谢雄耀 | 智控地下风险 守护城市安宁

▲《科学中国人》封面人物：谢雄耀

城市深地突围

——5年内的两度折桂，谢雄耀带领团队完成的，不仅是一场从“被动防御”到“主动感知”的科技革命，更是中国地下工程从“跟跑”到“领跑”的重要转折。

2025年8月底，同济大学土木工程学院教授谢雄耀再一次站在了上海市科技奖励大会的领奖台上，他牵头完成的“城市网络化深埋地下工程智能建造与风险管控技术”项目，获得了2024年度上海市科技进步奖一等奖。这项凝结了他十余年心血的成果，聚焦城市地下空间的智能化建造与风险管理，涉及盾构隧道、深埋地铁工程等关键技术突破，就像一双“穿透地层的眼睛”，让城市地下密布的隧道、管线、车站不再是“看不见的迷宫”，而成为能被精准感知、智能调控的生命共同体。

5年前，谢雄耀曾凭借“软土深埋盾构隧道近距离穿越微沉降控制技术与应用”项目，通过智能预警方法实现了隧道施工的微沉降控制，荣获2019年度上海市科技进步奖一等奖。对他而言，这次的获奖并非简单的荣誉累加，而是经历了一场从“点”到“面”的学术远征。5年前，他手持“手术刀”，以微沉降控制精准切入软土盾构的痛处，解决的是“点”上的具体难题；5年后，他捧出的则是一张覆盖城市地下的“智能网”，将过去那双只能看清局部的“眼睛”，升级为能感知、会思考、可调控的“神经系统”。

5年过去了，岁月似乎并未在谢雄耀身上留下痕迹，他看上去依旧面容温和，谈吐间透着学者的儒雅，而在他脚下的地下空间工程技术发展历程，在5年时间里，早已发生了翻天覆地的变化。

▲谢雄耀

以谢雄耀工作和生活的上海市为例。截至目前，上海地铁运营线路共计21条，开设车站523座，运营里程合计906千米；穿越黄浦江及长江的越江隧道共有19条，总里程约63.21千米。自20世纪90年代以来，从没有一寸地下轨交线路，到发展成如此规模，上海走完了全球其他超大型城市上百年才走完的发展历程，成为全球轨交运营里程第一、大型越江隧道总里程第一的地下交通“双第一”城市。

随着我国城市化进程的推进，各大城市中心空间拥挤、交通堵塞、环境恶化等问题日益突出，逐渐成为城市发展的“瓶颈”。在寸土寸金的上海，地下空间无疑成为一座待开发的“金矿”。但在挖掘这座金矿的同时，如何守护这座城市的地下安全，则是随之而来格外重要的课题。

“不仅有隧道、地下车站及地下通道，还有建于城市发展各个年代的城市燃气、自来水及电力管网，以及地上建筑桩基，如今已如毛细血管般密布交叠在城市地下的各个角落。”谢雄耀将地下工程比喻为“螺蛳壳里做道场”，“以前是挖一条隧道解决一个点的交通，现在地下已经成网，动一处就可能牵一发而动全身”。新建的地下交通线路与既有线路频繁立体穿越，建造深度不断加大，水文地质条件愈发复杂，周边环境敏感度提升，这一切都给地下工程建设带来了前所未有的挑战。谢雄耀敏锐地洞察到了这一趋势，他深知，传统的建造技术和风险管控手段已难以满足现代地下工程的需求，智能化、精细化的建造与管控成为必然选择。

地下空间的建设现场就是一个没有硝烟的战场。每一寸掘进都潜藏着未知的风险，每一次疏忽都可能酿成无法挽回的后果。在这里，安全不是挂在墙上的标语，而是生命最坚实的防线，更是每个人心中的那根弦——绷紧了，才能守住生命的防线，打赢这场与隐患较量、与时间赛跑的攻坚战。

在谢雄耀的科研生涯中，盾构隧道穿越敏感建构筑物时的沉降控制一直是一个极具挑战性的课题，传统手段难以在源头上解决沉降控制问题。“最大的难点，是把不可知变为可知，把不可控变为可控。”为此，谢雄耀带领团队收集了全球上千个隧道事故案例、数百万条施工数据，通过知识图谱梳理提炼出“风险网链理论”，首次将贝叶斯网络引入地下工程风险预测。“就像医生通过基因测序预判疾病风险，我们通过风险主链预判事故演化。”他锁定两大核心诱因——地层损失率与地下水位变化，将以往抽象的风险转化为2‰的地层损失率和10厘米水位降的精确指标。“我们提出了‘在沉降发生前控制’的理念。”谢雄耀介绍道，“通过实时感知地层损失和地下水位变化，我们可以在沉降发生前及时采取措施，确保工程安全。”这一理念的应用，显著提升了我国盾构穿越安全控制水平，为城市地下空间建设提供了有力保障。

“能做到心中有数，还要做到手中有招。”确定了风险状况，找到风险诱因，谢雄耀决定用信息化、智能化的手段来实现过程中的风险控制，斩断危险链条，这也是他和团队十几年来一直在全力以赴解决的课题。

面对盾构穿越地层损失与障碍物感知滞后、基坑渗漏及突涌处置不准等难题，谢雄耀带领团队研发出一系列具有革命性突破的智能装备。其中，车架随行式壁后注浆实时检测装备使注浆检测准确率超90%，地层损失率从4‰降至2‰。2MHz～4GHz钻孔步频雷达系统像“地下CT”，将地墙隐患定位精度控制在10厘米内。这一项项曾经被视为“卡脖子”的地下感知瓶颈，如今已被逐一攻克。这套拥有完全自主知识产权的技术体系和装备，不仅改写了我国在复杂地质条件下地下空间开发的历史，更在国际同行面前竖起了一根新的标尺。

“这就像给盾构机和基坑装上了‘透视眼’和‘智慧脑’。”谢雄耀形象地比喻道，“以前围护结构漏不漏水，要等开挖后才能知道，现在开挖前就能开展三维可视化探测呈现缺陷，开挖前靶向注浆修补。”通过实时感知和主动控制，这些智能装备有效解决了隐蔽性风险实时检测和同步控制的难题，为地下工程的安全建造提供了有力保障。

在网络化地下工程建造过程中，海量风险的协同管控一直是一大难题。谢雄耀团队通过发展端云协同的网络化建造风险云采集与大数据分析技术，开发了基于云服务的网络化建造隐患排查体系及系统。这一平台不仅实现了风险信息的实时采集与动态诊断，还通过信息互通共享，形成了一个“安全共同体”，涵盖了业主、施工、设计、监理单位、监测及风控公司等，解决了参建各方协同管控及风险协同处置的瓶颈，将隐患的数量大幅度降低。

“我们的目标是通过这个平台，让每一个风险点都得到及时有效的管控。可将盾构机掘进的数据、周边建筑沉降及地下水位降的数据、基坑开挖及围护支撑的数据都在平台上展示。通过展示，无论是盾构机穿越还是开挖，大家一旦发现问题，都可以提前知晓，我们称之为‘防在前，控到位’。”谢雄耀表示。这一平台的应用，极大地提升了网络化深埋地下工程智能建造与风险管控的水平，为城市轨道交通等地下工程的安全建设提供了有力支撑。

“我们的每项技术都经过了上千次模拟和现场验证。”谢雄耀介绍道，每一次的过程都如履薄冰，任何一个环节出了错，都无法达到预定的精度要求。在实验室里，试错是常态，但做工程不行，任何一个环节出问题都是不可逆的。

▲谢雄耀（前排中）与团队在土木楼前合影

上海北横通道——这条目前国内外城市中心区建成规模最大、线路最长的地下快速路，长19.1公里，纵贯上海中心城区北部，要连续极限距离穿越89幢各类建筑物并.11次与运营中的轨道交通车擦肩而过.，全程均实现小于10毫米的精准控制；淞沪路—三门路下立交工程，采用双层Y字型下立交结构，是全国同类型项目中难度最大的工程，管线密集不说，头顶着已超出设计使用年限十多年的合流污水箱涵，特别是和地铁10号线并行1000多米；硬X射线工程是国家的一个大科学装置工程，45米超深基坑创造了当时上海最深矩形基坑纪录，而且紧贴着上海磁浮线路，墩柱沉降须控制在1毫米内——这种难度相当于在百米高空走钢丝时还要保持十足的稳定。

面对不同复杂环境网络化地下空间建造的不同需求，谢雄耀团队始终做到了“心中有数，见招拆招”，他的研究成果不仅直接应用于多项国家重大工程，解决了实际建设中的难题，更在理论层面丰富和发展了我国地下工程领域的技术体系，为守护这些地下“生命线”的安全与畅通提供了坚实的科技支撑。这些新技术和新设备不仅在多项国内标志性工程中得到成功应用，还助力新加坡地铁等国际工程的建设，技术应用于海外，赢得了国外用户的美誉。

科研同频共振

——谢雄耀的科研人生，与中国地下工程发展轨迹深度交织。摆在他案头的每一项工程，所处的地理位置不同，地质条件不同，文化环境不同，每个方案都有各自的难点和挑战。

从初出茅庐的新人成长为行业中不可或缺的开拓者，在同济大学求学的那段时间，让谢雄耀对地下工程有了多角度的认知，那时领悟到的许多东西使他受益终身，比如要多动手，要勤思考，要“抬头看路”，还要耐得住寂寞，他跟着前辈学者们做研究，关心世界最前沿的技术。回首那段时光，谢雄耀觉得，在同济大学的学习经历给了他一种底气。

这位在“中国建筑之乡”武汉新洲区长大的年轻人对于土木工程有着与生俱来的敏感和预见。30年前，谢雄耀第一次在上海坐地铁时，便被这条“地下长龙”震撼住了：“那时候的公交车挤得像沙丁鱼罐头，还经常堵车，地铁却又舒适又准时。”他敏锐地察觉到，随着改革开放的深入，我国正在经历世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程，路面之上的交通拥挤作为“城市病”之一，已然成为一种成长的烦恼，而大力发展城市地下空间和轨道交通系统将是我国解决“城市病”的有效途径。随着城市化的推进，城市地下空间的开发利用势必越来越受到重视，会出现越来越多的地下铁路、地下快速道路、地下商业和综合枢纽等。谢雄耀由此判断，21世纪是地下工程的世纪，这将是值得一辈子去奋斗的事业！

▲如何保障地下工程的安全是谢雄耀思考最多的问题

谢雄耀的硕士导师万明浩教授是我国探地雷达领域的领军者，也是他科研路上的引路人。他让谢雄耀深入接触到了探地雷达。“就好像给地球做B超。”谢雄耀回忆，“那时就想着怎么让电磁波在地下看得更远、更清。”这种朴素的好奇心和好胜心，引领着他走上地球物理与地下工程交叉研究的道路。当时他还没有意识到，这种手段将在20年后成为城市地下空间开发的“眼睛”。

博士阶段，谢雄耀师从李永盛教授——一位从隧道公司成长起来的顶级学者。“李老师经常带我们跑工地，教会我最重要的就是从工程问题中寻找科研灵感。”这种工程一线的淬炼，让谢雄耀深刻理解到“实验室的模型再完美，也要经受住工程现场真刀实枪的检验才行”。那些年在隧道里爬上爬下的经历，塑造了他独特的科研风格——既追求理论深度，更注重技术落地。“在办公室都是问题，到现场都是办法”从此成了他的口头禅。

后来，谢雄耀开启了海外深造的生涯。留法期间，他在法国国家科研中心里尔力学实验室（LML）接触到欧洲智能地下空间理念；赴美在美国西北大学（Northwestern University）做访问学者，又亲历了激光扫描技术的革新。在美国西北大学，他看到激光扫描技术用于基坑监测后，立即意识到这项技术在地下工程中的巨大潜力。回国后，他带领团队研发了适应隧道环境的激光扫描系统，这项成果后来获得了徕卡（Leica）最佳论文奖。

这些海外经历令谢雄耀获益匪浅，在国际化的平台上，无论是从学科认知还是从眼界开阔上，都对他的人生产生了极其深远的影响。他当时在近距离感受到中国和西方发达国家在地下工程前沿技术上的差距同时，也清醒地认识到：“中国的优势在于有世界上最复杂的工程场景，这是技术创新的最佳土壤。”

从海外归来不久，谢雄耀赶上了上海长江隧桥工程开工建设，该工程采用南隧北桥方案，其中隧道长约8.95千米，采用15米直径的盾构施工在当时是世界之最，面对的几乎是国内乃至世界上最复杂的局面。谢雄耀作为科研团队核心成员参与其中，和团队一起针对复杂软土地层条件下超大直径特长距离盾构隧道设计、施工、安全与防灾等关键问题，形成了引领性、支撑性和综合性的科研成果，保证了上海长江隧道工程安全、优质贯通，并构建成我国超大特长复杂软土盾构隧道建设的技术体系。自此之后，大直径盾构隧道建设在国内打开了局面，赢得了国内外同行的认可和尊重。

在谢雄耀看来，每一条隧道都是城市地下的“生命线”，承载着交通的便捷、能源的输送与城市的运转。上海长江隧道的成功，并未让他停下探索的脚步。他深知，随着城市的快速发展，地下空间开发的深度和广度不断拓展，新的挑战接踵而至。“资金投入越来越大了，隧道挖得越来越深了，难度越来越高了，科研支撑面临的挑战也越来越多了。”谢雄耀这样总结那些年来城市地下工程技术的快速发展。

“真正的创新，其生命力不在于实验室里的数据完美，而在于地下工程开发能否经受住地层与地下水的考验，其关键科学问题是地下工程开发作用下岩土水气平衡问题。”这句话背后，是谢雄耀对工程科研本质的理解：真正的创新必须能解决实际问题，必须能经受工程检验，让每一项技术都化作地层深处最坚实的支撑。

“在建设济南轨道交通R3线的时候，有一段长距离曲线要穿越十几栋老房子。那些房子如果要拆的话，费用是相当高的，但是采用了我们的技术成果，穿过去的时候，只产生2～3个毫米的沉降，对于老百姓财产来说没有损失，对于工程方建造成本基本没有增加，工期也没有受到影响。”谢雄耀回忆道，“而在南宁地铁的建设中，经过火车站的4条平行的区间隧道需要穿越14条铁路股道，稍有差池，后果不堪设想。但是我们引入了基于大数据的盾构预警模型，可以实时捕捉，提前注浆，将土层数据、PLC数据、铁路股道数据集成，建立一套多元数据仓库，并且在移动终端进行实时查看，当发现可能发生沉降时就提前预警，最终实现了地面沉降控制在1厘米以内。”

▲谢雄耀团队在同济大学樱花大道合影

土木工程界流传有一个著名的“五倍定律”——一项工程若维护不及时，将导致服役后期土木结构维护费是前期的5倍级数增长。中医也有一句老话“上工治未病，不治已病，此之谓也”，有病治病不如未雨绸缪、防患未然，这才是解决安全问题的最高境界。

长久以来，对于地下工程结构健康性能的监测检测主要是采用传统的人工方法，以及有线传感器来实现，但人工方法主要依靠人的经验，不同的人进行监测差异很大，存在很大不确定性，难以主动、实时、可靠地感知结构性能。利用传统的有线监测方式，则需要负担昂贵的电缆费用，且在结构上布设电缆烦琐困难，安装维护费用高，甚至在某些情况下无法实现布线，且传回大量监测数据也给数据处理带来困难，对其广泛应用造成极大的限制。因此，找到一种更加经济、高效和准确的监测检测方法无疑具有重大的现实意义。

“一个工程的标准，不是仅仅把它建完，而是要把它建好！”谢雄耀强调，“我们要在隧道结构未发生病害前，就能做到采取主动干预措施，确保病害不发生。”在国家自然科学基金重点项目的支持下，谢雄耀带领团队建立起前摄性的维养理论与技术，针对网络化地铁隧道，在隧道结构未发生病害前，能够做到采取主动干预措施，减轻病害程度乃至确保病害不发生。这十几年来，如何借助最新科技与信息化手段建立起一套智能化、信息化、高品质化的隧道工程智慧运维体系是谢雄耀思考最多的问题。

谢雄耀带领团队利用最新的科技手段，如物联网、大数据分析等，构建了基于云服务的轨道交通建设风险管控技术体系。这一体系实现了对隧道结构的连续、长期、实时监控，为隧道工程的安全服役提供了有力保障。

“搞科研的人，有辛苦的一面，也有幸福的一面。其实，能遇到困难和挑战是我们最大的幸福，如果没有了这些难题，搞科研也就没有什么意思了。”在谢雄耀的身后，一条条地下隧道连接起他的人生轨迹，也书写了中国地下工程技术从一路追赶到迈向世界前列的历程。

学术薪火相传

——道路有终点，但是安全问题永远没有终点。站在新的起点上，放眼未来，谢雄耀和他的学生们，已瞄准了更长远的挑战。

在谢雄耀看来，地下空间的安全科学是一项永无止境的事业。择己所长，知难而进，这是支撑他20多年来科研路上不断取得突破的信念。兢兢业业、永不言弃的性格，构筑起他无怨无悔的“隧”月人生。

“一个人再强，也干不了所有的事情，还得靠团队的支撑。”谢雄耀始终高度重视地下空间工程安全科技人才梯队的完善和建设。历经多年的锤炼，他带出了一支素质优良、精通专业并具有国际化视野的技术团队。这支能打硬仗的队伍以团结协作、勇于创新的精神，成为地下空间工程安全领域的先锋力量。

走进谢雄耀的团队实验室，仿佛进入一个微缩的“地下城市”：隧道模型、传感器阵列、三维可视化平台有序分布，30余名成员或在调试设备，或在分析数据，或在讨论问题。这是一个积极向上的团队，同时又是一个其乐融融的大家庭。“我的团队管理理念是‘万马奔腾’。”谢雄耀说，“每个人都是一匹骏马，我要做的是发现他们的特长，为他们找到最适合的赛道。”这种理念下，团队呈现出惊人的多样性，每个人的工作既相对独立又有交叉，并在相互学习中不断前行。谢雄耀在这些年轻人眼中亦师亦友，每一位团队成员都充分享受着这样难得的氛围，大家一起探索，共同进步，追求卓越。

20余年地下工程生涯的浸染，“知行合一”这四个字贯穿在谢雄耀的科研和教学理念中。他经常带着学生深入施工一线，去发现一个个教科书上没有的难题。“每次从工地回来，我们都会把现场数据带回实验室深入分析，从中提炼科学问题。”这种“现场工程需求—实验室分析”的循环模式，让团队的研究始终保持着旺盛的生命力。他始终记得原同济大学李国豪校长提出的“理论联系实际，发展桥梁科技”的教导，从实践中来的问题，通过理论研究找到解决方法，再回到实践中检验和完善——这个循环推动着团队不断创新突破，通过大量的工程与科研历练促进年轻人快速成长并独当一面。

在前进的过程中，谢雄耀不停地鞭策和鼓励着这群年轻人，希望他们多参加国际会议看世界，及时了解学科动态和技术前沿。引导他们自己去思考问题，发现问题，解决问题，要勇于创新，有自己的独立想法。“我始终鼓励学生在和别人的交流过程中要敢于提出自己的观点，要善于沟通。把你的想法大胆说出来，去获得周围人的支持，这对于个人的发展是很重要的，如果能掌握解决问题的方法，对他们来说将终身受益。”谢雄耀如是说。

目前，谢雄耀担任着同济大学国豪书院“国豪精英一班”的班主任，这是同济大学带有创新实验色彩的特色拔尖人才培养项目，践行着全新的培养理念——入学不分专业，前两年打好数理基础，再根据兴趣选择专业方向。

“三百六十行，行行出状元。关键是要在选定的领域做到极致。”谢雄耀经常与学生分享自己的科研经历，告诉他们选择研究方向时要“顶天立地”——既要瞄准国际前沿，又要立足国家需求。“你们都是最优秀的学生，不能只想着自己的前途，要想想国家需要什么。”

“与祖国同行，以科教济世”，谢雄耀引用同济大学的使命诠释团队的使命，“我们都很幸运，赶上了中国经济发展的黄金时代。能参与到这样一场宏大的国家快速发展的事业洪流中，还能贡献出自己微薄的力量。这是人生可遇而不可求的机遇”。

站在新的起点，谢雄耀已瞄准更深层的挑战。谈及未来，谢雄耀毫不犹豫地表示，国家需要我们做什么，我们就去解决什么问题。目前，可持续的城市发展毫无疑问是21世纪全球社会面临的紧迫挑战。在他看来，在过去很长一段时间里，中国经济社会发展取得了历史性成就，但也承担了资源环境方面的代价。目前，应对气候变化成为全球的焦点。习近平总书记已经向全世界承诺2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和。“建筑业作为国民经济的支柱产业，怎样减少碳排放，来实现我们建设过程中的更快、更绿色、更耐久，是我们必须考虑的问题，在全球城市应对气候变化的大背景下，绿色安全高效利用城市地下空间既是应对气候变化挑战的必然趋势，也是推进绿色城市建设的现实需求。同时，人工智能的快速发展不仅给我提供了解决问题的新手段，算力对于电力能源的需求更给地下储能科学与工程提供了新的研究增长点。”谢雄耀已经把这一国家的需求写进了自己的计划表中。

▲谢雄耀与学生们合影

20余年弹指一挥，从一名校园里走出来的天之骄子到隧道工程领域的国家万人计划领军人才，从一名埋头干活的基层科研工作者到统筹方方面面做出关键决策的团队管理者，在时光流逝中，谢雄耀改变了很多，但一直未曾改变的，是他对事业的热爱和坚持。

在这波澜壮阔的大时代下，正是无数个像谢雄耀一样的科技工作者，从一张图纸、一块岩石、一米隧道开始，零敲碎打地浇筑起时代的通途，一生追求，日日如是。没有一座隧道能够凭空跨越历史长河，所有传奇般的工程，都离不开他们的坚持和奋斗。

马克思曾经讲过：“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”在现实工作中，谢雄耀也正带着这样的信念，率领着团队攻坚克难，把智慧和汗水洒在了隧道开拓的每一段里程上。

谢雄耀内心清楚，在这条科技报国的征途上，道阻且长，还将有各种各样的难题等待着他去破解。“地下工程的魅力在于，你做的每一点创新，每一份努力，都在为这座城市的百年安全奠基。”他的这句话轻描淡写，却重若千钧。“虽然前进的道路不会是一帆风顺，但也正是这些曲折和挑战，才让我们更加意志坚定，充满期待。”谢雄耀始终相信——最难走的路，往往通向最美的风景。

专家简介

谢雄耀，同济大学长聘特聘教授、博士生导师，国家万人计划科技创新领军人才，曾任同济大学土木工程学院副院长。现任上海市住建委城市体检与大数据诊断重点实验室主任、同济大学城市深部地下空间中心主任，兼任中国城市轨道交通协会常务理事、上海市建筑信息模型技术协会副会长。长期从事隧道及地下工程等方面的研究。主持国家自然科学基金重点项目等国家及地方课题80余项，曾获国家科技进步奖二等奖1项，牵头获得上海市科技进步奖一等奖2项，以及其他省部级科技进步奖一等奖6项等20余项科技奖励。