郝天之：用反向思维探索创新的“桥梁医生”

　　文/本刊记者 冯昭

　　我国对交通基础设施建设的持续加力，使交通养护产业迎来前所未有的发展机遇期。广西北投交通养护科技集团有限公司（以下简称“北投养护科技”）总工程师郝天之，就是一位致力于公路桥梁监测、检测及维修加固的“桥梁医生”。

　　作为在交通领域深耕20余年的结构工程专家，郝天之深入一线，将高精度测算法广泛应用于桥梁监测、检测，主持或参与了“世界第一拱桥”平南三桥、鱼嘴长江大桥、西江大桥等50多座新建桥梁的施工监控、100多座大中桥梁荷载试验，完成“六景郁江特大桥车辆撞击后应急检测”等20多项船撞、车撞、自然灾害造成的桥梁应急检测评估，为路桥建设作出了突出贡献。

　　郝天之继2020年获评广西科技厅、广西人社厅、广西科协、广西工信厅、广西国资委联合颁发的“广西创新争先奖”后，2023年，又先后获评广西壮族自治区企业“创新达人”和中国交通运输协会“科技创新青年奖”。

　　深耕交通养护20余年

　　2003年夏天，从河北省石家庄铁道学院土木工程专业毕业的郝天之踏上了人生中的第一个工作岗位，在中铁二十工程局从事高速公路施工工作。一年后，他考取广西大学结构工程专业，并先后取得硕士、博士学位，从此郝天之便与广西结下了不解之缘。

　　硕士毕业后，郝天之来到广西交科集团有限公司，主要从事公路桥梁健康监测、监控、加固设计等桥梁结构相关工作，由于专业对口、工作勤奋，他从工程师做起，在技术一线连续工作了13年，凭借出类拔萃的工作能力和取得的优异成绩，历任项目分项负责人、桥隧检测所副所长、总工办副总工程师、桥梁工程研究院院长，并且在此期间顺利取得了广西大学工学博士学位。

　　2020年，是“十四五”规划开局之年。在这年年初，广西北部湾投资集团感到交通养护会成为朝阳产业，率先发起成立了广西第一家集交通养护作业、土建施工、材料销售、科技创新于一体的高新技术企业—广西北投交通养护科技集团有限公司。经组织安排，当年8月郝天之调到刚成立不到一年的北投养护科技担任总工程师。

　　北投养护科技自成立以来，围绕国、省干线的维修改造，以及高速公路的日常养护、应急保畅做了大量工作，并从广西科技厅、交通运输厅等主管部门获得不少研究课题和项目资助。经过四年的高速成长，北投养护科技不仅在广西拥有较高的市场占有率，还在江西、浙江、新疆、贵州等省区不断承接项目。

　　“我国的基础设施建设不可能像前些年那样，持续大规模投入，现在面临的问题是如何去管养、如何做相关的维护，因此，围绕高效专业运维、数字信息化及优质服务做一些事情，将会成为交通基础设施管养的重点领域。”郝天之说。

　　攻克公路桥梁绿色养护关键技术

　　由于历史、观念原因，此前很少有人关注交通养护产业的发展。然而，这一看似简单的产业，实际上包含桥梁、路面、岩土在内的诸多学科，一个人很难能够完全讲清、说透。郝天之的主攻方向，则是公路桥梁领域。

　　作为交通基础设施中的“咽喉”，目前我国公路桥梁已达10 7万座，数量远超美国。那么，面对数量如此庞大的公路桥梁，我们如何才能实时了解它们的状态？

　　近年来，我国陆续实施了跨江、跨河、跨峡谷等桥梁的监测系统建设，但受限于技术和行业认知，监测系统经常会出现测点数量多、互通性较差、针对性不足等问题，加之安装、防护没有统一的标准，致使监测系统产生的数据利用率不高。

　　2 023年，北投养护科技从广西科技厅获得科技基地和人才专项—“公路桥梁绿色养护关键技术研发平台建设”项目。在项目前期，郝天之团队通过对公路桥梁基本状态的搜集，构建了高精度监测技术装备和信息化监测运营系统，使桥梁设施智能化，从而能够实时了解桥梁设施的性能及表观缺陷，并结合现有设备进行改良。同时，围绕传感器、新型算法、专业评估等方法，实现了公路桥梁的自动化、智能化、数字化检测。

　　针对数据利用率不高等问题，郝天之团队还在“公路桥梁绿色养护关键技术研发平台建设”项目中，对监测系统进行了显著优化。

　　例如，我国9 0 %以上的公路桥是梁式桥，这种桥梁老龄化问题日益突出，逐步进入检测、监测、维修高峰期。郝天之团队通过对传感设备改进、借助创建的新算法进行数据挖掘分析，对梁式桥进行简易快速的监测，在第一时间获取问题信息，以及梁体、构件结构问题严重程度的数据，并基于结构和受力特征创建评估评价方法，使监测更有针对性、更容易操作，也更容易对数据进行充分利用，从而达到低建设成本、低维护成本、易管养决策的目的。

　　“包括桥梁在内的交通基础设施，都有‘生老病死’之说。”郝天之告诉本刊记者，这些交通基础设施在投入使用后，随着使用年限的增加及环境作用、车辆荷载的作用，结构性能会不断退化，出现病态等问题。在这种情况下，项目团队就要使用新技术、新材料、新工艺以及辅助设备进行修复或者整治。

　　此外，北投养护科技还通过与兄弟单位共同研发，使道路清扫、锥桶收放、绿植修剪等通常由人工完成的工作转换为设备作业，并在项目中得到广泛应用。

　　“反向思维”推动桥梁智慧管养

　　在科技研发之路上，每个行业都会遇到技术难题，公路桥梁的养护与健康监测也不例外。

　　“遇到解决不了的问题，可以请教前辈或者查找文献，但不是所有问题都能找到答案。”郝天之举例，超载超重的车辆会对桥梁结构造成一定的损伤和影响，因此一座桥每天过多少辆车，对桥梁结构的评估与评价是一项很重要的参数指标。

　　一般情况下，管养单位会在桥上安装一些传感设备，以此获取过往车辆的车速、重量等信息，但这种方法的安装及维护成本较高。在正常使用状态下，桥梁结构受力属于弹性范围，10吨和20吨的车辆分别作用于桥梁上，理论上桥梁的宏观或微观的反应量值应是等倍的，但是受环境因素和外界干扰，实际数据与理论数据不可能完全一致。因此，郝天之一直在考虑，能否利用桥梁结构的自身反应来识别车辆，尤其是重载车辆的基本参数。

　　通过长期在一线的积累与思考，郝天之发现移动荷载作用下桥梁时程曲线和车梁参数的关系，后来又进行室内试验并进行计算，发现这种识别方法是可行的。于是，最终形成一个反问题：通过桥梁反应的时程曲线识别移动的荷载。

　　然而，这个问题攻克之后，新的问题又来了。由于桥梁的刚度大、承载能力高，导致计算出来的车辆载重误差较大。面对这个问题，郝天之没有找到可供参考的文献资料，他做出一个大胆的决定：将机械知识移植到工程领域，通过机械原理将应变的量值放大，使应变参数变大，将监测精度放大到10 0倍，从而得出更精准的监测数据。

　　“这两个问题，我们前前后后研究了七八年。”郝天之说，这是一个反问题，从桥梁的反应推导出车辆荷载，获得车辆荷载情况之后，把问题反过来，已知车辆荷载及桥梁反应即可对桥梁目前的结构性能、受力状况进行评估、评价。经过大量的计算、模拟、实测，郝天之团队取得一系列成果，申请发明专利30余件，其中有1/3已获得授权。

　　北投养护科技对拱桥的拆除也采用了这一思维模式。2021年，广西普通国省干线公路危旧桥梁改造工程的176座危旧桥中，有相当一部分是需要拆除的拱桥。由于拆桥风险较大，按照行业做法，郝天之邀请第三方专家进行了可行性论证，专家给出的建议是从一侧桥台处的拱脚开始拆，多跨拱桥就会像多米诺骨牌一样倒下去。

　　但是，施工团队按照专家建议进行操作的时候，多米诺骨牌现象并没有出现，拆桥并不顺利。郝天之查勘、分析发现，由于桥梁建筑年代久远，对历年维修加固的结构影响估计不足。于是，他决定根据实际情况重新制定方案，经计算分析，先把墩顶或拱脚处对应位置桥面混凝土破除、钢筋切断，从而顺利实现了快速拆除。施工完成后，郝天之揪住问题不放，查询历年桥梁维修加固设计文件、分析第一版桥梁拆除方案、第三方专家的建议方案，再到变更的拆除方案等一系列事件进行技术总结和复盘，不但避免了以后遇到类似情况再走弯路，还围绕拱桥的拆除，带领团队接连申请了9项发明专利，并均已获得授权，形成企业标准。

　　“拱桥拆除过程中发现的问题对拆桥造成了不利影响，但如果反过来想，这件事情对拱桥的加固提升承载能力又提供了一个新思路。所以事后我们做了大量的复盘、推导、计算，提出了一些新的低成本、高效的拱桥加固方法。”郝天之说，“很多问题的解决灵感或思路都来源于一线实践，但并不是一蹴而就的，存在一个整体螺旋式上升，不排除个别时段甚至暂时停滞的过程，所以需要长期不懈的团队协作来逐步解决，获得突破。”

　　近年来，郝天之在桥梁加固、监测装备和算法领域的探索取得了丰硕成果，先后获得发明授权专利110 件，其中牵头发明专利4 0余件，他也因此获评广西壮族自治区2023年度企业“创新达人”和中国交通运输协会“科技创新青年奖”；而北投养护科技作为一个成立仅四年的企业，2 023年在广西企业有效发明专利数量排名中名列第38位，成为科技创新领域的一匹“黑马”。