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【2018复旦管理学奖】丁烈云:二十年深耕安全管理,
为中国“大建造”保驾护航

作者:龚凡 来源:复旦管理学奖励基金会发布时间:2018-11-09

在不到20年的时间里,我国的地铁建设走过了发达国家一百年走过的路。再过几年,我国地铁的总里程将达到世界其他国家的地铁总里程之和。地铁建设是一项重大的民生工程,如何通过科学有效的管理在规模大、节奏快、风险高的地铁施工中保证安全生产?这是2018年“复旦管理学杰出贡献奖”得主、中国工程院院士、华中科技大学教授丁烈云花了二十年、至今仍在回答的问题。  

针对地铁工程建设安全风险“识、警、控”难题,丁烈云带领研究团队揭示了地铁工程建设系统安全风险的“能量-耦合”规律,提出了能量“动态隔离”控制方法,实现了地铁工程建设安全管理的物理、事理和人理一体化。这项“地铁施工安全风险控制成套技术及应用”的研究成果于2014年获国家科技进步奖二等奖。

务实求真,“顶天立地”的科学家

八月,武汉的日头还很烈。丁烈云扣上一顶白色的安全帽,一头扎进一处施工中的地铁建设现场。地下空间光线昏暗,尘土飞扬,轰隆隆的机器按部就班地运转着。丁烈云一边走,一边看,一边询问,鼻梁上架着的厚眼镜和嘴里不断吐出的专业名词令人惊叹,他竟是这工地上的“外来客”。

2011年,武汉地铁2号线过江隧道的建设进入关键时期。采用冻结法施工,这个江底联络通道的建设将面临很大的安全风险,国内外也找不到先例,一不留神,如果冻结施工失效,江水泥沙就会涌入隧道,后果不堪设想。丁烈云提出,要用物联网技术对施工的安全风险进行管控。“元旦那天,正好是冻结施工的第一天,施工现场赶工期,没有节假日,不挑日子。”华中科技大学土木工程与力学学院工程管理系副教授周诚记忆犹新,那天丁烈云带着相关的研发人员,一起进入地下45米的冻结现场,在第一线指导风险管控系统的安装调试。

“一直以来,现场都是丁老师做研究的起点,同时也是终点。我们所有的新理念、新技术,最终都会回到现场,接受实践的检验。”周诚2004年就加入了丁烈云的研究团队,当时他还是工程管理专业的大四学生。“从工程中来,到工程中去”是丁烈云一以贯之的治学方法。工程管理不能脱离工程实践,特别不能脱离国家的重大工程实践。要想理论联系实际,就得了解工程,参与工程,在为工程服务的过程中找到学术问题,经过提炼、研究和攻克,研发出新的技术反哺工程建设。既解决了科学问题,也解决了实际工程问题,丁烈云认为,这样的研究“顶天立地”。

细分下来,丁烈云的研究团队有三个分支:一支是高校中的研究人员,负责解决工程实际中提炼出的科学问题,找到其中的风险演化规律,不断形成新的管理技术与方法;一支是软件开发团队,将总结的管理经验、流程和过程标准化,开发出可操作的管理系统,直接应用于工程实践;一支是现场的工程技术人员,针对工程实践中出现的问题,通过工程现场的巡视、信息的收集,形成风险管理的决策,提出针对风险管控的具体建议;源自工程、服务工程又引领工程,三支队伍彼此协作,互相补充,形成了良性的互动和循环。

“我国是一个建造大国。工程建造是在工地上进行的,而不是在密闭的工厂里。建造的空间不断变化,周围的环境纷繁复杂,工地上60%都是安全知识匮乏的农民工,有很大的安全隐患。”去年,我国在工程建设过程中发生的伤亡仅次于因交通事故而产生的伤亡人数。在丁烈云看来,作为一个科技工作者,针对国家的重大需求,解决在实际发展过程中出现的问题,是一件理所当然的事。“要写好两篇论文,一篇发表在高水平的学术期刊上,还有一篇要发表在祖国大地上,于我而言,后者更为重要。”

学科融合,高瞻远瞩的掌舵人

行外人刚走进丁烈云及其团队的实验室时,大概会怀疑自己找错了地方。与人们传统印象中堆满了各色建筑材料的土木工程实验室不同,这里整整齐齐摆着的,是大大小小几十台计算机,正对面的墙上还挂了一块巨大的LED显示屏,分门别类地显示着施工现场的实时监测数据。这里就是丁烈云的研究团队研发的“地铁施工安全预警监控平台”,投入使用已有十余年。

丁烈云的“能量-耦合”理论认为,地铁的安全事故是多因素综合作用的结果。比如,电焊作业与油漆作业同时进行,油漆的化学能遇到电焊的热能后容易引发火灾;施工现场的噪声污染和光污染,容易扰乱施工人员的正常作业,导致事故的发生;更为复杂的是地铁隧道盾构施工越江跨河,穿越城市生命线设施和邻近建构筑物,多种危险能量在施工现场相互交织,大大增加了安全风险管控的难度。

已经发现了能量耦合的规律,把不同能量彼此动态隔离,就能有效将施工的安全风险降低在可控的范围内。人工智能、物联网技术、N维可视化数据模型,风险识别、风险预警和风险控制,融合信息技术的元素,丁烈云的研究团队研发的这套“识、警、控”的技术体系可不简单。借助工程物联网和智能摄像头,辅以标准化的人工巡视,施工现场角角落落的信息都能实时直接传输到预警平台,进行综合性的模型分析,从而及时发现关键风险源,对施工现场进行预警。有了这个平台,参与地铁建设的设计方、施工方、监理方等多家主体,也能实现协同管控,形成一股合力。

武汉长江公铁隧道是目前国内直径最大、世界第三大的盾构隧道,也是我国首条公铁合建的越江隧道。在隧道施工的过程中,需要对直径达15.76米、重达550吨的刀盘完成从地面下降45米的吊装作业。这一作业过程完全在操作员的视线盲区中进行,一方面需要避免超大、超重刀盘吊装过程中的失稳,另一方面还要保证吊装精度,使得这一庞然大物准确放置预留的盾构机拼装空间,刀盘距离结构最近只有20公分。在丁烈云的指导下,团队开发了与BIM技术结合的便携式安全物联网感控一体化装备,借助“识、警、控”的技术体系,成功实现了这一极限工况下吊装过程的安全风险可控。与BIM结合的便携式安全物联网技术在全球二百多个项目中脱颖而出,一举夺得香港建造业议会创新奖国际大奖。

美国马里兰大学教授、国际权威期刊《建造自动化》(Automation in Construction)主编斯基布涅夫斯基(MiroslawJ. Skibniewski),在分析了近十年来国际上发表的相关论文后发文评价:丁烈云教授团队是“引领近十年来建设安全管理信息化研究领域的两个团队之一”。华中科技大学系统工程专业教授王红卫与丁烈云共事近二十年,最为叹服他对于学术的敏感性和前瞻性,“土木工程管理与系统工程交叉、土木工程管理与信息技术融合,他很早就看出了学科交叉的价值,为‘老’学科注入‘新’力量。”

“做研究的方向丁院士在十几年前就选定了,要做‘数字建造’。”华中科技大学教授、土木工程与力学学院副院长骆汉宾一直是丁烈云科研团队的核心骨干之一,他说,用新兴的信息技术改造建造业,推动传统建造业的转型升级,始终是丁烈云的目标和方向。最近,丁烈云新提出了“工程物理信息系统CPS”的概念,他希望在新一轮的技术革命中,更好地把信息技术和人工智能运用到工程建设上,真正建成“智能工地”,使得施工现场方方面面都可计算、可分析,以更快捷准确地指导实际的工程建设。

言传身教,桃李天下的“老”教师

今年3月,第十三届全国人大代表丁烈云出现在全国人民代表大会上:“能解决中国难题的就是一流大学”“大学排行榜是一种外部压力,但不能被绑着走”“高校不能千校一面,要办出各自的特色”……审报告、提建议、写提案,关注大学建设、学科发展和人才培养,此时的科学家丁烈云,以华中科技大学校长、一位教育工作者的身份,为人们所熟知。

从他进入洪湖中学成为一名数学教师算起,丁烈云已经在教育行业干了40年。根据专业背景、知识背景的差异,结合每个人的专长,做出有针对性的指导和引导,一直以来,“尊重学生,因材施教”都是他最基本的教育原则。“学生至少可以分为两类。一类得跟着团队一块成长,参加团队活动;另一类就喜欢自己搞自己的。”

周诚就是第一类学生,他一直在工程第一线摸爬滚打,在工地“混”得熟门熟路,打交道的地铁公司说他当个总工完全够格。丁烈云就引导他更多学习建模工具,以更好地把在现场发现的问题上升为学术问题。另一个学生王帆,对数学建模很感兴趣,自己阅读了大量的文献,并把这种方法运用到系统工程的研究中。丁烈云觉得这样做学问也不错,给予了充分的鼓励和肯定,同时提醒他不能只会“纸上谈兵”,还得结合实际数据。

华中科技大学土木工程与力学学院教授周迎和周诚一样,也是丁烈云的学生,还比他早两年进入课题组。“丁老师一直是我硕士研究生的导师和博士研究生的导师,我毕业之后,也一直留在这个课题组工作。”丁烈云和周迎的师生情分,已经延续16年了。

“丁老师特别严格,管得特别细。”周迎说,她的每一篇论文、每一次报告,丁烈云都要斟字酌句地为她修改。“记得我们写了一篇论文,是构建BIM技术在工程管理领域的ND模型应用框架。”周迎回忆,当时为了写这篇论文,丁烈云和她一起分析了本领域100多篇相关的文献,反复讨论,前后花了1年多的时间才完成论文的写作。“丁老师要求学生不要一味地去追求论文的数量,而是要发真正有意义有价值的论文。”这篇论文发表以后,在Scopus的引用量已经达到70多次,受到海内外学者的关注,国际同行发文评价该论文提出的ND模型是最完备的BIM集成模型。

科研本是一件坐穿冷板凳的苦差事,丁烈云做了四十年,周迎也做了近二十年,他们反倒觉得,这件事“很有意思”。“外人看来,土木行业又土又木,实在枯燥乏味,但丁老师总是能从繁琐中找到乐趣。”对丁烈云来说,能解决实际问题就是他做研究最大的动力,施工安全得到了保障,新的地铁线路顺利开通,都能给他极大的成就感。这也是他承担重要行政职务的同时,几十年如一日潜心科研的原因。“丁老师的学术热情很有感染力,让我们也觉得每天的工作很好玩,不苦也不累。”

因为工作安排,有段时间,丁烈云去东北大学任校长,他只能做周迎的“云导师”。参加各类学术会议时,周迎总是会被问:“你们丁老师去了东北,是不是就不怎么管你们了?”“完全不是,管得一点都没少。”周迎说,丁烈云每个月都会抽个周末来实验室指导学生,每逢连着几天的假期,他基本上都会从早到晚和学生一起泡实验室。

即便身在东北,丁烈云也会经常通过视频或电子邮件和学生交流联系。“东北的冬天叫‘猫冬’,下午五点钟吃完饭一直到凌晨,回去也没人说话,我正好做学术。”提起这段经历,丁烈云乐了:“每天独处的七八个小时里,学术积累还更快更扎实了。”

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