6月28日下午，“新工科下午茶·学科交叉沙龙”第十期活动在北京大学百周年纪念讲堂四季庭院内举行。本次沙龙是“工程与材料专场”的第四期，聚焦“城市安全与韧性”主题，由新工科建设办公室主办、学科建设办公室协办，邀请建筑与景观设计学院教授汪芳担任策划和召集人。沙龙吸引了来自北京大学建筑景观与设计学院、物理学院、地球与空间科学学院、环境科学与工程学院、软件与微电子学院、光华管理学院和学校相关职能部门，以及中国地震局工程力学研究所、中国地震局地质研究所、清华大学、北京林业大学、北京建筑大学等20余个单位40余名师生现场参与研讨，600余名师生通过燕云平台观看线上直播。
活动现场
报告分享环节由汪芳主持。她表示，“十四五”规划中特别提出要“建设宜居、创新、智慧、绿色、人文、韧性城市”。安全与韧性是城市运行发展的重要保障，也是土木工程、力学、物理、环境等学科共同专注的话题。本次沙龙从“安全·韧性·协同”的维度出发，重点关注安全协同视角下的城市工程系统、抗灾能力的演化与识别以及在城市建设和生态环境协同发展中城市韧性的评价等方面进行讨论。期待本次沙龙研讨触发创新思维，助力为我国城市的安全韧性发展形成更多的交叉成果。
王涛
中国地震局工程力学研究所副所长、研究员
中国地震局工程力学研究所副所长、研究员王涛以“虚拟数字城市与城市抗震韧性”为题，探讨数字孪生城市和情景构建技术在地震灾害风险分析和应急管理中的应用。强震具有作用强度大、空间分布广、动力特性和随机性显著等特点，对城市巨系统造成巨大的灾害。基于实测大数据的数物混合孪生技术将真实物理城市映射到数字世界，建立城市震害数字化动态仿真模型，成为解决大城市灾害模拟难题的重要手段。该技术的实现有四个方面的要点：一是城市建筑、基础设施系统等关键数据的获取和集成；二是考虑物理意义和网络连通性的基础设施网络地震可靠性分析方法；三是基于动力学、流体力学、刚体动力学等原理的城市复杂工程系统高效分析平台；四是基于区域实时监测数据的模型参数在线更新。经过地震灾害的模拟与验证，以上技术在模型生成、计算效率、计算精度方面均具有先进性。未来，有望通过自持式地震安全社区（“血肉”）、高性能抗震工程（“关节”）、强韧性基础设施（“骨架”）、分布式工程灾害感知与获取系统（“神经”）、智慧型城市地震灾害仿真与评估系统（“大脑”），构建出震后可自愈型的智能城市工程系统，切实有效地提高城市的抗震韧性。
杜世宏
北京大学地球与空间科学学院教授
北京大学地球与空间科学学院教授杜世宏围绕“时空大数据与城市社区韧性”作报告，介绍了课题组在城市景观提取方面的研究成果及其在城市社区尺度韧性中的潜在应用。我国城市发展模式正面临着由粗放向精细化的重大转型，迫切需要将城市可持续发展评估方式由城市尺度向城市景观尺度转变。但目前已有的分层多维海量数据形式多样且缺乏关联，城市景观建模分析难度大。课题组提出了场景驱动、多模态数据融合的城市景观自动提取方法，研发了软件工具，实现了大范围、高空间分辨率城市景观的快速提取和景观数据产品的业务化生产。从城市景观中提取12大类景观单元表征指标，再结合遥感影像、地图数据、兴趣点数据、手机/媒体数据、问卷数据、统计年鉴数据等多模态数据，可分析活动强度、职住分布、人口分布、能源消耗、设施分布、大气环境等自然、人文、社会、经济要素，进而用于城市中观/社区尺度生态、功能、网络、社会、组织、设施等方面的韧性评估。
张会平
中国地震局地质研究所副所长、研究员
中国地震局地质研究所副所长、研究员张会平结合土耳其地震科考经历，以“从土耳其地震科考看华北强震韧性”为题作报告。2023年2月6日，土耳其南部连续发生两次7.8级地震，双震震源深度较浅，造成重大人员伤亡和财产损失。中国政府迅速派遣救援队赴土耳其实施国际救援，并于3月底派出中国地震局、同济大学等相关单位26名队员赴土耳其进行为期10天的地震科学考察。科考期间，队员们克服暴雨、降雪等不良气候条件影响，冒着余震危险完成了近500公里、两条地震同震地表破裂调查，累计获得120个位错点、20个强震动台站及其周边场地和穿跨越断层震害调查，完成百余栋医院、学校、住宅等建筑物震害调查，采集60个地质学年代样品、地球化学样品。土耳其地震的发生和灾害情况对我国城市地震安全具有重要启示：一是需要加强对板块/块体边界大型断裂带及其相关分支构造的研究，重视现今地震活动较少、关注度低的弱活动断裂；二是要加强人口密集地区活动断裂的调查，对穿过大型工程和城镇地区的断裂根据实际情况采取避让，提高建筑质量。此外，由于华北地区是我国重要政治经济文化中心，又是中国大陆的强震高发区，需要特别重视对华北地区活动断裂、地震构造、深部结构、现今变形、强地震动、场地效应等防震减灾基础研究的深入研究。
伊廷华
北京建筑大学、大连理工大学教授
北京建筑大学、大连理工大学教授伊廷华聚焦大跨径桥梁这一城市重要单体的韧性问题，以“城市大跨径桥梁监测系统集成技术”为题作报告。交通运输关系国计民生和经济命脉，大跨径桥梁则是城市路网连接的咽喉枢纽。截至2022年底，我国公路桥梁已达100万座、铁路桥梁已达20万座，体量均为世界第一。桥梁在其长期服役的过程中，由于结构缺陷、荷载作用、人为因素等导致损伤或破坏，一旦发生垮塌将造成重大生命财产损失。传统人工定期监测成本高、效率低、误差大、预警难。结构健康监测是利用现场的、无损的、实时的方式采集结构的输入与输出信息，分析结构性能的波动、劣化或损伤特征，并为管理和养护提供决策支持的技术。结构健康监测具有实时采集环境荷载作用、在线感测结构服役状态、识别结构可能损伤形式、揭示结构倒塌破坏机理、优化结构养护时间节点、验证发展既有设计理论等六大功能，有助于实现桥梁全生命周期服役安全。监测系统以数据解析技术为核心，集成先进传感技术、测点布设技术、同步感测技术，对大量多类型传感元件进行同时控制、同步采集、高速解调和即时分析。目前，监测系统对采集数据的统计分析相对比较成熟，但对数据的力学分析，包括结构时变模态识别、损伤识别、状态评估和风险预警等方面的潜力还有待进一步挖掘。
要茂盛
北京大学环境科学与工程学院教授
北京大学环境科学与工程学院教授要茂盛介绍了“空气生物安全与健康韧性城市”方面的研究进展。空气污染已成为现代城市面临的主要环境挑战之一，守护呼吸健康的安全线迫在眉睫。生命体存在能够感知空气污染物的体系，有的可以产生足够的信号，有的却“悄无声息”，人类可以借助前沿技术来识别响应以进行预警。课题组针对气溶胶暴露和空气毒性，利用芯片、细菌、动物、人体等为媒介，将空气污染物暴露危害健康识别“智能化”，包括：在生物气溶胶原位识别监测方法上取得突破，开创了基于“激光捕获-微波辐射”的生物颗粒识别新思路，创建了生物气溶胶纳米化学传感甄别系统（GREATpa），执行了汶川地震灾区病原体气溶胶监测、实现新冠病毒气溶胶现场监测等；获得全球19个城市及中国大陆31个首府城市大气颗粒物的组分与毒性分布，并在动物水平上的毒理实验初步验证；通过对酿酒酵母、大鼠等生命代谢释放的挥发性有机物（VOC）的实时监测，研究了臭氧、蓖麻毒素、内毒素等污染物暴露指纹，给人类添加“感知污染物的眼睛”；最早发现新冠肺炎患者呼出气VOC标志物，通过检测VOC指纹实现新冠肺炎的快速筛查等。这一系列研究为未来疾病早期探测、空气毒性实时预警、病原体感染监测等一系列问题开阔了新的研究范式。
孟智勇
北京大学物理学院教授
北京大学物理学院教授孟智勇围绕“强对流天气和城市韧性”的主题展开讨论。强对流天气包括短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等，其中龙卷是上接积状云底下接地面的快速旋转空气柱，往往在近地面伴随有漏斗云及旋转的沙尘和碎屑，是一种破坏力极强的自然灾害。全球气候变化背景下，龙卷等极端天气日益多发频发、致灾严重，迫切需要整合相关研究和业务力量，加强对我国独特气候背景和地形条件下龙卷发生发展机理的认知，增强龙卷预报预警能力。她以广东省佛山市为例，介绍了一座城市在提高面对龙卷等强对流天气韧性方面的实践探索。近年来，依托佛山市龙卷风研究中心和中国气象局龙卷风重点开放实验室，佛山市聚焦解决龙卷预报预测业务共性问题：进行龙卷风灾害调查和数据库建设，2015年至今，共开展87次灾情调查，确认龙卷风天气过程75次；建立龙卷风监测平台，基于X波段相控阵雷达捕捉龙卷涡旋精细结构特征，建立珠三角台风龙卷潜势预报、监测预警技术和龙卷风险识别与靶向发布系统；开展龙卷等雷暴大风的群策群防预警服务和联防机制试点，市政府颁布强对流天气灾害防御规定，开展建筑工地智慧场景服务，赋能安全生产，并进行龙卷风科学普及工作；开展龙卷风暴发生发展机理研究，通过城市下垫面龙卷风高分辨模拟，考察建筑物对龙卷涡旋精细结构的影响，为城市下垫面龙卷的防范提供科学依据。
交流讨论环节由王涛、要茂盛主持。在场师生就桥梁结构监测数据优化、地震短临预警、城市系统韧性退化评估、大规模社区对城市韧性的影响等问题进行了深入交流。大家认为，韧性城市要具备抵御灾害、减轻损失并快速恢复的能力，是一项整体性系统性工程，需要将多种时间、空间尺度上的相关要素关联考虑；要兼顾灾害后恢复和日常监测预警能力提升，全方位提高城市韧性，保障城市安全；可以与生物、环境领域研究结合，进一步挖掘生物异常与突发灾害间的关系，探索灾害预警新路径。
活动合影
转载自：公众号“北大新工科”
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/bAAiQcoUli-1W4BCjSUOJA
