不斷延伸的研究之路
——記華南理工大學土木與交通學院教授符鋅砂

肖貞林

符鋅砂

翻開中國的交通公路圖，密如織網的公路貫穿東西南北。它們猶如血脈支撐起了一個國家與民族未來發展與富強的希望。目前，我國高速公路的修建速度和總里程已位居世界前列。看著一輛輛汽車飛馳在縱橫交織的高速公路上，我們不禁想問，這寬闊通暢的道路是怎樣建成的？怎樣確保行車安全？帶著這些疑問，記者拜訪了華南理工大學土木與交通學院教授符鋅砂。

作為道路工程研究領域的專家、博士生導師，符鋅砂致力于道路規劃與設計、公路計算機輔助工程與設計、交通基礎設施管理系統、智能交通系統、3S技術及交通信息化等方面的教學與研究工作近40載，用辛勤的汗水換取了一系列創新性成果，鋪設了一條又一條道路工程特色之路。

堅實的人生之路

第一眼看到符鋅砂，他眉宇間透出的溫文儒雅的氣質，舉手投足間露出的坦然與淡定讓人心生敬畏。從事路橋專業研究與教學數十年，歲月并沒有給他留下太多滄桑的痕跡，特別是通過這次和他的深入交流，給人的感覺是他不但是一位受人尊敬的教授，而且更是一位道路交通領域的學術大家。

“機遇從來只留給有準備的人，而夢想的種子終會發芽。”符鋅砂早年的經歷證明了這一點。1978年，符鋅砂考入長沙交通學院（現長沙理工大學）路橋專業。作為恢復高考后的大學生，有著曾經參加過三線鐵路建設知青經歷的符鋅砂格外珍視這來之不易的學習機會，發奮努力讀書。1981年，符鋅砂以專業第一名的成績畢業并留校任教。很快，日常的教學工作使他萌發了繼續求學深造的想法，1984年，符鋅砂考入西安公路學院（現長安大學）攻讀碩士學位。研究生畢業后，他參加了國家“七五”重點科技攻關項目“高等級公路路線綜合優化與計算機輔助設計系統”的研究開發工作。符鋅砂在這個項目研究中嶄露頭角，研究開發了國內首個用于公路設計的數字地面模型系統，為公路設計自動化奠定了基礎。1990年，他回到長沙交通學院任職路橋工程系教師，組建并擔任了公路CAD研究所的所長。2000年，他調入華南理工大學交通學院任教，期間于2008年獲得長安大學工學博士學位，從此開啟了道路研究的新起點。

回首近40年的努力和耕耘，風雨的洗禮，陽光的沐浴，都離不開執著的堅持，勇敢的跨越。在符鋅砂走過的道路上，留下的是累累的碩果和堅實的足跡。這些年來，他主持完成國家及省部級等縱向科研課題40多項，發表研究論文170多篇，出版《公路計算機輔助設計》《公路航空攝影測量與遙感》《道路規劃與設計》《道路勘測設計軟件開發與應用指南》《交通地理信息系統》等專著5部；撰寫《現代公路測設》和《交通3S技術概論》內部教材兩部，培養研究生100多人。曾獲省部級科技進步獎一等獎2項、三等獎10余項，主持設計的城市立交工程項目曾獲建設行業市政工程“金杯獎”。由于科研成績突出，符鋅砂于1991年榮獲了“國家‘七五’科技攻關有突出貢獻的科技人員”稱號；1993年獲得國務院“有突出貢獻專家政府特殊津貼”，同年被選拔為首屆“湖南省高等院校青年骨干教師”，并在1998年晉升為教授。1999年，他被選拔為“湖南省跨世紀學術和技術帶頭人培養對象”，榮獲“湖南省普通高等院校先進科技工作者”稱號。2015年，他榮獲“科學中國人（2014）年度人物獎”稱號……當鮮花和掌聲接踵而至，符鋅砂來不及喜悅，轉身又投入到一個又一個新的征程。

道路測設現代化之路

公路是交通運輸業重要的基礎設施工程，直接擔負著連接區域經濟的橋梁作用，而勘察設計則是道路工程建設的靈魂，一個好的設計不但可以節約投資成本，更是整個工程提高質量的基礎，是工程堅固、耐用的基石，是行車安全的保障。

談及公路勘測設計，符鋅砂娓娓道來：按公路設計過程劃分，公路測設分為勘測（外業）和設計（內業）兩大部分。長期以來，公路測設主要是在大比例尺地形圖上讀取地形數據進行初步設計；在施工圖設計階段，則根據初步設計中已定好的平面線形，通過野外實測路線縱、橫斷面高程進行設計。公路建設質量的好壞、投資的多少、效益的高低主要取決于設計方案的優劣，而最佳路線方案必須通過做大量的方案比選和優化設計才能得到。對上述這種傳統的公路測設方法而言，由于每變動一次路線方案，就必須重新做一次地形數據采集工作，因此很難做到同等設計深度的、真正意義上的多方案比選，由此也難以得到最佳設計方案。這種傳統的公路測設方法已嚴重地制約了公路設計理論及方法的發展和完善，嚴重影響了公路設計水平和效益的提高。為解決傳統公路測設方法存在的上述問題，符鋅砂提出：一個先進實用的公路測設系統，必須建立在數字地面模型基礎之上，有功能強大的數字地面模型作為支撐，才能為路線設計提供所需的一切地形原始數據，才能實現真正意義上的路線多方案比選和優化設計，才能使路線的三維設計、可視化設計、高交互性成為可能。先進的思想和技術為公路的設計和建設插上騰飛的翅膀。

基于參與完成的國家“七五”重點科技攻關項目“高等級公路路線綜合優化與計算機輔助設計系統”，以及主持完成的“航測數模技術在公路路線施工圖設計中的應用（河北省交通廳項目）”“數字地面模型及公路路線集成化CAD系統的開發研究（吉林省交通廳項目）”“高等級公路數模、路線設計與三維仿真系統（交通部‘九五’重點行業攻關項目）”等多個省部級科研課題的支持，符鋅砂進行了一系列的創新研究：在國內率先開展了公路航空攝影測量、數字地面模型、公路測設一體化集成技術的系統研究；在國內首次提出基于航空攝影測量與數字地面模型技術的公路測設一體化設計理論及方法，并推出集數字地面模型系統、路線設計系統、邊坡穩定分析及擋土墻設計系統、涵洞設計系統及帶真實地形景觀的道路三維工程模型系統于一體的路線設計集成系統。這些技術及方法在國內高等級公路建設中普遍應用已有30多年，在提高設計能力和設計質量方面取得了顯著的效果。符鋅砂主持完成的道路設計方面相關科研項目有2項獲得省部級科技進步獎一等獎、5項獲得省部科技進步獎三等獎。

為促進道路測設新技術新方法的推廣應用，符鋅砂基于上述研究成果編著的《公路計算機輔助設計》專著于1998年由人民交通出版社出版。該書于1999年獲得交通部科技進步獎，至今該書第一版已經陸續重印了30余次，目前仍在我國公路交通設計部門和高等學校中廣泛使用，為促進我國道路勘測設計水平的提高和道路勘測學科的發展發揮了重要的作用。

繼承傳統，勇于創新，運用現代化技術和手段，開拓出公路勘察設計研究新道路，符鋅砂在一步一步實踐中開創了一片新天地。

安全暢通的平安之路

隨著我國經濟的迅猛增長，道路里程和機動車數量逐年增加，與此同時，我國道路交通安全形勢及交通擁堵現象也日趨嚴峻，道路交通安全問題在我國已經成為影響人數最多、影響空間最廣、造成傷亡最多、持續時間最長的社會公共安全問題之一。

據符鋅砂介紹，道路交通系統是由人、車、路、環境所構成的一個動態的復雜大系統，道路交通事故是在特定的交通環境影響下，由于人、車、路和環境諸要素配合失調而導致的。如駕駛員的酒駕、毒駕、疲勞駕駛、操作不當、超速行駛，車輛闖紅燈、亂停亂放、行人隨意橫穿道路、交通違規等人為因素；車輛的剎車失靈、爆胎、超載、機械故障等車輛原因；路面的破損、凹凸不平、路面打滑、線形組合不當、急彎陡坡等線形復雜情況；暴雨、大風、濃霧、路面結冰等環境因素以及交通組織和管理等因素，這些都是造成交通事故的重要原因。

交通事故的發生是隨機的，道路上的任何路段、任何地點、任何時間和任何環境下都有可能發生交通事故，但其也表現出一定的特點和規律。如何進行道路交通安全預警與風險管控是降低交通安全風險，提高道路安全性和通行能力的重中之重，如何消除道路本身存在的安全隱患，如何減少道路本身存在的行車風險敏感點？這些都是打造安全暢通的平安公路的關鍵所在。

為此，符鋅砂先后開展了道路交通事故黑點評估及綜合治理技術研究、道路交通安全評估預警關鍵技術及系統開發研究、高速公路事故預測及綜合治理決策系統研究、高速公路改擴建工程安全設計及安全保障技術研究、高速公路特長上下坡路段綜合安全措施研究、營運高速公路事故多發路段安全性評價及處治技術研究、高速公路安全性設計與評價、高速公路安全性評價系統等10余項省部級縱向科研項目的研究與開發，取得了一系列的創新成果。

通過對公路事故產生的原因及機理進行系統全面的分析，符鋅砂和他的團隊在探討汽車動力學理論、駕駛員操作行為、公路線形條件等各種因素的基礎上，基于不同車型的汽車動力特性，構建了基于道路平、縱、橫三維線形及駕駛員操作行為特征的車輛理論運行速度預測模型，為高速公路事故多發點的預測和判別提供理論依據。通過綜合考慮線形安全度和事故的經濟損失，他們提出了系統的事故黑點危險性評估指標體系和方法，構建了事故黑點整治緊迫性排序評價模型，以及針對不同事故黑點的整治對策庫。通過一系列科研項目的研究，形成了涵蓋公路運營安全風險預警、事故黑點識別與綜合治理等全方位的具有理論性、實用性的高速公路安全風險防控和綜合治理成套技術。

符鋅砂主持研發的“高速公路安全性評價系統”，通過對公路路線安全性分析及評價，可以指導路線的初步設計和施工圖設計，通過在設計階段的設計優化，使設計的道路更加經濟、合理和安全、可靠，從根本上消除潛在的安全隱患，從而預防和減少運營期間的交通事故，提高公路的安全水平和道路通行能力。該成果于2012年列入交通運輸部科技成果推廣項目，并于2013年獲得廣東省科技進步獎，目前，該成果已經在3000多公里高速公路安全性評價及整治措施研究的實際工程項目中得到應用。該項目成果可以為設計階段和運營階段的不同等級公路和城市道路的安全性提供檢查評價手段，這對消除公路本身存在的安全隱患，尤其是改善道路線形條件，對于有效減少交通事故率，降低事故的嚴重程度，避免和減少由公路交通事故帶來的巨大經濟損失和不良社會影響具有重要作用。

道路資產管理信息化之路

會議致辭

隨著我國公路建設的高速發展和路網的逐漸完善，公路及其附屬設施在快速增長的交通量和自然環境作用下日益損壞，道路設施在使用過程中不可避免會出現結構損傷、狀況惡化、使用性能衰減等情況，如果不能實時、有效地對這些結構狀況進行科學、客觀的評價并進行針對性的養護維修加固，將會嚴重影響其使用性能和壽命，嚴重時甚至會造成結構損毀等重大災難性事故。而我國早期建成通車的高速公路、國道主干線及數百萬公里的各種等級公路，很多都逐步進入病害高發期，我國公路發展的重點正快速由大規模建設向大規模養護轉型，巨大的道路資產養護需求給公路養護管理工作帶來了前所未有的壓力。

據符鋅砂介紹，以橋梁為例，我國目前有各類公路橋梁70多萬座，據統計其中約有近半數橋梁存在不同程度的損傷，如不加以控制，在未來10年至20年內，大量橋梁將出現明顯的功能老化和結構性損傷，從而危及橋梁結構的安全。

“當時國內外連續發生了多起跨橋事故，對國家和社會造成了巨大影響。橋梁為何會突然垮掉？如果能及時發現問題、及時維修加固，就能避免橋梁垮塌這種特重大事故的發生。因此，采用橋梁管理系統對橋梁狀況做出科學、客觀的評價，及時提出預警信息和維護策略，對確保橋梁能得到及時有效地維護，保證橋梁的安全使用具有重要意義。我們的課題就是在這樣的背景下開展起來的”。符鋅砂所說的課題，就是他主持研發的由科技部、建設部、廣東省科技廳和廣州市科技局等4個科技主管部門立項支持的“城市橋梁管理系統”。該系統主要應用于橋梁檢測、評價和養護維修決策，是涵蓋網級管理和項目級管理，采用.net技術，基于B/S架構和Web GIS技術研究開發的城市橋梁管理系統。系統可以及時有效地、科學合理地對城市橋梁進行評定、維護和管理，節省因維護延誤或維護不當造成過大的維護費用支出，保證橋梁的正常安全使用，更重要的是可以及時評定和預測現役橋梁的損傷程度與使用壽命，有效避免橋梁無征兆突然塌毀等災難性事故的發生，確保人民群眾的生命財產安全。該成果于2009年獲得廣東省科技進步獎，目前已在20多個地級以上城市得到應用。

在橋梁管理系統研發的基礎上，符鋅砂還組織研究開發了“城市資產管理系統”。系統主要實現對市政道路、橋梁、雨水口、地下管網井蓋、路燈照明設施、交通安全防護設施、交通控制設施及廣告燈箱等市政各類設施基本信息的集成管理，以及市政基礎設施的狀況檢測、狀況質量評定、設施養護對策、養護資金預算、養護計劃制定等市政設施養護維修業務全過程的全壽命周期管理，并在城市市政管理部門得到應用，為市政基礎設施的科學分析、評價、維修決策提供了強有力的支持。

“上述城市橋梁及基礎設施養護管理系統只是解決了養護管理層面的業務需求，而針對重特大橋梁、長大隧道和高危邊坡等重要結構物的健康監測與安全預警，更是確保道路暢通和安全的重中之重”。在養護管理層面研究取得系列進展的符鋅砂并沒有因此而滿足，瞄準新的目標和方向，他又發起了新一輪的挑戰和沖擊。

項目組討論之余

符鋅砂認為，對于確保重大橋梁、長大隧道和高危邊坡等重要結構物的安全問題，目前比較常見的采用在結構中埋設溫度、應力應變、振動和位移等各類傳感器，對結構物進行長期在線自動監測的技術，也值得進一步的商榷。“以應用較為廣泛的橋梁健康監測系統為例，統計資料表明，對于按設計使用年限100年設計建設的公路橋梁而言，在一般情況下30～50年以后才會出現結構性損傷，所謂重大的結構性損傷是指類似橋梁的主梁等承重結構上出現的損傷，而這種損傷將直接影響到結構物是否會失穩塌毀的結構安全問題。顯然，一般情況下這些傳感器的壽命是遠達不到這個使用年限要求的，這將造成一旦結構物真正出現結構重大損傷時，這些傳感器感知系統早已不能發揮監測的作用，從而無法真正實現對結構安全起到監測和預警的目的”。同時，他還指出“任何的結構物的塌毀，不會是毫無征兆地突然發生的，往往有一個變形逐漸累積增大的變化過程，一旦這個變形達到一定的臨界值，就有可能使結構發生失穩而產生整體坍塌”，符鋅砂進一步解釋，“目前常見的橋梁健康監測通常是對橋梁承重結構的關鍵截面采用各種傳感器對其應力應變進行監測，但這種應力應變的監測是局部的、微觀的，并不能直接反映橋梁結構的整體變形狀況；而對結構的變形監測則是宏觀的，即結構任何部位出現嚴重的損傷最終都會在結構物的變形上反映出來”。基于此，符鋅砂提出了基于結構變形監測的橋梁健康監測系統概念和方法：即通過對結構物的長期變形觀測，根據其結構的受力特點及結構變形的發展趨勢和變形量大小，建立結構物安全性的評價指標體系和評價標準，根據結構的變形進行安全性預警。“由于公路上的橋梁、隧道、邊坡、擋墻等構造物數量眾多，通過在橋隧及高邊坡等重要構造物的關鍵部位上埋設固定觀測點，采用價格低廉、效果明顯的常規變形觀測的定期檢測，在此基礎上進行結構變形分析和結構物安全性評價，是確保重大橋梁、大長隧道和高危邊坡等重要構造物結構安全的切實可行的、易于推廣普及的重要技術手段。而隨著物聯網技術和無線傳輸技術的發展，采用位移傳感器對重要構造物進行連續的實時變形觀測，必將成為該領域的技術發展方向”。一路摸索前行，符鋅砂憑借敏銳的洞察力和堅實的積累，走在道路資產管理信息化之路的前沿。

和畢業生合影

智能高效的智慧之路

近年來，我國公路建設發展迅速，公路里程不斷增加，公路網日趨完善，公路交通的壓力持續增大，提高交通運輸效率、保障交通安全、改善交通運輸環境和提高能源利用效率成為交通建設的重要任務。2014年，我國交通部就提出了建設綜合交通、綠色交通、智慧交通和平安交通這“四個交通”的建設理念。2016年，提出《交通運輸信息化“十三五”規劃》以及《推薦互聯網+便捷交通，促進智能交通發展的實施方案》，2017年，《推進智慧交通發展行動計劃》又提出智慧交通在服務、決策、應急、管理方面的應用目標。“智慧高速公路的研究及工程應用，已經成為我國提升高速公路運行效率，提高公路通行能力和服務水平，提高公路的安全運行水平的重要手段和目前的研究熱點”。符鋅砂闖出的智能高效的智慧之路順應了信息技術發展的潮流，契合了國家大力推行智慧交通的趨勢。

符鋅砂指出：目前，我國新建高速公路的監控系統已經由初期的重點路段監控發展為全路段沒有監控盲點的全程監控，監控攝像機也由原來的標清攝像機發展為高清攝像機和帶有自動識別功能的智能攝像機，并增設了各種環型感應線圈、超聲波檢測器、紅外檢測器、雷達檢測器等外場監測設備和區間測速、電子卡口測速等設施。盡管外場監控設施比較完善，但缺乏具有協調聯動機制的集信息采集與預警、交通緊急救援、公眾信息發布及應急指揮調度于一體的實用的公路運營監測及應急管理集成系統，使得我國高速公路上設置的先進交通監控設施和設備不能充分發揮作用，不能形成協調統一的監控、管理和信息服務體系，難以對高速公路運行實施有效的交通監控和應急管理。

“目前智慧高速公路建設的當務之急是要充分整合高速公路已有的各類信息采集設備，建立起覆蓋高速公路網的智慧感知網絡，實現對高速公路網全方位的實時、動態監控，實現交通流量、平均車速、車道占有率、氣象狀況、交通異常事件等實時交通運行信息的自動獲取。只有在數據自動獲取的基礎上，才能實現路網實時交通運行狀態分析、路網交通運行狀態發展態勢預測、道路交通事故判斷及交通事故的時空影響分析、路網協調聯動及指揮調度策略的制定，為高速公路的交通緊急救援、應急管理、指揮調度、信息發布等提供科學合理實時動態的決策依據”。深耕公路信息化研究多年，符鋅砂積累了大量的研究成果和實踐經驗，他強調：不能有效獲取交通運行的實時數據就無法進行交通運行狀況分析，就無法對高速公路進行有效的應急處置、協調聯動和指揮調度，也就根本談不上智慧高速公路。不管是實現高速公路智能監測及應急保暢，還是建設智慧高速公路，這都是目前需要重點解決的問題。

符鋅砂分析，視頻監控作為高速公路建設中最為完整、覆蓋面最廣、使用率最高的高速公路監控設施，基本解決了高速公路全程無盲點的“可視”監測問題，幾乎成為目前高速公路運行監控的唯一手段。針對目前我國高速公路建設及運營管理的現狀，若是利用道路已有的視頻監控系統獲取交通信息，這種方式不需要另外增加外場設施，而且信息采集點的覆蓋率非常高，這將是智慧高速公路系統獲取實時交通運行數據最現實可行的數據采集手段。

為實現高速公路運行狀況監測和交通事故自動識別，符鋅砂帶領團隊相繼開展了基于視頻圖像的交通事件自動檢測系統的研制（廣東省科技廳項目）、基于視頻圖像的交通事件自動檢測集成系統（廣東省交通廳項目）、復雜環境下基于視頻序列影像的交通事件自動語義識別方法（國家自然科學基金面上項目），以及基于路網實時監測及運行狀況分析的高速公路應急保暢智能系統研究及開發（廣東省交通運輸廳項目）等項目的研究，研制開發了交通信息采集和交通異常事件自動檢測的系統和產品。系統主要通過高速公路已有的監控攝像機提供的視頻圖像信息進行圖像識別和綜合分析，從而智能識別交通事件的發生及事件類型，例如停車、碰撞、逆行、擁堵、超速、低速、行人、非機動車以及火災、拋灑物等異常事件，實現在雨、雪、霧、陰天、白天以及夜間等全天候條件下的運動車輛自動檢測、車輛自動跟蹤、交通事件檢測、交通信息采集等功能。特別是自2015年以來，項目組對深度學習等人工智能技術進行了深入研究，通過卷積神經網絡實現視頻圖像的多層感知，克服了傳統的圖像識別二值化處理技術的局限，大大提高了系統的魯棒性及交通信息采集及交通異常事件檢測的識別率和檢測精度。系統有效地實現了高速公路實時交通運行狀況分析及交通事件預警，為建立具有協調聯動機制的集路網運行監測、信息采集與預警、交通緊急救援、公眾信息發布及應急指揮調度于一體的公路運營監測及應急處置平臺提供了有效的數據支撐。目前，該系統已經在數十條高速公路上推廣應用，取得了良好的效果。

“支撐智慧交通系統各項功能需求的基礎是智慧感知實時、可靠、全面的道路交通狀態信息。而充分利用高速公路已有的視頻監控系統，采用圖像處理技術自動獲取實時的交通流量、車型、車速、道路占有率及交通事故等交通運行信息，是在目前條件下建立智慧高速公路的智慧感知網絡最為高效實用的技術手段和方法”。安全猛于虎，責任大過天。符鋅砂緊緊圍繞道路交通安全保障進行的系列研究及開發的系統，為我國的道路運營構筑了一道又一道安全屏障，為我國智慧公路的建設提供了理論依據和技術支持。

不斷延伸的創新之路

在這個信息技術日新月異的社會，沒有創新的技術是沒有任何生命力的。作為一名資深的道路橋梁專家，符鋅砂深刻地明白這一點。他也一直在創新的道路上大步向前，從未停止過。

公路是一個在地球表面的帶狀的三維工程實體，針對公路幾何設計將公路的空間線形分割為平、縱組合這一傳統方法不能獲得曲率連續的公路線形，給公路交通安全帶來明顯的弊端這一問題，如何才能使公路幾何設計回歸公路的“三維”自然屬性，使公路線形更精準地吻合汽車行駛軌跡和符合駕駛員的期望，以提高公路的安全性？這是符鋅砂多年來一直想解答的問題。

符鋅砂從“三維”空間為出發點，重新審視了公路幾何線性設計，開展了“公路真三維設計：基于體感交互和三維空間曲線的方法（國家自然科學基金面上項目，51278202）”研究。該項目極具創新性和挑戰性，重點圍繞三維空間的人機交互設計、公路平縱空間曲線的三維統一描述、公路三維空間曲線的求解等科學問題展開研究，首次提出基于體感手勢識別的空間三維公路線形的人機交互方法，將二維操作擴展到三維操作，解決了三維設計中的空間交互問題；采用三維歐氏空間中曲率和撓率這兩個幾何不變量對三維空間的平縱線形進行統一描述，構建精確的滿足G2連續的三維空間公路線形模型，以及符合現行設計標準的設計約束模型，突破了傳統二維分而治之的設計方法，實現了公路設計理論的全面革新。基于上述理論基礎，他們采用迭代求精的軟件開發方法，建立了公路真三維設計原型系統，并從新的公路三維設計體系，對公路真三維模型進行了驗證和評價。

針對傳統二維設計方法存在“空間曲率連續性衰減”現象，導致公路線形空間幾何特性與駕駛員特性、車輛行駛特性三者之間不匹配，易引發行車安全隱患的問題，符鋅砂承擔了“顧及路-人-車耦合機制的公路三維空間線形參數化設計理論與方法（國家自然科學基金面上項目，51778242）”的研究，該項目以“路”為中心，研究“線形連續性退化”與交通安全之間的內在聯系，提出顧及路-人-車耦合機制的公路三維空間線形參數化設計理論與方法，并在綜合考慮公路線形設計主、客觀安全性均衡的基礎上，建立線形參數設計約束模型，從而為公路三維空間線形的設計優化提供理論依據。

參加研討會

“自從20世紀初產生了供汽車行駛的公路，這一百年來，全世界的公路設計理論和方法一直都是將公路三維空間線形分解為平面和縱斷面分別進行設計，再將平面線形和縱斷面線形進行組合，形成公路的三維線形。因此，要使真三維虛擬空間下的公路設計方法和設計模式真正應用于道路工程設計，首先要解決如何繼承公路設計人員多年來積累的，經一代又一代設計人員傳承和發展下來的設計方法、設計經驗和設計習慣這一問題”，符鋅砂解釋道：“對于公路真三維設計軟件系統開發而言，基于目前設計院廣泛使用的成熟的公路路線設計系統，也只需要研發二維設計指標和三維空間線形之間的轉換模型，以及開發公路三維空間曲線模型解算的設計軟件，將其取代已有的路線設計系統中平縱線形設計模塊即可，軟件其他部分的設計計算、圖表生成，以及數據庫、系統操作界面等則完全不用修改。這種方式，在保持既有設計方法、設計經驗，乃至設計軟件、設計過程和使用方法完全沒有改變的情況下，實現了將二維設計過渡到真正三維空間線形的路線設計。這將是公路設計方法、設計手段的巨大變革，對提高公路路線設計的合理性、安全性具有不可估量的重要意義”。目前，符鋅砂團隊也在開展這方面的設計軟件研發工作。

在辦公室接受本刊記者采訪

針對目前普遍關注的公路安全性分析和交通安全改善的熱點問題，符鋅砂指出，公路交通安全與人、車、路、環境構成的復雜交通系統各個因素密切相關，但目前的分析評價主要還只是基于公路線形的連續性，采用以相鄰路段運行速度差值大小進行安全性評價的評價指標體系和方法，而對駕駛員生理與心理反應、駕駛員操作行為特征、道路交通運行狀況，以及道路環境和路側景觀等因素對交通安全的影響還無法進行量化的、客觀的分析，致使公路安全性評價一直停留在定性分析的階段。鑒于此，符鋅砂組織開展了“駕駛員-道路-景觀動態耦合下的公路安全風險評估方法（國家自然科學基金面上項目，51978283）”的研究，該研究立足于道路特征、景觀空間布局等影響交通安全的重要因素，利用深度學習理論等人工智能手段對道路特征及景觀空間布局進行結構提取，在此基礎上，綜合考慮駕駛員、車輛、道路、景觀等因素變化對交通安全的影響，著重研究“駕駛員-道路特征-景觀布局的變化-交通安全”的內在關聯，基于公路三維空間線形設計理論的支持，通過現場大量的實車試驗獲取在不同線形條件和不同道路環境情況下駕駛員生理、心理變化及駕駛操作的行為特征，采用深度學習方法對道路環境及路側景觀進行識別和分析，量化分析駕駛員生理、心理與各道路與環境要素變化間的相關性，最終建立顧及駕駛員-景觀-道路多因素耦合機制下的公路安全風險量化的全要素評估模型，為安全評估提供一種全新的、符合公路交通運行特征的安全性分析評價方法和評價體系。

除了在道路設計理論、道路CAD系統、道路交通安全、道路資產管理、道路運營監控與應急管理等領域進行研究外，符鋅砂也緊跟公路交通行業的應用需求和技術的發展，展開了一系列的研究工作。

符鋅砂介紹，由于早期高速公路建設受到資金和經濟發展制約，大部分高速公路均按照雙向四車道標準進行建設，隨著經濟快速增長，社會交通運輸量不斷增長，先期修建的高速公路通行能力大都滿足不了交通量快速增長的需求，公路改擴建已成為目前我國公路建設領域面臨的重要任務。然而高速公路改擴建工程，不僅涉及工程和造價的問題，還有可能面臨新舊路基不均勻沉降、軟基、濕基、新舊路面銜接、互通立交擴建方案設計、擴建成6車道或8車道后技術指標的選取、交通流特征變化、事故相對多發路段轉移等方面的問題。特別是交通運營環境的改變和交通流特征的變化，一旦處理不當，將造成道路運行中斷的交通隱患等。為此，符鋅砂組織開展了高速公路改擴建工程安全設計及安全保障技術研究、高速公路改擴建工程通行能力及技術指標研究、高速公路改擴建工程施工組織及安全保通技術研究、基于鋼波紋板的危橋加固技術研究及應用及公路改擴建工程既有涵洞改造關鍵技術研究及工程應用等多個省部級相關課題的研究，取得了一系列的相關研究成果，為高速公路改擴建工程的設計、施工、交通運營管理，及既有橋涵結構物的改造利用等提供了理論依據和技術支撐，成果在多條改擴建高速公路實際工程中得到應用。

符鋅砂敏銳地察覺到，隨著我國高速公路的快速發展，道路景觀環保及三維可視化設計也日益受到業界的關注。而目前我國公路設計領域的三維可視化大多是在AutoCAD環境下根據數字地面模型和道路設計成果生成三維工程模型，再利用適當的三維建模軟件（3DS MAX, MAYA等）進行渲染和制作動畫，這種方法不僅費時費力，最大缺點是不能對公路設計過程給予支持，只是道路設計成果的一種三維表達形式。為改變這種狀況，他帶領團隊自行研究開發了一個不依賴第三方圖形軟件的具有實時三維道路和地形建模的三維底層平臺及三維模型渲染引擎等集公路設計、三維建模、渲染、著色、動態瀏覽、交互設計與修改等功能的高速公路實時三維可視化景觀設計系統，真正實現了高速公路真正意義上的實時三維設計，對提高公路設計水平及設計能力具有重要作用。

針對互通立交連續梁橋由于結構種類繁多、受力復雜、規律性差、異型結構，難以實現橋梁設計自動繪圖的現狀，符鋅砂還與設計單位合作，組織開展了廣東省產學研項目“互通立交曲線箱梁橋CAD系統”的研究開發工作，實現了立交連續曲線箱梁設計中最常見的主線在匝道分、合流點的變寬異形段“卜”形和匝道內彎梁段“幾”形等兩種形狀異形結構的設計和繪圖問題，極大地提高了設計的質量和效率等。

結合公路行業的總體需求及各種新技術的發展，符鋅砂團隊近幾年也開展了高速公路品質工程考核管理體系研發、公路建設項目節能評估模型及對策的研究、公路鋼波紋板橋涵結構分析和設計方法、基于高速公路運行監控的實時路網交通狀況分析及交通流動態演變規律、基于大數據的路網交通均衡模型和應急指揮調度、數字高速公路、智慧交通系統及基于人-車-路-環境全要素的公路安全性評價及仿真系統等項目的研究和開發。

正所謂“一個籬笆三個樁，一個好漢三個幫”。由于道路研究工作涉及軟件系統開發、土木建筑、材料等專業領域，需要團隊具有非常強的相互協調能力。符鋅砂帶領的這個多學科結合的科研團隊，由青年老師李多奇、王曉飛等博士，以及目前仍然在讀的博士生和碩士生群體為主體。“從指導1990級的第一位研究生開始，目前已經畢業的各類研究生有100多人，這一批批研究生在校學習期間以及在畢業以后，都為項目組的研究成果做出了各自的貢獻”，符鋅砂介紹：“特別是研究生畢業后在其他高校任教的龔德俊、桂嵐、李海峰、段征宇、葛婷等教授和博士也一直和項目組保持著密切的合作關系”。符鋅砂所取得的一系列創新成果，就是他帶領這樣的團隊歷經無數個日日夜夜艱苦奮斗得到的。

教師節項目組合影

符鋅砂不僅執著于科研，對學生也十分關愛，因此，受到許多學生的喜愛和尊敬，并由此曾獲得華南理工大學“我最喜愛的導師”的稱號。

采訪中，符老師給記者展示了一位已經畢業了的研究生發給他的教師節短信：“符老師，首先祝您教師節快樂！離開了校園，踏入社會，才驚覺校園生活的寶貴，碩博5年的研究生生活，您的言傳身教，諄諄教誨，讓我不斷成長，成熟，您溫文爾雅的氣度，淵博的學識，使我的頭腦不斷充實。您不僅是我學業上的導師，更是我做人的榜樣、人生的燈塔。記得之前有位師兄和我說過，畢業了才覺得自己研究生幾年做的項目，取得的成果遠遠不足以報答符老師對我們的好的萬分之一，當時我不以為然，當自己也畢業了，才真正地感同身受，只可惜不能重來，只有在未來的工作生活中，時時以您為榜樣，嚴格要求自己，做一個合格的符家班人。最后，再次祝符老師教師節快樂，桃李滿天下！”“遇到這么多優秀的學生，也是我的幸運。學生們的成長成才、事業發展和生活幸福，是給我最大的回報，也是我最感到欣慰的”，桃李不言下自成蹊。談起他的學生們，符鋅砂的驕傲自豪和關愛之情溢于言表。

頂著眾多耀眼的榮譽和光環，卻孜孜不倦地在道路領域的科研和教學方面默默地深耕著；面對各種贊譽和仰慕，始終堅持內秀于心的樸實秉性；伴隨著一個又一個難題被不斷突破，卻從未停下腳下的步伐——這就是符鋅砂。憑著對公路建設事業的特殊感情和執著追求，他用心血和汗水澆筑了一條不斷延伸的道路工程研究之路。