我所李杰所长荣获弗洛伊登瑟尔奖章

来源：同济大学新闻中心 他和学生提出的“广义概率密度演化方程”，受到国际学术界高度关注，被国外学者称为“李—陈方程”；他和团队创立的大型生命线工程网络可靠性分析理论，被 外国学者评价为“在这一领域做出了实质性贡献”，成为国际同行广泛认可的“RDA方法”；在土木工程可靠性与随机力学领域两大最高国际学术组织中，他是国 际结构安全性与可靠性协会十人执行委员会中唯一的中国学者，也是国际土木工程风险与可靠性协会十二人指导委员会中唯一的中国学者。 近日，因在工程结构与系统可靠性理论方面的原创性学术成果，他荣膺美国土木工程师协会颁发的、被国际公认为工程可靠性与结构随机动力学领域的个人最高学术 荣誉——“弗洛伊登瑟尔奖章”（Freudenthal Medal），成为该奖设立40年来首位获奖的亚洲学者。他，就是教育部首批长江学者、同济大学土木工程学院李杰教授。30多年来，他始终奋进在结构工程 理论创新的最前沿，书写了一个学人真正的科学担当和学术追求…… 揭开“随机世界”的科学奥秘 “鉴于您对概率密度演化理论的发展，以及在大规模生命线工程抗震设计方面的贡献，美国土木工程师协会决定授予您Freudenthal奖章。”授予李杰教授的颁奖词这样写道。 何谓“概率密度演化理论”？ “我们生活在一个充满不确定性的世界中，但人们总是希望获得确定性的结果。”李杰教授介绍说，人们普遍认为，存在两种反映客观世界的理论体系——“确定性 理论”与“随机理论”。大多数人认为，这两个体系是没有联系的，甚至是互相对立的。“概率密度演化理论，就是希望用一种精确的方式，反映随机系统中概率结 构的变化规律，而我们建立的‘广义概率密度演化方程’，则揭示了确定性系统与随机系统之间的内在联系。” 以壮美的喷泉为例，一簇簇水柱喷涌而出，微风吹过，水花随之偏斜、飘舞。水花会飘散多远？ “这取决于一系列随机因素：风是从哪个方向来，风速多大，水压是否有波动。一旦找到这些源头的随机要素及其概率分布，就能掌握我们所观察到的现象的随机运 动规律。”李杰教授解释道，在土木工程中，地震、飓风、火灾等自然灾害可能在何时、何地发生，强度多大，破坏性有多么严重，都是不确定的、随机的。“如果 用传统的思路研究这些问题，就会陷入无所适从的境地！” 李杰自上世纪90年代初开始这一研究，经过十余年创新探索，他提出了“基于物理研究随机系统”的思想，并在此基础上发现了“随机系统中概率结构的变化，在本质上取决于系统物理状态的变化”这一规律，实现了认识上的突破。 概率密度演化理论有何作用？“概率密度演化理论可用于随机动力系统的分析。”李杰说，在土木工程中，高层建筑的地震倒塌、跨海大桥的风毁事件等等，无不与 随机动力系统的分析相关。但是，经典的随机动力学理论，难以解决复杂结构的动力灾变分析。应用李杰和他的团队所发展的概率密度演化理论，则能较好地解决大 型复杂工程结构设计中的灾害响应分析问题，从而可以通过科学的结构设计措施，为工程结构保驾护航。 中国学者的原创成果引起了国际学术界的高度关注。2009年，在第十届国际结构安全性与可靠性大会上，李杰受邀作大会主题报告，这是这一领域最高层次国际 科学会议40年来首次特邀中国学者作大会主题报告。“‘广义概率密度演化方法’为结构可靠性开辟了新的道路，是一项具有突破性的进展。”国际结构安全性与 可靠性协会前主席、美国工程院院士昂（Ang）评价说。 同年，李杰教授和他的合作者陈建兵博士的学术专著《结构随机动力学（Stochastic Dynamics of Structures）》由国际著名出版集团John Wiley & Sons出版,在国际同行中引起热烈反响。随机动力学领域著名学者、美国工程院院士斯帕诺斯（Spanos）在国际权威期刊“《结构安全》 （Structural Safety）”上撰写书评，认为“作者以卓有成效的方式成功阐述了现代随机动力学令人惊喜的创新概念和方法，展现了概率密度演化理论的光辉前景。” 理论成果直接支撑重大工程：我国容积最大的1.2万立方米特大型混凝土消化池抗震设计、华东500千伏骨干电网高压输电塔抗风可靠性设计、牙买加西摩兰大 桥（位于10度高烈度地震区）抗震可靠度设计、总高632米的上海中心大厦抗震可靠性分析……在这些国内外重点工程建设中，“概率密度演化理论”都发挥了 重要的科学支持作用。 事实上，不限于土木工程领域，“概率密度演化理论”现已被30余个国家机械工程、航空航天工程、海洋工程乃至生物医学等多个领域的学者所关注、引用以及应用，充分展现了基础理论研究的魅力和广泛价值。 让城市“大动脉”脉动不息 大地震突如其来，电力中断、供水中断、煤气中断、交通瘫痪……城市的“大动脉”瞬间停止跳动。如何能让大城市的“生命线工程”在地震中免遭如此重创？唯有 抗震设计。“怎样才能实现对大规模城市生命线工程系统的抗震设计？”带着这样的问题和思考，李杰教授和他的团队从城市地下管网抗震入手，开始了长期的艰苦 探索。 对生命线工程进行抗震可靠性设计，基于对其抗震可靠性的分析。“随着所研究系统复杂性的增加，可靠性分析问题的复杂程度将会呈现组合爆炸式的增长，就像著名的阿拉伯棋盘上的麦粒数量一样。”李杰教授说。 针对大型工程网络分析中的复杂性难题，李杰教授和他的团队独辟蹊径，提出了“基于结构函数递推分解”的技术思路，建立了“递推分解理论”，有效解决了大型生命线工程网络分析中的复杂性问题，取得了这一研究领域的重要科学进展。 在其后的十余年间，以递推分解原理为核心，李杰教授和他的团队系统研究了最小割递推分解技术、快速递推分解技术、考虑相关失效的递推分解技术，形成了以解 析图论为特征的网络连通可靠性分析理论体系，为500万以上人口的特大型城市、上千个节点的大型生命线工程网络的抗震可靠性分析提供了精确、高效的技术工 具。而同期，国内外对此问题研究的最好水平是100个节点以内的中、小型生命线工程网络。 与此同时，他们还深入研究了大型生命线网络的抗灾优化设计理论和关键技术，为大型生命线工程网络系统的抗震设防、抗震设计与系统优化，提供了基础理论与技术支撑工具。 由此，李杰教授也成为国际上少数几位在这一方向具有领先地位的学者，被公认为我国生命线工程研究的代表人物。在2007年、2013年举行的第五届、第六 届中日美生命线工程国际学术会议上，李杰教授连续代表中国作大会特邀主题报告。凭借这一领域的突出成果，近日，李杰教授和他的团队获颁上海市科技进步一等 奖。 理论的进步带来了技术的跨越式发展：李杰教授和他的团队的研究成果，先后被应用于沈阳市、郑州市、上海浦东新区等10余个城市生命线工程的抗震可靠性分析之中。这些工程应用实例，成为迄今为止国内外最大规模的生命线工程网络抗震分析和技术改造工程项目。 2008年汶川大地震后，李杰带领课题组深入灾区，应用所发展的这些技术先后完成了都江堰、绵竹等6个受灾城市供水网络系统的应急恢复和灾后系统改造研究 工作，为这些城市震后供水管网的应急修复和改造设计提供了科学支持与关键技术建议，为灾区节省了大量工程投资，获四川省建设主管部门高度赞赏。 “递推分解理论”在国际上逐渐得到学术同行的广泛认可，被认为是分析大型生命线工程系统可靠性的首选方法。美国乔治亚理工学院克雷格（Craig）教授等撰文评述：“这些研究代表了生命线网络分析中最重要的进展。” 在国际学术界中，“递推分解技术”已经被同行们系统跟踪、学习。2011年，在四年一度的土木工程统计与概率应用国际会议上，美国伊利诺伊大学和莱斯大学 联合组织了“生命线工程网络可靠度研究”专题讨论会，在6个论述大型网络可靠性分析的邀请报告中，有3个报告专门论述了对李杰及其合作者提出的“递推分解 理论”的跟踪和改进。 执著于学术创新与人才培养 “能获得这项荣誉，我内心里是欣慰的。它说明我们这些年来开展的工作得到了国际同行的认可，也说明了在科研工作中坚持创新精神的价值。”李杰教授说。在他看来，创新是科研的灵魂，“一项研究工作有没有价值，首先要看它有没有真正的科学创新。” “这得益于我师从朱伯龙先生期间的心得。那时，每次学术讨论，朱先生都要问我‘有没有new idea’、‘是不是真正的new idea’。”李杰教授说，这些教导，在他心中留下了深深的印记。 25年后，他在追记朱伯龙先生的文章中，深情写道：“我常想：创新之于先生，恐怕是血液之于生命。创新是先生的学术法宝，创新是先生的智慧结晶，创新是先 生授业、传道、解惑的不二法门。先生在世时，我曾用‘薪火相传’向先生坦言心曲；薪尽了，火传下来，还会有薪再来继承火的事业。作为先生的入室弟子，有什 么理由不努力实践先生的创新精神呢？” “这个荣誉是属于我们整个学术团队的，如果没有整个学术团队的共同努力，我一个人不可能做出这些研究工作。”一直以来，李杰教授都十分注意倡导科学精神与 团队建设。应当如何培养、指导年轻人成长？“作为导师，自己要先蹲下身子，扶起学生，一步步把他放到自己的肩上，之后你再站起来，把学生推上山峰。”“老 师和学生，学术带头人和助手，就如同是同一战壕的战友，要一起研究、一起工作，恰如老兵之于新兵……”李杰如是说。迄今为止，他指导的50名博士，已有7 人获上海市研究生优秀学位论文成果奖，2人获得全国优秀博士论文提名奖。 团队中的年轻学者也有着同样深切的感触。“我觉得要首先归功于李老师，归功于在李老师带领下，我们学术梯队对基本科学问题的长期坚持和锐意创新。没有长期 坚持，就不会有深入系统的成果；没有锐意创新，就不会有一流的科学发现。”李杰学术团队中的青年学者陈建兵教授对记者说：“李老师特别重视学术梯队的建 设，特别鼓励并支持我们年轻人在学术上的独立创新和探索。” 在李杰教授的学术梯队中，现已有1人获得国家杰出青年科学基金，4人入选教育部新世纪优秀人才，3人入选上海市曙光学者，5人入选同济大学青年英才攀登计划。 “从李国豪老校长开始，同济就有理论与工程实践并重的传统。坚守并传承这一传统，这些年来，同济土木工程学科在国际上的影响力正在逐步上升。”李杰教授说，“我的获奖，也得益于这一大的背景。同时，这次获奖也从一个侧面说明：我们同济学者正在稳步走向国际学术前沿。”