施斌，1961年10月生于江蘇啟東，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國(guó)家“973計(jì)劃”、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重大儀器專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等數(shù)十個(gè)科研課題和項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。曾任國(guó)際環(huán)境巖土工程協(xié)會(huì)副主席，現(xiàn)任國(guó)際智能基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)學(xué)會(huì)理事、中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員等職。長(zhǎng)期從事地質(zhì)與巖土工程的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究，已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利34項(xiàng)。
你能相信嗎？一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖，根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境和多場(chǎng)監(jiān)測(cè)要求，穿上各種“定制”的外衣，就能變身敏感強(qiáng)健的“大地感知神經(jīng)”，使得大地一有災(zāi)害異動(dòng)，遠(yuǎn)在千里之外的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能立刻發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、精準(zhǔn)預(yù)警。
這并非傳說(shuō)。近日，記者從南京大學(xué)獲悉，該校地球科學(xué)與工程學(xué)院施斌教授團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20年攻關(guān)，形成了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和設(shè)備，創(chuàng)造性地建立了地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，并在地質(zhì)工程災(zāi)害機(jī)理和理論判據(jù)方面取得新突破，獲得2018年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這也是中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)站在國(guó)際科技前沿的重要成果。
這一“大地感知神經(jīng)”，到底是怎樣煉成的呢？
光纖“神經(jīng)”
感知大地
我國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害十分嚴(yán)重的國(guó)家。
據(jù)施斌介紹，地質(zhì)災(zāi)害和各類(lèi)巖土工程具有規(guī)模大、影響因素復(fù)雜、隱蔽性強(qiáng)、跨越區(qū)域多、環(huán)境惡劣、實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)要求高、監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)是防治地質(zhì)災(zāi)害、確保地質(zhì)工程安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)的點(diǎn)式、電測(cè)類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段還難以滿(mǎn)足防災(zāi)減災(zāi)需求，也給災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)和防治帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。
過(guò)去20年間，施斌團(tuán)隊(duì)在地質(zhì)與巖土工程多場(chǎng)多參量分布式傳感介質(zhì)、長(zhǎng)距離解調(diào)設(shè)備、監(jiān)測(cè)方法與系統(tǒng)集成、地質(zhì)工程災(zāi)害機(jī)理和理論判據(jù)等方面取得了10余個(gè)關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題的突破：創(chuàng)制了30余種地質(zhì)體多場(chǎng)傳感光纜，研制出了米級(jí)量程的大變形場(chǎng)和厘米級(jí)空間分辨率的溫度場(chǎng)傳感光纜、可加熱的水分場(chǎng)監(jiān)測(cè)復(fù)合傳感光纜等，為地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)打造了堅(jiān)韌而敏感的“神經(jīng)”；研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用化的分布式光纖應(yīng)變單端解調(diào)設(shè)備，為地質(zhì)工程光纖監(jiān)測(cè)提供了精準(zhǔn)而智能的“大腦”；創(chuàng)建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場(chǎng)分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為地質(zhì)災(zāi)害和巖土工程光纖監(jiān)測(cè)形成了強(qiáng)健而高效的“身體”……
“將光纖變成連接人類(lèi)與大地之間的‘神經(jīng)’，我們就能夠感知大地、減輕各類(lèi)地質(zhì)與巖土工程災(zāi)害。如何給脆弱的裸纖‘穿好衣服’，成為堅(jiān)韌、敏感和多量程的感測(cè)‘神經(jīng)’，是我們的主要工作。”施斌說(shuō)。20年來(lái)，團(tuán)隊(duì)完成了基礎(chǔ)研究—核心技術(shù)—硬件設(shè)備—系統(tǒng)集成—成果轉(zhuǎn)化—工程應(yīng)用的全過(guò)程創(chuàng)新，形成了新的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，開(kāi)創(chuàng)了地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測(cè)新的技術(shù)領(lǐng)域，使地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)技術(shù)從點(diǎn)式走向分布式，從電測(cè)時(shí)代走向了光感時(shí)代。
突破技術(shù)封鎖
形成自主產(chǎn)權(quán)
1998年，施斌從美國(guó)訪學(xué)歸國(guó)。這一年恰逢長(zhǎng)江特大洪水，他與一個(gè)日本專(zhuān)家團(tuán)對(duì)長(zhǎng)江堤防進(jìn)行沿途考察。當(dāng)來(lái)到最危險(xiǎn)的荊江大堤考察時(shí)，了解到幾百號(hào)人手牽手在農(nóng)田里尋找管涌災(zāi)害點(diǎn)，施斌心情十分沉重：快21世紀(jì)了，可災(zāi)點(diǎn)搜尋還在依靠人海戰(zhàn)術(shù)這種十分落后的方式，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)的重大需求。
施斌從考察團(tuán)里了解到，國(guó)際上正在探索研發(fā)一種分布式光纖測(cè)量技術(shù)，能夠長(zhǎng)距離、分布式監(jiān)測(cè)被測(cè)物的形變和溫度等物理指標(biāo)，可用于長(zhǎng)距離線(xiàn)性工程的監(jiān)測(cè)。
“我當(dāng)時(shí)十分興奮，因?yàn)檫@一技術(shù)十分適合像堤防這樣的地質(zhì)工程災(zāi)害的監(jiān)測(cè)，決心將這一技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與巖土工程的安全監(jiān)測(cè)中。可是，當(dāng)時(shí)國(guó)際上對(duì)中國(guó)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)封鎖，而且許多人認(rèn)為，將這一技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)體的監(jiān)測(cè)在技術(shù)上幾乎不可能，零點(diǎn)幾毫米的光纖一埋入巖土體就會(huì)脆斷，無(wú)法使用。”施斌頂住壓力，堅(jiān)持要將這件事做下去。
2000年，國(guó)家“985”工程啟動(dòng)，在學(xué)校支持下，施斌獲得了第一筆研發(fā)資金，開(kāi)始了近20年的科技攻關(guān)。從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)到研發(fā)設(shè)備購(gòu)買(mǎi)，從理論模型的建立到試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭?chuàng)立，從一次次的試驗(yàn)失敗到一個(gè)個(gè)理論和技術(shù)問(wèn)題的突破，從傳感光纜的設(shè)計(jì)到生產(chǎn)試制，從產(chǎn)品的中試再到工程應(yīng)用，從產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)搭建到企業(yè)平臺(tái)的成果轉(zhuǎn)化，從強(qiáng)強(qiáng)合作到技術(shù)體系的形成……個(gè)中艱辛難以想象。
為了打破國(guó)外在分布式光纖應(yīng)變解調(diào)技術(shù)上的封鎖，項(xiàng)目合作單位中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十一研究所，經(jīng)過(guò)數(shù)年攻關(guān)，終于研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用化的分布式光纖應(yīng)變單端解調(diào)設(shè)備，在精度、重復(fù)性與測(cè)試速度等方面明顯優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，綜合性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
“對(duì)我而言，認(rèn)準(zhǔn)了一條路，只會(huì)全力以赴。”堅(jiān)毅的性格來(lái)自于施斌的成長(zhǎng)環(huán)境。1961年，施斌出生在一個(gè)教師家庭。少年時(shí)的求學(xué)過(guò)程并不順利，這令他倍加珍惜學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。1979年，他考進(jìn)了南京大學(xué)地質(zhì)系（即現(xiàn)在的地球科學(xué)系）水文地質(zhì)工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)。“與純理論的基礎(chǔ)研究相比，我更喜歡應(yīng)用基礎(chǔ)研究，因?yàn)檫@樣能更快、更直接地報(bào)效社會(huì)，這也是我們那個(gè)時(shí)代一大批年輕人的想法。”畢業(yè)留校5年后，施斌一家才住上了一間18平方米的筒子樓房間。房間的對(duì)面是廁所，每到晚上，為了不影響家人休息，他常常在廁所的盥洗間里，借燈光寫(xiě)論文。
2009年底，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院掛牌成立，學(xué)校正式啟動(dòng)學(xué)科拓展提升戰(zhàn)略，通過(guò)理科向工科延伸，實(shí)現(xiàn)文理工醫(yī)四大學(xué)科領(lǐng)域協(xié)調(diào)發(fā)展。施斌等一批教授在大力發(fā)展工程學(xué)科、增強(qiáng)大學(xué)服務(wù)社會(huì)的道路上有了更多施展空間。
發(fā)展產(chǎn)學(xué)研
形成產(chǎn)業(yè)鏈
施斌介紹，這項(xiàng)學(xué)術(shù)成果的形成大致有三個(gè)階段：
1998年到2008年，是成果的基礎(chǔ)研究階段。團(tuán)隊(duì)主要開(kāi)展理論和室內(nèi)外試驗(yàn)研究，解決地質(zhì)與巖土工程光纖監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題。
2009年到2015年，是成果的轉(zhuǎn)化階段。研究成果在蘇州工業(yè)園區(qū)開(kāi)始轉(zhuǎn)化，成立了由南京大學(xué)（蘇州）高新技術(shù)研究院、蘇州市基礎(chǔ)工程分布式傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和蘇州南智傳感科技有限公司組成的產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)。
2016年至今，是成果的快速應(yīng)用和推廣階段。技術(shù)產(chǎn)品不斷被社會(huì)了解和接受，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校、地方和團(tuán)隊(duì)共贏的局面。
目前，這項(xiàng)成果有40余種產(chǎn)品推向了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，并在長(zhǎng)三角和京津冀地面沉降區(qū)、南水北調(diào)、三峽庫(kù)區(qū)、青藏鐵路、港珠澳大橋、北京故宮、錦屏電站、延長(zhǎng)油田、城建隧道等300余個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品已出口到英國(guó)、美國(guó)、意大利、智利、馬來(lái)西亞等國(guó)，節(jié)省部分工程監(jiān)測(cè)費(fèi)用70%—80%。近3年來(lái)，成果及其衍生產(chǎn)品直接銷(xiāo)售收入2.19億元，新增利潤(rùn)3600萬(wàn)元。
施斌認(rèn)為，應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科應(yīng)該和國(guó)家重大需求結(jié)合在一起，走出實(shí)驗(yàn)室，在具體的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，創(chuàng)新技術(shù)、形成產(chǎn)品并走向市場(chǎng)，滿(mǎn)足國(guó)家需求。這是施斌對(duì)自己科研工作的要求，也是讓科技成果最大化、科技工作者服務(wù)于社會(huì)的最好途徑。
“科研成果的形成，不僅是學(xué)科知識(shí)、研究經(jīng)驗(yàn)的不斷積淀，也意味著學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)的成長(zhǎng)和科學(xué)精神的傳承。”施斌介紹，這一成果凝聚了100多位教師、科研人員、研究生、工人技術(shù)人員的辛勤付出，沒(méi)有這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)奮進(jìn)、富有創(chuàng)新精神的群體，一切無(wú)從談起。
施斌對(duì)于青年教師和研究生的培養(yǎng)從來(lái)不放松。定期或不定期開(kāi)研討會(huì)，是他長(zhǎng)期在培養(yǎng)青年教師和研究生中形成的制度，大家在火花碰撞中迅速成長(zhǎng)。多年來(lái)，他帶領(lǐng)著這支高水平的中青年研究團(tuán)隊(duì)和優(yōu)秀研究生隊(duì)伍，完成了國(guó)家“973計(jì)劃”、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等重要課題。團(tuán)隊(duì)已培養(yǎng)出數(shù)位優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目獲得者、青年長(zhǎng)江學(xué)者等，他們?cè)趪?guó)際重要刊物上發(fā)表了一系列高水平論文，在國(guó)際舞臺(tái)上初露鋒芒。
施斌介紹，未來(lái)，他們將進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，在光纖化學(xué)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、地震波監(jiān)測(cè)等方面不斷開(kāi)拓，在地質(zhì)與巖土工程領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮引領(lǐng)者的作用。（齊琦參與采寫(xiě)）