中國科學(xué)院院士李惠：

杰青項(xiàng)目振奮了我的科學(xué)精神

  中國科學(xué)院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授李惠是一名橋梁工程專家，研究方向?yàn)闃蛄褐悄芸茖W(xué)與技術(shù)，即通過人工智能與橋梁工程學(xué)科交叉監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，為橋梁安全“把脈”。

  李惠的研究成果廣泛應(yīng)用于我國特大橋梁，如世界首座跨度超1000米的斜拉橋蘇通大橋、世界最大公鐵兩用橋滬蘇通大橋、浙江舟山西堠門大橋、粵港澳大灣區(qū)南沙大橋等。

  李惠表示，獲得杰青項(xiàng)目資助對其科學(xué)研究生涯影響巨大。“杰青項(xiàng)目振奮了我的科學(xué)精神，提升了我的科研品味，提高了我的科學(xué)研究尤其是基礎(chǔ)科學(xué)研究水平。”

 

科學(xué)性、基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性最重要

 

  李惠曾于2005年獲得杰青項(xiàng)目資助。彼時，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是新興交叉研究方向，她對這一方向極感興趣，獲得杰青項(xiàng)目資助讓她能靜下心來，長期從事這個嶄新且具挑戰(zhàn)性的研究。

  談及撰寫杰青項(xiàng)目申請書的經(jīng)歷，李惠表示，研究成果的科學(xué)性、基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性是最重要的；其次，申請人的國內(nèi)外學(xué)術(shù)影響力和活躍度也非常重要。“撰寫杰青項(xiàng)目申請書和準(zhǔn)備答辯，是一個深刻思考個人研究對學(xué)科發(fā)展貢獻(xiàn)的過程。”

  自攻讀博士學(xué)位開始，李惠就致力于土木工程交叉創(chuàng)新研究。她是我國較早開展結(jié)構(gòu)振動控制研究的學(xué)者，在主動調(diào)頻質(zhì)量阻尼控制、半主動控制和形狀記憶合金自恢復(fù)智能控制領(lǐng)域取得了系列成果，尤其是提出了斜拉橋智能負(fù)剛度控制理論，大幅提升了振動控制效果，且深刻揭示了智能控制機(jī)理。

  在杰青項(xiàng)目的資助下，李惠給自己設(shè)定更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求——做具有更高創(chuàng)新水平的基礎(chǔ)研究。

  “獲得杰青項(xiàng)目資助對我影響非常大，讓我的研究理念、研究品味發(fā)生了很大變化。”李惠說。

  何為科研品味？李惠表示，好的科研品味是追求研究對象的本質(zhì)，抓住其最核心、最本質(zhì)的第一性原理；同時，要用數(shù)學(xué)語言對原理機(jī)制進(jìn)行表述，從而使研究具有普適性。正如法國哲學(xué)家、物理學(xué)家笛卡爾所說：“一切問題都可以轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。”

 

帶著夢想啟航

 

  當(dāng)科學(xué)家是李惠兒時的夢想。受杰青項(xiàng)目資助，李惠獲得5年160萬元經(jīng)費(fèi)支持，這讓她帶著兒時的科研夢想揚(yáng)帆啟航，開始研究結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。

  大型橋梁造價(jià)昂貴。由于多處于潮濕、高鹽、臺風(fēng)等惡劣環(huán)境中，且每天有大量車輛經(jīng)過，腐蝕、疲勞等因素導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生累積損傷，降低了安全性。此外，風(fēng)致振動和地震等災(zāi)害也會對橋梁服役安全造成很大威脅。

  結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測則是保障重大工程結(jié)構(gòu)安全的重要技術(shù)。然而，如何實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān)測和診斷一座大型橋梁的全生命周期健康，是一個國際難題。

  針對這一難題，李惠率先將人工智能深度學(xué)習(xí)與橋梁工程交叉融合，研究橋梁結(jié)構(gòu)健康診斷理論。

  “結(jié)構(gòu)健康診斷就是從數(shù)據(jù)中挖掘與橋梁健康有關(guān)的特征指標(biāo)， 然后像給人看病一樣，診斷結(jié)構(gòu)是否存在損傷、是否需要進(jìn)行修復(fù)和控制，從而確保橋梁在全生命周期內(nèi)安全運(yùn)行。”李惠解釋說。

  通過杰青項(xiàng)目的資助及后續(xù)15年的不懈創(chuàng)新，李惠建立了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測大數(shù)據(jù)挖掘與安全評定理論和技術(shù)體系，其中包括橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷的計(jì)算機(jī)視覺識別算法和相關(guān)模式機(jī)器學(xué)習(xí)算法、結(jié)構(gòu)整體損傷的稀疏動力反演算法、橋梁結(jié)構(gòu)流場偏微分方程機(jī)器學(xué)習(xí)算法、湍流物理機(jī)器學(xué)習(xí)模型、橋梁風(fēng)致振動渦動力學(xué)及渦激振動識別與建模的物理機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并將上述算法開發(fā)為軟件，廣泛應(yīng)用于實(shí)際橋梁健康診斷，為保障大型橋梁服役安全提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和先進(jìn)技術(shù)支撐。

  這些成果讓李惠在國際上率先開辟并引領(lǐng)了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)科學(xué)的研究，使結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測進(jìn)入了一個新時期，推動了橋梁智慧科學(xué)與技術(shù)新領(lǐng)域的發(fā)展。

  李惠的成果已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)外上百座大型橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析挖掘和安全診斷，能夠及時識別渦激振動并報(bào)警。

  “橋梁是我國科技的一張名片。我國建設(shè)了世界上數(shù)量最多、規(guī)模最大的橋梁，橋梁科技和橋梁建設(shè)水平世界領(lǐng)先，其中也包括橋梁健康監(jiān)測基礎(chǔ)理論、技術(shù)和系統(tǒng)。”李惠充滿信心地說。

  李惠長期扎根這一研究領(lǐng)域，2015年，她獲得國際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測年度人物獎；2018年，她作為第一完成人完成的“大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘與安全評定關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎；2021年，她因在橋梁健康監(jiān)測基礎(chǔ)理論和工程實(shí)踐方面的貢獻(xiàn)，獲得美國土木工程師協(xié)會G.W.豪斯納獎?wù)拢?023年，她因在橋梁風(fēng)工程機(jī)器學(xué)習(xí)理論和工程實(shí)踐方面的貢獻(xiàn)，獲得美國土木工程師協(xié)會R.H.斯坎倫獎?wù)隆?/span>

  當(dāng)前，我國正在推動數(shù)字化、信息化建設(shè)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)不僅用于大型橋梁，未來其聯(lián)合人工智能技術(shù)還將廣泛應(yīng)用于中小型橋梁。李惠希望進(jìn)一步發(fā)展更先進(jìn)、低造價(jià)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)。

 

助力青年科學(xué)家攀登科研“珠峰”

 

  從切身參與杰青項(xiàng)目申請，到多年擔(dān)任該項(xiàng)目評審專家，在李惠看來，“杰青項(xiàng)目是我國最好的人才資助項(xiàng)目之一，給青年人做頂尖成果提供了機(jī)會，為提高我國基礎(chǔ)科學(xué)研究水平發(fā)揮了巨大的作用”。

  當(dāng)前，走過30個年頭的杰青項(xiàng)目正在進(jìn)行系列改革，其中包括三期滾動支持。首期5年400萬元（數(shù)學(xué)和管理科學(xué)每項(xiàng)為280萬元）資助期滿后，擇優(yōu)遴選給予第二個5年滾動支持，資助強(qiáng)度加倍達(dá)到800萬元；資助期滿后，再擇優(yōu)遴選給予第三個5年1600萬元的資助。

  在李惠看來，滾動支持是一個積極舉措。一方面，它可以使獲得杰青項(xiàng)目的年輕人繼續(xù)努力，把項(xiàng)目做好，爭取滾動支持；另一方面，可以使他們靜下心來，長期聚焦更有挑戰(zhàn)性的難題的研究。

  采訪中，李惠多次表示，應(yīng)建立鼓勵青年科學(xué)家冒險(xiǎn)、長期靜心攻關(guān)具有挑戰(zhàn)性課題的制度和環(huán)境，這樣青年科學(xué)家即使失敗也沒有后顧之憂。同時，年輕人要有勇氣、有夢想、有情懷，要把科學(xué)當(dāng)成興趣，有強(qiáng)烈的好奇心，科學(xué)是事業(yè)而不是謀生的手段，只有這樣才能夠在杰青項(xiàng)目的滾動支持下，攀登科研領(lǐng)域的“珠峰”，做出推動學(xué)科發(fā)展的歷史性重大成果，為建設(shè)科技強(qiáng)國作貢獻(xiàn)。

  獲得杰青項(xiàng)目資助、實(shí)現(xiàn)人生理想的李惠，也希望為青少年圓夢出一份力。2021年8月，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)設(shè)立“菁華智慧獎助學(xué)金”，每年捐款5萬元資助黑龍江省同樂村低收入家庭的大中小學(xué)生順利完成學(xué)業(yè)。此外，他們每年還給廣西金秀縣捐贈圖書500冊，供中小學(xué)生閱讀。

  “教育是民族的大事，但這件事不能全靠國家，我們有能力也應(yīng)該為國家教育作貢獻(xiàn)，讓困難家庭的孩子不因經(jīng)濟(jì)問題而失學(xué)。我們也希望為孩子們樹立一個榜樣，等將來他們成長起來、有能力的時候，再去幫助其他有困難的人。”李惠說。■