郝天之：用反向思維探索創新的“橋梁醫生”

我國對交通基礎設施建設的持續加力，使交通養護產業迎來前所未有的發展機遇期。廣西北投交通養護科技集團有限公司（以下簡稱“北投養護科技”）總工程師郝天之，就是一位致力于公路橋梁監測、檢測及維修加固的“橋梁醫生”。

作為在交通領域深耕20余年的結構工程專家，郝天之深入一線，將高精度測算法廣泛應用于橋梁監測、檢測，主持或參與了“世界第一拱橋”平南三橋、魚嘴長江大橋、西江大橋等50多座新建橋梁的施工監控、100多座大中橋梁荷載試驗，完成“六景郁江特大橋車輛撞擊后應急檢測”等20多項船撞、車撞、自然災害造成的橋梁應急檢測評估，為路橋建設作出了突出貢獻。

郝天之繼2020年獲評廣西科技廳、廣西人社廳、廣西科協、廣西工信廳、廣西國資委聯合頒發的“廣西創新爭先獎”后，2023年，又先后獲評廣西壯族自治區企業“創新達人”和中國交通運輸協會“科技創新青年獎”。

深耕交通養護20余年

2003年夏天，從河北省石家莊鐵道學院土木工程專業畢業的郝天之踏上了人生中的第一個工作崗位，在中鐵二十工程局從事高速公路施工工作。一年后，他考取廣西大學結構工程專業，并先后取得碩士、博士學位，從此郝天之便與廣西結下了不解之緣。

碩士畢業后，郝天之來到廣西交科集團有限公司，主要從事公路橋梁健康監測、監控、加固設計等橋梁結構相關工作，由于專業對口、工作勤奮，他從工程師做起，在技術一線連續工作了13年，憑借出類拔萃的工作能力和取得的優異成績，歷任項目分項負責人、橋隧檢測所副所長、總工辦副總工程師、橋梁工程研究院院長，并且在此期間順利取得了廣西大學工學博士學位。

2020年，是“十四五”規劃開局之年。在這年年初，廣西北部灣投資集團感到交通養護會成為朝陽產業，率先發起成立了廣西第一家集交通養護作業、土建施工、材料銷售、科技創新于一體的高新技術企業—廣西北投交通養護科技集團有限公司。經組織安排，當年8月郝天之調到剛成立不到一年的北投養護科技擔任總工程師。

北投養護科技自成立以來，圍繞國、省干線的維修改造，以及高速公路的日常養護、應急保暢做了大量工作，并從廣西科技廳、交通運輸廳等主管部門獲得不少研究課題和項目資助。經過四年的高速成長，北投養護科技不僅在廣西擁有較高的市場占有率，還在江西、浙江、新疆、貴州等省區不斷承接項目。

“我國的基礎設施建設不可能像前些年那樣，持續大規模投入，現在面臨的問題是如何去管養、如何做相關的維護，因此，圍繞高效專業運維、數字信息化及優質服務做一些事情，將會成為交通基礎設施管養的重點領域。”郝天之說。

攻克公路橋梁綠色養護關鍵技術

由于歷史、觀念原因，此前很少有人關注交通養護產業的發展。然而，這一看似簡單的產業，實際上包含橋梁、路面、巖土在內的諸多學科，一個人很難能夠完全講清、說透。郝天之的主攻方向，則是公路橋梁領域。

作為交通基礎設施中的“咽喉”，目前我國公路橋梁已達107萬座，數量遠超美國。那么，面對數量如此龐大的公路橋梁，我們如何才能實時了解它們的狀態？

近年來，我國陸續實施了跨江、跨河、跨峽谷等橋梁的監測系統建設，但受限于技術和行業認知，監測系統經常會出現測點數量多、互通性較差、針對性不足等問題，加之安裝、防護沒有統一的標準，致使監測系統產生的數據利用率不高。

2023年，北投養護科技從廣西科技廳獲得科技基地和人才專項—“公路橋梁綠色養護關鍵技術研發平臺建設”項目。在項目前期，郝天之團隊通過對公路橋梁基本狀態的搜集，構建了高精度監測技術裝備和信息化監測運VUfvxZgICw9Dk5eg0TmzPF/tpxgagwGW8jjhe/SR1CQ=營系統，使橋梁設施智能化，從而能夠實時了解橋梁設施的性能及表觀缺陷，并結合現有設備進行改良。同時，圍繞傳感器、新型算法、專業評估等方法，實現了公路橋梁的自動化、智能化、數字化檢測。

針對數據利用率不高等問題，郝天之團隊還在“公路橋梁綠色養護關鍵技術研發平臺建設”項目中，對監測系統進行了顯著優化。

例如，我國90%以上的公路橋是梁式橋，這種橋梁老齡化問題日益突出，逐步進入檢測、監測、維修高峰期。郝天之團隊通過對傳感設備改進、借助創建的新算法進行數據挖掘分析，對梁式橋進行簡易快速的監測，在第一時間獲取問題信息，以及梁體、構件結構問題嚴重程度的數據，并基于結構和受力特征創建評估評價方法，使監測更有針對性、更容易操作，也更容易對數據進行充分利用，從而達到低建設成本、低維護成本、易管養決策的目的。

“包括橋梁在內的交通基礎設施，都有‘生老病死’之說。”郝天之告訴本刊記者，這些交通基礎設施在投入使用后，隨著使用年限的增加及環境作用、車輛荷載的作用，結構性能會不斷退化，出現病態等問題。在這種情況下，項目團隊就要使用新技術、新材料、新工藝以及輔助設備進行修復或者整治。

此外，北投養護科技還通過與兄弟單位共同研發，使道路清掃、錐桶收放、綠植修剪等通常由人工完成的工作轉換為設備作業，并在項目中得到廣泛應用。

“反向思維”推動橋梁智慧管養

在科技研發之路上，每個行業都會遇到技術難題，公路橋梁的養護與健康監測也不例外。

“遇到解決不了的問題，可以請教前輩或者查找文獻，但不是所有問題都能找到答案。”郝天之舉例，超載超重的車輛會對橋梁結構造成一定的損傷和影響，因此一座橋每天過多少輛車，對橋梁結構的評估與評價是一項很重要的參數指標。

一般情況下，管養單位會在橋上安裝一些傳感設備，以此獲取過往車輛的車速、重量等信息，但這種方法的安裝及維護成本較高。在正常使用狀態下，橋梁結構受力屬于彈性范圍，10噸和20噸的車輛分別作用于橋梁上，理論上橋梁的宏觀或微觀的反應量值應是等倍的，但是受環境因素和外界干擾，實際數據與理論數據不可能完全一致。因此，郝天之一直在考慮，能否利用橋梁結構的自身反應來識別車輛，尤其是重載車輛的基本參數。

通過長期在一線的積累與思考，郝天之發現移動荷載作用下橋梁時程曲線和車梁參數的關系，后來又進行室內試驗并進行計算，發現這種識別方法是可行的。于是，最終形成一個反問題：通過橋梁反應的時程曲線識別移動的荷載。

然而，這個問題攻克之后，新的問題又來了。由于橋梁的剛度大、承載能力高，導致計算出來的車輛載重誤差較大。面對這個問題，郝天之沒有找到可供參考的文獻資料，他做出一個大膽的決定：將機械知識移植到工程領域，通過機械原理將應變的量值放大，使應變參數變大，將監測精度放大到100倍，從而得出更精準的監測數據。

“這兩個問題，我們前前后后研究了七八年。”郝天之說，這是一個反問題，從橋梁的反應推導出車輛荷載，獲得車輛荷載情況之后，把問題反過來，已知車輛荷載及橋梁反應即可對橋梁目前的結構性能、受力狀況進行評估、評價。經過大量的計算、模擬、實測，郝天之團隊取得一系列成果，申請發明專利30余件，其中有1/3已獲得授權。

北投養護科技對拱橋的拆除也采用了這一思維模式。2021年，廣西普通國省干線公路危舊橋梁改造工程的176座危舊橋中，有相當一部分是需要拆除的拱橋。由于拆橋風險較大，按照行業做法，郝天之邀請第三方專家進行了可行性論證，專家給出的建議是從一側橋臺處的拱腳開始拆，多跨拱橋就會像多米諾骨牌一樣倒下去。

但是，施工團隊按照專家建議進行操作的時候，多米諾骨牌現象并沒有出現，拆橋并不順利。郝天之查勘、分析發現，由于橋梁建筑年代久遠，對歷年維修加固的結構影響估計不足。于是，他決定根據實際情況重新制定方案，經計算分析，先把墩頂或拱腳處對應位置橋面混凝土破除、鋼筋切斷，從而順利實現了快速拆除。施工完成后，郝天之揪住問題不放，查詢歷年橋梁維修加固設計文件、分析第一版橋梁拆除方案、第三方專家的建議方案，再到變更的拆除方案等一系列事件進行技術總結和復盤，不但避免了以后遇到類似情況再走彎路，還圍繞拱橋的拆除，帶領團隊接連申請了9項發明專利，并均已獲得授權，形成企業標準。

“拱橋拆除過程中發現的問題對拆橋造成了不利影響，但如果反過來想，這件事情對拱橋的加固提升承載能力又提供了一個新思路。所以事后我們做了大量的復盤、推導、計算，提出了一些新的低成本、高效的拱橋加固方法。”郝天之說，“很多問題的解決靈感或思路都來源于一線實踐，但并不是一蹴而就的，存在一個整體螺旋式上升，不排除個別時段甚至暫時停滯的過程，所以需要長期不懈的團隊協作來逐步解決，獲得突破。”

近年來，郝天之在橋梁加固、監測裝備和算法領域的探索取得了豐碩成果，先后獲得發明授權專利110件，其中牽頭發明專利40余件，他也因此獲評廣西壯族自治區2023年度企業“創新達人”和中國交通運輸協會“科技創新青年獎”；而北投養護科技作為一個成立僅四年的企業，2023年在廣西企業有效發明專利數量排名中名列第38位，成為科技創新領域的一匹“黑馬”。