2019-09-17  浏览:

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)

 

 

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