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南京大学“大地感知神经”获国家科学技术进步奖一等奖

2019-02-19 17:11 来源:中国新闻网 参与互动 
南京大学“大地感知神经”获国家科学技术进步奖一等奖
    施斌团队设计的光纤应变分布测试仪。南京大学供图
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  中新网南京1月8日电(记者 申冉 通讯员 齐琦)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,穿上不同“定制”外衣,穿山入地、进海过江,就变成了高敏度“大地感知神经”,一旦发生灾害异动,远在千里的监测系统能立刻发现目标,精准预警。

  8日,记者从南京大学获悉,该校地球科学与工程学院施斌教授团队创造性地建立了地质工程分布式光纤监测技术体系,在地质工程灾害机理和理论判据方面取得新突破,荣获了2018年国家科学技术进步奖一等奖。这也是中国科研团队在地质与岩土工程监测领域取得的又一项领先国际水平的科技成果。

项目团队成员。南京大学供图
项目团队成员。南京大学供图

  据不完全统计,中国每年因各类自然和工程灾害造成的经济损失高达2000亿元人民币。何以进入了21世纪,各种地质和工程灾害造成的损失仍然如此巨大呢?施斌解释,地质灾害和各类岩土工程具有规模大、影响因素复杂、隐蔽性强、跨越区域多、环境恶劣、实时性监测要求高、监测周期长等特点,传统的点式、电测类监测技术和手段还难以满足防灾减灾需求,也给灾害的预警预报和防治带来巨大的挑战。

  从1998年到2018年,施斌团队经20年的探索创新,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,为监测提供了坚韧而敏感的“神经”;

  研制出中国第一台、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。

  如今,只需要一根头发丝粗的光纤,就可以对湖底隧道监测区域内每一点的温度、受力等细微变化进行实时监测;为“国之重器”港珠澳大桥,配备上能够抵御海水浸泡腐蚀的光纤表面应变计和带式光纤传感器,满足沉井长期监测的要求……

  据介绍,目前施斌团队的成果已形成了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。

  “将光纤变成连接人类与大地之间的‘神经’,让我们能够感知大地,减轻各类地质与岩土工程灾害,造福人类,这是我毕生的追求。”施斌说。

适应不同环境的传感光缆。南京大学供图
适应不同环境的传感光缆。南京大学供图

  时间倒回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21世纪了,可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。“获悉后,我当时十分的兴奋,因为这一技术很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,克服了重重困难,坚持要将这件事做下去。

  2000年,国家“985”工程启动,在学校的强力支持下,施斌获得了第一笔研发资金,开始了近20年的科技攻关。

  20年来,施斌团队完成了从基础研究—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,并形成了新的技术产业链,开创了地质与岩土工程监测新的技术领域,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。

  施斌认为,“应用型强的学科一定要和国家的重大需求结合在一起:走出实验室,在具体的工程实践中发现问题,解决问题,创新技术,形成产品,走向市场,以满足国家需求。”(完)

【编辑:张楷欣】
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