寻找青年的声音

寻找青年的声音|土木工程的专业“厨师”如何烹“小鲜”?@同济大学俞可权

来源:Original    作者:admin    发布时间:2023-12-14    访问量:1128
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土木工程是一个相对保守的学科,在这个领域中时常会有材料功能和性能上的突破,但在应用层面鲜有“弯道超车”的概念。


因为它“人命关天”,

关系着最基本的国民安全问题,

所以哪怕是微小的偏差,

也都不容小觑,

必须谨慎对待并反复验证,

始终要脚踏实地的一步一步往前走。




获得2023浦江创新论坛寻找青年的声音活动“青年先锋”称号、同济大学俞可权表示:

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新材料自研发到应用,必须经过实践的检验,并且需要不断地更新迭代。如果它一直存在于实验室里,得不到验证和迭代的机会,那么它永远都不会成熟。只有能扛住检验的材料,才能说是一项真正的技术。

俞可权认为,土木工程材料研发人员与厨师很像,尤其是“炒菜”的过程,都要经历从原材料选购,到制作,再到储存养护,以及新菜开发,其中的每一个环节都必不可少。




“选材新鲜”

新材料正奔赴而来

生产一吨水泥,碳排放量可以达到0.8到1吨,耗电量达到90到120度,相当于一家三口一个月的用电量。显而易见,传统工艺下的混凝土材料制作过程是非常耗能的。因此,新材料的研发和应用被提上日程,成为进一步优化建筑材料发展方向的重要领域。


低碳水泥应运而生。与传统方法相比,低碳水泥可以大幅度降低水泥生产过程中的碳排放,但就总体应用而言,其使用比例与传统水泥相差甚远。

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对此,俞可权解释道,“普通水泥至今已有200年的历史了,而新材料的研发时间相对较短,很多性能未被工程验证,一些问题也尚未解决。”由于土木工程总是事关国民安全,所以在新材料的运用方面,更多人是持谨慎态度的。即使有很多新材料的相关研究,“但是真正到推广应用上,一般5到10年都很难看到效果。”


而且,新材料一般具有成本高的共性问题,工程领域对造价又比较敏感,因此,如何做出一款“物美价廉”的革命性材料,始终是俞可权努力的方向。除了降低成本,新材料的不可替代性也是他非常关注的内容,对此,俞可权认为,“殊途同归是无法体现新材料在技术上的优势,我们需要走一条创新之路。


谈及自己的未来目标,俞可权表示:“非常希望自己做的材料能够真正应用到实际场景中,可以在历史的小浪花中留下一点点自己的足迹。”




“注重营养”

绿色低碳是必然趋势

“地球可能并不需要人类拯救,但是人类需要拯救自己。”俞可权引用丁仲礼院士的话说道,“低碳不仅仅是一个口号,它更是我们务必要完成的历史使命。”


据《2022中国建筑能耗与碳排放研究报告》介绍,2022年全国建筑全过程碳排放占全国碳排放的比重过半,为50.9%。即使材料并不占据其中的大比例,但对于建筑领域的技术创新和新材料、新产品的推广应用都亟待发展。


针对原材料,俞可权分享道,以往房屋拆除之后的废料大多都采用填埋的方法处理,得益于技术的进步,如今可以将这些废料进行加工再利用,重新生产出混凝土。包括后期的混凝土养护,也可以实现使用制备时产生的二氧化碳来反哺其养护阶段,在一定程度上避免了资源浪费。

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“材料领域一直都很强调向自然界学习,努力做到强韧共生。”也许这听起来与土木工程并不搭,但俞可权分享了一个例子:贝壳存在了几亿年,虽然它的基材属性都比较脆,但通过长时间的进化,它可以自己“组装”出现在这种强度又高、韧性又足的壳,并且可以做到一生上千万次的开合却不会疲劳损坏。“这正是我们新型混凝土材料所需的属性,幸运的是,这类材料研发已初见成效,其强度可提升10倍,韧性提升2到3个数量级。”


这种以与自然和谐相处,协同发展为出发点的想法,也为新材料实现绿色低碳奠定了基础。俞可权充满信心的说道:“我相信有朝一日能够实现,用一种非常低碳的材料来替换我们传统建筑材料。”




“开创新菜”

应用场景未来可期

“好的厨师炒一盘色香味俱全的菜是可以做到心中有谱的。放多少盐、多少酱油,料与菜怎样搭配等等都是有一个‘菜谱大全’在背后支撑的。”但由于领域发展时间尚短,这个“菜谱”的数据目前并不完整,因此“试菜”就成了“厨师”们的创新日常。


新菜的料与菜怎样配比,火候多少,原材料的新鲜度是怎样的,都影响着成品的成色和口感。


当然,仅仅依靠人通过不断试错来积累“菜谱大全”是远远不够的。“我们如今的研究是逃不过像人工智能等新技术的应用了。”俞可权笑着说,借助机器学习这样的工具,让机器去学习和总结,不仅大大降低了试错成本,试验验证的效果也特别好,而且还可以数据共享。

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就像创新菜最终都是要上桌供大家品尝一样,新材料的最终目的地也是要应用到土木工程中的。在未来,随着智能建造的不断发展,也许在一些极端环境或人迹罕见的区域,如南北极、月球等,都可以看到更优质的新材料出现,做到上天、入海如影相伴。


结构是骨,功能是肉,制造是衣,“只有实现结构-功能-制造一体化,土木工程新材料的发展才会未来可期。”即使新材料占整个建筑材料的比例非常小,但俞可权坚信:只要脚踏实地,一步一个脚印的往前走,就算是“势单力薄”,要啃“硬骨头”,也一定会对领域有所帮助,对国民的生命安全贡献一份力量。

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Q


此次参加“寻找青年的声音”活动有什么感受?

俞可权:借助浦江创新论坛这个平台,我希望能向各年龄段的人介绍我们的学科,让大家了解我的研究方向。同时,通过与社会大众的交流,促进科学知识的传播,也希望在这个平台上能够从事更多的科普工作,与大家分享自己的研究成果。对我来说,这是一份乐在其中的工作。我认为先专注于本职工作,通过不懈努力提高自己,将会带动未来生活的改善。坚持初心,相信持之以恒的努力总会有回响。


该系列为浦江创新论坛中心与“上海科技”联合出品


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