土木与环境工程学院 助理教授
研究方向
移动传感，机器学习，连续动态监测与分析
背景经历
葡萄牙波尔图大学 博士/研究助理/博士后
德国联邦材料研究与检测研究院 副研究员
德国柏林结构分析与土木监测公司
个人主页
http://faculty.hitsz.edu.cn/huweihua
2005年12月，我告别了父母、老师和同学，开始了
十年
欧洲的土木游学之旅。十年间，我先在葡萄牙波尔图大学(University of Porto)Álvaro Cunha教授课题组获得了博士学位，然后在德国联邦材料研究与检测研究所(FederalInstitue for Material Research and Testing) Werner Rücker
教授课题组继续博士后研究，一直以来的主要研究方向是土木结构的长期连续监测。
土木结构的长期连续监测这个课题，属于结构动力学范畴，最早起源于航空航天、机械的实验模态识别，上世纪八十年代开始引入土木领域，经过这么多年各国学者的努力，已经发展成一门涉及传感器、数据采集与传输、自动信号处理与数据挖掘等多学科交叉的土木研究新方向。
其基本构成为:
(1) 利用多种传感器设备观测正常运营和环境条件下的结构行为；
(2) 根据结构的动态性质评价结构的响应并提取只对损伤敏感的特征值；
(3) 统计分析提取的特征值，当结构行为异常时提供预警。
欧洲一直是这个领域的研究重镇。
在欧洲，基础设施的大规模建设已经结束，面临的主要问题是如何有效维护管理既有基础设施，如大量工业革命时期建成的钢桥和达到设计寿命的预应力结构。同时，对于一些不断涌现的新型结构，如人行桥和海上风机，如何利用现代科学方法分析新型结构的行为。
我在葡萄牙接触到的第一个桥梁，便是利用动载实验评价一个百年钢桥维修加固后刚度变化。导师Álvaro Cunha教授告诉我：
波尔图(Porto)在历史悠久的欧洲，算是一座古老的城市。葡萄牙(Portugal)的国名的前缀就是源于波尔图(Porto)。
波尔图的老城区和周边的葡萄产区，都被联合国教科文组织认定为世界文化遗产，如何保护管理历史建筑，并在此基础上发展新型土木结构，可能是葡萄牙乃至欧洲土木界的一个主要研究课题。
这座建于1906年的百年钢桥，位于波尔图杜罗河(Douro river)上游葡萄产区，该地区2001年被认定为联合国世界文化遗产，这座桥也是属于世界文化遗产的一部分。
由于过于老旧，该桥于2004年开始进行维修加固。我们组负责在加固前后做了两次动态实验，用于从一个方面评价加固效果。在博士研究初期，我根据不同的时域和频域的模态识别方法，如随机子空间和频域分解法等，编制了基于LabVIEW的模态识别工具箱，并应用于该桥。
我参与的第二个项目，则是位于葡萄牙科英布拉(Coimbra) 新建Pedro e Inês人行桥的长期动态监测。
科英布拉是大学城，也是葡萄牙第三大城市，科英布拉大学(University of Coimbra)世界上最古老的大学之一，2013年被认定为世界文化遗产，下图山上的建筑就是科英布拉的老校区。
这个桥是蒙德哥河(Mondego River) 沿河改造工程的一部分，因此Pedro e Inês人行桥在设计时尽量追求桥梁设计上的美学要求。Pedro e Inês是葡萄牙一对恋人的名字，他们的故事也是葡萄牙广为流传的青年男女爱情传说。
极具历史感的大学城，永恒的爱情主题以及美丽的环境，给予ARUP group设计师无限的灵感，该桥的左右两个拱是在两个平面内，象征着两个平行面上的恋人，它们在跨中连接，形成一个8*8米的连接平台。
新颖和浪漫的桥梁造型，满足了美学要求，但在结构动力分析上，轻盈的设计导致桥梁结构固有频率较低，很容易与行人的频率重合产生共振，整个桥梁会产生较大的横向振动，进而会导致桥梁在运营阶段产生舒适性和安全性出现问题。
为了解决这个问题，Álvaro Cunha教授课题组为该桥设计了振动控制系统，并安装了长期动态监测系统保证桥梁的舒适性和安全性的要求。
连续动态监测系统是24小时连续工作，采集结构不同位置的振动响应和温度的变化，两年时间内产生了3万多组数据。为了能够从振动数据中实时估计结构的动态参数，如频率、阻尼和振型等，我进一步将模态识别工具箱发展成为自动模态参数识别系统，用于实现自动信号处理和大规模数据结果的管理。得到结构的动态参数后，就可以研究他们与环境变量的关系，进而了解结果在实际环境下的真实行为，这是有限元计算和实验室实验做不到的。另外，如果去除了环境对结构动态参数的影响后，得到的冗余信息只对结构的改变敏感，通过统计分析可以探测结构在运营条件下的早期改变进而实现损伤识别。但由于是新桥，关于损伤只能通过数值模拟实现。
经过这个项目，我们开发了一套相对经济但十分有效的桥梁连续动态监测系统，包括数据采集与传输、自动信号处理与数据解释等。随后我们继续将这套系统用于其它两座不同的人行桥。经过实践，发现这套系统对于了解结构在运营环境下的真实动力行为十分有效，但是否真的可以探测到结构的损伤呢？
直到我博士毕业也没能回答这个问题。其实这么多年，无数的学者作了很多的实验，包括数值模拟，实验室实验和实桥破坏实验，就是力图证明这套系统，基于实时数据分析和统计损伤识别理论，可以探测到土木结构的早期损伤。
但是这样的实例还是很少，主要原因在于首先，连续动态监测系统，在有限的监测时间内（5年甚至更长），结构一般还不会产生较为明显的损伤，根据发达国家经验，桥梁建成20-30年才是灾病集中爆发时期; 其次，对于海量采集的数据，如果不进行有效的处理和管理，也很难发现结构早期损伤。这个疑惑在后来德国作博士后研究的时候才解开。
位于欧洲大陆一隅的葡萄牙，在世界乃至在欧洲都算是个小国，但是她却拥有几座闻名世界的桥梁。
横跨里斯本塔霍河（Tagus Rivier）的四月二十五号大桥，建成于1966年，全长2278米，主跨1012.88米，建成时是欧洲第一长桥，世界第三的悬索桥。1999年的时候改造成为公铁两用桥。
横跨里斯本塔霍河的瓦斯科·达·伽马大桥，为了缓解四月二十五号大桥日益增加的交通量，于1994年开始建设，建成于1998年里斯本举办世界博览会的前夕，总长17.2公里，建成时是欧洲最长的跨海大桥同时也是世界排行第九的桥梁。1998年，Álvaro Cunha教授作了该桥的动载试验，奠定了他在欧洲振动学界的地位。
位于波尔图杜罗河的路易斯一世桥，总长385米，主跨172米，建成于1886年，当时是世界上最大钢拱桥。埃菲尔铁塔的设计者古斯塔夫·埃菲尔曾参与该桥的设计。该桥连接波尔图老城区和新城嘎亚（Gaia），也是波尔图老城区世界文化遗产（1996年）的一部分，2000年波尔图开始修建地铁，该桥的上层也改造为轻轨用于地铁通行，Álvaro Cunha教授课题组参与了桥梁的动载分析计算课题。
另一座横跨杜罗河的阿拉比德桥，和路易斯一世桥相距不远，离大西洋只有6公里的距离，该桥于1963年完成，全长493米，跨径270米，建成时是当时世界上最大的混凝土拱桥。葡萄牙的同学告诉我，当该桥开通时，报社记者云集，并不是为了报道该桥打破了混凝土拱桥的世界纪录，而是准备拍下这桥是如何垮塌的，因为很多人认为以葡萄牙的设计建造水平不足以建成该桥。
那么在读博期间，给我印象最深刻的是什么呢？
现在回想起来，就是课题组老师的勤奋与努力。可能在大部分人印象中，欧洲人尤其是南欧人，是比较懒散的。在我去留学以前，以为他们就是喝咖啡，吃冰淇凌，天天看足球。
但是在学术界，不管在哪个国家，如果想取得一定的成果，需要的实实在在的付出，工程科学上的问题作不得假。Álvaro Cunha老师获得正教授职位，仍然孜孜不倦，经常半夜12点多还会发email给我。
记得在给我修改博士论文时，从早上九点开始，一直面对面的改到中午一点多，真的是一个字一个字的批改，好几次我早就坐不住了，催他快点去吃午饭，但他还坚持要改完某个章节，其细致认真程度着实让我感到惭愧。
辛勤的劳动经常会有丰厚的回报，Álvaro Cunha老师作为大会主席分别主持了2014年的欧洲振动工程会议(EURODYN2014)和2021年国际智能结构健康监测研讨会(SHMII2021)，在结构健康监测领域获得了国际的认可，是我终生学习的榜样。
另外，在葡萄牙学习期间，我也非常荣幸的获得了2009年度的国家优秀自费留学生奖学金，看到科研上的努力得到了祖国的认可，这是我博士期间最高兴的事情了。
经过五年的学习，我于2011年获得博士学位，告别的Cunha老师和我的朋友们，继续德国的博士后生涯...
