作者:冯丽妃 来源:中国科学报 发布时间:2024/6/25 10:18:51
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中国科学院院士李惠:杰青项目振奋了我的科学精神

 

 李惠   受访者供图

中国科学院院士、哈尔滨工业大学教授李惠是一名桥梁工程专家,研究方向为桥梁智能科学与技术,即通过人工智能与桥梁工程学科交叉监测桥梁结构健康状态,为桥梁安全“把脉”。

李惠的研究成果广泛应用于我国特大桥梁,如世界首座跨度超1000米的斜拉桥苏通大桥、世界最大公铁两用桥沪苏通大桥、浙江舟山西堠门大桥、粤港澳大湾区南沙大桥等。

李惠表示,获得国家杰出青年科学基金项目(以下简称杰青项目)资助对其科学研究生涯影响巨大。“杰青项目振奋了我的科学精神,提升了我的科研品味,提高了我的科学研究尤其是基础科学研究水平。”她近日在接受《中国科学报》采访时说。

科学性、基础性、创新性最重要

李惠曾于2005年获得杰青项目资助。彼时,结构健康监测是新兴交叉研究方向,她对这一方向极感兴趣,获得杰青项目资助让她能静下心来,长期从事这个崭新且具挑战性的研究。

谈及撰写杰青项目申请书的经历,李惠表示,研究成果的科学性、基础性、创新性是最重要的;其次,申请人的国内外学术影响力和活跃度也非常重要。“撰写杰青项目申请书和准备答辩,是一个深刻思考个人研究对学科发展贡献的过程。”她对《中国科学报》说。

自攻读博士学位开始,李惠就致力于土木工程交叉创新研究。她是我国较早开展结构振动控制研究的学者,在主动调频质量阻尼控制、半主动控制和形状记忆合金自恢复智能控制领域取得了系列成果,尤其是提出了斜拉桥智能负刚度控制理论,大幅提升了振动控制效果,且深刻揭示了智能控制机理。

在杰青项目的资助下,李惠给自己设定更高的标准和要求——做具有更高创新水平的基础研究。

“获得杰青项目资助对我影响非常大,让我的研究理念、研究品味发生了很大变化。”李惠说。

何为科研品味?李惠表示,好的科研品味是追求研究对象的本质,抓住其最核心、最本质的第一性原理;同时,要用数学语言对原理机制进行表述,从而使研究具有普适性。正如法国哲学家、物理学家笛卡尔所说,“一切问题都可以转化为数学问题”。

带着梦想启航

当科学家是李惠儿时的梦想。受杰青项目资助,李惠获得5年160万元经费支持,这让她带着儿时的科研梦想扬帆启航,开始研究结构健康监测。

大型桥梁造价昂贵。由于多处于潮湿、高盐、台风等恶劣环境中,且每天有大量车辆经过,腐蚀、疲劳等因素导致桥梁产生累积损伤,降低了安全性。此外,风致振动和地震等灾害也会对桥梁服役安全造成很大威胁。

结构健康监测则是保障重大工程结构安全的重要技术。然而,如何实时准确监测和诊断一座大型桥梁的全生命周期健康,是一个国际难题。

针对这一难题,李惠率先将人工智能深度学习与桥梁工程交叉融合,研究桥梁结构健康诊断理论。

“结构健康诊断就是从数据中挖掘与桥梁健康有关的特征指标, 然后像给人看病一样,诊断结构是否存在损伤、是否需要进行修复和控制,从而确保桥梁在全生命周期内安全运行。”李惠解释说。

通过杰青项目的资助及后续15年的不懈创新,李惠建立了桥梁结构健康监测大数据挖掘与安全评定理论和技术体系,其中包括桥梁结构局部损伤的计算机视觉识别算法和相关模式机器学习算法、结构整体损伤的稀疏动力反演算法、桥梁结构流场偏微分方程机器学习算法、湍流物理机器学习模型、桥梁风致振动涡动力学及涡激振动识别与建模的物理机器学习算法,并将上述算法开发为软件,广泛应用于实际桥梁健康诊断,为保障大型桥梁服役安全提供了坚实的基础理论和先进技术支撑。

这些成果让李惠在国际上率先开辟并引领了结构健康监测数据科学的研究,使结构健康监测进入了一个新时期,推动了桥梁智慧科学与技术新领域的发展。

李惠的成果已经应用于国内外上百座大型桥梁监测数据的分析挖掘和安全诊断,能够及时识别涡激振动并报警。

“桥梁是我国科技的一张名片。我国建设了世界上数量最多、规模最大的桥梁,桥梁科技和桥梁建设水平世界领先,其中也包括桥梁健康监测基础理论、技术和系统。”李惠充满信心地说。

李惠长期扎根这一研究领域,2015年,她获得国际结构健康监测年度人物奖;2018年,她作为第一完成人完成的“大型桥梁结构健康监测数据挖掘与安全评定关键技术”项目,获得国家科技进步奖二等奖;2021年,她因在桥梁健康监测基础理论和工程实践方面的贡献,获得美国土木工程师协会G.W.豪斯纳奖章;2023年,她因在桥梁风工程机器学习理论和工程实践方面的贡献,获得美国土木工程师协会R.H.斯坎伦奖章。

当前,我国正在推动数字化、信息化建设。桥梁结构健康监测技术不仅用于大型桥梁,未来其联合人工智能技术还将广泛应用于中小型桥梁。李惠希望进一步发展更先进、低造价的结构健康监测技术。

助力青年科学家攀登科研“珠峰”

从切身参与杰青项目申请,到多年担任该项目评审专家,在李惠看来,“杰青项目是我国最好的人才资助项目之一,给青年人做顶尖成果提供了机会,为提高我国基础科学研究水平发挥了巨大的作用”。

当前,走过30个年头的杰青项目正在进行系列改革,其中包括三期滚动支持。首期5年400万元(数学和管理科学每项为280万元)资助期满后,择优遴选给予第二个5年滚动支持,资助强度加倍达到800万元;资助期满后,再择优遴选给予第三个5年1600万元的资助。

在李惠看来,“滚动支持”是一个积极举措。一方面,它可以使获得杰青项目的年轻人继续努力,把项目做好,争取滚动支持;另一方面,可以使他们静下心来,长期聚焦更有挑战性的难题的研究。

采访中,李惠多次表示,应建立鼓励青年科学家冒险、长期静心攻关具有挑战性课题的制度和环境,这样青年科学家即使失败也没有后顾之忧。同时,年轻人要有勇气、有梦想、有情怀,要把科学当成兴趣,有强烈的好奇心,科学是事业而不是谋生的手段,只有这样才能够在杰青项目的滚动支持下,攀登科研领域的“珠峰”, 做出推动学科发展的历史性重大成果,为建设科技强国作贡献。

获得杰青项目资助、实现人生理想的李惠,也希望为青少年圆梦出一份力。2021年8月,她带领团队设立“菁华智慧奖助学金”,每年捐款5万元资助黑龙江省同乐村低收入家庭的大中小学生顺利完成学业。此外,他们每年还给广西金秀县捐赠图书500册,供中小学生阅读。

“教育是民族的大事,但这件事不能全靠国家,我们有能力也应该为国家教育作贡献,让困难家庭的孩子不因经济问题而失学。我们也希望为孩子们树立一个榜样,等将来他们成长起来、有能力的时候,再去帮助其他有困难的人。”李惠说。

 
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