2021年11月3日，科技界迎来一年一度的“巅峰盛会”——国家科学技术奖励大会。来自全国各地的科研尖兵汇聚在庄严的人民大会堂，迎接学术生涯的高光时刻。
会上，bat365官网登录入口体育副校长李爱群代表团队领取了大红的奖励证书。由他领衔完成的项目——高性能隔震建筑系列关键技术与工程应用，获得了2020年度国家科学技术进步奖二等奖。
投身土木工程防灾领域已逾30载，李爱群带队突破了大型复杂工程安全状态评估、减振控制和隔震控制的理论及技术瓶颈，构建了大型结构状态评估理论方法，发明了系列高性能减振隔震装置，攻克了复杂结构损伤预警评估和减振隔震控制的重大技术难题……不久前，他又入选了首批北京市先进科技工作者。
李爱群将自己多年的科研成果总结为一个结构状态评估、减振、隔震的研究体系闭环。这个闭环，犹如一套以柔克刚、以制为衡的“太极拳”，将建筑物稳稳护在了安全、稳定的“金钟罩”里。
李爱群（右一）与团队开展试验研究
未雨绸缪
1999年9月21日，我国台湾地区发生7.6级大地震，地震带来了惨重的损失，伤亡达数千之众。此前，李爱群刚刚去过台湾考察调研，“宝岛明珠”日月潭畔的明媚风光给他留下美好的记忆。而电视新闻里播放的灾后画面中，日月潭边的市镇只剩断壁残垣。
当时的李爱群已经博士毕业，在东南大学留校任教。强烈的对比和冲击，给他带来了极其震撼的触动，他不禁发出了“灵魂叩问”：人类已与地震抗争了这么多年，时近21世纪，为何自然灾害还会给人类的生命财产安全带来如此严重的破坏？我作为专业的研究者，怎样才能把损失降到最低？
我国城市群的分布与地震危险区高度重合，全国100%的建筑都有防灾抗震的需求。在当时，强化建筑物抗震功能的思路很直接，就是加固。李爱群思考：当遇到大灾害时，硬扛是扛不住的，要想方设法避灾或减灾，防患于未然。
一念起，李爱群在此后的数十年内全身心投入到探索之中，逐步形成了结构状态评估、减振、隔震的土木工程防灾学术体系。
“就像人体需要体检一样，大型、结构复杂的建筑物，也需要定期进行‘健康监测’，评估健康状态，预防性地提升性能以规避风险。”21世纪初，大型建筑结构健康监测在国际上刚刚起步，李爱群就带队完成了一项填补国内空白的大工程——润扬大桥结构安全监测评估项目。
润扬大桥是一座横跨长江的公路大桥，连接着镇江市和扬州市，是江苏省高速公路网主骨架和跨长江通道规划的重要组成部分。外观上，润扬大桥是宏伟壮美的——南汊悬索桥主缆蜿蜒柔美，如婀娜少女；北汊斜拉桥拉索笔直紧绷，如刚劲青年。
然而，复杂的结构让桥梁建设的质控更难把握。于是，2005年，还是青年教师的李爱群，应邀带领东南大学土木工程学院的师生团队，对润扬大桥的结构安全开展了现场实验，这也是当时东南大学土木工程学院做过的最大的现场实验。
实验和监测一做就是8年。其间，由108名东南大学土木工程学院师生组成的研究团队，通过一系列实验验证了大桥的安全性。实验时，32辆载重车通过桥面，团队在悬索桥设置了178个测点，在斜拉桥设置了43个测点，通过对桥身各个部位安装传感设备，监测结构状态、形成参数模型。
“现场实验条件十分艰苦。”在这样一个超大型的世界级工程项目中，师生们为精准获取实测数据，经常不眠不休。李爱群说，为了尽可能避免气候条件和周边环境的影响，实验往往选择在干扰较少的深夜进行。江边的猎猎夜风和恻恻冬寒，让师生们毕生难忘。
此外，每到台风季，李爱群也会带队来到润扬大桥进行现场监测。“这是为了通过采集的数据形成基本模型，预测极端气候等复杂环境给工程带来的安全风险，以便及时采取有针对性的措施，消除环境变化对桥体结构带来的损伤和异常位移变化。”
8年间，李爱群带领团队建立和完善结构监测系统，获取了大量精准的实测数据，不仅对后续研究起到了巨大的支撑和推动作用，也给润扬大桥的状态把控、安全预警与运营维护提供了有力保障。
相关的经验和成果后来又服务于江阴大桥、苏通大桥等大型复杂桥梁，以及双主拱跨度超360米的南京奥体中心体育场等大跨结构建筑物的安全状态评估。李爱群领衔的成果“长大跨桥梁结构状态评估关键技术与应用”获得了2013年度国家科技进步奖二等奖。
历经千百年风霜的历史古建，同样亟须结构状态评估。
位于山西省朔州市的应县木塔是我国现存最高、最古老的一座木构塔式建筑。历经千年依然巍峨矗立，向来自世界的游客展示着古代匠人精湛、高超的建筑技艺，堪称中国古代建筑史上的璀璨明珠。
然而，建筑也会衰老和“病痛”，应县木塔肉眼可见地发生了倾斜，尤其是二层明间歪闪角度已超过10度。为此，李爱群目前正带领着bat365官网登录入口体育团队，为木塔进行状态评估。通过收集整理历史图纸、测绘资料，为古建各个部位都建立了精准的结构模型，力图配合文物部门形成最适宜的干预和维护方案。
“古建也是有尊严的。”李爱群说，他希望传统经验和最新科技能够更好地融合，通过“微创”手段，在尽量减少对古建外观影响的同时，为古建疗愈痼疾、延年益寿。
以制为衡
“过去，人们为了让建筑物抗震，往往会把结构做得很结实。”李爱群说，这种朴素的方法在应对剧烈的大灾害时，往往存在巨大的掣肘，“随着墙体越做越厚，钢筋越用越多，建筑的截面也越来越粗，质量越来越大。质量越大，则惯性越大。那么，一旦地震等级超过建筑物的承载能力，建筑物遭受的破坏也就越严重。”
这是一个恶性循环。如何打破这个循环呢？充满智慧和巧思的减振手段是解决问题的重要途径。
“谈到建筑物减振的创举，我国古代建筑堪称‘教科书’。”李爱群说，充满工匠精神的中国古代建筑师对建筑物减振避震的探索由来已久。比如，始建于辽代的应县木塔之所以能够屹立千年不倒，便与它建造时匠心独运的减振手段有着密切关系。
李爱群举例，应县木塔由多层结构叠置而成，每层由刚度很大的暗层支撑上面的明层。每层外圈24根木柱，内圈8根木柱。柱子之间，还有许多斜撑和短柱，以增强宝塔的稳定性和抗震性。同时，木塔多用斗拱构建，不仅精美繁丽，还可以有效传递荷载，缓冲、分散外力。此外，木塔的榫卯节点都是可以滑动的，这也起到了减振的作用。
在李爱群心里，建筑物的减振充满了居安思危的哲思与灵活应变的意趣。从减振原理的探索、减振装置的研发到减振标准的制定，李爱群在这个领域上下求索。
2008年，北京举办奥运会。各国记者齐聚鸟巢和水立方北侧的国家会议中心，将奥运会的盛况传递给全世界。这里是媒体报道的核心区域，也是击剑、射击等项目的比赛场地。气势磅礴的外观、现代化的设施设备，让国家会议中心名扬世界。
“国家会议中心的顺利投用，也有我们贡献的一分力量。”李爱群自豪地说。
时间拉回到2007年，北京奥运会的筹备正在如火如荼地开展，李爱群团队突然收到了国家会议中心设计方的求助。国家会议中心是一座8层、长约400米的建筑，它的设计理念来源于中国古代建筑曲线屋檐的形制。其中，各国记者的“主战场”——国际广播中心，建筑总面积达14万平方米，跨度近80米，敞亮大气。
然而，由于没有使用一根立柱支撑，设计方发现楼面会随着建筑内人流的运动而发生共振，这就带来了安全隐患。为了保障会议中心在奥运会期间顺利、安全地投用，李爱群带领团队快速响应、反复论证，最终设计出了合理、稳妥的减振方案。
调研期间，团队将整个空间划分为多个区域，分别研究楼面在不同荷载下的参数，在建筑物楼盖下加装调谐质量阻尼器（TMD），并实时调整TMD的质量和弹簧系数，来实现建筑物的减振。
李爱群说，这个方案名为“多点多区TMD联合联动控制”。他解释：调谐质量阻尼器属于动力吸振中被动调谐减振控制装置中的一种，被用作被动控制系统，可以减轻结构在环境干扰下的动态反应。“由于会议中心楼面跨度大，所以易产生竖向振动。而通过分区域加装适宜数量的减振装置，可实时感应振动，始终产生与结构运动相反的力，从而有效抵消外力实现减振。”
相同的原理，还应用在北京奥运会电视转播设施玲珑塔和纪念观光建筑奥林匹克塔的减振中。
由于塔身纤细而高挑，所以两个建筑物在遇到大风天气时，塔的上端易发生剧烈的水平晃动。李爱群带领团队通过悬吊塔内水箱等方式形成调谐质量减振装置，让减振装置始终产生与大风相反的力，以保持建筑物的稳定和安全。
李爱群带领团队设计的减振方案在全国范围内得到了推广，“建筑结构减振防灾关键技术与应用”科技成果获2008年度国家科技进步奖二等奖。据统计，目前团队的技术和产品在新疆、内蒙古、云南、甘肃、山西、江苏等20多个省、市、自治区得到了广泛应用。
以柔克刚
对于位于高烈度地区的建筑物，仅靠减振措施无法完全规避地震灾害的风险。为此，此前一直投身于工程结构抗震和减振控制研究的李爱群，又展开了更进一步的探索——隔震技术。其研究成果“高性能隔震建筑系列关键技术与工程应用”获2020年度国家科学技术进步奖。
“隔震技术的原理非常简单，本质就在一个‘隔’字上。”李爱群解释：建筑物的隔震是指在基础和上部结构之间设置隔震支座和耗能装置，形成隔震层。地震来临时，通过隔震层的变形来吸收地震能量，控制上部结构的地震作用效应，从而减少结构的地震响应，提高建筑结构的抗震可靠性。
由于建筑物的隔震层要比其他的楼层更有“韧性”，因此隔震技术被誉为“以柔克刚”抵御地震灾害的有效手段。李爱群说，隔震技术的优势在于，可提供建筑、结构、设备设施三重保护，能实现建筑完好、结构无损、设备设施安全。
实验数据显示，采用隔震技术的建筑物在地震发生时，建筑物主要发生水平方向的平动，结构受到的地震作用仅相当于传统抗震时的1/6至1/5，建筑物及其内部人员和设施的安全可以得到有效保障。
谈到隔震技术的应用，最让李爱群记忆深刻的是，南京博物院老大殿的修缮过程。
南博老大殿修建于民国时期，整体仿宋辽风格设计，体现了当时的建筑师对建筑民族性和现代性的探索。时至2010年，作为中国近代建筑史上经典之作的老大殿，在安全性上已不能符合开放要求，亟待修缮。
同时，院方还有一个诉求：这座南博最重要的建筑处于整个博物馆建筑群的最低点，在众多建筑的“环视”下，显得十分不起眼。既不够蔚为壮观，又不符合它的重要历史地位。
“修缮改造时，能不能在保障建筑安全性、防灾抗震的同时，让老大殿‘长高’点儿？”这个常人听上去像是“天方夜谭”的任务，最终落到了有平移重要建筑经验的李爱群肩上。
“当时压力挺大的。”李爱群说，这座历史建筑太重要了，不能让它出一点风险，这就要整体和局部同时把握，做到既宏大又精细，才能确保万无一失。经过反复考察、研讨，李爱群团队最终决定采取建筑顶升与隔震加固同时进行的方案。
“在161个千斤顶、全自动提升系统、自平衡钢架和实时监测系统的协同之下，这栋总重量7700多吨、占地面积2400平方米的民国建筑被稳稳举起。”李爱群介绍，这是当时世界上占地面积最大、同步顶升点最多的建筑物顶升工程。顶升的同时，项目团队为其进行隔震加固，在殿内立柱下增加了橡胶隔震支座和滑移隔震支座。
经过10个月的改造，老大殿修缮工程完工了。老大殿“长高”了3米，不仅成了媒体争相报道的热点，连居住在南博周边多年的老街坊见了也啧啧称奇，一时间成了街头巷尾热议的新鲜事儿。
“建筑物不仅‘长高’了，也‘变强’了。”李爱群说，完工后，历经沧桑的老大殿更加坚强结实，可在7级大地震中实现完好无损，还被批准为住建部科技示范工程。2023年国庆节，李爱群利用假期对该工程进行了回访，进入老大殿地下隔震层空间实地检查，发现各隔震支座和设施状态完好。为普及隔震知识，博物馆还专门设计了隔震技术参观室，一段段视频、一帧帧动画，立体形象地诠释了科技防震技术的精妙。
当然，李爱群的高性能隔震技术在现代建筑、大型建筑、复杂建筑、高层建筑上的应用，更具有普遍意义。
比如，项目团队建立了“地铁上盖”层间隔震建筑的多目标一体化设计方法和精细化设计控制体系，实现了“上部建筑无损伤、下部建筑损伤可控、多座上部建筑免碰撞和震后变形可复位”的多目标一体化设计。
目前，北京地铁6号线琨御府（五路居车辆段）、8号线公园悦府（平西府车辆段）和16号线北安河等站的地铁上盖隔震建筑项目都应用了这一技术，形成了国际上总面积最大的地铁上盖层间建筑群。隔震技术已被国内外公认为提升建筑抗震性能最为有效的手段。
李爱群介绍，目前，其团队成果已应用于高层隔震住宅群、国家文物保护建筑、中小学校舍、医院等60余项重要建筑隔震加固工程项目，总面积达336万平方米，仅近3年就创造直接经济效益15.4亿元。
投身土木工程防灾领域30多年，李爱群主持了国家杰青项目、国家科技支撑计划、国家重点研发计划、863计划、国家自然科学基金重点项目等数十项国家级科技项目和重点工程科技攻关项目，获国家科技进步奖二等奖3项、省部级科技奖一等奖9项，获国家发明专利49项、出版著作9部。为表彰他为大型复杂工程安全状态评估与减振隔震控制领域的科技进步和人才培养做出的突出贡献，他还获得了国家级教学名师、北京学者、国家杰出青年科学基金、国家新世纪百千万人才工程人选、北京市先进科技工作者等多项荣誉。更重要的是，他亲身见证了我国在土木工程防灾领域从“跟跑”到“领跑”的跨越。
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编辑：任敏