3月23日上午10:00,中国地震局在台网中心召开以“大型复杂结构在线混合试验关键技术研究”为主题的例行新闻发布会。中国地震局工程力学研究所副所长李山有、项目负责人王涛研究员介绍有关情况并回答媒体和公众关心的问题。
下面，请李山有副所长介绍具体的情况。
大家都知道，我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，而地震又可以被称为“群灾之首”。地震灾害始终是我国经济社会持续健康发展的重要威胁。党中央、国务院高度重视防震减灾工作。党的十八大以来，习近平总书记多次就防灾减灾救灾发表重要论述，对防震减灾作出重要指示。特别是去年7月28日，习近平总书记在唐山视察时提出“两个坚持”、“三个转变”，为我们开展防震减灾科学研究提供了动力、指明了方向。
随着经济社会的快速发展，为了提供更加有效的地震安全服务，中国地震局更加突出灾前预防，更加重视风险防范，更加强化综合治理。不断推进思路理念、方法手段、体制机制创新，聚焦防震减灾迫切需求，切实加强防震减灾基础理论研究和新技术应用。
在地震灾害学中有一句话，“杀人的不是地震，而是建筑”。建筑离你有多远，地震灾害就离你有多远。因此，加强灾前预防的关键之一就是强化工程性防御措施，其核心支撑学科就是土木工程的地震工程。中国地震局工程力学研究所的原名是中国科学院土木建筑研究所，1954年成立以后，就率先在国内开展了地震工程研究。建所以来始终以国家重大发展战略、国家防震减灾事业和社会需求为导向，围绕地震工程的四大支柱：强震动观测、振害调查、振动试验、结构动力学，秉承“博学、创新、严谨、求真”的工力所文化精神，在地震工程各个方向开展了先驱性的研究，并取得丰硕成果，促进了中国地震工程学的发展。
王涛研究员是清华大学本科和硕士、日本京都大学博士，2008年汶川地震后，他满怀报国之心、放弃国外良好工作条件和优厚生活待遇毅然回到我所工作。他现在已是研究员和博士。他有强烈的事业心，不论对待何种工作都能全力以赴、精益求精，现已是我所最年轻的博士生导师。他潜心科学研究，在国际顶尖专业期刊发表了多篇论文；谋划试验条件平台，设计建设了具有国际先进水平的地震工程试验设施；广泛合作交流，积极参与国内外学术会议，主动与国内外科研机构合作；重视震害调查，不惧艰苦多次参加地震现场工作。可以说，王涛研究员是科学研究有成果、行业支撑有贡献、社会服务有成效。
在王涛研究员及其团队的不懈努力下，所承担的“大型复杂结构在线混合试验关键技术与应用”荣获2016年国家科技进步二等奖。他的团队非常年轻，平均是37岁，王涛也不到40岁。这是继我所谢礼立院士2015年获得国家科技进步一等奖后，我所近年来取得的又一重大科研成果，也是我所自1985年以来获得的第22个国家奖。
当然，作为地震工作者，面对震多灾重的国情和人民对防震减灾工作的新需求，我们必须居安思危，迎难而上，弘扬“开拓创新、求真务实、攻坚克难、坚守奉献”的防震减灾行业精神，持续加强地震灾害风险防范关键技术研发，不断提高震灾防御的科学性和实效性，切实提高科技对防震减灾的贡献率。
我就向大家简单介绍这些，下面欢迎王涛研究员与大家交流。
王涛：下面由我向大家介绍项目的具体情况。
一、混合试验技术的研究背景和意义
地震，是一种突发性强、破坏性大、成灾广泛、防御难度大、社会影响深远的大型自然灾害。历次震害已充分表明，人类对于工程结构在地震作用下的破坏机理的认识仍非常局限。而近年来，我国工程结构不断向大型化和复杂化发展，其抗震安全将面临更为严峻的挑战。
为建立安全可靠的结构抗震设计方法，必须首先准确再现结构地震损伤的全过程行为。而物理试验和数值模拟作为工程结构抗震性能研究的两种最主要手段，其现有能力均远远无法满足准确再现大型复杂结构系统地震损伤全过程的要求。
然而，长期以来，在线混合试验技术始终没有得到广泛应用，究其原因，在于理论上，没有解决好数物协同的难题，技术上，没有解决好边界协调的难题，系统上，没有解决好平台兼容的难题。针对上述三大难题，项目组历经12年攻关，提出了隐式显式协同理论、复杂边界协调技术、以及对等多子结构系统，为大型复杂结构系统抗震性能评价提供了新方法和新途径。
二、主要创新点和技术内容
创新点1：针对数物协同难题，提出隐式显式协同理论。
为提高精度，数值子结构采用精细有限元，必然引入隐式迭代算法，而试验子结构必须采用不可迭代的显式物理加载，因此，隐式数值域与显示物理域的同步协调是问题的关键。
为此，提出了隐式显式同步更新的协同算法，通过预测，加载和修正三个环节，实现了数值域隐式计算和物理域显式加载的高效协同。其中，准确预测子结构边界刚度对提高协同精度和效率至关重要。
传统方法采用初始刚度强行协同，效率低、且会引入不平衡能量。本项目提出了基于历史数据的智能刚度预测方法，可消除20%-40%的能量误差。
创新点2：针对边界协调难题，提出复杂边界协调技术。
混合试验要从单子结构单维加载迈向多子结构多维加载，必须解决复杂边界计算和复杂边界加载两大问题。针对复杂边界计算问题，提出了基于拟牛顿过程的快速求解算法，解决了刚度未知系统的边界求解难题。
针对复杂边界加载问题，提出了基于重叠领域分割法的柔性加载制度，解决了非显式自由度的加载难题。此外，还提出了位移/力混合控制方法，解决了变刚度自由度加载和多自由度混合加载的难题。
EESD论文审稿意见是：该技术是本领域的重要贡献。国际著名试验专家Mosqueda教授发文正面引用，认为，提出的试验方法使复杂结构的混合试验成为可能。
创新点3：针对平台兼容难题，提出对等多子结构系统。
传统混合试验系统采用链状拓扑结构，难扩展，针对多样的试验系统和分析软件难兼容。我们在此以封装和并行为核心思想，提出对等多子结构混合试验系统，各子结构被平等对待，通过协调器保证子结构间的边界协调。
创造了高并行、可扩展的星状拓扑结构，克服了原有链状拓扑结构的不足。利用“封装和并行”兼顾了复杂工程结构力学特征的多样性，通过标准化的接口解决了不同分析和加载平台的兼容问题。
EESD审稿专家认为：对等多子结构“是一个创新的方法，比既有方法更具通用性，前景广阔。”JSE前主编塔维尔教授正面引用：对等多子结构系统只在子结构上建立运动方程，而不形成整体运动方程，是全新的在线混合试验系统。
1999年，美国投资14亿美元启动了迄今为止世界上最大规模的结构抗震研究计划——NEES计划，旨在开发新一代在线混合试验系统。2003年，项目组也正式启动了该项实验系统研究。
到目前为止，共有三代在线混合试验系统问世。2005年，本项目成功开发了第一代主从式系统，而NEES于2006年完成该系统；2006年本项目先后成功开发了第二代动静分离式系统和第三代对等多子结构系统，而NEES计划仅于2008年完成第二代系统，至今未完成第三代系统的开发。今天汇报的正是第三代系统中的关键技术。
因此，本项目针对制约在线混合试验技术发展的三大瓶颈难题，在基本理论、关键技术、系统平台三个层面取得了一系列突破，率先在国际上成功完成了以精确、协调、可扩展为特征的第三代在线混合试验系统，为大型复杂结构系统的精细化抗震试验提供了强有力手段，取得了显著的社会经济效益。
三、成果应用推广与社会服务
本项目成果被国内外各实验室采用
本项目成果被4个国际实验室：美国多学科地震工程中心（这是美国三大地震工程中心之一）、日本京都大学防灾研究所实验室、世界最大振动台实验室Edefense、新成立的地震工程国际合作联合实验室所采用。本项目成果也被国内两个国家重点实验室和4个省部级重点实验室采用。
本项目成果直接服务于社会
北京市存在大量的上世纪60-80年代建设的砖混结构，抗震能力不高，而且因为周转房问题难于搬迁，且传统的加固工艺不环保。为此所提出的新型加固技术，采用预制混凝土墙片在原有结构外部加固，像给原房屋穿上一件外套一样，不用入户，解决了搬迁的难题，增加了南北两侧阳台，改善了居住条件；采用工厂预制技术，保护了现场环境。应用本项目技术，我们完成了北京市老旧住宅抗震加固试验，检验了外套和原结构之间的连接构造，验证了两者之间协调工作能力，确认了在大震下的结构安全性，形成了计算-设计-施工成套技术，得到了成规模的应用。
震害防御是减轻地震灾害的最有效手段，由中国地震局震害防御司提出的地震安全社区是直接服务于社会的民生工程。在建筑结构上主要体现在采用消能减震技术以较小的代价获得抗震能力的大幅度提高。采用本项目技术对这种新型技术的构造和抗震能力进行了系统验证，试验表明在高层建筑的连梁中采用阻尼器，可获得提高一度的抗震能力，有利的促进了地震安全社区的推广应用。
本项目技术也可直接服务于工程
位于北京CBD的中国尊大厦，高度528米，是在高烈度区的世界最高建筑，采用了核心筒-伸臂桁架-矩形柱的结构体系，矩型柱尺寸为30余米，具有复杂的钢-混凝土组合截面，并且有两个分支，这种复杂的构造抗震能力到底如何，利用本项目技术，我们进行了大量实验，验证了其出色的抗震能力。
另外，结合我国建筑工业化战略，与万科合作，进行了装配式剪力墙结构体系的足尺子结构混合试验研究，试验证明，这种结构体系的构造连接具有与现浇混凝土等同的抗震能力，而施工速度得到大幅度提高，环境得到有效改善。
本项目技术更多的为科研服务
在美国自然基金的资助下，本项目团队与美国多学科地震工程中心和日本京都大学耐震构造实验室进行跨国际混合试验。美方负责人多学科地震工程中心Mosqueda教授，在对比了NEES计划发展的两代混合试验平台认为，本项目技术具有更高的可扩展性，特别适合国际间试验，因此采用本项目进行试验，并发现了钢结构框架从小震到中震、大震和超大震过程中的塑性内力转移导致的倒塌模式变化现象。
与世界最大振动台试验中心E-Defense合作，采用本项目技术进行足尺钢结构振动台倒塌试验预研究，通过子结构混合试验，以较小的代价模拟了高层钢结构地震破坏倒塌过程，深入理解和预测了振动台试验的破坏和失效机理。
项目的社会效益体现在：支撑大型复杂结构抗震试验，提升复杂工程抗震设计精度和先进性。
本项目技术被《建筑抗震试验规程》直接采纳，为《建筑抗震加固技术规程》等四本规范提供科学依据。
培养了一批结构抗震试验专业人才。
好，有关本项目的汇报就讲到这里，谢谢大家！
主持人王琳琳：谢谢两位的介绍。下面请大家开始提问，提问时请大家报一下所代表的新闻机构。
光明日报：我有两个问题。第一个问题是刚刚听王老师介绍PPT，有一位美国专家评价这个项目的成果，它使复杂结构的在线混合试验成为可能。这个意思是说现在复杂结构的在线混合试验还是应用的不太成功吗？现有技术对于复杂结构的在线混合试验是无法做好的，所以这次的成果让它成为可能。是这个意思吗？
您刚刚介绍在线混合试验有三个关键技术难点没有解决。因为我们本身都不是地震力学专业背景的，您刚才介绍的，请您再用通俗的语言把这三个技术难点再解释一下。否则我们再解释给公众就很困难。
王涛：谢谢你的问题。对于第一个问题是关于在线混合试验发展过程中瓶颈的问题。先介绍一下背景。混合试验实际上是工程结构的地震动力响应的试验，它跟我们传统的理解震动在地面的机理是不一样的，它是把动力过程反算过来，在每一个楼层的位置上进行加载，做这样一个混合试验。它的好处是可以做大型结构、大尺度结构的动态加载。
在这个过程中，我们发展了子结构混合试验技术，特别是国外开始提出这个概念以后，大概有30年，中间没有良好的发展。我们认为主要的问题是在于他们没有解决一个理论问题，就是没有解决协调的难题。第二是没有解决好平台的问题。
关于第一个问题，有限元的计算和加载的匹配不是同步的，很难协调起来。在这个过程中，要做很多有限元的改造。我们一般采用商业的有限元，很难动它的代码，这个时候很难把加载过程嵌入到有限元的计算过程当中去。这是第一个问题。
第二，我们开发的平台，不管是什么样的有限元、什么样的加载平台，我们只负责提供一个数据，再收回一套数据，之间到底怎么处理，我们不关心。你可以用自己的有限元软件，也可以用商业有限元软件，也可以用自己的任何一种加载设备来做，这跟我们是没有关系的。所以，做了封装和处理，这特别适合现代的工业化的设计理念，应用起来非常方便。我们这个平台在美国和日本、中国之间进行了跨国际的实验。在这个实验过程中，美国用的是一套加载系统，叫电激伺服全加载系统，日本用的是液压千斤顶式的系统。这都没有关系，我们把需要的告诉实验室，实验室告诉我们所要求的就行了。我们做的是平台和理论方面的事情，解决了第一个问题。
第二个问题是指这三个创新点，一个是理论上的协调难题，一个是技术上的边界条件实验的难题，另外一个是平台的难题，我刚刚都做了相应的解释。在理论上，做了隐式的计算，什么叫隐式计算？当前在这个点上，我不知道下一步该往哪个地方走，我必须尝试，走这个点不行，就修正一下再走这个点，总有一个点能找到。加载我不能尝试说先加到这个位置上不行再拽回来再加这个，这是不行的。因为材料有它的非线性，它有加载路径的问题，你必须一步到位。这两个之间是有矛盾的。我们发明了三段式的加载解决了这个问题。
第二个是边界的协调技术，主要是关于大刚度结构的加载，在设备控制上是一个难题，特别是刚度非常大的轴压构件，控制起来稍微有0.01毫米的变化，力的变化就非常大，不利于加载。我们做了一个力位移混合控制，做了一个重叠领域加载，把这个问题解决掉。
第三个是我们做了平台，做了一个封装协调器的核心，做了一个标准接口，用这个接口跟其他的有限源和其他的加载设备进行交互。我们的能力可以达到跟四种有限元、两类加载平台进行通讯。将来也可以根据用户的要求继续定制。
这是我的回答。谢谢！
科技日报：刚刚您提到这个项目有12年的攻关，您是2008年回国的。在您回国之前，这个项目就已经启动了。我想问一下项目的发展历程、脉络。这是第一个问题。
第二个问题，我看材料里提到主要是大型复杂工程结构在强震作用下的动力灾变机理的重要手段。我想知道大型复杂工程结构的范畴是什么？哪些是属于这个范围的。
第三个问题，主要的有一个应用就是对于60-80年代的老楼，加固作用比较好。是不是有已经落实的项目了？或者应用的工作是否已经推进？
王涛：关于第一个问题，我们做任何一个项目，尤其是科技类项目，是应该有积累。最好的积累是从博士阶段开始，甚至是从硕士阶段开始。实际上这个课题，我们从1999年就开始了。我刚刚在清华进入硕士的时候就开始了，当时没有系统的做。但是，我们项目团队的第二完成人，他做了清华实验室的拟动力加载系统。2003年，我们一同到了日本去读博士，在日本期间开发了第一代、第二代和第三代的平台。在日本，是2006年左右开发出来的。到了2007年、2008年有了两个应用，主要是在日本当地做的应用。回国以后，我们联合美国、日本又做了钢结构倒塌的研究应用。再往后，结合着我们国家的结构试验方法，我们做了力位移混合的控制、复杂边界的协调，打通了整个技术环节上打通掉。这个平台按照工程化的方法封装了，在2012年左右形成了报奖的整个项目框架。在这个过程中，我们做了很多工程的应用，做了中国尊、牛栏江大跨桥的，还有其他的超高超大体系，最多的还是做的普通工程的应用。这是主要的发展脉络，是我在日本做博士的时候就开始的。
第二个问题，关于大型复杂结构的范畴。在工程当中，什么是大型，什么是复杂，没有严格的界定。但是，在规范上是有明确指定的，有一句话叫做超限建筑。只要是规范管不着的，或者是超出规范规定范围的，我们就叫复杂结构，大型结构就是仁者见仁、智者见智的事情了。当然，我们这个系统并不只是为大型复杂结构服务，普通的建筑、民用建筑也可以用。就像您提的第三个问题，60年代-80年代的典型的民用住宅。这是2010年左右立的项，虽然它小，但它已经超出规范的要求了。当时没有这种技术，我们是一个整体化的体系化的加固解决方案。通过这种方式，改变整个原有老旧住宅的变形模式，防止它的倒塌。
光靠分析和理论是不行的，还需要试验验证。我们就用本项目方法进行了试验验证，为它的规范提供了详实的数据，推动了地方标准的设立。同时，已经在北京市的66万平方米左右的应用。现在还在推，如果大家留意得到，三环里有很多老旧住宅在做抗震加固项目。
这是我的回答。
新华社：有几个问题想特别问一下二位。第一个问题是问王研究员。接着刚才科技日报记者问到的，关于北京市存在的60年代-80年代的建筑，您在PPT提到的潜在的有5000万平方米，在推动这个事情的时候有没有下一步的打算？您刚刚提到完成了30万平方米，比例是比较小的。再一个，不只是北京，在全国范围内，60年代-80年代的建筑还是挺多的，咱们有没有进一步的打算？
提到中国尊的抗震能力。我们想了解一下到底抗几级，能够承受多大的地震，它的成本有没有考虑？
第二个问题是问李所长。2016年的国家科技进步奖，咱们获得了二等奖。这样一个研究项目也持续了很多年。咱们工程所有没有其他的国家级的研究计划，主要是针对抗震和防震这一块的。存在哪些困难？有没有下一步的研究重点和打算？
王涛：我先回答您的两个问题。第一个是关于北京市老旧住宅，看来大家对这个项目很关心。我介绍一下整个的项目背景。这是北京市建委的一个重大专项，2010年立项，针对北京市三环或者是老旧住宅，确实是60年代-80年代建设的。其中一些楼的外部有混凝土的柱子，有一些梁，做过加固，但这不是整体性的解决的方法，只是起约束作用的，当里面的东西都不可受力了，还怎么约束它呢？我们做的是整体式的解决方案。首先，我们不约束单独的墙，因为已经没办法受力了。我们约束整体的变形，让大部分的地震力由后附加的结构承担，让原来的变形在非常小的可承受范围内，这样可以大幅度提高它的抗震能力。
在过去2-3年，大概有66万平方米，今年还有1-2个小区会动工。这个过程中确实有一些阻力，居民不了解，确实也对日常生活造成影响。比如，停车位要被占用。但是，北京市政府在大力地推广这个事情。我们预期要在北京市大规模的推广这个事。我们现在在推动地标，推广的第一步就是把它变成行标，据我了解，上海的有些设计院在用这个技术来做。这是我了解的情况。再往下，这不能光凭我们一家或者是合作单位一起来推动就可以铺开的，还得靠媒体朋友和人民群众对它的认识有所提高，也请各位好好宣传这个事情。
第二个问题是关于中国尊抗几级地震，这个说法是从它的安评来考虑。我不知道它抗几级地震，但我可以明确告诉你它抗9度地震，9度和9级、8级没有什么必然的关系。北京的设防烈度是8度，中国尊是9度，要提高1度的设防，我不掌握它的成本。
作为研究所，我们也会存在很多困难。我们所不在北京，是位于哈尔滨，在振兴东北的大环境下，第一个问题就是引人困难，地理位置没有优势，东北的气候和北京比也有困难。第二是留人困难，研究所跟高校对比，待遇还差很多，尽管国家政策很多，如何在研究所落地，能够兑现这些政策，特别是对行业研究所来说，还有很多的路要走。