——记清华大学副教授张熠
倪海波

　　
　　2018年的夏天，清华大学迎来了一位海归学者——张熠。他是一位充满朝气却踏实内敛的青年科研者，他沉稳、自信却又“野心勃勃”。无论是年少时选择出国留学，还是如今选择回国践志，用青春梦想、实际行动为“中国梦”的实现奉献力量一直是他奋斗的目标。为了目标的实现，他然荻读书、潜精积思、勇于创新，在土木工程领域进行了深入的科研探索，并取得了一系列创新成果。
　　
寄情“土木”科研
　　2018年9月，张熠入职清华大学土木工程系防灾减灾工程研究所，担任教研系列副教授。在这之前，他已经旅居海外10多年，在土木工程领域有着海外多国求学深造背景和多学科交叉的科研工作经历。其研究方向涉及结构可靠性分析、海洋结构工程、不确定性分析和模糊量化、岩土工程、港口经济、港口风险管理等。
　　土木工程是为人类生产生活提供服务的各种工程设施，在工程结构的设计施工中，可靠性和稳定性是首要因素。工程结构在相当长的使用期内，不但需要安全可靠地承受设备、人群、车辆等使用载荷，还要经受风、雨、冰、雪、日照、波浪、水流、地震等自然环境的作用，保证工程结构在服役期内的安全性不仅事关生命财产安全，还关系到社会生产的可持续发展。
　　“建筑结构的荷载和它本身的材料会随着环境的变化产生变化，在这种变化下，需要对建筑结构进行长期的观测，去评估它的可靠性，进行一定的科学研究，以确保它在服役期内的功能性和安全性。我的主要研究内容就是通过一些数学和工程方面的知识对建筑结构进行长期的性能评估。”张熠深入浅出地介绍着自己的专业。
　　博士期间，张熠师从Michael BEER 教授（现任汉诺威风险研究所所长）和 QUEK Ser Tong教授（现任新加坡国立大学土木工程学院院长），主攻方向为海洋工程结构可靠性。结合新加坡自然观测数据及结构可靠度理论，张熠提出了关于copula的多变量模型在结构长期可靠度分析的简化方法，并结合可靠度计算的步骤提出了一种分割subcopula模型的计算方法。利用这种算法，在估计海洋结构的生命周期计算中，可减少近80%的计算量。之后，利用模糊模型对结构受长期腐蚀造成的结构损失，他提出了一种基于结构腐蚀不确定性大小的稳固性评估方法。利用这一理论，在分析结构的安全性上，增加了对不确定性大小对于整体结构安全的考量。因此，可以针对不同的不确定性模型进行相应的最优化设计。
　　博士毕业后，张熠先后在新加坡南洋理工大学、日本京都大学和德国汉诺威大学担当高级研究员，在新加坡教育部、日本学术振兴会、德国洪堡基金会的支持下独立开展了土木可靠度领域的大量研究，在方法分析、实例运用方面做了大量工作，积累了丰富的经验，并取得了一系列研究成果。
　　基于实际工程问题，张熠分析了不同不确定性模型对于同一可靠度问题的处理方法。这包括利用切比雪夫不等式(Chebyshev's inequality)、区间模型、模糊模型以及随机子集在内的数据融合方法。结果表明根据数据所有量的大小，应采取不同的模型进行数据处理。传统的概率模型在很多方面尤其是对极值的估计上不够保守，达不到结构安全分析的要求。由此，他提出了在可靠度分析方面不确定性模型的选取与数据量之间的关系。
　　在时变环境下的可靠度分析方法中，张熠提出了基于时间分割（time series discretization）的可靠度分析方法。他利用外在环境荷载随时间尤其是季节变化的统计特性，将不同时段的结构可靠度进行分段分析；通过阙值模型，有效地估计出了失效概率的时变特性。此外，结合可靠度理论以及港口物流管理，他还提出了计算港口在灾害影响下的经济损失模型；通过对飓风灾害的研究，将港口以及港口集群产业链的经济损失进行了详细估计。这为地区性经济风险分析及管理提供了可能。
　　基于这些学术成果，张熠发表SCI国际期刊论文37篇，2篇入选ESI，WoS个人H因子为11；发表国际会议论文18篇，另有3篇国际刊物章节。
　　
展望“韧性城市”
　　在土木领域，无论是哪个方向的科学研究，成果落地、实地践行是最关键的环节。博士后期间，在理论创新的同时，张熠大量地参与到工程应用方面的工作中，将自己所学变为科研成果应用在了多个海外重点国家级项目之上，取得了多项产业创新成果。
　　在对新加坡裕廊岛的基建规划项目中，张熠将Petri Net跟踪分析利用到对裕廊岛工业集群的基础设施风险评估当中。他通过跟新加坡政府合作，对整个裕廊岛产业集群对于基建的依赖程度，提出了基建维护及检查的规划方案，大大降低了新加坡裕廊岛一带工业集群因为基建失效而产生的经济损失。
　　2015年，张熠入选日本学术振兴会“JSPS 特别研究员计划”，获得前往日本为期2年的科研工作机会。在这期间，他通过对日本姬路县有年桥的长期健康监测，加强了老化结构的安全控制。有年桥是日本姬路县内的一座重要的大型跨河大桥，已有60年之久的使用历史且存在大量老化现象。张熠在对有年桥的观测中，准确地预测了桥梁未来的老化强度，延长了有年桥的使用寿命，并结合经济学理论，为日本政府在老化桥梁结构的管理上撰写了长期维护报告。除此之外，张熠还将数字化技术引入到了基建设施的监测当中。他帮助京都大学开发了一款可以直接利用手机来对路面状况进行评估和检测的手机APP，软件可以利用手机自带的加速度传感器来测量车辆在行驶当中的颠簸程度来衡量路面的状况，并根据手机的GPS功能将路面状况及时更新到Google Map当中，实现地图同步更新。这大大减少了实地测量所需的仪器要求，并有效地利用了社会资源。目前软件已在北爱尔兰进行测试，将来有望实现广泛应用。
　　这些产业创新工作让张熠积累了丰富的科研经验，为他回国后的科研工作奠定了扎实的基础。建筑结构可靠性分析、安全评估是我国未来在绿色建筑方向发展不可或缺的方向，分析并提升建筑结构的安全性也是防灾减灾工作的关键所在。张熠加入清华大学土木工程系防灾减灾工程研究所后，结合过往经验，将重点在数字防灾减灾方面展开工作。
　　近年来，防灾减灾越来越重视承灾体是否具有不依靠或少依靠外部援助而“反弹”或恢复的能力，从而提出“韧性”概念并掀起了建设“韧性城市”的新浪潮。说起“韧性城市”之前不得不先提到“海绵城市”。随着我国城镇化建设脚步的加快，城市这个开放的复杂系统面临的不确定性因素和未知风险也在不断增加。尤其是近年来由于气候变化，各种自然灾害频登舞台，对城市的影响也越来越严重。而城市的建筑设施因为各种不同的原因逐步显现出老化、容量不足等问题。在突如其来的灾害面前，城市表现出了极大的脆弱性，这逐渐成为制约我国城市可持续发展的瓶颈。2013年，我国在华沙气候大会上正式在城市层面提出建设“海绵城市”，即城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将储存的水“释放”并加以利用。而“韧性城市”进一步强调了对城市灾害的“适应”。
　　“‘韧性城市’就是指城市或城市的建筑能够化解和抵御灾害，保持其主要特征和功能不受到明显的影响。也就是说，当灾害发生时，城市可以快速地应对、恢复，保持城市的正常运行。‘韧性’越高的城市在面对灾害时损失越小，恢复得也越快。”张熠解释说。
　　“韧性城市”的概念产生于21世纪初，是清华大学土木工程系多年来一直致力的方向，也是张熠回国后的重点方向之一。目前，相关研究正在进行当中，他坦言，希望自己可以在这一方面能做出一些成绩，贡献一分力量。
　　
家国情怀永存
　　回国后的张熠一直处于忙碌的状态，尽管在海外生活了10多年，但这并没有让他对国内的生活和工作产生多少不适应。“学有所成，回国效力”是这位年轻的教授少年选择出国的理由，也是青年选择回国的原因。就像法国著名微生物学家、化学家巴斯德所说“科学虽没有国界,但是学者却有他自己的国家”，张熠的去与归都包含着他对祖国的热爱。
　　“当时选择出国是希望自己能借助出国留学的机会，可以学习国外先进的知识和技术，然后回国后可以更好地为我国做一些事情。我当时也觉得，土木工程领域对我国而言，是一个非常有需求的领域。如果能够跟国际接轨，将国际领先技术引入我国，可以大大提升我国有关土木技术的应用水平。”在回国前，张熠也曾收到国外一些高校的邀请，但稍作考虑后，他还是决定回国发展。因为在张熠看来，读书人最高的追求是为国效力，通过提升自己的能力为国家做些有益的事情是非常光荣的。回国后，他也常常这样对学生说。
　　“我在国外待了这么多年，也去过一些国家，可以说各有各的好，但是无论我去哪里，终究还是觉得‘家’里好，最爱的还是自己的国家。”张熠常说，有些人总是夸国外的条件好，但其实“国外的月亮并没有比较圆”。他曾在新加坡的一家餐馆见到餐馆老板对华人服务员大喊：“你滚回中国去！”他也曾在日本见过一位华人女孩儿说自己绝不会嫁给中国人。这两件事情都让张熠觉得愤怒和难过。他常常教导学生，作为一个中国人，一定不能崇洋媚外，也绝不能丢掉自己的民族自尊心。“国外的确有很多值得我们学习的地方，但是我们还要客观地看问题，崇洋媚外并不能让中国人得到应有的尊重。我们一定要有民族自尊心，要保持国格、人格。我们要做的就是加快脚步让自己强大起来，只有强大起来才能得到应有的尊重，才会有更大的话语权。”
　　教书先育人，回国后，张熠常常把自己在海外求学工作的所见所感与学生们分享，除了一些本科课程，他还负责培养两名博士生，尽管忙碌，他却倍感充实。海外的求学经历让张熠在教育上更加开放，他坦言，他不会强行给学生制定任务，而是给学生适当的自由空间和时间，让他们选择做自己感兴趣的研究。在这个过程中，他会在适当的地方进行一定的指导，他希望学生能够具有独立做科研、独立创造的能力。
　　张熠说：“科研就是一个厚积薄发的过程，你可能会经历一个看不到任何成果的阶段，但是等你熬过那段时间，你就会慢慢看见收获。我在博士5年间只发过3篇论文，但是博士毕业后的1年内却发了七八篇论文。所以，我也跟我的两个博士生讲，我希望他们以后是比我强的，要比我懂得多。读博是需要承受一定的压力的，毕业压力、工作压力都有。甚至，在科研上，你熬破脑袋都做不出成果的情况也会时常发生。但是不管做什么工作，前期的基础必须要扎实。尤其是科研这条路，不能着急，必须要沉下心来，一步一个脚印地走。只要做好自己的工作，很多事情都是水到渠成的。”
　　我国桥梁专家茅以升说过：“对搞科学的人来说，勤奋就是成功之母。”刚过而立之年的张熠还很年轻，在科研这条漫漫长路上，他不曾着急，也不曾懈怠，他一直在路上并将在路上，坚定且奋发。
　　
专家简介　　
　　张熠，清华大学土木工程学院副教授、博士生导师。研究方向涉及结构可靠性分析、海洋结构工程、不确定性分析和模糊量化、岩土工程、港口经济、港口风险管理等。曾参与和主持过多项海外项目，至今已发表国际期刊论文42篇（均为SCI检索），国际会议论文20余篇。2012年，以博士生身份在24届亚洲土木工程高校会议（KKCNN）上获得日本京都大学、韩国科学技术院、泰国朱拉隆功大学、台湾国立大学、新加坡国立大学共同授予的杰出青年科学家奖，新加坡仅一人获此奖励；2013年，在土木类顶级期刊Structural Safety上发表的文章“Reliability analysis with scarce information: Comparing alternative approaches in a geotechnical engineering context”获得Elsevier颁发的高引论文奖（Highly Cited Research）；2014年，荣获国际会议International Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and safety Engineering(QR2MSE 2014)颁发的最佳论文奖（Best Paper Award）；2015年入选日本学术振兴会“JSPS特别研究员计划”；2016年荣获“德国洪堡计划”博士后奖学金。