赴日研修学术交流总结 安全科学与工程学院 洪 林 1 引言 起始于2003年的日元贷款人才培养项目是中日两国政府达成的日本政府长期对华政府贷款项目中的一部分，主要针对全国非沿海地区、非发达地区的高校，用于设备购置、人才培养等项目，河北、辽宁、海南是该项目的最后一批。 2009年5月12日至10月10日，我有幸以客座研究员的身份到日本长崎大学工学部社会开发工学科随蒋宇静教授进行了研修。研修期间，我们介入了蒋教授的研究课题，并跟随蒋教授参加了学术会议。学习之余，我们还充分了解了长崎市的风土人情及人文环境。 2 长崎简介 长崎为世人所知是因为它承受了人类社会迄今为止仅有的由于战争而投下原子弹的城市，当时的长崎人民遭受了常人难以想象的灾难与痛苦。 长崎市位于九州本土西端，是日本重要的港口城市，与我国上海相隔仅800公里。它自古以来，一直是日本对外交流、对外开放的门户，也是西洋文化和大陆文化传播的重要地方，市内还保存有大量的中国明朝古迹及欧洲建筑。 3 长崎大学及所在研修学科简介 长崎大学（Nagasaki University）位于长崎县长崎市的日本国立大学，旧六所医科官立大学之一。1949年由长崎医科大学、长崎医科大学附属药学专门部、长崎经济专门学校(二战前为长崎高等商业学校)、长崎师范学校、长崎青年师范学校、长崎高等学校合并而成。长崎大学的教学研究机构有：教育学部、经济学部、医学部、齿学部、药学部、工学部、环境科学部、水产学部、生产科学研究科、医齿药学综合研究科、国际健康开发研究科、热带医学研究所。 工学部设立于1966年4月，现在由机械系统工学科、电气电子工学科、情报系统工学科、构造工学科、社会开发工学科、材料工学科，以及应用化学科等7个学科构成。 社会开发工学科学科带头人是蒋宇静教授、博导。蒋宇静教授，1983年毕业于山东矿业学院，获工学硕士学位（矿山压力），1993年毕业于日本帝国大学之一——九州大学，获工学博士学位（土木工程）。1993年受聘为九州大学环境系统科学研究中心副教授，1999年受聘为长崎大学工学部社会开发工学科副教授，2007年被聘为教授。 蒋宇静教授主要研究领域是地层环境力学、岩体力学、资源与环境系统工程和岩土结构工程。在采场顶板控制设计理论、软岩非线性力学与工程控制设计理论和“地层环境力学”新体系等领域都做出了杰出成绩。推导了任意地应力条件下软岩工程周围塑性区形成、体积扩容以及“支-围相互作用”9个模式的通用理论公式，在工程围岩非线性力学特性和稳定性控制的研究领域取得了重要的理论和实验结果。自行开发研制的用于岩体工程稳定性分析的“新底面摩擦试验台”、“计算机图像数值化系统”以及“岩体节理的剪切-渗流耦合实验台”、“节理表面分形激光测试分析系统”等试验研究装备受到国际岩土工程界的重视。成功开发了利用“3S(GIS、GPS、RS)技术”进行地下资源开采、岩体边坡工程中大区域地层环境综合分析监测的专家系统，其部分成果将直接用于三峡库区边坡稳定性的长期分析监测。先后获中国驻日本大使馆教育参赞奖、日本文部省自然科学青年基金获得者、日本国立长崎大学校长基金获得者、国家自然基金委员会海外杰出青年基金获得者、ABI(American Biographical Institute)授予Man of the Year称号、中国岩石力学与工程学会国际交流贡献表彰等，是教育部“煤炭深部矿压与突水动力灾害机理与防治”创新团队带头人。 4 研修期间的主要学术交流活动 研修期间，我们参加的主要学术交流活动包括：进行了四次学术讨论（大坝渗水研究、虚拟导游系统开发、地下线路诊断系统开发、地质灾害预测预报研究）、参观了蒋宇静教授建立的地盘开发工学实验室、参加了2009年日本土木学会全国大会、参加了一次工学部的博士学位论文答辩、与日本GRI地盘研究所的山内淑人博士进行了座谈、参观了九州大学工学部地球环境工学科资源工学实验室（井上雅弘副教授的矿井通风模型、氢气利用实验设备，佐佐木久郎教授的实验室）。现简要说说其中的几次学术交流活动。 4.1大坝渗水研究学术讨论 6月11日我和倪景峰副教授应邀参加了蒋宇静教授组织的学术讨论。此次讨论的主题是研究室的一名中国留学生汇报已完成的研究情况及下一步研究思路。该留学生是清华大学张楚汉院士的博士研究生，目前在蒋宇静教授所在学科进行学术研究，研究内容主要是大坝渗水机理及数值模拟研究。研究的目的是研究大坝建成后其内部出现裂隙时坝内水流的渗透机理，主要包括：水流在裂隙中的渗透速度、流场分布、水流穿透大坝的最快流经路线、流量计算等等。蒋教授已经对裂隙（节理）流场进行了大量的实验研究。清华的博士研究生的主要任务是对不同状态的大坝裂隙渗流状态进行数值模拟。在介绍下一步研究思路中，其中有一项是计算水流穿透大坝的最快流经路线及流量，清华研究生计划采用数值模拟的方法求解。蒋教授指出该方法存在计算量巨大及可能不收敛的问题，让另外寻求解决思路。我和倪景峰副教授发现他们想要解决的问题其实就是一个简单的网络计算问题，和矿井通风网络解算存在相同点，只是巷道变成了裂隙、巷道摩擦阻力变成了裂隙粘性阻力、通风机变成了静水压力。在充分考虑、商量的情况下，我们建议他们在前期研究得出裂隙渗流状态参数的前提下采用网络解算的方法解决此问题，并为他们简单讲解了网络解算的思路和方法，演示了通风网络解算软件。蒋教授在了解通风网络解算软件及其功能后，建议清华博士研究生在做好当前研究内容的基础上，充分了解网络解算的思路、方法，掌握通风网络解算软件的使用方法，为下一步进行大坝最短流径和流量计算做好准备。 小结：学科交叉才能取得突破。通过这次学术交流，我们学到了研究裂隙（节理）流体流动状态的方法。该方法可以用于研究煤层瓦斯流动及瓦斯抽放。同时，我们也为他们提供了有效的解决问题的方法。
留学生为大家汇报研究内容、成果及下一步研究思路
留学生为大家汇报研究内容、成果及下一步研究思路
和倪景峰副教授提出利用网络解算的方法解决问题
为蒋教授及其学生讲解网络解算基本原理
倪景峰副教授讲解网络解算原理
倪景峰副教授演示我校开发的网络解算软件（矿井通风仿真系统） 4.2参加日本土木学会全国大会 2009年9月2-4日，我们和蒋宇静教授及其研究生一起到福冈大学参加了2009年度日本土木学会全国大会(Japan Society of Civil Engineers (JSCE) 2009 Annual Meeting)。此次土木全国大会规模很大，共有1千多人参加。蒋教授共带了10余名学生参加此次学术会议，其中有7名研究生在学术会议上做学术发言。
在日本土木学会全国大会举办地——福冈大学门口
福冈大学建学精神：“思想堅実 穏健中正 質実剛健 積極進取(思想坚实，稳健中正，质实刚健，积极进取)” 此次学术会议共分了14个学术讨论方向，涵盖了建筑、隧道施工、环境保护、安全、机械、电气等土木行业涉及到的所有专业，每个讨论方向分为数个不等的讨论会场，每个会场每天进行4场讨论，每场讨论大约有8篇论文的作者进行学术论文汇报。每位作者汇报后，一般都有与会人员针对汇报内容进行提问，相互进行学术探讨。每个会场都是时刻开放的，所有人都可以根据目录查找自己感兴趣的学术论文汇报，并随时进入该汇报会场听取报告。 小结：充分交流才能进步。这次学术会议，有知名教授做的学术报告，也有很多年轻学者尤其是研究生做的学术汇报。通过类似学术交流，研究生能很好的了解、学习相关领域的研究内容、方法、手段。通过参加此次学术会议，我们认识到，作学术，不能关起门来作，必须走出去，与同行充分交流，相互了解研究动态、方法。 4.3 与GRI地盘研究所的山内淑人博士座谈 2009年9月24日，在蒋宇静教授的引见下，我和日本GRI（Geo-Research Institute）地盘研究财团下属的九州地盘环境研究所所长山内淑人博士进行了座谈。山内博士详细介绍了声纳地层地质探测仪的工作原理及应用环境、使用方法。该探测仪是GRI地盘研究所自行研究开发的最先进的地质探测仪器，目前全世界仅此一台。 该公司研究的声纳地层地质探测仪与传统的电磁波地层地质探测仪器不同，它采用声纳作为工作介质。声纳是利用声波进行探测、定位和通信的电子设备。声纳是海军进行水下监视使用的主要技术，主要用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声纳技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。 探测仪工作原理： 声纳地质探测仪能将表水层以下的基岩层和沉积层的地质构造进行扫描形成二维可视化图形，有助于观测常规探测方法无法得到的信息。能广泛应用于地基设计、土壤改良、隧道施工设计。声纳地质探测仪工作时需要在探测部位两侧打两个直径为50mm钻孔，声波发射器和接收器分别置于这两个孔中。发射器只有1个，接收器是由一连串的接收传感器组成。工作时，接收器固定不动，而发射器从孔底开始缓缓移动出孔洞，整个过程完全由地面的主机进行程序控制。工作结束后，两孔之间的地质状况将一览无余的显示出来，而且精度非常高。如图所示。
与传统地质探测技术相比，声纳地质探测技术具有以下特点： 1、比点测法探测距离深，测量深度能达到100米； 2、比电磁波探测仪测量精度高； 3、由于采用了潜艇的声纳技术，高频声波探测技术保证能实现高精度、大范围测量。 4、高频声波技术不像电磁波探测技术那样会受到交通噪音的干扰，而且在城市中测量时不会受到高压线的干扰。 与传统探测技术的比较： 
由左图可看出，声纳地质探测仪测量的距离最长，分辨率最高。右图是传统地质探测仪和声纳地质探测仪对同一地点探测结果的比较：左图是传统的，右边是声纳方法。
上图是利用声纳地质探测仪进行双向探测所获得的图像及与钻孔探测的比较。 小结： 声纳地质探测仪是我刚到日本时蒋宇静教授提到过，了解到其高精度的特性。因此一直想了解该仪器。最初的想法是可能的话就引进该设备并应用于煤矿采煤工作面小断层的探测。目前国内研究院所及煤矿现场对于小断层的探测还没有切实有效、可行的办法。传统的电磁波地质构造探测仪精度太低，无法探测到落差较小的断层。日本GRI地盘研究所研制的声纳地质探测仪精度能达到0.2m，完全满足煤矿采煤工作面小断层的探测要求，而且还不受采煤机等大型机械电磁辐射的影响。但是，具山内博士介绍，该设备目前全世界仅有一台，无法引进。同时，该设备是从美国军方引进的声纳技术，因此出于保密目的该设备不可能实现批量生产。GRI地盘研究所主要利用该设备进行工程服务，如建筑物地基探测、高架桥基桩探测、隧道地质探测。 4.4实验室参观 2009年6月25日和9月16日，我们分别参观了蒋宇静教授课题组的实验室和社会开发工学科实验室。在实验室中我们见到了蒋教授研制开发的“新底面摩擦试验台”、“岩体节理的剪切-渗流耦合实验台”、“节理表面分形激光测试分析系统”等试验研究装备。
岩体节理的剪切-渗流耦合实验台
节理表面分形激光测试分析系统
新底面摩擦试验台 小结：通过参观这几个实验室，我们充分了解了国外同行的研究内容及手段，了解了他们的先进仪器设备，为今后做相关研究提供了参考。 2009年10月2日，我们在蒋宇静教授的带领下到九州大学拜访了井上雅弘副教授，并参观了井上雅弘副教授和佐佐木久郎教授的实验室。了解了他们在各自领域的先进研究设备及成果。
在九州大学新校区侧门留影
听取佐佐木教授助手菅井裕一助教讲解仪器用途及用法（左为菅井裕一，中为蒋宇静教授）
与菅井裕一助教在实验室留影
井上雅弘副教授开发的矿井通风模拟系统
井上雅弘副教授为我们进行实验演示
与井上雅弘副教授在矿井通风模拟系统装置前留影 5 总结 作为科研人员，必须走出去，充分了解其他科研工作者的研究方向、方法、手段，学习他们先进的研究理念。只有这样才能拓展自己的思路，增强自己解决问题的能力，为今后的研究工作提供帮助。 5个月的客座研究员生涯让我学到了很多东西，感触也非常多。它让我见识了什么是做学问，让我懂得了如何做学问。在了解先进的实验设备的同时，也学到了不少研究问题的先进方法。 5个月的日本生活，虽不敢说全面了解日本，但彻底改变了我对日本及日本人民的基本认识和看法。纯朴的民风、井然有序的生活、优秀的个人素质、洁净的环境等等，都给我留下了深刻的印象。 5个月的经历将是我终生的财富！
