監測水利工程 惠澤祖國民生
——記中國水利水電科學研究院結構材料研究所高級工程師張龑

衛婷婷

張龑

水潤民生，“水”是生態文明建設發力的關鍵點。我國歷史上有許多偉大的水利工程，其中比較知名的有都江堰、京杭大運河、靈渠、坎兒井等，這些水利工程矗立在祖國的不同地區，是祖國的水利興民事業的關鍵組成部分。

水利工程的建設關系到千秋萬代，因此并不能只爭一朝一夕。隨著時間的流逝，其未來的監測與維護及風險預測也是一項持久的科技攻堅戰。2022年以來，我國目標以重大水利工程、病險水庫除險加固、灌區建設和現代化改造、水生態保護和中小河流治理及供水工程5類水利項目為重點，積極擴大有效投資。根據國務院常務會議精神和《關于切實加強水庫除險加固和運行管護工作的通知》要求，“十四五”期間，水庫除險加固的主要目標任務是，到2025年年底，全部完成現有病險水庫的除險加固任務，總量預計1.94萬座。如此浩大的工程，需要更多科技力量的支撐。

作為水利水電領域的青年科研工作者，中國水利水電科學研究院結構材料研究所高級工程師張龑多年來在水工結構振動和損傷識別、混凝土智能溫控技術、結構健康新技術等技術研究中不斷開拓，在深入祖國各個地區進行水利工程的監測與技術攻關的過程中積累了豐富的科研實踐經驗。“在國家政策的大背景下，我也希望能夠為祖國的水利工程事業出一份力。”他說。水利興則國興，多年來張龑一直在這份事業上踐行著自己的理想。因其在相關領域做出的突出科研成果，他還成功入選了水利部“2021年度水利青年拔尖人才”。

轉換跑道——結緣水利工程研究

在考入大學之前，張龑曾學習了10年的美術，因此從事設計相關的工作一直是他的夢想。為了能夠在相關領域深耕，高考畢業時，張龑毅然決然報考西北農林大學的優勢學科——水利水電工程專業，并成功被錄取。雖然經過大學4年的學習，張龑意識到這一專業的學習內容與美術設計關聯并不大，但他卻對水利水電工程這一領域產生了莫大興趣。

興趣是最好的老師，如果說最初選擇這一專業是因為懵懂，現如今張龑則可以堅定地回答：“選擇水利水電工程專業，是因為發自內心的熱愛。”本科4年，張龑在這一領域中打下了扎實的專業基礎，并取得了優異的專業成績。大學畢業時，品學兼優的他被成功推免到天津大學水利工程專業，師從練繼建教授進行碩博連讀。

碩博階段，張龑開始接觸到更多科研項目。從小喜歡鉆研的性格讓他在研究中愈漸深入，在相關領域積累了豐富的經驗。

2012年，張龑便開始跟隨導師投入向家壩水電站的研究項目中，而這一項目也是其科研之路的關鍵節點。

向家壩水電站位于云南省水福市和四川省宜賓市的交界處，是一座以發電為主，兼有防洪、灌溉等綜合效益的大型水利樞紐工程。其主要建筑物為地下廠房、左岸泄洪洞及引水系統，總庫容約555億立方米。電站21世紀初開始籌建，2006年正式動工。在大壩的建設過程中，人們發現：每次水庫正常蓄水后，就會引發臨近縣城的震動，有的樓房甚至出現了裂縫，因此引起了當地居民的極大恐慌。

為了更好地解決相關科研問題，眾多行業內的專家開始開會討論，張龑也跟隨自己的導師投身到相關研究中。在這段科研攻堅的日子里，張龑和研究團隊成員白天一起做實驗，晚上處理相關實驗數據，幾乎每天都要工作到晚上十一二點。最后他們的研究方案在眾多團隊中脫穎而出，得到了向家壩工程單位的青睞。

在這一項目中，張龑和團隊成員根據向家壩工程場地振動的形成過程，以及結構振動系統的輸入（泄流激勵）、結構（多振源-泄流結構-場地振動傳播系統）和輸出（振動響應）三者相互關系，從理論上分析了泄流結構-大壩-周邊場地在泄流激勵下的系統振動規律。在相關研究基礎之上，他又基于信號傳播規律的特殊處理方式，確定了泄洪工程不同振源對場地振動的貢獻量，建立了大型水工結構動力問題的有限元-無限耦合方法，實現了利用振源對泄洪工程場地振動強度和頻譜分布規律的預測。相關研究成果為泄洪工程的前期設計及后期安全運行，在消除或減緩場地振動方面提供了一定的理論依據和技術支撐。“基于相關理論基礎，我們給相關單位提出了一套解決方案，讓其根據流量的大小，設計大壩的開孔方式，通過幾年的沿用，效果顯著。”而這一項目研究經歷，也為張龑今后在相關領域開拓打下了堅實的基礎。

在之后的求學之路上，張龑一門心思投入研究工作中去，先后參加了多項水利工程領域的研究項目，在領域內發表了多篇理論文章，最終于2015年6月順利獲得了天津大學水利工程專業博士學位。

創新不倦——為水利工程輸入新思想

腳踏實地，久久為功。在張龑看來，科學研究是一場長距離旅程。在這一過程中，一定要耐得住寂寞。有目標、有決心，方能在研究領域實現自己的理想與價值。為了能夠將自己在水利工程領域所取得的研究成果延續下去，2015年7月張龑進入了中國水利水電科學研究院水電中心（結構材料研究所）工作，在這里開始了全新的水利工程筑夢之旅。

中國的水利水電研究一直是基于祖國的行業現狀而開展的。來到中國水利水電科學研究院這一平臺后，隨著國家政策的改變，張龑的研究方向也根據國家在相關領域的大環境做出了改變。“我之前主要研究各種水利設施在運行過程中的安全問題，現如今更關注各類水利設施在建設過程中的監測問題。”他說。來到中國水利水電科學研究院半年后，張龑還于2016年3月—2017年4月被借調到了水利部安全監督司。不同平臺的歷練，給了他不同的研究體驗，也讓他的科研水平在無形中得到了提升。

作為一名青年科研人，張龑始終認為：青年人應該永葆創新意識，做科研創新的排頭兵。但是，隨著水利工程專業的發展，生產性項目越來越多，許多水利工程領域創新性技術的開展變得十分艱難。為了打破這一現狀，將自己的研究上升到新的階段，2019年9月，張龑在國家留學基金委資助下前往美國塔夫茨大學（Tufts University），與國際知名學者開展合作研究。“通過這次研究之旅，我希望能給自己的研究輸入更多新的思想。”張龑說。

然而這段研究旅程并沒有想象中順利，2019年年底新型冠狀病毒感染疫情的突然來襲，讓張龑的研究進程受到了極大影響。這段時間張龑在遠程辦公的同時，開始大量閱讀領域內的相關文獻，并在這一時期接觸到了數字孿生這一水利工程領域的新興技術。

數字孿生，也被稱為數字映射、數字鏡像，是智慧科學領域熱門、前沿的概念，其顯著特征是對實體對象的動態仿真。近些年來，數字孿生在水利工程建設過程的運用越來越廣泛。在“數字孿生流域建設先行先試工作（2022—2023）”中，國家計劃用2年左右時間在大江大河重點河段、主要支流、重要水利工程中，加強數字孿生、物聯網、大數據、人工智能、5G等新一代信息技術與水利業務深度融合，在促進業務協同、創新工作模式、提升服務效能方面不斷取得突破，打造一批可推廣、可復制的成果和經驗，帶動全國數字孿生流域建設。在這一國家水利工程領域的發展大背景下，張龑回國后打算全身心投入數字孿生在水利功能領域的應用工作中去，為我國的水利事業發展注入新的能量。

張龑出國訪學

回國后，張龑馬不停蹄投入他所主持的國家自然科學基金青年基金項目“高壩泄洪誘發場地振動振源特性研究”中，而這一項目主要針對的便是向家壩工程遺留的科研問題而展開的。在這一項目中，張龑結合自己在相關領域積累的科研經驗，成功研究出一套振源識別方法，并在領域里發表了相關學術文章。傳統的方法主要通過傳感器來進行振動數據的傳輸，之后科研人員再根據相關數據進行計算，現如今張龑選擇采用攝像機來進行振動情況的分析，監測分析一體化，不僅減少了人工的成本，工作更加便捷，且精確度也有了極大的提升。

碩果累累——在項目研究中錘煉積淀

一步一個腳印，張龑奮斗的印記鐫刻在了一個個水利工程現場，而他的科研理想，也在多年的不舍寸功中逐漸開花結果。

隨著研究能力的提升，張龑逐漸承擔起更多艱巨的科研任務。近些年來，他曾主持“十三五”國家重點研發計劃專題2項、國家重點實驗室自主課題1項、中國水科院專項3項，以及多項橫向項目。作為技術骨干，參與國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目及其他國家和省部級重大課題十余項，承擔深中通道、QBT水利樞紐等國內重大工程的科研和咨詢工作，在項目研究中積累了豐富的經驗。

深中通道為粵港澳大灣區核心樞紐工程，全長24公里，海底隧道長約6.8公里，沉管段長約5000米，由32個管節和1個最終接頭組成，是世界最寬的鋼殼混凝土海底沉管隧道。“沉管是由兩個鋼殼子中間塞進去混凝土而組成的，而混凝土在干燥的過程中，有膨脹或者收縮的可能性，但是在工藝上卻要求兩個鋼殼子中間要完全重合。”張龑說。

但是一般來說，施工過程中無法保證如此理想化的結果，很有可能出現一些縫隙，而這些縫隙有沒有影響整體的結構安全，便是深中通道所面臨的關鍵問題。從2019年起，張龑所在的科研團隊負責跟進這一科研項目，到現在為止已經完成了28個管節的檢測，檢測精度達到了毫米級。在他們的檢測結果支撐下，深中通道的負荷率超過了93%。

水利工程研究需要時常扎根在項目一線。一年之內，張龑差不多有一半的時間都在全國各地出差，有時候在一個地方一待就是兩三個月。水利工程一線，充滿著許多不確定性，為了不耽誤工程進度，張龑和團隊成員熬夜攻關成了家常便飯。至今他仍記得在參加山西三河口的溫控項目時，和團隊熬夜工作到半夜兩點，因為山里晝夜溫差大，他發燒了兩周身體才逐漸恢復。參加科研以來，諸如此類的事例比比皆是，但張龑沒叫過一句苦。在他看來，所有的困難，都抵不過科研工作者的使命感。正是靠著這種腳踏實地的科研精神，張龑在科研之路上一步步成長，研究成果在大藤峽、豐滿重建、西氣東輸等重大工程應用，經濟社會效益顯著。能將科研成果真正造福于祖國的水利工程建設，對于張龑來說，這便是對他科研付出的最大回報。

回望多年的科研之路，張龑心里十分感謝父母與恩師的引領。因為父母都在高校從事教職工作，所以張龑遇到的很多不管是工作還是生活中的問題，父母都會給他很多有益的建議。生活中有了煩惱，父母也是自己最忠實的聆聽者。而恩師更是像燈塔一樣，為他照耀科研前路，讓他在這條道路上行走得更加堅定。

“我一直認為自己是一個隨遇而安的人。”張龑直言。在所處的環境中，身上有什么責任，自己應該做什么，他始終有著清晰的認知。“一代代水利工程科研人都是在艱苦的環境中奮斗過來的，作為這一領域的青年科研人，我覺得自己也不能落后。”他堅定地說。

日月其邁，歲律更新。作為一名青年科研工作者，張龑始終使命在肩。青年科研人是祖國建設的中堅力量，未來他仍會將自己全部的精力放到水利工程事業中去，將數字孿生在這一領域的應用做得更加扎實，完善各類病險水庫的監測，使水利工程能夠長長久久地造福我國的千秋大業。