深入科研寄夢 擇“土木”以踐志
——記清華大學副教授張熠

倪海波

“青年是祖國的前途、民族的希望、創新的未來。青年一代有理想、有本領、有擔當，科技就有前途，創新就有希望。”

——習近平

張熠

2018年的夏天，清華大學迎來了一位海歸學者——張熠。他是一位充滿朝氣卻踏實內斂的青年科研者，他沉穩、自信卻又“野心勃勃”。無論是年少時選擇出國留學，還是如今選擇回國踐志，用青春夢想、實際行動為“中國夢”的實現奉獻力量一直是他奮斗的目標。為了目標的實現，他然荻讀書、潛精積思、勇于創新，在土木工程領域進行了深入的科研探索，并取得了一系列創新成果。

寄情“土木”科研

2018年9月，張熠入職清華大學土木工程系防災減災工程研究所，擔任教研系列副教授。在這之前，他已經旅居海外10多年，在土木工程領域有著海外多國求學深造背景和多學科交叉的科研工作經歷。其研究方向涉及結構可靠性分析、海洋結構工程、不確定性分析和模糊量化、巖土工程、港口經濟、港口風險管理等。

土木工程是為人類生產生活提供服務的各種工程設施，在工程結構的設計施工中，可靠性和穩定性是首要因素。工程結構在相當長的使用期內，不但需要安全可靠地承受設備、人群、車輛等使用載荷，還要經受風、雨、冰、雪、日照、波浪、水流、地震等自然環境的作用，保證工程結構在服役期內的安全性不僅事關生命財產安全，還關系到社會生產的可持續發展。

“建筑結構的荷載和它本身的材料會隨著環境的變化產生變化，在這種變化下，需要對建筑結構進行長期的觀測，去評估它的可靠性，進行一定的科學研究，以確保它在服役期內的功能性和安全性。我的主要研究內容就是通過一些數學和工程方面的知識對建筑結構進行長期的性能評估。”張熠深入淺出地介紹著自己的專業。

博士期間，張熠師從Michael BEER教授（現任漢諾威風險研究所所長）和QUEK Ser Tong教授（現任新加坡國立大學土木工程學院院長），主攻方向為海洋工程結構可靠性。結合新加坡自然觀測數據及結構可靠度理論，張熠提出了關于copula的多變量模型在結構長期可靠度分析的簡化方法，并結合可靠度計算的步驟提出了一種分割subcopula模型的計算方法。利用這種算法，在估計海洋結構的生命周期計算中，可減少近80%的計算量。之后，利用模糊模型對結構受長期腐蝕造成的結構損失，他提出了一種基于結構腐蝕不確定性大小的穩固性評估方法。利用這一理論，在分析結構的安全性上，增加了對不確定性大小對于整體結構安全的考量。因此，可以針對不同的不確定性模型進行相應的最優化設計。

博士畢業后，張熠先后在新加坡南洋理工大學、日本京都大學和德國漢諾威大學擔當高級研究員，在新加坡教育部、日本學術振興會、德國洪堡基金會的支持下獨立開展了土木可靠度領域的大量研究，在方法分析、實例運用方面做了大量工作，積累了豐富的經驗，并取得了一系列研究成果。

基于實際工程問題，張熠分析了不同不確定性模型對于同一可靠度問題的處理方法。這包括利用切比雪夫不等式(Chebyshev's inequality)、區間模型、模糊模型以及隨機子集在內的數據融合方法。結果表明根據數據所有量的大小，應采取不同的模型進行數據處理。傳統的概率模型在很多方面尤其是對極值的估計上不夠保守，達不到結構安全分析的要求。由此，他提出了在可靠度分析方面不確定性模型的選取與數據量之間的關系。

在時變環境下的可靠度分析方法中，張熠提出了基于時間分割（time series discretization）的可靠度分析方法。他利用外在環境荷載隨時間尤其是季節變化的統計特性，將不同時段的結構可靠度進行分段分析；通過闕值模型，有效地估計出了失效概率的時變特性。此外，結合可靠度理論以及港口物流管理，他還提出了計算港口在災害影響下的經濟損失模型；通過對颶風災害的研究，將港口以及港口集群產業鏈的經濟損失進行了詳細估計。這為地區性經濟風險分析及管理提供了可能。

基于這些學術成果，張熠發表SCI國際期刊論文37篇，2篇入選ESI，WoS個人H因子為11；發表國際會議論文18篇，另有3篇國際刊物章節。

展望“韌性城市”

在土木領域，無論是哪個方向的科學研究，成果落地、實地踐行是最關鍵的環節。博士后期間，在理論創新的同時，張熠大量地參與到工程應用方面的工作中，將自己所學變為科研成果應用在了多個海外重點國家級項目之上，取得了多項產業創新成果。

在對新加坡裕廊島的基建規劃項目中，張熠將Petri Net跟蹤分析利用到對裕廊島工業集群的基礎設施風險評估當中。他通過跟新加坡政府合作，對整個裕廊島產業集群對于基建的依賴程度，提出了基建維護及檢查的規劃方案，大大降低了新加坡裕廊島一帶工業集群因為基建失效而產生的經濟損失。

2015年，張熠入選日本學術振興會“JSPS 特別研究員計劃”，獲得前往日本為期2年的科研工作機會。在這期間，他通過對日本姬路縣有年橋的長期健康監測，加強了老化結構的安全控制。有年橋是日本姬路縣內的一座重要的大型跨河大橋，已有60年之久的使用歷史且存在大量老化現象。張熠在對有年橋的觀測中，準確地預測了橋梁未來的老化強度，延長了有年橋的使用壽命，并結合經濟學理論，為日本政府在老化橋梁結構的管理上撰寫了長期維護報告。除此之外，張熠還將數字化技術引入到了基建設施的監測當中。他幫助京都大學開發了一款可以直接利用手機來對路面狀況進行評估和檢測的手機APP，軟件可以利用手機自帶的加速度傳感器來測量車輛在行駛當中的顛簸程度來衡量路面的狀況，并根據手機的GPS功能將路面狀況及時更新到Google Map當中，實現地圖同步更新。這大大減少了實地測量所需的儀器要求，并有效地利用了社會資源。目前軟件已在北愛爾蘭進行測試，將來有望實現廣泛應用。

這些產業創新工作讓張熠積累了豐富的科研經驗，為他回國后的科研工作奠定了扎實的基礎。建筑結構可靠性分析、安全評估是我國未來在綠色建筑方向發展不可或缺的方向，分析并提升建筑結構的安全性也是防災減災工作的關鍵所在。張熠加入清華大學土木工程系防災減災工程研究所后，結合過往經驗，將重點在數字防災減災方面展開工作。

近年來，防災減災越來越重視承災體是否具有不依靠或少依靠外部援助而“反彈”或恢復的能力，從而提出“韌性”概念并掀起了建設“韌性城市”的新浪潮。說起“韌性城市”之前不得不先提到“海綿城市”。隨著我國城鎮化建設腳步的加快，城市這個開放的復雜系統面臨的不確定性因素和未知風險也在不斷增加。尤其是近年來由于氣候變化，各種自然災害頻登舞臺，對城市的影響也越來越嚴重。而城市的建筑設施因為各種不同的原因逐步顯現出老化、容量不足等問題。在突如其來的災害面前，城市表現出了極大的脆弱性，這逐漸成為制約我國城市可持續發展的瓶頸。2013年，我國在華沙氣候大會上正式在城市層面提出建設“海綿城市”，即城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將儲存的水“釋放”并加以利用。而“韌性城市”進一步強調了對城市災害的“適應”。

“‘韌性城市’就是指城市或城市的建筑能夠化解和抵御災害，保持其主要特征和功能不受到明顯的影響。也就是說，當災害發生時，城市可以快速地應對、恢復，保持城市的正常運行。‘韌性’越高的城市在面對災害時損失越小，恢復得也越快。”張熠解釋說。

“韌性城市”的概念產生于21世紀初，是清華大學土木工程系多年來一直致力的方向，也是張熠回國后的重點方向之一。目前，相關研究正在進行當中，他坦言，希望自己可以在這一方面能做出一些成績，貢獻一分力量。

家國情懷永存

回國后的張熠一直處于忙碌的狀態，盡管在海外生活了10多年，但這并沒有讓他對國內的生活和工作產生多少不適應。“學有所成，回國效力”是這位年輕的教授少年選擇出國的理由，也是青年選擇回國的原因。就像法國著名微生物學家、化學家巴斯德所說“科學雖沒有國界，但是學者卻有他自己的國家”，張熠的去與歸都包含著他對祖國的熱愛。

“當時選擇出國是希望自己能借助出國留學的機會，可以學習國外先進的知識和技術，然后回國后可以更好地為我國做一些事情。我當時也覺得，土木工程領域對我國而言，是一個非常有需求的領域。如果能夠跟國際接軌，將國際領先技術引入我國，可以大大提升我國有關土木技術的應用水平。”在回國前，張熠也曾收到國外一些高校的邀請，但稍作考慮后，他還是決定回國發展。因為在張熠看來，讀書人最高的追求是為國效力，通過提升自己的能力為國家做些有益的事情是非常光榮的。回國后，他也常常這樣對學生說。

“我在國外待了這么多年，也去過一些國家，可以說各有各的好，但是無論我去哪里，終究還是覺得‘家’里好，最愛的還是自己的國家。”張熠常說，有些人總是夸國外的條件好，但其實“國外的月亮并沒有比較圓”。他曾在新加坡的一家餐館見到餐館老板對華人服務員大喊：“你滾回中國去！”他也曾在日本見過一位華人女孩兒說自己絕不會嫁給中國人。這兩件事情都讓張熠覺得憤怒和難過。他常常教導學生，作為一個中國人，一定不能崇洋媚外，也絕不能丟掉自己的民族自尊心。“國外的確有很多值得我們學習的地方，但是我們還要客觀地看問題，崇洋媚外并不能讓中國人得到應有的尊重。我們一定要有民族自尊心，要保持國格、人格。我們要做的就是加快腳步讓自己強大起來，只有強大起來才能得到應有的尊重，才會有更大的話語權。”

教書先育人，回國后，張熠常常把自己在海外求學工作的所見所感與學生們分享，除了一些本科課程，他還負責培養兩名博士生，盡管忙碌，他卻倍感充實。海外的求學經歷讓張熠在教育上更加開放，他坦言，他不會強行給學生制定任務，而是給學生適當的自由空間和時間，讓他們選擇做自己感興趣的研究。在這個過程中，他會在適當的地方進行一定的指導，他希望學生能夠具有獨立做科研、獨立創造的能力。

張熠說：“科研就是一個厚積薄發的過程，你可能會經歷一個看不到任何成果的階段，但是等你熬過那段時間，你就會慢慢看見收獲。我在博士5年間只發過3篇論文，但是博士畢業后的1年內卻發了七八篇論文。所以，我也跟我的兩個博士生講，我希望他們以后是比我強的，要比我懂得多。讀博是需要承受一定的壓力的，畢業壓力、工作壓力都有。甚至，在科研上，你熬破腦袋都做不出成果的情況也會時常發生。但是不管做什么工作，前期的基礎必須要扎實。尤其是科研這條路，不能著急，必須要沉下心來，一步一個腳印地走。只要做好自己的工作，很多事情都是水到渠成的。”

我國橋梁專家茅以升說過：“對搞科學的人來說，勤奮就是成功之母。”剛過而立之年的張熠還很年輕，在科研這條漫漫長路上，他不曾著急，也不曾懈怠，他一直在路上并將在路上，堅定且奮發。