不断创新，不断进步

王元丰

北京交通大学土木学院教授

解会兵、武文杰、王龙龙、朱道斋、王中浩

北京交通大学土木学院研究生

注：本文为应《大学生》杂志约稿而作

我们课题组一直是从事土木工程结构和材料方面研究的。但从2007年开始，我们开始关注全球气候变化对土木工程的影响以及土木工程可持续发展方面的问题。然而，从一个较为技术、具体化，自己熟悉的研究领域，向更为宏观、有些陌生的领域进军，我的学生们和我走过了一段有些曲折、但很有收获的路程。

选出适合自身特点的创新性选题

虽然我们认为土木工程应对气候变化是一个重要的值得研究的领域，但如何将气候变化与结构工程传统问题相结合是研究过程中所遇到的第一个障碍。我是安排博士生章玉容做这方面的工作，也期望她能够以这方面的选题做博士论文。但她在选题上首先就遇到了问题。

土木工程应对气候变化最重要的是节能问题。为了搞清中国建筑节能现状及世界建筑节能研究现状，章玉容同学查阅了大量的报告与文献。她做得文献统计显示：全世界近5年的相关研究中对建筑采暖通风与空调系统（HVAC）技术的研究占到48%，对于建筑外围护结构保温技术的研究占到23%。全球科研界对于土木工程或者说主要是建筑的节能焦点在具体能效技术的研究上，在设备的更新上，在装饰装修材料的分析上。而对于土木工程结构体本身，却因为其能耗在全寿命期能耗中所占比重较小而一直被忽视。土木工程节能的土地果真只能由建筑采暖通风专业建起宫殿，而却无处给结构工程以立足之地么？建筑功能性的要求与建筑节能真的是两条平行线么？开始时，章玉容同学和我都比较困惑。

后来，我们从美国Leihigh大学G.C.Sih教授的论文”Sustainability aspects of largestructures: energy efficiency”中找到了一条线索：这篇文章主要提出了结构能效的思想，结构物作为一种特有的产品，其主要价值在于提供居住或者使用功能，我们在大力推动建筑节能的同时还要保证的是能源消耗与建筑功能之间的平衡。可靠度作为结构工程学科常用的表征建筑结构安全性、适用性、耐久性的量自然能够很好的体现建筑功能这一概念，因此对于这一领域我们初步划定的研究范围即是：基于可靠度的建筑结构节能。

有了这样的切入点，章玉容同学的工作就有了实在的载体。但是，在她开展工作的过程中，我还是提醒她，既要从具体问题着手，也要关注建筑节能这一宏观问题。因为，基于可靠度的建筑结构节能，思想虽好，但还没有前人有效的工作。我们要走出路来并不容易。这样她带着对建筑节能问题的关注，从建筑节能和建筑结构和材料节能两个方向着手，努力去找出既能围绕应对气候变化大问题，又能结合结构工程特点的课题。一年多时间过去，从宏观方面，我们将这段时间以来的工作总结完成一项在国内还没有人做过的工作，写就了一本反映我国建筑能耗现状及发展趋势、建筑节能的研究现状、建筑节能政策现状及一些建议的中英文白皮书——《中国的建筑能耗和建筑节能》（Building energy consumption and energy efficiency in China）。令人高兴的是，这次工作的总结给我们带来的不只是一份报告，同时还让我们迸发出一些新的思想。而且随着这两年里我所带领的课题组在结构可持续、结构LCA方向上研究的不断进步，再次让我们从学科交叉中看到了建筑节能的研究的方向：我国建筑能耗现状并不清晰；建筑能效分析模型相互矛盾；建筑节能政策没有有效的评估体制；最为重要的是，章玉容同学选定了她博士论文选题：从全寿命周期角度去分析建筑结构的内涵能耗分析（LCEA）。这是个在世界范围内刚刚有人研究，与建筑材料生产、运输以及建筑结构设计和施工关系紧密，目前国家特别关注的工程节能问题。另外，我们对建筑节能从多个角度进行了深入研究，写成的文章”Barriers and policiesanalysis of China’s building energy efficiency”，投给在国际上具有较高影响力的期刊Energy Policy（影响因子2.723）经过一段时间的审稿有了积极的审稿意见。审稿人对文章内容给出了不错的评价，同时也提出了一些疑问，相信通过我们的悉心解答和修改，很快就能收到胜利的消息。这些工作使我们坚信，尽管进入一个我们不熟悉的新领域，但只要我们勤奋努力，结合自身特点，一定能走出一条可行的路。

找到有价值的支撑文献

在一个新领域中工作开始是不容易的。如同建筑节能工作一样，我课题组对于结构工程全寿命周期环境影响评价（LCA）的研究也面临不少困难。全寿命周期环境影响评价（LCA）是最早从环境工程领域发展出，对产品的从材料生产、产品制造、使用到废弃、回收的环境影响进行评价的方法，并称为产品从摇篮到坟墓（from candle to grave）的评价方法。近些年来，由于土木工程对环境的影响越来越受到人们的重视，这种方法也开始引入到土木工程中，用来评价土木工程的全寿命环境影响。我们在几年前，开展了对于桥梁结构LCA的研究。

我是安排硕士生杨朋超和博士生庞博在这一领域中共同开展工作的。在完成了对于LCA理论与分析方法的学习之后，数据库的缺失阻碍了他们将这一理论应用到土木工程中的进程。2010年，在对LCA国内外的研究进行了充分的回顾与总结之后，我们发现国际上现行的LCA分析存在着很多的假定，比如对于运营期、拆除期内环境影响并没有考虑实际工程中常用的结构维护加固方法。杨朋超他们发现工程结构加固方法环境影响的差别较大，这对于工程全寿命周期环境评价的影响较大，而与常规的结构设计建造不同，结构的加固存在着一些新型材料：碳纤维布（CFRP），环氧树脂系胶结剂等。确定单位体积的CFRP等的生产所带来环境影响的清单成为该研究能否顺利完成的关键环节。

在经过长时间的文献查找之后，杨朋超他们报告给我是令人失望的消息：国际上对于纤维布复合材料加固的环境影响研究很少，难以找到对加固方法进行环境评价所需要的基础数据。为了突破这个难关，我让他们多方面去寻找国内外相关研究人员以及单位以获得帮助。庞博同学请四川大学专门做LCA的学者来课题组进行交流，了解相关数据的获取方法；杨鹏超同学给国际知名公司，如杜邦公司、海川公司写邮件，但都没有得到满意的答复，这些公司也没这样的数据库。倒是国际钢铁协会给了一份清单，但没有我们特别希望的希望碳纤维布的环境影响清单。如何能够从源头获得环境影响清单数据？我们LCA的列车似乎驶入了隆隆严冬。

著名的管理大师彼得德鲁克说过他是通过“观察窗外”来预测未来的。也正是窗外的美景给我们的“寒冬”带来了一丝春色。2012年我去芬兰参加一个关于可持续建筑的国际会议，与会专家不只有土木工程行业的专家，同时还有致力于可持续发展的其他行业的专家们。在与他们的交流中我发现了从其它学科的研究中去寻求清单数据的可能性，回到酒店，兴冲冲的打开电脑在Google学术中输入了几个关键词，果然发现了一些十分有用的文献。回国后我便召集课题组相关人员，一方面介绍这一突破，并安排杨朋超等人沿着这个线索从参考文献亦或引用文献中寻找突破口。另一方面重新对于文献检索方法与大家进行了探讨。在科研过程中决不能只是关注自己研究相关的小范围内的一些期刊，而是要有“观察窗外”的思想。之后的研究中，我们把原来仅限于土木工程FRP应用的范围扩展到化学、高分子材料科学以及其他不同学科；在方法上，由原先仅限于搜索SCI、EI检索文献扩展到从相关文献的参考文献中寻找有价值的文章等。很快，我们收集了不少FRP材料的环境影响清单数据，并且我们还应用Eco-indicator99方法分别计算了桥梁构件和整体的全生命周期结果，对比分析了不同加固方案的全生命周期结果，这些工作不仅开辟了桥梁FRP加固生命周期评价的新道路，同时也为桥梁工程加固方案的选择提供了新角度的重要意见。

积极学习相关学科的最新知识

开展全球气候变化对土木工程的影响以及土木工程可持续发展方面的研究，非常重要的要有切实可行的方法。而这方面由于我们课题组过去积累不多，特别需要我们不断学习，而且要抓住一切对我们有益的学习机会。2013年伊始，雾霾持续笼罩着我国的中东部，而这一时事事件使我们的工作有了提高、有了进步。

严重的雾霾导致的空气污染对人的健康伤害和经济影响被大家高度重视。北京大学环境学院和绿色和平组织发布一份名为《危险的呼吸》报告，用环境病理学传播的理论，量化讨论了PM2.5对人类健康的危害以及对社会经济的影响，被一些媒体引用。当我看到关于这份报告的报到时，我察觉到这其中的方法将对我们课题组对可持续建筑发展的研究有很重要的意义。时值假期，我马上将这份报告下载，并转发给做相关研究的同学，要求在开学后针对报告内容分成两组做一次汇报。

我们课题组的同学，专业基本都是土木工程和工程管理。然他山之石可以攻玉，要勇敢借鉴其他领域的科研方法，同时也更要关注相关的社会和热点事件，这不仅是对科研前沿的了解，更可以提高同学们对世界的认知、加深对研究问题的思考；同时这次活动也是对大家进行团结合作进行科研攻关的一个锻炼。

博士生武文杰同学作为研究小组的组长，出色的完成了这次任务。在汇报中他提到：“这就相当于科研中的“遭遇战”，热点事件不期而至，如何安排好时间，利用机会获得更多收获，就成为这次学习活动的目的。”大家开学回校后对报告内容进行了集中学习，并统一目标，统一进度，分享观点。之后开了若干次讨论会，同学们各抒己见，通过研读分享和头脑风暴向前推进。根据对报告内容的讨论，报告分被分成了以下几个板块：报告呈现、周边信息、研究方法探索和相关内容深化。博士生庞博作为女生以其细腻的特点以及过人的表达能力首先对报告内容进行了完整细致的介绍；武文杰同学负责报告相关科研方法的总结和介绍，他不但研究了这份报告的量化评估方法，而且还深入研究了一本相关博士论文的工作；硕士生王龙龙、朱道斋年级高，已经有过报告会和文献综述的训练，他们结合自己的专业和已有的知识储备，分别搜集国外流行病学领域的相关文献和资料，并做了深入介绍。硕士生王中浩虽然刚入学不久，但在跟随学习报告，开展讨论的中，通过搜集到的中央电视台和网上的相关视频节目说明问题，充分发挥了他思维活跃，善于灵活创造的特长。

报告会的效果完全超出了我的预期，不仅对报告内容本身进行了详尽的阐释。我的学生们还广泛的查阅相关研究，亲自动手去计算，去推导，去分析自己的案例。甚至还提出了《危险的呼吸》中存在的一些不严谨的假定以及小错误。同学们的报告思路缜密，生动活泼，倾听者兴趣盎然。报告会成功激起了大家对于相关研究的思考，在会后的讨论中更是得到了很多对我们有益的研究方向。我对同学们说：作为土木工程的学生，你们连哈佛大学医学院的文献都能看懂，还有什么知识不能学呢？你们精诚合作，这么短时间内就掌握了本学科的方法，还有什么难题不能攻克呢？而又有几个同学像你们这样对雾霾事件如用心深入地关注了呢？我为你们骄傲！

  《大学生》2013年5月