南方財經全媒體記者 袁思杰 香港報道

在湘西的青山綠水間，鳳凰磁浮革命性的磁浮在線監測平臺堪稱磁浮交通的數字神經系統，持續"把脈"軌道健康狀況，精準調平保障磁浮列車平穩運行，讓乘客感受到"如履平地"的體驗。而在廣州，超級神經系統讓600米的廣州塔在云端得以舒展"小蠻腰"，700個精密傳感器捕捉到塔身每一次細微的"呼吸"。

在香港，青馬大橋的自適應概率神經網絡精準捕捉大橋"心跳"的細微異常。即使環境噪聲完全掩蓋了損傷本身的微弱信號，依然能實現85%以上的精準定位，就像在暴雨夜的喧鬧中清晰分辨出一片落葉墜地的聲響。

磁浮列車劃破長空，高鐵網絡縱橫馳騁，摩天大樓直插云霄，跨海大橋飛架天塹：而默默守護這些標志性項目結構安全的核心技術，源自香港理工大學土木及環境工程學系智能結構與軌道交通講座教授倪一清在結構健康監測領域的一系列開創性科研成果。

“對于任何一個運動系統，我們都希望能夠實現對其的有效控制。”倪一清對記者說。

倪一清表示，過去數十年，團隊依托大數據與人工智能技術開發了一系列分析算法，使系統能快速診斷結構性能問題，如裂縫形成、局部可靠度下降等關鍵指標，實現實時計算反饋。

倪一清是國際著名結構健康監測專家，連續5年在土木工程領域位列全球前2%高被引科學家，曾獲國家科技進步獎二等獎和日內瓦國際發明展金獎及特別大獎。自1990年代起，他主導了香港青馬大橋、廣州塔、深圳證券交易所等地標工程的結構監測系統研發，為建筑物進行全壽命期的健康監測。

基建項目的"隱形衛士"

在浙江大學求學期間，倪一清受總是乘坐火車來杭州的外省同學影響，產生了對火車和軌道交通的向往，總盼望有機會坐一次火車。“大學畢業后，我特地去坐了一趟從杭州到寧波的火車，圓了自己的火車夢。”

自此，對結構動力學的熱情就深深埋在了倪一清的心中，直到后來對其主要的研究方向和科研成果產生了重要影響。倪一清認為，火車等軌道交通本身就是一個動力系統，而任何一個動力系統，都需要被有效地控制。

畢業后，他從事傳感器相關工作，主要將其應用于土木結構的安全監測領域。

在1990年代研究生畢業后，由于浙江大學在當時還未設立結構動力學相關的博士點，倪一清選擇遠赴香港理工大學攻讀博士學位，擔任研究員，并開始參與政府主導的橋梁結構安全監測項目，包括為1995年開始建設的香港青馬大橋安裝傳感器。

“香港在大橋結構健康監測領域處于世界領先地位。當時，這些大橋已經開始建設長期、永久性的結構健康監測系統。我們將監測系統永久性地安裝在大橋上，實現實時監測和預警，而國外多以一座橋梁為對象，進行一至兩個月的臨時監測，二者的概念存在明顯區別。”倪一清指出。

正因此，倪一清雖前往美國進行博士后研究，后來還是選擇回國，先后參與了一系列新建橋梁的結構安全監測工作：“從汲水門大橋、汀九大橋，到后來的昂船洲大橋、深圳灣公路大橋（西部通道大橋），直至港珠澳大橋，我均有幸參與了這些大橋結構監測系統的建設。”

至2010年，倪一清開始參與火車安全監測項目，從此結下不解之緣，并扎根這一領域，將其在土木工程領域的科研成果，通過跨學科合作進行落地轉化。

從守護橋梁到軌道健康監測

2015年10月，經科學技術部批準，國家軌道交通電氣化與自動化工程技術研究中心香港分中心（下稱“研究中心”）在香港理工大學正式成立，主要聚焦應用于軌道交通領域的先進傳感、智能振動控制、軌道交通噪聲控制、機器學習及大模型等先進技術研發。

迄今，倪一清團隊在研究和應用領域碩果累累，代表性研究包括軌道交通智能運維系統、鐵路異物入侵監測系統和光纖光柵傳感器等。

其中，光纖光柵傳感器是倪一清團隊在結構安全監測方面最具代表性的科研成果之一。

這一智能傳感器，通過一條細細的光纖即可傳送信號。結合超聲導波等技術，光纖傳感器能夠精準捕捉裂縫、溫度及振動等細微信號。

對于光纖光柵傳感器的優勢，倪一清認為，一方面，傳統的傳感器使用電信號會受到火車及鐵軌產生的電磁信號干擾，而光纖則不存在這個問題；另一方面，中心研發的傳感器質量小，可直接安裝在高鐵和軌道上，可實現多點布設且無需額外供電，不影響列車正常運行。

該技術已護航全球多個標志性基建項目。在高鐵領域，京滬高鐵與蘭新鐵路率先部署傳感器網絡，實時追蹤車輪扁疤、軌道形變及動態荷載，提升安全運營水平。在2016年，該技術輸出到了新加坡地鐵，成為首例海外鐵路應用。

同年，倪一清團隊利用這項技術，對在里約奧運會期間運行的地鐵4號線列車結構部件展開全面監測，范圍涵蓋動車及拖車轉向架、軸箱、齒輪箱、天線梁和電機，在4天時間內累計監測行車里程500公里。

除保障結構安全外，如何減少高速行駛下的列車產生的噪聲也是研究中心的科研重點。資料顯示，軌道交通產生的直接噪聲主要來自火車車輪和軌道振動發出的滾動噪音，以行駛時速300公里/小時的列車為例，車內噪聲可達75分貝，距軌道25米處可產生約70-80分貝的噪聲。而暴露在大于85分貝的環境超8小時，可致人的聽力損傷，90分貝以上則會引發神經衰弱、血壓升高等癥狀。

為解決噪聲問題，研究中心團隊通過3D打印技術制作聲學超材料吸聲屏障，可實現寬頻高效吸聲。此外，團隊還研發了鐵路噪聲控制智能顆粒阻尼器，安裝后軌道近場噪聲可降低3-5分貝，遠場噪聲可降低1-3分貝。

目前，這兩項技術已經在香港地鐵和深圳地鐵投入測試和使用。

倪一清指出：“我們不僅關注結構安全性，更強調用戶體驗維度，例如在鐵路應用中，我們會把乘客舒適性和噪音控制作為核心指標被納入監測體系。”

人工智能“保駕護航”

根據國家鐵路局發布《2024年鐵道統計公報》，我國鐵路營業里程達到16.2萬公里，其中高速鐵路4.8萬公里，位居世界第一，超越了世界上其他國家高鐵營業里程的總和。全國鐵路路網密度達168.5公里/萬平方公里，年旅客發送量和周轉量穩居世界第一，貨運量世界第一。

作為國家軌道交通電氣化與自動化工程技術研究中心香港分中心主任，倪一清如今正積極引領人工智能在鐵路領域結構健康監測技術的研究與應用。 

AI的發展為結構健康監測注入“先知直覺”。基于圖像以及激光雷達系統，倪一清建立了異物監測系統，即使是一根晾衣架掉到鐵軌上也能精準識別。“這個系統是完全采用深度學習算法建立起來的，一般的算法做不到這樣快速的識別。”倪一清表示。

過去，不具備實時監測的列車只能依靠固定時間段的檢修來搜集數據，效率低下。而借助研究團隊開發的AI智能監測云平臺，檢修員可以通過傳感器技術，實時監測列車運行數據，從而在安全性、可靠度、舒適度等各細節上完善目前的中樞控制系統。目前，智能監測云平臺已經在新加坡地鐵、香港地鐵和內地高速鐵路等軌道交通場景安裝使用，反響良好。

倪一清建議，攻讀土木工程專業的學生，不能只學專業知識，更重要的是接觸人工智能、材料科學和信息系統等方面相關的先進技術，“人工智能將來會在每個領域廣泛應用，大學生現在就應該開始修讀相關課程。”

在土木工程材料革新方面，研究中心團隊也在積極推動智能材料與AI的深度融合，其研發的自感應混凝土可以使鐵路軌枕具備實時感知荷載能力，目前正與上海鐵路局開展應用測試。

人工智能的賦能遠不僅可以守護軌道交通安全，還可以應對復雜城市環境面對極端風暴帶來的風險。

2023年，倪一清領導的團隊獲得研究資助局撥款近5000萬港元支持，開發了“INTACT: 沿海城市智能式熱帶風暴減災系統”。這項系統以激光雷達測風技術為核心，構建了全球首個面向高層建筑群的實時臺風風險預警原型。

倪一清表示，該系統突破了傳統氣象監測局限，通過韌性評估模型與臺風路徑模擬深度耦合——利用衛星遙感、地面傳感、歷史災損庫等多源數據訓練，動態更新算法，實現了臺風對關鍵建筑的潛在破壞力定量預測。

 “火車夢”引領動力學研究之路

《21世紀》：你曾提到從小對火車就有著莫名的向往。可否分享一下是如何一步步走向結構動力學專業研究之路的？

倪一清：我的家鄉位于浙江省的一個縣城，當時尚未通火車。大學四年期間，往返家鄉與杭州，我一直乘坐長途汽車。班級中有許多來自北方的同學，他們通常乘坐火車往返甘肅、蘭州等地，經常向我們分享旅途中的見聞和故事，我對此非常向往。正因如此，大學畢業后，我特地乘火車從杭州前往寧波，再從寧波返回家鄉，這也是我人生中首次乘坐火車。

火車動力學是我大學時期的研究方向，我的本科畢業論文也是和動力學相關。在浙江大學攻讀碩士學位期間，我亦從事振動控制方向的研究。

我一直對控制非常感興趣，而火車的運行過程本質上就是動力系統的運行過程。對于任何一個運動系統，我們都希望能夠實現對其的有效控制。

《21世紀》：博士后階段結束后，你為何沒有選擇留在美國，而是選擇到香港發展？

倪一清：香港在大橋結構健康監測領域處于世界領先地位。當時，這些大橋已經開始建設長期、永久性的結構健康監測系統。

我們將監測系統永久性地安裝在大橋上，實現實時監測和預警，而國外多以一座橋梁為對象，進行一至兩個月的臨時監測，兩者的概念存在明顯區別。

除青馬大橋外，還有汲水門大橋、汀九大橋、后來的昂船洲大橋、深圳灣公路大橋（西部通道大橋），直至港珠澳大橋，我均有幸參與了這些大橋結構監測系統的建設。彼時我也意識到，未來還會有更多新橋的建設，因此我非常希望能夠回國，繼續參與這些大橋結構健康監測的相關研究工作。

中國高鐵技術世界領先

《21世紀》：作為我國軌道交通發展的見證者，你如何看待我國在軌道交通領域，特別是高鐵、地鐵、磁懸浮列車等方面的技術實力及其國際競爭力？

倪一清：過去十年間，我國在軌道交通領域取得了巨大的技術進步。目前，我國軌道交通技術已處于世界先進水平。比如高鐵，我國的運營里程居世界首位。盡管出于安全考慮，部分線路將列車時速控制在300至350公里每小時，但近年來如京滬高鐵等線路，部分列車時速已提升至400至450公里每小時，車速已達到世界領先水平。

但在管理和運營方面，部分領域仍有提升空間。以往我們更側重于技術層面，而國際上則更加注重乘客舒適度、高鐵車站人流規劃等軟科學方面，研究起步更早，經驗更為豐富。

在磁懸浮方面，我國已具備時速600公里的磁懸浮列車，但目前尚需建設一條能實際運營的高速磁懸浮試驗線。只有建成此類試驗線，我國高速磁懸浮技術才能真正實現客運運營。

《21世紀》：從你的研究領域出發，實現上述目標還存在哪些關鍵技術難題亟待攻克？

倪一清：就車速而言，我認為已不存在重大技術障礙。但在提升舒適度等方面，如噪聲控制，仍是亟需解決的挑戰。如何進一步降低噪聲對乘客及沿線居民的影響，是當前面臨的重大課題。

有觀點認為，由于磁懸浮列車消除了輪軌摩擦，噪聲問題將大為緩解。然而，空氣動力噪聲依然存在。以時速600公里為例，這相當于飛機起飛時的速度。眾所周知，飛機起飛時的噪聲非常大。因此，如何在如此高的速度下有效降低空氣動力噪聲，是磁懸浮技術面臨的重要挑戰之一。

我所在的國家工程技術研究中心的主要研究領域之一，就是利用先進技術降低噪聲。例如，采用智能材料，如石墨烯、碳納米管，通過3D打印技術制造具有優異吸聲性能的非天然材料，即聲學超材料，以實現噪聲的有效控制。此類技術不僅適用于高鐵和磁懸浮列車，也可推廣用于高速公路的噪聲治理。

AI賦能軌道交通安全

《21世紀》：你主導的高鐵安全監測系統已實現從“軌道”到“輪子”的監測延伸，并計劃拓展至管道磁懸浮。可否分享一下團隊在軌道交通安全檢測方面的研究成果？這些技術是如何在超高速交通系統中保障安全和提升穩定性？

倪一清：我們研發了一系列特制傳感器。由于現有的光纖傳感器，其采樣頻率一般僅能檢測5000赫茲以內的信號，而在聲發射或超聲波檢測中，檢測頻率遠高于此。

我們發現，超聲波檢測在裂縫檢測方面極為有效。超聲波沿結構表面傳播時，遇到裂縫會產生反射和折射，信號特征明顯不同。

因此，我們開發了專用的超聲波光纖傳感器。其優點在于：首先，可在多點布設傳感器；其次，每個測點無需單獨供電。由于高鐵沿線（除站臺及道岔等位置外）普遍無電源，若需為檢測設備單獨供電，將極為不便且不切實際。

《21世紀》：人工智能和各行各業深度融入是現在的一大趨勢。你的研究團隊在應用人工智能方面有哪些最新實踐？

倪一清：我所在的國家工程技術研究中心重點研究方向之一是磁懸浮控制系統，包括控制算法的研發。目前，磁懸浮控制系統在常規環境下運行穩定，但在遭遇臺風等極端氣候時，懸浮控制的魯棒性（穩健性）仍面臨挑戰。為提升控制算法在不確定干擾下的穩定性，我們引入了人工智能算法。例如，采用加強學習、遷移學習、圖神經網絡等方法，提升系統對不定性干擾的適應性和穩健性，從而確保在極端天氣下也能實現良好控制。

另一個實例是應對異物侵入，如滑坡導致的石塊、泥沙落入軌道，可能導致脫軌事故。對此，我們開發了基于人工智能的異物侵入監測系統。該系統結合數碼相機和激光雷達，通過圖像識別技術，可在動態環境下實現高鐵隧道前方1500米范圍內的實時監測，能夠準確識別異物、人或其他車輛進入，并及時預警列車駕駛員，實現列車及時減速或停車，從而保障運行安全。該系統完全依賴人工智能算法，能夠實現快速識別并即時響應，是傳統算法無法實現的。

《21世紀》：近年來，我國軌道交通公司加快了出海步伐，特別是在“一帶一路”共建國家市場方面落地建設項目。這其中，香港可以扮演哪些重要角色，幫助我國高鐵、地鐵等軌道交通開拓國際市場？

倪一清：香港在這一過程中可以扮演獨一無二的角色。例如，在香港設立鐵路領域的認證中心。香港已與全球一百多個國家和地區簽署了互認協議，即在香港完成的認證，在這些國家和地區均可直接獲得認可，無需再次認證。

目前我國高鐵技術“出海”時，通常需要與當地簽署協議，確保系統按中國標準制造和使用。但部分國家要求技術產品必須通過本地相關規范和認證。在這種情況下，香港可發揮獨特優勢。出海項目在香港完成技術認證后，憑借互認協議，該認證即可被相關國家直接認可，無需在當地重新檢驗認證。

（實習生顧欣宇、顧泯駿對報道亦有貢獻）

策劃：趙海建

記者：袁思杰

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