本 刊：城市地質(zhì)是新興的交叉性學(xué)科，理論學(xué)術(shù)性與實(shí)踐應(yīng)用性特色鮮明且突出。在新時(shí)代，面對(duì)新的歷史時(shí)期與科技創(chuàng)新，城市地質(zhì)的內(nèi)涵如何充實(shí)豐富？城市地質(zhì)的外延如何拓展延伸？其關(guān)鍵核心重點(diǎn)在哪里？

朱院士：隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步完善，許多城市的建設(shè)發(fā)展已經(jīng)從增量時(shí)代邁入存量時(shí)代。在新的歷史起點(diǎn)上，城市發(fā)展必須立足于高質(zhì)量發(fā)展的需求從外延式擴(kuò)展轉(zhuǎn)向內(nèi)涵式發(fā)展，著力于城市品質(zhì)品位的提升。城市地質(zhì)工作是服務(wù)于城市建設(shè)的，目前大規(guī)模、大尺度、大范圍的城市基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作基本完成，也必須與時(shí)俱進(jìn)走高質(zhì)量發(fā)展道路。具體來(lái)說(shuō)，城市建設(shè)逐步由地上向地下空間發(fā)展，地質(zhì)工作則由“廣”向“深”發(fā)展；城市建設(shè)開(kāi)始注重品質(zhì)和內(nèi)涵，地質(zhì)工作則由“有”向“優(yōu)”發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)更“深”更“優(yōu)”的發(fā)展，可以利用數(shù)字化、智能化方面的新技術(shù)，提高城市地質(zhì)勘探、地質(zhì)信息分析利用、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警方面的效率、精度，提升城市地質(zhì)模型的質(zhì)量。

今年1 月，自然資源部長(zhǎng)王廣華在《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》發(fā)文，明確了“嚴(yán)守資源安全底線(xiàn)、優(yōu)化國(guó)土空間格局、促進(jìn)綠色低碳發(fā)展、維護(hù)資源資產(chǎn)權(quán)益”的自然資源工作定位。我想，未來(lái)城市地質(zhì)工作的核心重點(diǎn)應(yīng)該緊扣國(guó)家政策和行業(yè)發(fā)展的需求。嚴(yán)守資源安全底線(xiàn)，需要提升地理信息安全、地質(zhì)災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治技術(shù)；優(yōu)化國(guó)土空間格局，需要挖掘地下空間資源開(kāi)發(fā)利用潛力并充分開(kāi)發(fā)；促進(jìn)綠色低碳發(fā)展，需要加強(qiáng)地?zé)岬鹊叵虑鍧嵞茉吹目碧嚼?，?qiáng)化地下空間和資源綠色開(kāi)發(fā)，保護(hù)地下水環(huán)境安全；維護(hù)資源資產(chǎn)權(quán)益，需要構(gòu)建“開(kāi)放、共享、安全”的地質(zhì)資源數(shù)字平臺(tái)，強(qiáng)化地質(zhì)資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)價(jià)值。

本 刊：綠色低碳、韌性可持續(xù)發(fā)展，日益成為社會(huì)共識(shí)與行動(dòng)指南。城市地質(zhì)工作如何順應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展與社會(huì)的需求？如何更好地履行自身肩負(fù)的職責(zé)與使命？有哪些主攻方向與突破口？

朱院士：前面已經(jīng)講到，城市地質(zhì)工作應(yīng)當(dāng)緊扣國(guó)家政策和行業(yè)發(fā)展的需求，需要?jiǎng)?chuàng)新思路、創(chuàng)新技術(shù)、創(chuàng)新模式，以提供更精準(zhǔn)的技術(shù)服務(wù)和數(shù)據(jù)支撐，構(gòu)建高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)土空間布局和支撐體系。

在韌性城市方面，將影響城市安全的活動(dòng)斷裂、地面塌陷、水土污染、城市內(nèi)澇、飲水安全等作為調(diào)查研究對(duì)象，形成高效快速的調(diào)查技術(shù)體系和基于城市地質(zhì)安全的防治規(guī)劃與預(yù)警技術(shù)體系，研究威脅城市安全的重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，調(diào)查城市地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，有效防范和化解重大地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，服務(wù)于國(guó)土空間規(guī)劃和用途管制，支撐地下工程和城市基礎(chǔ)設(shè)施韌性提升。

在綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展方面，以城市地質(zhì)調(diào)查工作為基礎(chǔ)，構(gòu)建高精度三維地下空間模型，評(píng)估地下空間、資源的儲(chǔ)備和分布，建立地下空間綜合利用體系，實(shí)現(xiàn)地下透明化、資源動(dòng)態(tài)化、規(guī)劃協(xié)同化、開(kāi)發(fā)科學(xué)化，為開(kāi)發(fā)地下清潔能源、保護(hù)水土環(huán)境、整治污染等地下空間資源可持續(xù)安全利用及規(guī)劃建設(shè)提供決策依據(jù)，支撐服務(wù)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、國(guó)土空間規(guī)劃、土地用途管制、環(huán)境生態(tài)恢復(fù)等工作，進(jìn)而滿(mǎn)足人民群眾日益增長(zhǎng)的對(duì)城市優(yōu)美生態(tài)環(huán)境和“綠水青山”的需求。

本 刊：地質(zhì)調(diào)查工作積累了海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，科技進(jìn)步也使數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化，更使數(shù)據(jù)的處理分析賦予了強(qiáng)大能力。數(shù)字地球、智慧城市，給城市地質(zhì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)哪些機(jī)遇？又面臨哪些挑戰(zhàn)？

朱院士：數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為地質(zhì)勘探、建模和分析帶來(lái)了效率和精度方面的提升。精細(xì)化的三維地質(zhì)數(shù)字模型，相比傳統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，更能夠讓工程師們清晰而直觀的掌握地質(zhì)資源和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的分布，從而更好地進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)和規(guī)劃地質(zhì)資源利用；人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，使得地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)的管理、解譯、分析更加高效，建立城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)中心可以有效保障地質(zhì)資料成果齊全和穩(wěn)定可靠?？傮w來(lái)看，城市地質(zhì)的數(shù)字化和智慧化轉(zhuǎn)型，是高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路，為地質(zhì)工作者們帶來(lái)了更便捷的技術(shù)手段和更高效的管理分析工具。

城市地質(zhì)數(shù)字化的益處是毋庸置疑的，但也面臨挑戰(zhàn)。我將數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術(shù)瓶頸凝練為三點(diǎn)：“采集數(shù)據(jù)難”、“提取信息難”、“形成知識(shí)難”。如何真正解決這“三難”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型？我們需要從地質(zhì)信息的獲取和使用過(guò)程入手，就像從物質(zhì)中提取能量，我們可以從數(shù)據(jù)中獲取知識(shí)，具體的過(guò)程是：采集、傳輸、處理、表達(dá)、分析、服務(wù)，這是復(fù)雜系統(tǒng)的信息化過(guò)程，也從根本回答了信息從哪里來(lái)到哪里去的本質(zhì)問(wèn)題，這就是城市地質(zhì)工程數(shù)字化賦能的范式。

此外，在城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的相關(guān)實(shí)踐中，也存在一些不足，尤其在地下空間開(kāi)發(fā)利用方面較為突出。一是我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用數(shù)字化缺少系統(tǒng)性、前瞻性的頂層規(guī)劃，沒(méi)有考慮地上設(shè)施與地下空間協(xié)同、不同層次地下空間之間協(xié)同、不同開(kāi)發(fā)類(lèi)型地下空間協(xié)同，城市地下空間與地下水、地溫能、地質(zhì)材料等地質(zhì)資源綜合開(kāi)發(fā)利用協(xié)同；二是地下空間數(shù)字化相關(guān)技術(shù)理論不完善，依然沿用城市地表規(guī)劃建設(shè)的一系列理論和方法；三是缺少地下空間數(shù)字化建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)行法規(guī)沒(méi)能科學(xué)反映地下空間開(kāi)發(fā)的地質(zhì)環(huán)境制約。在城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的道路上，必須逐步解決這些問(wèn)題。

本 刊：關(guān)于城市地質(zhì)工程數(shù)字化賦能的范式，采集、傳輸、處理、表達(dá)、分析、服務(wù)這些環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容是什么呢？

朱院士：我們做過(guò)很多地下工程，包括廈門(mén)海底隧道、長(zhǎng)江隧道、軌道交通等，地質(zhì)體的重要性是不言而喻的，掌握地質(zhì)體需要利用地質(zhì)信息大數(shù)據(jù)。地下空間開(kāi)發(fā)發(fā)展到今天，目前上海已經(jīng)積累到了大約80 萬(wàn)個(gè)鉆孔的數(shù)據(jù)，該如何利用呢？

首先，數(shù)據(jù)的共享共生。數(shù)據(jù)要廣泛地用起來(lái)，用的過(guò)程中就會(huì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且最新的工程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)又會(huì)不斷地更新迭代數(shù)據(jù)，這就造就了數(shù)據(jù)的共享共生。也可以說(shuō)，整個(gè)80 萬(wàn)個(gè)鉆孔要為上海所用，所有用的人再對(duì)其做加法，我覺(jué)得要做到這樣，它的影響會(huì)很大。數(shù)據(jù)用的過(guò)程中才顯示其價(jià)值，用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，大家再思考怎么去改進(jìn)它。所以，首先要考慮海量數(shù)據(jù)怎么變成共享共生的資源，數(shù)據(jù)不共享就等于零。

第二，數(shù)據(jù)的獲取。數(shù)據(jù)獲取實(shí)際上有很多手段，但是我們今天談的地質(zhì)數(shù)據(jù)，我認(rèn)為，一定要低成本獲取。怎么才能低成本化呢？在施工過(guò)程中靜悄悄的獲取，例如，打一根樁，或者挖一個(gè)基坑，只做一個(gè)工程，在這個(gè)過(guò)程中可以獲取最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。打一個(gè)樁的同時(shí)要與感知地層相結(jié)合，這樣做的優(yōu)勢(shì)是保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)的采集不再是原來(lái)先打一個(gè)鉆孔那樣獲取了。我認(rèn)為傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探的方式，從現(xiàn)場(chǎng)到室內(nèi)再到現(xiàn)場(chǎng)，在這個(gè)方面是有缺陷的。因?yàn)榈绞覂?nèi)，土樣改變了，環(huán)境也改變了，不是狀的，很多參數(shù)本來(lái)是個(gè)定量數(shù)據(jù)，結(jié)果變成了定性的數(shù)據(jù)。所以，地質(zhì)勘探要數(shù)字化，靜悄悄的獲取數(shù)據(jù)也是綠色化的。

第三，數(shù)據(jù)的傳輸與處理。我們現(xiàn)在提出，數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)到云端再回到現(xiàn)場(chǎng)。關(guān)于云端數(shù)據(jù)庫(kù)，未來(lái)如何使用這些數(shù)據(jù)，向我們又提出了更高的要求，因?yàn)樵贫藬?shù)據(jù)一定與模型是關(guān)聯(lián)的。以上海土體模型研究為例，上海土體性質(zhì)非常有典型性和代表性，研究本構(gòu)模型需要大量參數(shù)，不能僅僅通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)獲取土體力學(xué)參數(shù)，更重要的是利用數(shù)據(jù)尋找規(guī)律，而真正有用的數(shù)據(jù)應(yīng)該從現(xiàn)場(chǎng)到云端再回到現(xiàn)場(chǎng)，做到全程數(shù)字化，但傳統(tǒng)的采樣測(cè)試方式很難做到，所以用傳統(tǒng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是不合適的。

第四，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。我認(rèn)為，今天的進(jìn)步就是要在共享共生的基礎(chǔ)上，建立標(biāo)準(zhǔn)。一定要統(tǒng)一思想，不是你做一塊、我做一塊。開(kāi)始是在做練習(xí)，做練習(xí)是有必要的，但是到一定時(shí)候要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建立自己的科技語(yǔ)境，這樣才能解決卡脖子問(wèn)題。如果科技語(yǔ)境、概念、設(shè)計(jì)以及軟件等都不是自主創(chuàng)新的，就會(huì)被卡脖子。我們需要從源頭去解決這些問(wèn)題，要建立從標(biāo)準(zhǔn)到系統(tǒng)再到應(yīng)用服務(wù)的一套體系。在這個(gè)體系中，數(shù)據(jù)分析過(guò)程、數(shù)據(jù)傳輸要快，反饋到現(xiàn)場(chǎng)和決策也要快。在這個(gè)過(guò)程中，不僅僅是快，而且要準(zhǔn)，不準(zhǔn)就毫無(wú)用處。這涉及到數(shù)據(jù)孿生能力，其核心在于計(jì)算機(jī)處理的信息與現(xiàn)實(shí)的信息要基本一致，不僅“形”象，還得“神”象，也就是神形兼?zhèn)?。從地質(zhì)體來(lái)說(shuō)，需要透明化和精細(xì)化，不僅要透明化，還要可視化，目前實(shí)現(xiàn)這些的技術(shù)手段都有，但要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就需要研究數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和地質(zhì)體的“神”。

本 刊：地下空間開(kāi)發(fā)是城市地質(zhì)工作的主戰(zhàn)場(chǎng)，您長(zhǎng)期致力于數(shù)字地下空間與工程研究，是地下空間研究“數(shù)字化”的引領(lǐng)者。城市地質(zhì)該如何發(fā)揮自身的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)？在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中如何找準(zhǔn)自己的定位？如何尋找突破方向？更好地為城市地質(zhì)服務(wù)資源環(huán)境和生態(tài)文明建設(shè)賦能？

朱院士：城市地質(zhì)工作是一切城市規(guī)劃建設(shè)和地下空間開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型也是城市和地下工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的排頭兵。地下工程建設(shè)與地上工程的最顯著差異就在于地質(zhì)，地下工程工作者特別關(guān)注和需要地質(zhì)信息作為空間規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。我認(rèn)為，城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要定位就是為地下空間、資源開(kāi)發(fā)和城市規(guī)劃建設(shè)提供數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的地質(zhì)信息和模型支撐，構(gòu)建開(kāi)放共享的地質(zhì)數(shù)字化平臺(tái)，幫助決策者和工程師摸清楚地下空間和資源開(kāi)發(fā)利用的“家底”，實(shí)現(xiàn)未來(lái)地下空間規(guī)劃和建設(shè)的可知、可控。這不僅有助于工程建設(shè)的清晰化，提升城市地下空間的韌性，促進(jìn)生態(tài)文明城市建設(shè)，而且可服務(wù)于政府決策，實(shí)現(xiàn)地下空間開(kāi)發(fā)利用的最優(yōu)化；還有利于科普宣傳，實(shí)現(xiàn)地下空間知識(shí)的平民化。

城市地質(zhì)數(shù)字化的突破方向在于解決之前提到的三個(gè)技術(shù)瓶頸問(wèn)題。例如，針對(duì)“采集數(shù)據(jù)難”的問(wèn)題，可以研究新型的地質(zhì)感知技術(shù)與裝備，綜合鉆孔、物探、圖像等多種手段，通過(guò)較低的成本實(shí)現(xiàn)地質(zhì)要素的分布式精準(zhǔn)高效感知；針對(duì)“提取信息難”的問(wèn)題，可以結(jié)合人工智能等技術(shù)手段研究地質(zhì)信息的智能提取方法，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵特征信息的自動(dòng)化辨識(shí)；針對(duì)“形成知識(shí)難”的問(wèn)題，可以和巖土、地下工程專(zhuān)業(yè)交叉融合，將地質(zhì)信息和巖土力學(xué)理論、風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)制等理論成果結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的提前預(yù)警。

本 刊：地面沉降研究與防治，是上海城市地質(zhì)工作的閃亮名片。如何繼往開(kāi)來(lái)、推陳出新，不負(fù)時(shí)代、不負(fù)使命，地面沉降研究與防治需要怎樣深化和拓展？如何在城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中繼續(xù)發(fā)揮示范和引領(lǐng)作用？

朱院士：上海自上世紀(jì)20 年代發(fā)現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，到60 年代最大累積沉降量達(dá)到了2.6 米左右。市區(qū)地面沉降導(dǎo)致了潮水泛濫、道路損壞、管線(xiàn)斷裂，甚至導(dǎo)致了蘇州橋下通航困難等問(wèn)題，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也對(duì)城市建設(shè)、工業(yè)發(fā)展和人民生活構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。1965 年之后，上海通過(guò)限制地下水開(kāi)采、調(diào)整地下水開(kāi)采層次及開(kāi)展地下水人工回灌等措施，使得地面沉降得到有效控制。雖然上海取得的成績(jī)非常喜人，不過(guò)隨著大批高層建筑的出現(xiàn)，地面沉降原因由以地下水開(kāi)采為主向地下水開(kāi)采、城市建設(shè)等多因素轉(zhuǎn)變，在新時(shí)代上海地面沉降可能又會(huì)遇到新問(wèn)題，在城市地質(zhì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，地面沉降研究與防治仍是重要任務(wù)之一。

地面沉降防治的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，首先需要建設(shè)多視角、高密度的地面沉降監(jiān)測(cè)體系，解決傳統(tǒng)地面沉降監(jiān)測(cè)以水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)為主、監(jiān)測(cè)密度低，局部沉降刻畫(huà)較為粗糙的問(wèn)題；第二，要構(gòu)建城市數(shù)字孿生模型，不僅要建立建筑物、道路等城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字模型，還要建立地質(zhì)、地下結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、管線(xiàn)、地下水的模型，各模型耦合關(guān)聯(lián)，可以從多個(gè)方向分析地質(zhì)環(huán)境狀況，為城市基建、規(guī)劃設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的地下空間信息，從而有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，減少地面沉降發(fā)生概率；第三，要開(kāi)展多因素影響下的地面沉降機(jī)理相關(guān)研究，并結(jié)合地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和城市數(shù)字孿生模型，開(kāi)展動(dòng)態(tài)仿真分析，推算地面沉降過(guò)程中地層應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布情況，預(yù)測(cè)地面沉降的速度、范圍、空間分布和對(duì)建構(gòu)筑物、管線(xiàn)的影響，預(yù)測(cè)災(zāi)害事件發(fā)生的概率及其鏈生災(zāi)害，為城市防災(zāi)減害、賑災(zāi)救災(zāi)工作提供有力支撐。