2021年中国工程院新增院士中，同济大学土木工程学院朱合华教授当选。朱合华，长期从事岩体强度理论及地下结构全寿命设计方法、地下空间防灾安全和智慧地下基础设施建设的研究，是国际上较早开展数字地下空间与工程（DUSE）研究的学者之一，被国际同行认为是“城市基础设施规划、设计、施工和维护信息集成方法的国际开拓者之一”。“数字化地下研究，源于工程，高于工程，服务于工程。”朱合华说。

“与数字化结缘已经40多年”

“年少时，我误打误撞地与数字化开始结缘。”朱合华介绍，1979年他考入重庆大学化学矿开采专业。那时的计算机技术相较于现在，就是石器时代，他学了一点计算机编程语言的粗浅知识。1983年9月成为重大硕士研究生后，才真正与计算机应用打交道，学习计算数学、有限元编程等，师从李通林教授完成了“围岩不连续面非线性效应对巷道稳定性影响分析”的硕士论文，主要研究手段为上世纪80年代非常热门的边界元数值方法。

1986年9月，朱合华考入同济，师从孙钧、杨林德两位恩师攻读结构工程专业（地下结构方向）博士，论文题目为“隧道掘进面时空效应研究——边界元法若干理论与工程应用”。从此，计算机技术、土木工程就成了形影不离的“伙伴”，后来渐渐演化为数字化研究方向，并坚持下来。

1993年7月，朱合华进入日本大阪土质试验所和京都大学从事软土地下工程研究，进一步运用有限元数值方法进行软土盾构隧道管片衬砌分析、地下工程施工动态反演等。朱合华说，上世纪90年代初日本快速发展的地下基础设施建设，为他的研究工作提供了大量的室内和现场试验的工程数据。两年多的研究历程，让他清楚了何谓软土地下工程的世界先进水平。令人印象深刻的是：该单位长期聘请几位短期工作人员，持续将大阪湾的三维地质数据输入计算机中，形成了大阪湾的地质、地震数据库信息系统，该信息系统在日本国内具有重要的影响。朱合华记住了大阪土质试验所所长岩崎先生“岩土工程师一定要与地层交朋友”的话，这一幕也促成他归国后迅即开展土木与信息学科交叉的研究，“当时国内稀见，当今已成热门研究方向。”朱合华说。采访获悉，朱合华在日本期间创建的用于管片衬砌设计分析的梁-接头（缝）不连续模型，被纳入了我国国家标准。

从“数字地球”到“数字地层”

1995年8月，朱合华回国。他把硕、博阶段的研究成果，与人合作形成了《边界元法及其在岩土工程中的应用》一书。

下一步往哪里走？

恰在此时，朱合华在同济附近的小书摊上发现了当时的畅销书《数字化生存》，“Digital（数字）、Digital，这么厉害，简直可以颠覆认知！”朱合华自言自语，那段时间，“数字”二字始终萦绕在他的脑海里；另一件对他产生定向领航作用的是1998年《文汇报》上发表的“数字地球”概念。于是，当友人约他为《岩土工程界》期刊撰文时，朱合华迅即撰写了《从数字地球到数字地层——岩土工程发展新思维》一文，从此打开地下空间与工程数字化研究的大门。

新的乘风破浪阶段开启。1999年，朱合华牵头的“城市三维地层信息管理系统的开发与应用”获批上海市教委曙光计划，经过三年的潜心研究，项目验收得到了专家们的高度评价，成为团队数字化研究工作布局的起点。朱合华说，我们的工作有力地助推了2004年上海先后启动的29个重大科技专项之—：城市地下空间信息平台建设和国土资源部与上海市联合资助的三维地质调查项目。

从此，地下空间与工程数字化成为朱合华团队的鲜明特色。从一开始研究数字地层、数字地下空间，到后来研究数字化工程，一步一个脚印，课题从工程中来，成果到工程中去。厦门翔安海底隧道是中国内地第一条海底隧道，全长8.695千米，跨海部分全长6.05千米，最大深度-70米，相当于18层楼高。多高？你往下看，底部的人就如一个土豆。可是，隧道还要在四周一片漆黑无方向的地下施工，所经之地地质状况极其复杂，陆域全强风化地段大断面浅埋暗挖施工、浅滩段透水砂层施工、海底风化深槽施工，个个都是难啃的骨头。有隧道专家曾在厦门召开的海底隧道修建技术研讨会上表示，翔安隧道难度极大，是具有国际意义的重大工程。建设方听说朱合华从事数字地下研究，很乐意”吃螃蟹”，积极开展数字海底隧道建设。朱合华团队的工作，使该项目成为了我国跨海隧道的一项示范工程。

团队的研究领域遍布数字地下空间、数字化工程两大园地，数字地下空间研究的足迹遍布上海世博地下空间、常州地下空间、延安新城地下基础设施等，数字化工程的研究遍布广州龙头山双洞八车道公路隧道、淮南望峰岗煤矿、上海长江隧道、世博500kV地下变电站和电力隧道、上海地铁一号线结构维护、上海中心深基坑、内蒙古林场公路隧道等。

围绕着这些工程，团队相继研究开发出“复合纤维和预应力管片结构技术”“盾构地层适应性理论和试验方法”“大断面、高水压、近间距下盾构施工微扰动控制技术”等一系列方法与技术，解决了复杂环境下地下建筑结构设计分析、施工安全与控制的一个又一个难题，主持的项目“软土盾构隧道设计理论与施工控制技术及应用”获2008年国家科技进步奖二等奖。

近年来，他又针对大规模、集群化的地下空间的建造难题，组织国内相关单位联合攻关。经过多年的艰苦努力，攻克了当前我国在城市高密集地区建造地下空间面临的周边环境控制、改扩建及安全穿越等难题，建立了以点状新建与改扩建、线状穿越、面上集成示范为主线的核心技术体系，成功应用于北京、上海、广州等大都市中多项重大工程，并被遴选为国家注册土木工程师（岩土）继续教育内容，培训了近万名注册工程师。得益于这些应用，他主持的项目“城市高密集区大规模地下空间建造关键技术及其集成示范”，2016年获国家科技进步奖二等奖，该成果为我国城市地下空间领域的第一个国家级科技成果。这样，在城市地下空间与地下工程领域，朱合华十年中两次以第一完成人身份获国家科技进步奖二等奖。

数字化地下课题与工程的“比翼双飞”，团队实现了基础理论和前沿交叉研究的良性循环。他们提出了地下空间工程全寿命数据采集-表达-分析-服务的数字化范式，开辟数字地下空间工程新方向，攻克了“建造动态精细调控、运维快速精准评价”难题，创建地下三维动态信息表达与分析的理论方法；攻克了安全建造的动态精细调控技术；突破了高效运维的快速精准评价技术。研究成果成功应用于上海长江通道、贵州高速公路网、上海地铁网等重大工程，极大提高了工程安全、质量和效率，推动了工程建造和运维的数字化转型发展。朱合华因此受邀为英国剑桥大学智慧基础设施国际顾问、国际岩土工程联盟（FedIGS）数据标准委员会（JTC2）主席；创办了我国地下空间领域的第一本国际学术期刊Underground Space（地下空间）。2015年，他因在数字地下空间与工程方面的成就得到了德国洪堡基金会的认可，获得了第44届德国洪堡研究奖，是中国土木工程界目前的唯一获奖者；他还获得了第20届卞学鐄学术贡献奖。

 首创基础设施智慧服务系统iS3

“感谢我们团队多年的共同坚守和辛勤付出！”朱合华深情地说。本世纪以来，“数字地下空间与工程”成为团队的主攻方向，团队围绕这一方向，先后完成了14篇博士学位论文、17篇硕士学位论文。经过近二十年的努力，团队成员们齐心协力构建起数字地下空间的理论体系、工程方法和数据库，初步完成了数字化地下体系建设，构建出“工程数字化”创新技术核心，已经在城市轨道交通、高速公路等领域得到广泛的应用。

BIM（建筑信息模型）是中国工程界耳熟能详的新工具。我们为什么老是跟着人家转？为什么不能提出自己的理念和平台？为此，朱合华团队经过长期思考和一年多的充分讨论，创建了基础设施智慧服务系统iS3 (infrastructure Smart Service System, 2013)，即基础设施全寿命数据采集、处理、表达、分析的一体化智慧决策服务系统。iS3系统是从广义工程应用场景出发，以信息流为主线，采用面向服务的组件式框架和微服务技术架构的系统平台，集先进性、开放性和实用性为一体，是国际上第一个开源的基础设施智慧服务系统。 “目前的应用状况良好，前景十分广阔。”朱合华说。

因为地下空间与工程数字化研究成绩突出，朱合华的影响日渐扩大。日本、新加坡、英国、美国、韩国等国都留下了他的“中国好声音”；2010年，他在上海创办了信息岩土工程技术国际学术会议，已在英国、葡萄牙召开了第二、三届会议，接下来将在新加坡举办第四届，该会议现已成为国际信息岩土工程领域的重要系列会议；2017年值同济110年校庆之时，成立了中国智慧基础设施联盟暨全球研究中心，目前已吸引世界170多家单位参与。

大数据、云计算、数字孪生等信息新技术不断涌现。在数字化转型和智能建造的大潮中，如何借助现代信息技术手段，在人迹罕至的高山峻岭地区修建地下交通基础设施？朱合华提出开展岩体隧道动态设计的远程诊断分析，即将iS3平台作为数字底座，实现了基于数字孪生技术的岩体隧道支护的三维动态设计技术。三维动态设计技术成功应用于四川峨汉大峡谷隧道(最大埋深1940米，世界最深的公路隧道)施工中，仅用10分钟完成了现场三维远程实时动态支护设计，这在国际上首次实现，是隧道动态设计的重大技术突破。目前该技术已在在国内外引起广泛的注目，并逐渐在公路、铁路交通领域得到推广应用，有力助推了地下空间与工程的数字化转型发展。

朱合华说，iS3系统的生态化建设和推广应用永远在路上。他率领团队在地下数字化道路上不断攻坚克难、砥砺前行，正在开展交通地下工程的智能建造和智慧运维，以及城市地下基础设施的智慧化管控等相关技术研究和产品研发。他主编的“土木信息工程”已成为《中国大百科全书》第三版土木工程学科的分支之一，更期待数字化转型背景下的“土木信息工程”学科得以茁壮成长！（程国政）