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耀熠土木——湘潭大学土木工程学院赵少杰副教授

文章来源：发布时间：2023-06-19 15:41:56浏览次数：次

兴国必先强师，教师是立教之本，兴教之源。习近平总书记强调：“好老师要做到学为人师，行为世范”、“真正把为学，为事，为人统一起来，当好学生成长的领路人”。

土木工程学院教师们不忘初心，砥砺前行，投身土木工程各领域科技前沿，全面贯彻党的二十大和两会精神，不断提高自身科技创新“硬实力”。立德树人，修身治学，开拓创新，努力做到“为学，为事，为人”相统一，以蓬勃朝气和向上力量为中国式现代化建设和“双一流”人才培育助力。

从即日起，“耀熠土木——优秀师生风采展”系列推文将在土木工程学院凯发k8天生赢家一触即发官网和官方微信公众号全面上线，直面学院教师，聚焦立德树人、科学研究和社会服务，促进学院发展。本期让我们了解赵少杰副教授。

个人简介

赵少杰，张家界人，1982年11月出生，工学博士，副教授，高级工程师，硕士生导师。2017年12月毕业于中南大学土木工程专业。先后就职于中铁大桥科学研究院，湖南省交通规划勘察设计院，担任全国水利质量检测员、交通部试验检测工程师等，完成了100多座大型桥梁工程试验检测评估等工作。2018年9月进入湘潭大学土木工程学院从事教学、科研工作。主要从事绿色智慧土木研究，聚焦桥梁智能监测与安全评估、智能交通运维系统及绿色uhpc新材料。对古桥文化与保护，桥梁美学与景观设计也兴趣盎然。

立德树人

坚持做“四有”好老师，当好“四个引路人”。倡导通专融合的培养模式。通识教育上注重提升学生综合实践创新能力，多次指导学生参与创新实践项目和学科竞赛，曾获湖南省结构设计竞赛三等奖；指导省级大学生创新实践项目，完成竹桥结构创新设计专利等。通识教育研究方面完成湖南省教改课题“三创背景下研究生通识教育模式探索”，相关论文在《journal of educational theory and management》、教育教学论坛等期刊上发表。专业教育上积极与国际土木工程教育接轨，作为骨干参与学院土木专业工程教育认证并获通过。坚持以“工程认证”理念为指引，以工程项目和实践案例为抓手，实现理论与实践能力的并重培养。通过通专融合的教育培养模式，有效提升了学生培养效果。

科学研究

主要从事桥梁工程智能监测与安全评估等方面科研。工作以来主持20余项纵横向课题，含西部交通建设攻关课题，铁道部科技研发重点课题，湖南省自然科学基金面上项目等，合计经费超千万元。参与国家重点研发计划、国家自然科学基金项目多项。先后发表科技论文20余篇，参编行业和地方标准2项，授权国家专利及软件著作权近10项，获得省厅级科研奖项10余项。近年来在桥梁全寿命周期智能监测、安全评估与智慧运维方面完成的代表性研究成果如下。

一、桥梁结构智能监测与安全控制关键技术

研究背景

大型桥梁施工往往面临复杂环境和复杂工序的双重考验，其施工安全风险需要全过程监测与控制。传统桥梁施工监控手段效率低且费时费力，亟需改进。随着人工智能技术的快速发展，非接触、高精度和低成本的机器视觉测量方法受到重视，但该方法受光照、雨雾等复杂环境的影响较大，需要研究解决。此外，悬索桥架设和拆除施工面临比常规桥梁更复杂的结构受力变化，其拆除工法和安全监测手段也需要专项研究。

创新成果与应用前景

（1）基于机器视觉的桥梁复杂环境下结构位移监测系统

基于retinex理论构建了暗光增强神经网络模型，该模型由分解模块、反射重构模块和光照调节模块三部分组成（图1）；以此为基础提出了低照度环境下基于机器视觉的桥梁结构位移监测方法，并搭建了一套暗光环境下桥梁位移监测系统（图2）；系统在实际桥梁监测应用中验证效果良好。该测量系统提高了低光照条件下桥梁非接触式位移测量的精度，操作简便，可实现昼夜连续监测；在桥梁施工监测、运营期健康监测等领域具有广阔应用前景。

图1　暗光增强网络结构

图2 暗光增强测量系统及实桥验证示意

（2）复杂山区环境悬索桥主缆温度场时变计算模型

依托西部交通建设课题“大跨度悬索桥主缆温度场效应及影响”开展了复杂山区环境下悬索桥主缆温度场试验测试、仿真分析与效应影响研究。测试了主缆热物性参数（图3），推导出主缆太阳热辐射和热对流边界条件方程，由此建立了主缆非稳态热传导的时变计算模型（图4）。现场试验验证该计算模型精度在5%内，满足现场悬索桥施工监控需要。成果经评审鉴定达到国际先进水平，获中铁大桥局集团“科技进步” 二等奖。该主缆温度场非稳态计算模型解决了复杂山区环境下主缆温度场高精度时变仿真模拟难题，为悬索桥施工控制、运营期监测评估等提供了主缆温度场理论计算手段。

图3 主缆热物性参数试验与现场测试

图4 主缆温度场实测结果与时变计算模型

（3）大跨径悬索桥拆除安全监控与评估关键技术

依托贵州省交通厅科技项目“大跨径悬索桥拆除全过程安全监控关键技术”，以国内首座公路悬索桥拆除工程为背景，进行了悬索桥拆除工法与全过程仿真、拆除安全监测与控制、安全风险评估等研究。提出了大跨径悬索桥“拆除控制关键指标、索鞍顶推与超量反顶推、桥面分拆与钢梁压重”等系列拆除控制理论和工法，并基于变权综合层次分析法给出了拆除安全预警控制指标。项目形成科技论文2篇，授权发明专利2项，工法1项，成果经评审鉴定达到国际先进水平，荣获贵州省公路学会科学技术“一等奖”。项目现场拆除照片见图5。

图5 悬索桥现场拆除照

成果为国内首座大跨径公路悬索桥拆除施工提供了安全保障，依托工程南盘江大桥在拆除中结构安全保证率达到100%，缩短工期约半年，直接成本下降约25%。该拆除控制技术也可为以后类似大跨径悬索桥拆除施工提供控制方法和理论依据，具有推广价值。

图6 悬索桥超远距离变形监测及塔顶偏位控制结果（单位：m）

二、桥群车流荷载模型与绿色运维智能监测管养系统平台

研究背景

公路桥梁群面临复杂的交通荷载环境，保障桥梁群长期健康安全运营需要关注外部活载变化和本身结构状态这两方面。故一方面需要研究车流荷载的时空演变特征和规律，另一方面需要对结构本身健康状态进行监测评估。随着现代大数据和人工智能技术的发展，建立桥梁群绿色运维与智能监测管养系统是大势所趋。

创新成果

（1）桥梁车流时空荷载模型研究

依托湖南自科基金、教育厅科研课题及企业监测技术服务等项目，完成数千万组实测交通动态称重等数据采集；基于大数据挖掘和机器学习等方法开展桥梁车流荷载时空演变特征规律等系列研究，建立了多个典型地区公路桥梁的车流时空动态荷载模型和预测模型（图7）。形成成果论文10余篇，授权专利3项，相关成果论文入库交通运输部重大科技创新成果（图7）。

图7 桥梁车流荷载时空模型与入库成果证书

（2）桥群绿色运维与智能监测管养系统平台

依托桥梁健康监测与安全评估等项目，前期研发了典型地区桥梁养护管理系统与桥梁健康监测系统（图8），形成软著3项；进一步基于计算机视觉和系统学方法开展低功耗的桥群绿色运维与智能管养系统开放数字平台研究。构建可智能感知、智能识别、智能评估与预警的运维管养系统，实现智慧绿色运维。目前项目申请和授权专利5项。该系统平台具有低功耗与低造价等特点，符合当前国家“双碳”政策倡导的绿色低碳环保的运维要求。

应用前景

提出的车流荷载模型可为桥梁设计及安全评估等提供更准确可靠的荷载依据。建立的桥梁健康监测和桥梁养护管理系统实现了良好的社会经济效益。在当前国际碳减排大政策环境下，桥群绿色运维智能管养系统平台可提高交通基础设施的运维管理效率，降低桥梁群在日常运维管理过程中的碳排放强度和长期管理成本，具有较大的市场推广应用前景。