[分享]数字引领桥梁产业变革

在数字化时代，所有的一切，都发生很大的变化。

当测绘成果直接变成数字以后，整个测绘界就发生了重大革命。过去几十年完成的事情，现在分秒钟可以完成。所以，数字非常重要。

数字也改变了工业设计和土木制造行业。过去，桥梁设计都是纸质设计图，画一张图纸，大约需要3年时间；现在有了计算机、软件，所有设计都可在数字的基础上完成。

当然，桥梁的工业化建造也离不开数字。

数字改变了各行各业，没有拥抱数字化，这个行业就会被淘汰，或者濒临淘汰。

我们经历了四次工业技术革命。第一次是机械化革命，瓦特的机械能代替人的体力。第二次是电气化革命。第三次是数字化革命，从1946年第一台电脑到今天整整73年，数字化的进程推动了整个世界的发展。无论是工程还是技术，最终的实现，都是由数字来完成。即将到来的智能化革命,同样离不开计算机，离不开数字。

数字(Digit)，是一种用来表示数的书写符号。包含不同的进制计数系统，如：十六进制、十进制、八进制和二进制。日常生活通常采用十进制。

数字化(Digitalization)，是将信息（如：物体、图像、声音、文本等）转换成数字格式的过程。通常采用二进制计数，由0和1两个基本数字组成，利用电子计算机实现。例如：10(十进制)→1010(二进制)。

1942年，世界上第一台电子数字计算设备诞生，被称为阿塔纳索夫-贝瑞(简称ABC)计算机。

1946年，世界上第一台现代电子数字计算机ENIAC诞生，计算能力为5000次/秒。

1957年，第二代电子计算机诞生，计算能力达到百万次/秒。

1965年，第三代电子计算机诞生，计算能力达到百万至上亿次/秒。

1970年，第四代电子计算机诞生，计算能力超亿次/秒。微型机出现以后，广泛应用于人们的日常生活。

未来，有可能出现智能计算机、生物计算机……

Sycamore量子处理器

2010年以前，遵循了摩尔定律，每18个月，计算机性能提高1倍，价值降低1倍。到了2010年以后，数字集成程度遭遇了瓶颈。瓶颈在哪里？从过去20个纳米，到今年变成7个纳米，再变小几乎不可能。变成7个纳米，电子流将来可能都会有问题，所以出现了量子计算。2019年5月，谷歌推出了一台54位量子计算机，速度提升非常快，用世界上最强大的超级计算机需要1万年完成的计算量，量子计算只需要3分20秒左右，这对我们人类将产生巨大的影响。

2017年，AlphaGo战胜柯洁，宣布在最复杂的围棋领域人下不过计算机。而在2010年，人们还认为人工智能遥遥无期，但是两盘围棋下完以后，人们认为人工智能时代已经到来。

2017年，国务院发布了中国的人工智能发展战略2.0，人工智能重新开启。为什么下两盘围棋，人工智能就到来了？因为围棋特别消耗计算机资源和能力。如果我们要下围棋，处理19个节点，围棋算力要达到10的170亿次方，人的大脑能完成吗？量子计算机的出现，将给人类带来史无前例的变化，这种变化无法预测。量子计算机出现以后，比特币从7000美元降到6500美元，降了500美元。因为计算能力的突破，使结果立马可以预测，人们现在用的密码，分秒钟就会被破解，现在的计算模式也将发生改变。

现有的处理器也在发生变革，GPU大大提高了运算速度。在2017年，把过去的CPU运算移值到GPU，16核CPI相当于78台计算机，还有处理单字节。

有了计算机以后，数字变革变得很快。凡是不与计算机融合，没有变成数字化，这个行业就会被淘汰，或者濒临淘汰。如今，医学基本上实现了数字化。病人去看病，医生做的第一件事情就是体检，体检多由数字化设备完成。大部分内窥镜手术、微创手术，基本上都是用机器。现在，我们国家高铁发展得非常快，但是有两个数字芯片是美国的。高铁运行速度非常快，能达到300公里，甚至350公里，但是人无法控制，都是通过计算机芯片来控制。农业、医疗、国防，都已实现了数字化。

以通信为例，从模拟信号转成数字信号是一次重大革命。现在，手机变成了便携式微型计算机，而变成数字以后，手机的传统功能在退化。可以说，我们手机10%的功能用于通话，大多数用于网络空间里进行数字行为，包括支付、购物，等等。我们物联网设备的数目从2000年的2亿发展到现在超过250亿。

U肋定位组装自动焊接

脉冲编码调制和数字音频经过了半个世纪的发展。1969年，出现了数字立体声录音机，但是用的仍然是模拟信号。我们过去播放音乐是通过胶片、磁盘、唱片，有了磁带以后，仍然是模拟。到了光盘，仍然是模拟信号。到了2001年，苹果推出了MP3数字播放器，过去的设备全部被淘汰。我们现在都是采用数字媒体、数字音乐，数字音乐改变了音乐获取、处理、传播的能力，我们分秒钟就可以把数据传递出去，这些介质再也不容易被破坏掉，它以数字形式存在磁盘上。

1995年，乔布斯做了《玩具总动员》，完全由电脑完成合成，是人类历史上第一部由电脑完成的电影。然后其公司被苹果收购，之后，乔布斯做的第一件事情就是数字音乐，然后又把网络加进去，又把语音加进去，就变成了2007年IPHONE，这是人类通讯领域最大的一次变化，彻底改变了人类的生存和工作方式。2007年的这部手机，谁预测到了？谁都没有预测到会发生这么大的变化。所以，我们现在数字电影由早期的胶片式、拷贝式，已经变成了数字播放，可以变成4D、5D甚至更多维的电影。

4D/5D 数字放映室

数字也改变了工业设计和土木制造行业。过去修一座大桥，需要耗费很长时间。比如武汉长江大桥建成35年以后，直到1990年，武汉才完成了第二座大桥。过去，桥梁设计都是纸质设计，画一张图纸，大约需要3年时间。现在有了计算机、软件，所有的设计在数字的基础上完成，数字改变了各行各业。当然，桥梁的工业化建造也离不开数字。

过去，我们通信有纸质、电报、短信，现在数字媒体终结了纸质电报。在通讯方式上，电话进入全数字时代，改变了我们的模式。大家最近常常提到的区块链，数字技术颠覆了人类几千年使用的货币和交流方式、交换方式。数字货币完全是利用计算机，没有实体货币，没有发行主体。我们知道，中国的货币几大银行不能发，只能央行发，瑞士是央行，美国是美联储。现在，有了数字货币以后，要把纸币去掉，数据交易点对点，不需要第三方介入，还有分布式存储，交易了就不能改变密钥。

这样的货币形式变得非常可怕。大家不禁要担心，没有发行主体，会不会不安全？告诉大家会更安全。通过计算机点对点，每个节点都有记录。电商出现以后，大家可以发现，不会出现物流公司寄给你，你不付货款，因为你赖不了账，所有记录都有，同时货币总量不会发生膨胀。另外，在每个交易过程中更加安全，通过计算机节点走，都有记录。所以，数字货币在未来可能会代替纸质货币，利用什么呢？利用数字，利用计算机技术。我付钱给密钥，分秒钟就可以解密，运算能力超强。另外，密钥永远不可篡改，同时是无法监控的。所以，我们国家在2014年启动了数字货币研究所，来研究数字货币。   

互联网的支付方式在发生变化。过去是虚拟货币、信用卡支付，现在用支付宝、微信，都是虚拟货币的一种。虽然不是数字货币，但是实现了数字支付，数字支付挑战了银行利益，挑战了传统支付方式。为应对这种挑战，2002年出现了银联，2017年出现了网联。发红包都要绑定一张银行卡，无论你从不从银行卡走。在数字化时代，所有的一切，包括我们的汽车，包括智能书店以及无人感知等，都发生很大的变化。

去年巴黎圣母院被烧毁，如果没有数字技术，基本不可能复原。有了数字技术，通过三维扫描技术把历史建筑放在硬盘里，永远不可能被毁掉。

现在数字农业也发展非常快，把农作物生长过程用数字记录下来，智能、高效、定向培育，效率大大提高。另外，耕种期间同样实现智能机械化，通过数字来控制。包括灌溉、收割、采集、栽种都可以采用数字化技术。

2015年，IT界发生了一件特别大的事情，当时联想收购IBM电脑业务，实际上IBM悄然做了蓝色基因，做了更高性能的超算。医疗方面，内窥镜技术都是通过手术机器人来完成。还有生物制药，人工智能与生物学结合。基因组样本，我们用实体空间基本上无法存放，通过计算机计算完基因组图谱，普通的可以放在硬盘里。人工智能检测，对实体人体状态检测都是通过数字技术和人工智能。另外，根据基因分析开发药物锁定其代谢流程，不必再采取试探性的治疗手法，包括靶向治疗、干细胞改写，逐步探索上帝密码的防线。

人工智能新材料，第一代是通过局部优化，第二代是全局优化，第三代是机器学习和驱动，推动了整个计算机、计算化学、计算物理材料学等研究历程。还有当代的化学，人工智能、神经元网络和符号AI规划化学合成，还有AlphaGo、神经元网络、现代物理学。科学就是发现，发现现在已经走到瓶颈，未来要借助计算机实现新的突破。美国劳伦斯伯克利国家实验室开发了深度学习程序CosmoFlow，用于处理大型三维宇宙学数据集，传统方法是无法实现的。加州大学伯克利分校Breakthrough Listen项目，利用机器学习方法发现72个新宇宙无线电爆发；欧洲核子研究中心CERN大型强子对撞机LHC，利用人工智能分析海量粒子数据，至少做出70%决策，极大减少人类科学家的工作量。另外无人码头、无人驾驶，就是要实现全数字化，包括现在的大兴机场智能停车，等等。

展望未来，5G会带来更快的数据速度，更高的数据容量，更好的覆盖范围。5G现在还没有达到预期，但是可以确信，它对数据通信，数据质量提升要比4G快100倍，而且带宽是4G的30倍，网络延时仅仅是2%，这种时间和速度，大大缩短了空间的距离。所以，5G将带来连接近百倍质量提升、连接成本更低的移动网络。

5G空间信息的应用场景更大，大带宽可以随时随地提供无缝连接移动互联网业务，低时延面对以传感和数据采集为目标的应用场景，满足对时延和可靠性具有极高要求的应用需求。随着高性能计算机和互联网应用，将促进无人驾驶、三维导航、高精度、移动以及智慧VR增强系统的应用，还有实时地理信息应用大物联，交通物流。此外还有智能家居，现在用手机就可以控制家里任何一个电器设备，既经济、又安全。地理信息大数据将提供万物互联的大数据平台。过去，实现了数字化的行业都发生了革命，例如电商基本上淘汰了很多实体经济商铺。包括教育，可实现教育资源、智慧知识完全免费开放性获取，全息影像多课堂同时教学。但是目前还没有真正和互联网深度融合，一旦融合，有可能促使教育模式发生深刻改变。

手术机器人

还有历史文化景观的三维实时化展示，让大众足不出户可以游览世界。秀才不出门，便知天下事。我有一个想法，就是把我们国家所有历史文化景观全部数字化，因为现在的测绘手段是非常先进的，可以把文物留在数字化里，让文物千古流芳。

未来的科学问题，可能有很多解决不了的，就要通过数学，数学通过大数据解决问题。前三次工业革命，第一次和第二次都是依靠物理学家完成，第三次革命也离不开物理学家，未来计算离不开数学家。计算机革命是自身发展革命，数字集成电路出现以后，发生井喷式的变革和变化。未来可能要借助计算机解决数学问题，包括人工智能将来面临解决哲学问题、法律问题，人类思维受局限的哲学问题都要通过计算机来解决。所以，目前各个大学成立人工智能专业、人工智能学院，都是希望通过数字方式改变我们的世界，包括引力波、黑洞，都要通过数字方式破解。

北京大兴机场智能停车系统

未来生物学的巨微机器人将普遍用于靶向治疗，通过人类的知识和基因数字重组完成，可能攻克癌症治愈难题。远程医疗，还有真正的无人驾驶交通，复原历史等也要通过数字技术。比如说历史上的开元盛世，可能通过数字技术复原，现在的场景只是很小场景，大家看电影很有限，未来通过数字，加上生物材料和记忆。

天涯若比邻，因为数字把我们联结在一起，也把我们的友谊连接在一起，所以数字改变世界！