【产学研视点】产教融合:深耕古建道桥科研,传承创新筑就匠心


产学研视点-力学教授王建省作为召集人领衔的古建道桥研究团队,依托工大教学科研平台及协会平台,聚焦土木工程领域古建与道桥结构工程核心方向,深耕力学特性与抗震性能研究,兼顾固体力学、工程力学等基础学科与绿色建筑、冻土工程等新兴领域,推动科研成果与工程实践、文化传承深度融合,用专业力量守护古建瑰宝,赋能道桥建设高质量发展,拓展高校产教融合领域。团队研究工作立足实际需求,摒弃冗余设计,以实用化、精准化研究为导向,覆盖科研项目、核心成果、技术应用、学术探索等多个维度,聚集基于高校和协会以及地方政府方面的产教融合,促成科技项目的落地。以下从科普视角,拆解团队科研核心与突破。

团队科研方向紧扣国家文化遗产保护与交通基础设施建设战略,以古建与道桥结构工程为核心,辐射多个关联领域,形成“基础支撑+核心突破+多元拓展”的科研布局,所有研究均围绕实际工程需求与学科发展趋势展开,不涉及冗余理论堆砌。

(一)核心领域:古建与道桥结构力学及抗震性能
核心研究聚焦古建筑(含仿古建筑)与道路桥梁两大板块,重点挖掘结构力学特性与抗震规律。古建筑研究兼顾木结构、钢筋混凝土仿古建筑,破解传统建筑结构分析难题;道桥研究侧重框架桥、斜拉桥等核心桥型,解决施工与运营中的力学关键问题,为工程设计、修缮加固提供科学依据。

(二)基础支撑领域:固体力学与工程力学
以固体力学、工程力学为研究根基,覆盖冻土力学、流固耦合、多孔介质力学等细分方向,探究热粘弹性波在流固耦合下的传播规律,为核心领域研究提供理论支撑与技术方法,夯实科研成果的科学性与可靠性。

(三)拓展领域:绿色建筑与相关交叉学科
延伸至绿色建筑与节能环保工程、冻土工程等领域,结合国家“双碳”战略与极端环境工程需求,探索环保型建筑技术与冻土地区工程应对方案,推动科研工作与时代需求同频,拓展研究的实用价值与发展空间。


(一)国家级与省部级重点项目
参与国家自然科学基金项目,聚焦复式钢管混凝土钢梁节点设计、太阳帆航天器框架-薄膜结构稳定性等研究,突破关键技术瓶颈,提升研究的学术高度与行业影响力。主持及参与北京市自然科学基金、北京市教委科技发展计划等省部级项目,围绕大型地下室顶板结构热弹塑性动力模型、自主转向悬挂式独轨车实验等方向展开,贴合区域工程建设需求。

(二)古建与道桥专项科研项目
针对性开展古建与道桥专项研究,包括青藏铁路工程与多年冻土相互作用专题研究,聚焦土体冻融过程中水、热、力三场耦合机理;开展故宫太和殿、光孝寺祝圣殿等古建筑结构研究,挖掘古建结构力学特性;推进下穿式铁路框架桥、独塔混合梁转体斜拉桥等道桥项目,解决施工中的沉降、振动、加固等关键问题。

(三)大学生科研与产学研项目
指导北京市大学生科学研究与创业行动计划、北京市大学生科研训练计划深化项目等,聚焦古建榫卯节点、装配式建筑结构、桥梁工程等细分方向,培养科研后备力量。主持完成天津市、绍兴市、新疆自治区、北京市等10个产学研基地建设,推动科研成果与企业需求对接,实现技术落地应用;参与新疆尼勒克神话园项目,承担园区规划、建设相关技术支持工作。
团队科研成果以“解决实际问题、推动技术进步”为核心,涵盖理论突破、技术创新、成果转化等多个层面,去除繁琐数据堆砌,聚焦成果核心价值,多项成果获得各级奖项认可,应用于古建筑保护、道桥工程建设等领域,实用性与创新性突出。

(一)古建筑结构研究成果
1. 古建结构力学特性解析:通过数值模拟与实验分析,系统研究古建筑(含仿古建筑)结构受力规律,涵盖攒尖式建筑、歇山式殿堂、观音阁等典型古建形式,明确枋、垫板、檩等构件共同受力特性,掌握古建结构动力特征与振型规律,为古建修缮、仿古建筑设计提供理论依据。
2. 古建抗震性能与加固技术:深入研究木结构古建筑抗震机理,发现柱础浮搁、榫卯节点半刚性连接等构造的减震耗能作用,提出碳纤维布加固等新型加固技术,遵循“整旧如旧”原则,解决古建木构件开裂、损伤等问题,为现存古建筑保护、维修提供技术支撑。
3. 仿古建筑结构创新研究:针对钢筋混凝土仿古建筑,开展结构力学性能分析,对比传统木结构与现代钢筋混凝土结构的抗震差异,优化仿古建筑结构设计,兼顾文化传承与结构安全,为仿古建筑工程建设提供科学方案,推动古建文化在现代建筑中的传承与创新。

(二)道桥工程研究成果
1. 框架桥施工技术突破:针对下穿式铁路框架桥顶进施工痛点,建立土体—轨道加固结构三维模型,优化顶进开挖步距,解决施工中轨道沉降、振动等问题,验证预应力技术在大跨度框架桥中的应用可行性,增强桥体刚度与抗裂性能,降低施工对铁路运营的影响;开展圆铰式框架桥研究,分析其力学特性与疲劳性能,提出最优设计方案,推动装配式框架桥技术推广。
2. 斜拉桥与桥梁稳定性研究:聚焦大跨度斜拉桥、钢-混组合梁斜拉桥、高墩刚构桥等桥型,开展动静力性能、疲劳损伤、施工控制等研究,优化施工工艺,建立施工控制体系,解决斜拉索损伤识别、桥梁沉降、桥墩稳定性等关键问题;研究高层建筑修建、桥墩周边开挖对临近铁路桥梁的影响,提出桥梁保护措施,保障桥梁运营安全。
3. 道桥材料与结构优化:将超高性能混凝土(UHPC)、大丝束碳纤维等新型材料应用于道桥建设,对比分析新型材料与传统材料的力学性能差异,发现大丝束碳纤维可显著提高系杆拱桥疲劳寿命,UHPC可增强框架桥力学性能与耐久性,推动道桥结构轻量化、绿色化发展。

(三)基础力学与交叉领域成果
1. 基础力学理论突破:开展瞬态热载荷下多孔介质力学行为、热流固耦合作用下多孔介质热弹塑性动力特征等研究,提出新型本构关系与数值分析方法,完善基础力学理论体系,为核心领域研究提供技术支撑;开展力学教学与工程结合研究,构建立体化力学教学体系,推动基础力学与工程实践深度融合。
2. 极端环境工程技术:聚焦冻土工程,开展青藏铁路冻土区土体冻融机理研究,掌握水、热、力三场耦合规律,为冻土地区工程建设提供技术支持;结合绿色建筑与节能环保战略,探索新型建筑材料在强热动力影响下的特性,推动环保型建筑技术研发与应用。

(四)成果奖励与认可
团队科研成果获得各级奖项认可,其中“地道桥CAD设计系统的研发及应用研究”荣获区人民政府科学技术一等奖;“基于认知规律的力学教学体系构建实践”“土木工程专业理论与实践教学体系建设”等多项成果获得高等教育教学成果一等奖、二等奖;论文《地下工程专业力学素质培养》《中国民族建筑特点研究》等获得全国性学术会议优秀论文一等奖;多媒体课件与教学成果获得市属高校“创想杯”三等奖等荣誉。

团队注重学术积累与技术创新,在科研过程中形成完善的研究方法与技术体系,发表大量学术论文,编写教材专著,完善教学科研资源,推动学科发展与技术进步。

(一)学术论文发表
团队累计发表ISTP、EI、核心、科技及教育研究论文160余篇,聚焦基础力学、古建结构、道桥工程等核心方向,探讨接触体边界积分方程处理、热弹性问题数值分析、古建抗震机理、道桥施工控制等关键技术,部分论文被国际学术会议收录,推动学术成果的交流与传播。

(二)教材专著与技术资源建设
参与编写《建筑力学》《中国建筑骄子 全国建筑工程选材指南》等教材专著,担任《材料力学》教材主审,为学科教学与技术推广提供重要资源;首席顾问编写《中国的门》,推动古建文化传播;作为专家指导委员会委员参与《考研兵法》编写,助力人才培养。
依托教学科研实践,自制《理论力学课件》《材料力学课件》《工程力学课件》等多媒体课件,配套综合习题练习课件、教学录像等资源,推动力学课程多媒体教学改革;《理论力学》课程被评为北方工业大学一流本科课程、课程思政示范课程,牵头建设《理论力学》《材料力学》《工程力学》慕课,完善线上教学资源。

(三)实验平台与技术体系建设
牵头推进力学实验室更新改造与建设,制定新开实验项目,承担各类课程课内实验指导任务,助力实验室顺利通过北京市合格实验室评估;制定力学实验室、地空实验室搬迁方案,完善实验室布局与功能;建立土体、结构数值模拟与实验分析体系,熟练运用ANSYS、ABAQUS、MIDAS等有限元软件,为科研工作提供技术支撑。

古建道桥团队以学科建设为支撑,以人才培养为己任,打造一支专业素养高、创新能力强的科研队伍,推动土木工程、工程力学等学科高质量发展,形成“科研带教学、教学促科研”的良好格局。

(一)团队核心力量
古建道桥团队由王建省教授领衔召集,王教授多次参加国际学术会议并作学术报告,深耕力学与土木工程领域数十年,荣获全国力学教学优秀教师、北京市力学教学优秀教师等荣誉,主持多项重点科研项目,引领团队科研方向;团队成员涵盖多个研究方向,分工明确,协同发力,注重产学研结合与人才培养,形成一支兼具理论素养与实践能力的科研队伍。

(二)学科建设贡献
1. 课程与专业建设:担任基础力学(工程力学系列)责任课教师,负责课程建设与教学改革,2003年力学系列课程(群)被评为校优质课程;制定和修订《工程力学Ⅰ》《工程力学基础》《水力学》等多门课程教学大纲,完善课程体系;推动力学课程全部实现多媒体教学,构建台阶式、立体化力学教学体系,提升教学质量。
2. 硕士及博士点与科研平台建设:协助学科联合申报土木工程硕士点及博士点,作为研究生主要导师参与学位点工作;参与申报岩土工程硕士点,担任主要学科方向导师、学术带头人;牵头申请成立工程力学研究所,主持北京地方高校科技创新平台建设计划申报,推动科研平台规范化发展;参与国家一流专业建设,助力专业交叉融合培养模式创新。

(三)人才培养与学术交流
团队注重科研人才培养,王教授长期担任本科班导师,指导多名学生获得优秀毕业生、全国大学生英语竞赛一等奖、“力学专业与力学课程”优秀学生奖等荣誉;指导的本科毕业论文荣获校级优秀毕业论文,培养的研究生多人考取知名高校博士,或就职于政府部门、知名企业、高校科研院所,成为行业骨干力量。

团队积极参与学术交流与培训,参加“高等学校力学基础课程名师大讲堂”“高校教师课程思政教学能力”等培训,提升团队专业素养;王教授担任相关省自然科学基金项目同行评议专家、全国科普创新实验暨作品大赛专家评委等,参与学术评审与科普推广工作,推动学术交流与科研普及。


未来,古建道桥科研团队,将继续坚守科研初心,聚焦古建保护与道桥建设核心需求,深化核心领域研究,推动科研成果提质增效。一方面,持续深耕古建筑结构力学与抗震性能研究,挖掘传统建筑智慧,创新古建保护与修缮技术,推动古建文化传承与创新;另一方面,聚焦道桥工程绿色化、智能化发展趋势,推广新型材料与装配式技术,优化道桥施工与运维技术,助力交通基础设施高质量建设。

团队将进一步加强产学研方面的产教融合工作,推动科研成果与企业需求深度对接,提升成果转化效率;持续完善科研平台与技术体系,加强人才培养与学术交流,凝聚科研合力,破解更多工程技术难题;兼顾科普推广与学术探索,让古建道桥科研成果走进大众,既守护文化瑰宝,又赋能工程实践,用专业力量书写古建道桥科研事业发展新篇章。


深耕科研数十载,匠心筑梦护古建、兴道桥。古建道桥团队以实际需求为导向,以技术创新为核心,在古建与道桥科研领域持续深耕,破解诸多工程痛点,取得一系列兼具理论价值与实用价值的科研成果,既为古建筑保护提供了科学支撑,也为道桥工程建设注入了创新活力。

产学研视点古建道桥团队坚守“科研报国、实践为民”的初心,兼顾学术探索与成果落地,兼顾人才培养与文化传承,用专业与坚守诠释科研工作者的责任与担当。未来,随着科研工作的不断深化,团队将继续守正创新、深耕致远,推动古建道桥科研事业再上新台阶,为国家文化遗产保护与交通基础设施建设贡献更大力量。