李惠,中国科学院院士,毕业于哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学教授,博士生导师;中国科学院院士。
一座大桥每天承受风吹日晒,也要应对车流带来的持续负荷。问题是,桥梁内部一些关键部位不容易靠肉眼看见,等到损伤露出明显迹象,处理起来往往更复杂。李惠,长期在做的事,就是让桥梁的“体检”更早一步。
过去,大型桥梁安全检查离不开人工巡检。人要到现场查看,也要面对位置隐蔽、环境复杂等难题。传感器让桥上出现了更多监测数据,可数据多,并不等于判断就准。温度、风力、车流都可能带来数值变化,怎样分清正常波动和真正损伤,才是关键。
李惠没有把研究停在“多装传感器、多收数据”上。她把桥梁力学原理与人工智能算法结合,提出物理机器学习思路。简单说,算法不只盯着一串数字,还要按照桥梁受力和结构规律来理解这些变化,进而识别细微损伤、判断风险。
这条路不是让机器代替工程师,而是让数据有了工程上的解释。桥梁每天都会变化,若只看某一时刻的监测数值,很容易把外部环境变化当成结构问题,也可能错过缓慢积累的异常。加入力学规律后,系统才有机会更准确地区分两者。
苏通大桥、沪苏通大桥、西堠门大桥等大型跨江跨海工程,都应用了李惠团队研发的监测技术。传感数据持续汇集,帮助运维人员更及时地掌握结构状态,相关研究成果也进入国家行业规范,成为桥梁建设和维护工作的重要参照。
不过,桥梁监测不是装上设备就万事大吉。传感器布在哪里、能否长期稳定工作、数据是否可靠,都影响最终判断。算法能提供线索,现场检查和工程人员的专业判断仍然重要。要是把AI当成自动给出答案的“黑箱”,反而容易误判。
过去的桥梁事故也提醒人们,结构安全从来不是单一因素决定的。2007年,美国明尼阿波利斯的I-35W大桥在通车期间坍塌,造成13人死亡。2018年,意大利热那亚莫兰迪大桥坍塌,造成43人死亡。不同事故的原因和背景并不相同,但它们都说明,桥梁风险可能涉及设计、维护、荷载和环境等多个环节,监测技术不能替代完整的安全管理。
李惠的研究也没有局限在桥梁领域。她的团队还参与多功能纳米材料和新型气凝胶研究,相关成果发表于《Science》等刊物,并探索高温极端环境下的隔热材料,为航天、国防等领域提供材料方案。土木工程与材料科学看起来距离不近,实际都绕不开一个问题,怎样让材料和结构在复杂环境里更可靠。
她获得过四项国家科技进步二等奖,也获得两项美国土木工程师学会奖章和国际结构健康监测年度人物奖。奖项之外,更重要的变化是研究成果走进大型工程,并逐步进入行业规范。科研做到这一步,才不只是论文里的方法,也能成为工程现场用得上的工具。
李惠还把不少精力放在人才培养上。她提醒学生,土木专业不能只学结构和力学,也要理解数据科学;反过来,做算法的人也不能只追求模型好看。离开工程对象,算法再复杂,也未必能解决桥梁上的实际问题。
眼下不少行业都在谈数字化,工程项目也越来越多地引入AI。可技术越热闹,越要问清楚它解决了什么问题,依据又是什么。桥梁安全不能只靠数据堆出来,机器学习也不能脱离结构规律。李惠走出的这条交叉路线,给出的答案很朴素,工具可以更新,工程常识不能丢。
把大桥的细微变化变成可读、可判断的信息,这件事听起来像技术升级,实际考验的是算法、工程经验和长期维护能否配合起来。你觉得在桥梁安全管理中,最难的一关是监测设备、数据判断,还是后续维护?
