作者:黄艾娇 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2014-4-25 10:23:49
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长江学者李杰:奋进在结构工程世界前沿

 
■本报通讯员 黄艾娇 记者 黄辛
 
因在工程结构与系统可靠性理论方面的原创性学术成果,他荣膺美国土木工程师协会颁发的弗洛伊登瑟尔奖章,成为该奖设立40年来唯一获奖的亚洲学者。
 

李杰
 
他和学生提出的“广义概率密度演化方程”,受到国际学术界高度关注,被国外学者称为“李—陈方程”;他和团队创立的大型生命线工程网络可靠性分析理论,被外国学者评价为“在这一领域作出了实质性贡献”,成为国际同行广泛认可的“RDA方法”;在土木工程可靠性与随机力学领域两大最高国际学术组织中,他是国际结构安全性与可靠性协会十人执行委员会中唯一当选的中国学者……
 
近日,因在工程结构与系统可靠性理论方面的原创性学术成果,他荣膺美国土木工程师协会颁发的、被国际公认为工程可靠性与结构随机动力学领域的个人最高学术荣誉——弗洛伊登瑟尔(Freudenthal)奖章,成为该奖设立40年来唯一获奖的亚洲学者。
 
他,就是教育部首批长江学者、同济大学土木工程学院教授李杰。三十多年来,他始终奋进在结构工程理论创新的最前沿,书写了一个学人真正的科学担当和学术追求。
 
揭秘“随机世界”
 
“鉴于您对概率密度演化理论的发展,以及在大规模生命线工程抗震设计方面的贡献,美国土木工程师协会决定授予您弗洛伊登瑟尔奖章。”授予李杰教授的颁奖词这样写道。
 
何谓“概率密度演化理论”? “就是希望用一种精确的方式,反映随机系统中概率结构的变化规律,而我们建立的‘广义概率密度演化方程’,则揭示了确定性系统与随机系统之间的内在联系。”李杰向记者介绍。
 
自上世纪90年代初,李杰便开始这一研究。经过十余年创新探索,他提出了“基于物理研究随机系统”的思想,并在此基础上发现了“随机系统中概率结构的变化,在本质上取决于系统物理状态的变化”这一真理,实现了认识史上的突破。
 
中国学者的原创成果引起了国际学术界的高度关注。“‘广义概率密度演化方法’为结构可靠性开辟了新的道路,是一项具有突破性的进展。”国际结构安全性与可靠性协会前主席、美国工程院院士Ang教授这样评价。2009年,在第十届国际结构安全性与可靠性大会上,李杰受邀作大会主题报告。
 
同年,李杰和他的合作者陈建兵博士的学术专著Stochastic Dynamics of Structures由国际著名出版集团John Wiley & Sons出版,在国际同行中引起热烈反响。随机动力学领域著名学者、美国工程院院士Spanos教授在国际权威期刊Structural Safety上撰写书评,认为“作者以卓有成效的方式成功阐述了现代随机动力学令人惊喜的创新概念和方法,展现了概率密度演化理论的光辉前景”。
 
理论成果直接支撑重大工程:我国容积最大的1.2万立方米特大型混凝土消化池抗震设计、华东500千瓦骨干电网高压输电塔抗风可靠性设计、牙买加西摩兰大桥(10度高烈度地震区)抗震可靠度设计、总高632米的上海中心大厦抗震可靠性分析……在这些国内外重点工程建设中,“概率密度演化理论”发挥了重要的科学支持作用。
 
事实上,“概率密度演化理论”现已被30余个国家机械工程、航空航天工程、海洋工程乃至生物医学等多个领域的学者所关注、引用以及应用,充分展现了基础理论研究的魅力和广泛价值。
 
让城市“大动脉”跳动不息
 
一旦大地震突发,城市“大动脉”将瞬间停止跳动——电力中断、供水中断、煤气中断、交通瘫痪。
 
如何让大城市的“大动脉”在地震中免遭重创,李杰和他的团队从城市地下管网抗震入手,开始了长期的艰苦探索。“随着所研究系统复杂性的增加,可靠性分析问题的复杂程度将会呈现组合爆炸式的增长,就像著名的阿拉伯棋盘上的麦粒数量一样。”李杰说。
 
针对大型工程网络分析中的复杂性难题,李杰和他的团队独辟蹊径,提出了“基于结构函数递推分解”的技术思路,建立了“递推分解理论”,有效解决了大型生命线工程网络分析中的复杂性问题,取得这一研究领域的重要科学进展。
 
在其后的十余年间,以递推分解原理为核心,李杰和他的团队系统研究了最小割递推分解技术、快速递推分解技术、考虑相关失效的递推分解技术,形成了以解析图论为特征的网络连通可靠性分析理论体系,为500万以上人口的特大型城市、上千个节点的大型生命线工程网络的抗震可靠性分析提供了精确、高效的技术工具。而同期,国内外对此问题研究的最好水平是100个节点以内的中、小型生命线工程网络。
 
与此同时,他们还深入研究了大型生命线网络的抗灾优化设计理论和关键技术,为大型生命线工程网络系统的抗震设防、抗震设计与系统优化,提供了基础理论与技术支撑工具。
 
因此,李杰也成为国际上少数几位在这一方向具有领先地位的学者,被公认为是我国生命线工程研究的代表人物。在2007年、2013年举行的第五届、第六届中日美生命线工程国际学术会议上,李杰连续代表中国作大会特邀主题报告。凭借这一领域的突出成果,近日,李杰和他的团队获颁上海市科技进步奖一等奖。
 
理论的进步带来了技术的跨越式发展:李杰和他的团队的研究成果,先后被应用于沈阳市、郑州市、上海浦东新区等10余个城市生命线工程的抗震可靠性分析之中。这些工程应用实例,成为迄今为止国内外最大规模的生命线工程网络抗震分析和技术改造工程项目。
 
“递推分解理论”在国际上逐渐得到学术同行的广泛认可,被认为是分析大型生命线工程系统可靠性的首选方法。美国乔治亚理工学院Craig的教授等撰文评述:“这些研究代表了生命线网络分析中最重要的进展。”
 
创新是科研的灵魂
 
“能获得这项荣誉,说明我们这些年来开展的工作得到了国际同行的认可,也说明了在科研工作中坚持创新精神的价值。”在李杰看来,创新是科研的灵魂,“一项研究工作有没有价值,首先要看它有没有真正的科学创新。”
 
“这得益于我年轻时师从朱伯龙先生期间的心得。那时,每次学术讨论,朱先生都要问我‘有没有new idea’,‘是不是真正的new idea’。”李杰说,这些教导,在他心中留下了深深的印记。
 
“这个荣誉是属于我们整个学术梯队的,如果没有整个学术梯队的共同努力,我一个人不可能做出这些研究工作。”一直以来,李杰都十分注意倡导科学精神与团队建设。建设好梯队、培养好年轻人,李杰为此投入了无限热诚。“作为导师,自己要先蹲下身子,扶起学生,一步步把他放到自己的肩上,之后你再站起来,把学生推上山峰。”
 
在李杰的学术梯队中,现已有1人获得国家杰出青年科学基金,4人入选教育部新世纪优秀人才,3人入选上海市曙光学者,5人入选同济大学青年英才攀登计划。
 
“从李国豪老校长开始,同济就有理论与工程实践并重的传统。”李杰说,“我的获奖,也得益于这一大的背景。同时,这次获奖也从一个侧面说明:我们同济大学正在稳步走向国际学术前沿。”
 
《中国科学报》 (2014-04-25 第11版 学人)
 
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