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我省交通行业唯一国家工程实验室通过验收——陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室建设纪实
作者:杨玉婷      来源: -      时间:2017年12月08日     点击数:      打印文章

交通运输在经济社会发展中具有先导性、基础性、战略性和服务性作用。习近平总书记指出:“交通基础设施建设具有很强的先导作用”,“‘要想富,先修路’不过时”,“坚持人民利益至上,始终把安全放在首要位置”。党的十九大报告明确提出,深化供给侧结构性改革,加强水利、铁路、公路、水运、航空、管道、电网、信息、物流等基础设施网络建设。加快建设创新型国家,加强应用基础研究,拓展实施国家重大科技项目,突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新,为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。这些重要指示和重大部署,为交通运输发展指明了方向,提供了根本遵循。

当前,我国陆地交通正在从快速建设和发展期逐渐步入长期运维和保障期,各种恶劣气象条件极大威胁着交通运输的畅通和安全,交通应急保障作用日益突出。为了贯彻落实习近平总书记重要讲话精神,交通运输部提出,人民交通为人民,努力建设人民满意交通。坚持安全发展,把安全生产作为最基本的民生;坚持服务为本,始终牢记服务人民、服务大局、服务基层;坚持共享发展,不断提高交通运输基本公共服务均等化水平,增强人民群众的获得感和满意度。


中国工程院院士郑健龙查看验收资料

云南地处云贵高原,是我国通往东南亚和南亚的重要陆上通道。习近平总书记2015年1月来云南考察时,要求云南用全面建成小康社会、全面深化改革、全面依法治国、全面从严治党引领各项工作,主动服务和融入国家发展战略,闯出一条跨越式发展的路子来,努力成为我国民族团结进步示范区、生态文明建设排头兵、面向南亚东南亚辐射中心。辐射中心建设,交通须先行。云南省委、省政府要求全省交通运输行业主动服务和融入“一带一路”、长江经济带、孟中印缅经济走廊等国家战略,全力加快互联互通的综合交通建设,积极构建内畅外通、能力充分、服务均等、便利可靠、安全绿色的交通运输体系。同时,云南地处全球活动性最强的印度洋板块与欧亚板块碰撞带边缘的东侧,高山峡谷纵横,气象条件复杂,是中国大陆冰、雪、雨、雾等气象灾害最频繁、损失最严重的省份之一,陆地交通气象灾害条件复杂,影响因素多,防治难度大,迫切需要应用先进的理论、技术、实验手段进行陆地交通防灾减灾,并把陆地交通气象灾害防治的研究成果和先进技术在全国推广应用。

在这样的大背景下,“陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室”(以下简称“实验室”)应势而生,实验室属国家科技创新体系的重要组成部分,是依托企业、转制科研机构、科研院所和高校等设立的研究开发实体,被纳入国家中长期科学和技术发展规划纲要。


实验室初步掌握空-天-地一体化数据采集技术

实验室立足西南,辐射全国,以提高产业自主创新能力和核心竞争力,突破产业结构调整和重点产业发展中的关键技术装备制约,强化对国家重大战略任务、重点工程的技术支撑和保障,推进战略性、前瞻性、关键性技术等核心技术开发与实验能力的整体提升。通过基础理论研究与室内外基地试验研究相结合、室外观测试验与室内模拟分析相结合、防治应用技术开发与实践工程应用相结合,从基础理论、技术装备、工程示范等方面开展应用研究和成果转化工作,全方位提高恶劣气象条件对我国陆地交通影响的研究与防治水平,全面提升和拓展交通运输系统防灾减灾综合能力、提升交通运输保障能力和水平,为加快中国产业发展和技术进步、建设创新型国家及交通强国提供重要的技术支撑。

我省交通行业内唯一国家工程实验室

“实验室超额完成了批复的各项目标任务,为陆地交通气象灾害防治领域关键技术攻关和科技成果转化提供了技术支撑,专家组一致同意‘陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室建设项目’通过验收。”11月30日,中国工程院院士郑健龙代表专家组宣布了验收结果,该实验室是国家发展和改革委员会在“十二五”期间建设和完善的国家工程实验室之一,也是云南省交通行业唯一的国家工程实验室。

由中国工程院院士郑建龙、中国公路学会研究员陈国靖、招商局重庆交通科研设计院有限公司(国家山区公路工程技术研究中心)副主任易亚滨、云南省公路科学技术研究院副院长粟海涛、昆明理工大学教授熊坚、云南省设计院集团副总经理邓宏旭、云南天鉴会计师事务所有限公司副总经理李鸣凤7名专家组成验收专家组,通过听取报告、核对相关资料、实地现场查看平台建设、土建工程、质询提问等方式开展验收工作。


自动絮凝滴定计(AFT)

在验收会上,实验室主任刘永才介绍,国家工程实验室是按照国家科技规划纲要要求,由国家发展和改革委员会决定在“十二五”期间建设和完善的国家工程实验室之一。主要依据2011年2月15日,国家发改委和交通运输部联合印发的《关于请组织开展公路水路交通领域创新能力建设专项有关工作的通知》,2012年9月4日,国家发改委下发《国家发展改革委办公厅关于陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室项目的复函》,2012年12月5日,云南省交通运输厅下发《云南省交通运输厅关于建设陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室的批复》等部门的批复文件建设。

“陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室”建设项目是由云南省发展和改革委员会主管,云南省交通规划设计研究院作为项目法人单位,联合交通运输部公路科学研究院、中国铁道科学研究院、中交第一公路勘察设计研究院有限公司、同济大学、云南省交通投资建设集团有限公司(原云南省公路开发投资有限责任公司)、云南省气象局、四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院、云南交通职业技术学院、中国科学院武汉岩土力学研究所、中铁西北科学研究院、北京工业大学11家共建单位共同建设的国家工程实验室。

实验室完成“4421”建设任务

“国家工程实验室围绕陆地交通气象灾害综合防治需求,针对气象灾害在路基边坡毁坏、路面性能降低、交通安全隐患、监测信息处理落后等方面的突出问题和存在的关键技术瓶颈,完成‘4421’建设任务,即聚焦气象灾害下陆地交通的路基边坡破坏、路面性能降低、交通安全隐患、监测信息处理技术落后4大突出问题,重点开展气象灾害路基边坡毁坏防治技术、气象灾害路面功能性改善技术、气象灾害交通安全保障技术、气象灾害监测信息处理技术4个重点方向12项关键技术的研究,打造技术研究与现场试验2大基地,建成一个高水平的实验室。”实验室主任刘永才在验收会上向专家组介绍了实验室建设任务。

针对风沙、风雪、强风、冰雪、暴雨、大雾、雷电等七项灾害对陆地交通的影响,经过5年的建设,实验室建成了以“先进引进+自主研发”为理念的4个研究中心,1个外场试验基地并形成了一体化协同创新体系。


恶劣气象交通安全仿真分析平台(驾驶模拟仿真平台)

为满足国家工程实验室科研和办公需要,云南省交通规划设计研究院在昆明市官渡区双凤路9号新建综合实验大楼一栋,楼高68米,地上15层。大楼按照信息化标准建设,科研工作区域宽敞、明亮,设置有多个专业实验室,为科研人员开展工作创造了良好的条件。

为保障国家工程实验室建设和研究工作的顺利开展,实现“立足西南,辐射全国”的发展目标。2012年3月,云南省交通运输厅将原安宁至楚雄二级公路三合邑至长田段(含16.7公里长二级路和羊老哨管理所)划归为实验室外场科研实验专用基地。实验路段地处滇中高原、沿线山峦起伏,路线全长16.7公里,路基宽11米,路面宽8米,为沥青混凝土和水泥混凝土路面,具有高填深挖、长下坡、急弯坡陡等高原山区典型路况,是目前全国范围内道路里程最长、规模最大的外场实验基地,具备得天独厚的交通原位现场实验条件。为了充分利用外场实验基地的优势资源,国家工程实验室与同济大学联合制定了名为《Safe Val-ley》的综合发展规划,《Safe Valley》规划中设置了路基边坡现场原型监测试验场、排水性沥青路面外场试验场、交通工程与安全设施性能试验场、暴雨条件形成安全性观测与试验场、气象灾害监测信息处理中心等大型原位试验场,覆盖了实验室的主要研究方向,为技术研究、方案验证和产品真实性检验提供了良好的环境和条件。此外,经过系统提升改造,原羊老哨管理所也成为了崭新的实验基地,占地16.29亩,建筑规模达4100平方米,安置了多个大型实验平台,为长期、大规模开展科研活动提供了必要条件。

大力建设学科前沿创新平台

陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室以“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念和“综合、绿色、智慧、平安”四个交通为方向引领,紧密围绕国家陆地交通防灾减灾重大需求,瞄准学科前沿关键科学问题,开展创新平台建设和关键技术研究攻关。

实验室建设期间,共承担科研项目47项,其中包括省部级以上科研项目16项(含国家973计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级项目9项),省级行业科研项目24项,云南省交通规划设计研究院科技项目等其他来源科研项目7项;承担示范工程项目8项,其中包括省部级示范工程项目3项,省级行业示范工程项目3项,企业委托示范工程项目2项。发表学术论文96篇,其中SCI、EI收录20篇;获得国家专利32项,其中发明专利12项、实用新型专利30项;出版专著3部;获得软件著作权7项;编制发布标准、规范、指南14项,在编10部。获得科技奖励31项,其中国家科学技术进步二等奖2项、国家技术发明二等奖1项、省部级科技奖励21项、省级行业科技奖励7项。


恶劣交通气象条件模拟箱

建设期间,完成了路基边坡毁坏防治实验中心、路面功能性改善实验中心、交通安全保障实验中心、监测信息处理中心建设工作。建成了"路基边坡现场试验技术平台"、"融冰化雪路面材料制备与铺筑技术平台"、"恶劣气象交通安全仿真平台"、"信息管理决策平台"等12个实验研究平台;开展了"路基边坡毁坏防治成套关键技术"、"基于主动预防理念的路面功能性改善技术"、"集精准诊断与主动防控的恶劣气象交通安全综合保障技术"、"多源数据集成的陆地交通气象灾害防治综合决策技术"等方向的12项关键技术研究;自主研发和引进了"MEMS阵列式边坡深部位移自动化监测装置"、"一体化三维激光扫描车载移动监测系统"、"地形微变形量测系统"等一批具有自主知识产权的新型技术装备。

交通安全保障试验中心。结合实验室建设任务,交通安全保障技术研究需求,在室外观测与室内分析相结合、室内模拟与工程应用相衔接的理念指导下,交安中心通过设置固定观测站、自主研发和系统集成等方式,完成了恶劣气象观测试验基地、恶劣气象交通安全仿真平台和恶劣交通气象条件模拟试验平台的建设工作。

排水性沥青混合料旋转车辙和飞散装置

恶劣气象观测试验基地的建设,综合考虑全国和云南冰雪、雨雾、暴雨等恶劣气象的区域分布特点,根据资金报告目标要求,在海南建设了2个暴雨监测示范基地,在云南普洱建设了1个雨雾监测示范基地,在云南昭通建设了2个冰雪监测试验基地,在杨老哨试验外场建设了1个雨雾气象及交通流监测实验基地。

在羊老哨外场基地的恶劣交通气象条件模拟实验室,苏宇向验收组专家详细说明了试验模拟箱的功能,他说:“在这里可以模拟温度、暴雨、冰雪、雾霾等气象,模拟最低温度可以到零下22℃,最高温度可达55℃。可以模拟生成PM2.5的雾霾,以便专家进行研究,对雾霾对交通的影响及治理有着重要的参考作用。”

实验室自主集成研发了我国首套模拟多种恶劣气象的交通安全仿真驾驶模拟仿真实验舱。仿真实验舱由六自由度仿真驾驶模拟器、三维投影系统和真实小轿车车身等硬件设备组成,采用定制研发的软件系统进行中枢控制,是国内首套完全自主知识产权的360°全视景3D六自由度大型模拟驾驶仿真平台。实验室田毕江介绍说:“在这个平台上已实现了3条高速公路、1条一级公路、1条某双车道公路、外场试验道路等的恶劣气象条件行驶模拟,并能够对驾驶人因数据、车辆运行参数和线形参数等重要数据进行实时采集和存储。通过利用这个平台,可以在环境可控且低成本的条件下进行驾驶模拟实验,开展公路项目安全性评价工作、基于人因工程的驾驶行为安全性研究、恶劣天气下交通安全机理性研究和交通安全主动防控系统研究。”


排水沥青路面水文模型及实验系统

路基边坡毁坏防治中心。我国滑坡灾害点多面广,多发频发,危害巨大,尤其是近年来灾难性滑坡事件频繁发生,造成严重的人员伤亡和财产损失。边坡中心针对目前滑坡灾害评估体系不完善,在长期边坡灾害防治实践基础上,创建了设计阶段灾害预测、施工阶段施工安全和运营阶段运营安全的风险评估方法,构建了山区公路边坡灾害全过程风险评估体系,全面提升了边坡灾害防治和管理水平。

研究成果先后在龙陵至瑞丽高速公路K36+270~+470左侧边坡、蛮耗至金平二级公路K43+200~+560左侧滑坡、西北某隧道巨厚层巨型滑坡、景东至文东高速公路第五合同段预制梁厂滑坡、晋宁至红塔高速公路陆家屯弃土场等10余个工点进行了工程实际应用,准确全面地捕捉到边坡或滑坡的变形、地下水位、降雨量、应力等全过程变化信息,建立了多源数据的可视化3D展示模型,总结分析了滑坡的多维多基监测数据的变化特征,探索集成了多预警指标的预警模型,精细地划分了滑坡的演化过程,评估了滑坡的稳定状态和发展趋势,第一时间向建设单位发送预警信息。

气象灾害边坡监测车系统

路面功能性改善试验中心。在冰、雪、雨等恶劣气象条件下,道路运营面临着能见度降低、公路行车安全视距减小、路面摩阻力降低等问题,严重影响公路交通安全。国家工程实验室在建设期间充分发挥在功能性铺装专业方面的技术优势和特色,围绕涉及恶劣气象条件下(如降雨、冰雪等)路面表面功能以及服役性能衰减迅速、路面破损严重、耐久性不足等问题开展了基于“主动为先”理念的路面功能性改善技术研究,主要包括:融冰化雪路面材料制备及施工成套技术、排水沥青混合料组成设计成套技术等,力求将冰雪、暴雨等气象灾害对路面性能的影响遏制在萌芽阶段,确保恶劣气象条件下路面运行状态平稳正常。取得的部分成果已应用于实际生产当中,并产生了良好的社会效益。

监测信息处理中心。中心基于“空天地”一体化动态监测理念,综合运用卫星、无人机、激光扫描、手持移动设备等现代空间和移动数据采集设备,对路基边坡、路面、桥涵、支挡等公路主要构造物进行监测,利用物联网、大数据、智能计算等先进方法对监测数据进行传输、分析、决策与发布,形成集监测数据收集、分析处理、发布更新、灾害预警、防治决策、灾害救援和后评估于一体的陆地交通气象灾害综合信息处理体系。


羊老哨外场试验路段

“信息中心综合运用当代卫星遥感/定位、无人机倾斜摄影测量、三维激光扫描、高性能计算等先进技术手段,开展陆地交通灾害多视立体监测、灾害信息分析处理等业务工作;基于无人机倾斜摄影测量和车载激光扫描技术,开展公路真三维实景建模工作,基于实际业务需求,实现各类信息的可视化管理和展示;基于定制化开发的企业级平台框架,开展高级数据分析挖掘、多元数据融合集成分析等企业级PC端应用,基于位置服务和地理信息的企业级移动端应用,快速自助数据分析应用,大数据应用等业务工作。”试验室方留杨博士为专家组详细介绍了监测信息处理中心的功能。

力争成为国内一流、特色鲜明的创新基地

今后,国家工程实验室将紧密围绕中央深化科技体制改革要求,落实习总书记对云南的三个定位,以“交通强国”、“一带一路”、云南“面向南亚东南亚辐射中心”建设等重大政策和战略部署为引领,聚焦国家防灾减灾重大需求,加快陆地交通气象灾害防治技术研发及转移扩散,推动综合交通运输应急保障领域产业升级;通过12家共建单位的共同努力,力争将国家工程实验室建成国内一流、特色鲜明的。把实验室建设成为全国领先的陆地交通气象灾害防治技术科学研究和成果转化机构、全国知名的陆地交通气象灾害防治技术咨询服务基地、权威全面实时的陆地交通气象灾害防治数据汇聚和信息处理中心、交通行业高端研究人才队伍聚集的重要平台,最终实现“五个基地和一个窗口”(核心技术研发基地、产品试验基地、产业化推广基地、产学研协同基地、技术人才培养基地和技术咨询服务和对外合作的窗口)的发展愿景。

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