轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到39.5%.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达58.7%;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Tab.1 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到49.20 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于30.75 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到11.25 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. 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电气工程（Electrical Engineering简称EE）是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术 电气工程领域中不可或缺的关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活工作模式。电气工程的发展前景同样很有潜力，使得当今的学生就业比率一直传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。电气系统所在领域是一个充满希望且具有挑战性的领域。 说电气系统属于工程专业，是因为工程学的挑战在于要设计所有电路系统，并把它们聚类成一个整体。Cyber-physics system是最有代表性的前沿电路系统，包括物联网、普适计算、传感器。 电气工程[2]是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。正因为此，电气工程的教育和科研一直在发达国家大学中占据十分重要的地位。美国大学电气工程学科在机构名称上有的学校称电气工程系，有的称为电气工程与信息科学系，有的称为电气工程与计算机科学系等等。该学科（系）在科研、教学及学术组织形式上与国内电气工程学科有较大不同。了解国外学科状态及教学、科研方向，对调整我们的学科方向、提高教学、科研水平具有十分重要的作用。 传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本已经十分宽泛，但随着科学技术的飞速发展，21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴，斯坦福大学教授指出：今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。本领域知识宽度的巨大增长，要求我们重新检查甚至重新构造电气工程的学科方向、课程设置及其内容，以便使电气工程学科能有效地回应学生的需求、社会的需求、科技的进步和动态的科研环境。
土木工程类的核心期刊:1．岩土工程学报 2.建筑结构学报 3.土木工程学报 4.岩石力学与工程学报 5.建筑结构 6.工业建筑 7.哈尔滨建筑大学学报 8.中国给水排水 9.岩土力学 10.给水排水 11.施工技术 12.建筑技术 13.世界建筑 14.建筑科学 15.世界地震工程 16.建筑学报 17.混凝土 18.工程勘察 19.城市规划 20.暖通空调 21.西安建筑科技大学学报.自然科学版 22.水文地质工程地质 23.建筑机械 24.四川建筑科学研究 25.重庆建筑大学学报 26.新型建筑材料 27.空间结构 28.城市规划汇刊 电气工程领域的国内和国际“权威”期刊：国内：1.《中国电机工程学报》 2. 《电工技术学报》国际权威期刊：电机领域：《IEEE T MAGN》、《IEEE T ENERGY CONVER》电力电子领域：《IEEE T POWER ELECTRMAGN》、《IEEE T ENERGY CONVER》电力系统领域：《IEEE T POWER SYST》车辆工程:焊接学报 0802机械工程 0.527 工业技术机器人 0802机械工程 0.801 工业技术机械工程学报 0802机械工程 0.578 工业技术机械强度 0802机械工程 0.567 工业技术计算机集成制造系统 0802机械工程 1.017 工业技术摩擦学学报 0802机械工程 1.296 工业技术汽车工程 0802机械工程 0.622 工业技术振动工程学报 0802机械工程 0.813 工业技术振动与冲击 0802机械工程 0.758 工业技术中国机械工程 0802机械工程 0.686 工业技术铸造 0802机械工程 0.579 工业技术
工业工程在国内企业，尤其是大型企业的应用研究，作为一个具有很强的理论和实际意义的课题，被推到前所未有的显要位置。下面是我为大家整理的工业工程系研究 毕业 论文，供大家参考。
任务导向工业工程实践研究
1实践过程
小组成员进入企业生产现场实地观察、观测、搜集与企业相关的文档资料，并多次与企业相关部门负责人讨论，通过与企业生产现场6S管理的标准做对比(例如生产现场作业地面和容器货架的标准要求：地面物品摆放时应有定位、标识，地面应无污染、无积水、无油污、无卫生死角、无杂物、主干通道畅通，标志线清晰、区域划分合理，区域线与标识清晰无剥落、安全警示区划分清晰并有明显的警示标志、容器、货架本身标识明确，无过期及残余标识等、容器、货架无破损及严重变形等)，发现生产现场生产线工位器具定置以及生产线功能区域划分等方面存在很大的问题，因此企业生产现场成为我们的重要目标，经过反复研究最终我们把调查对象锁定在生产现场的中层领导和生产现场基层工作人员。
1.1基层工作人员调查
根据对企业负责人的访谈，我们发现生产现场存在问题具有代表性的有以下几个部门，机加车间、装配车间、连杆车间、动力处和物流处。我们小组分别针对这几个重点部门，并且运用工业工程基础、精益生产、统计学的相关知识，设计了6S管理问题调查问卷。对调查问卷做出以下要求：问卷设计的方面有整理、整顿、清扫、素养、办公室清洁和安全。对于整理方面，主要从作业场所、休息区和物品摆放情况展开;整顿方面，从物品的定位、标识问题进行调查;清扫重点从作业场所、设备完好情况、通道线、周转车、周转器具和动力总成出库、零部件入库进行;素养，主要从工作人员的着装、个人行为习惯、休息室的环境和工作人员食堂就餐环境就行调查;办公室清洁从工作室的固定物品摆放情况、文件资料的摆放以及室内的卫生等进行;而安全问题主要从工作人员的 安全 教育 知识掌握情况进行调查。问卷设计内容，一部分是属于被调查者能够直接回答比较浅显的内容;另一部分是需要被调查者经过仔细思考才能得到的内容，这部分的问卷设计就是符合5W2H的应用 方法 。之后分别对五个典型部门的生产现场基层工作人员进行问卷调查，成功发放调查问卷，并对问卷进行统计汇总，与企业生产现场6S管理的标准做对比。
1.2企业相关负责人调查
对现场工作人员展开问卷调查的同时，我们小组成员对机加车间、装配车间、连杆车间、动力处和物流处五个典型部门相关负责人进行了交谈。通过交谈，了解企业生产现场管理中存在的问题：上级任务下达的及时性、基层工作人员完成作业的有效性之间存在的矛盾，生产现场管理政策执行力度不到位，管理制度不完善、检查部门之间的互检性差、作业现场无效劳动人员普遍存在，生产无计划以及物料浪费严重等。并依据企业相关文件资料介绍，更深层次的发现问题，以便提出高质量的解决对策。
2 总结
本次调研达到了6S管理改善管理的目的，企业在实施改进 措施 时取得了一定的效果。这次实践提高了学生的 社会实践 能力，增强了运用知识解决实际问题的能力，有利于对理论知识的转化和拓展。
神经人因实验工业工程论文
一神经人因实验在工业工程学科中的应用
Kim等将影响生产系统的因素主要分为四大类，即人的因素、技术因素、结构因素和任务因素，并认为其中人的因素处于系统中四大因素之首的地位。当今的生产系统要能在新的复杂环境下进行有效决策和响应，应当对人的因素投入更多新的研究技术。这其中就包括神经人因实验的技术。神经人因实验以其能深入人的大脑思维和身体的生理反应层面所表现出的优势在工业工程领域备受瞩目。目前，各国学者在尝试运用神经人因实验来研究工业工程学科中的各项主题，神经人因学的提出者Parasuraman将神经人因实验的发展方向主要归纳为:多任务下脑力负荷的研究、个体认知差异的研究等。工业工程学科的实验教学与研究正由过去主要运用传统的行为学的研究方法向主要运用现代的神经人因实验的研究方法转变。
1神经人因实验在多任务脑力负荷研究中的应用
脑力负荷，是指工作者为达到作业标准而付出的注意力大小，其影响因素包括工作任务量的大小、工作时间要求、工作者素质和能力要求、工作者工作意愿以及工作环境和由环境引发的工作情绪等。在当今高度现代化的生产中，生产人员从过去大部分需要自己手工操作机器设备到现在更多地是监控自动化系统的运行。分布式的大型生产系统要求监控者管理更多的机器设备，各种工作任务以并行的方式将各种信息传送给高级的人机交互集成系统，人机交互集成系统将信息融合后以各种通道的方式呈现给监控者。在这种分布式的多任务并行处理的生产模式中，监控者需要监控大量的机器设备，感知和分析各种类型的数据信息，其脑力负荷较过去成倍增长，传统的行为学实验已经难以对多任务下的平行加工进行研究，而神经人因实验恰能对由过去经典的聚焦型注意转向分散型注意的多任务下脑力负荷进行有效测量。神经人因实验针对工作者在多任务监控过程中涉及到的对多种工作信息的自动感知、选择性注意以及敏捷操控，能够有效度量同时应对多项工作任务的脑力负荷。近年来，在工业工程的人的因素研究领域中，北京航空航天大学的人机与环境工程系运用神经人因实验系统地开展了多模式飞行模拟任务下飞行员的脑力负荷测量与评价。实验人员使用脑电的事件相关电位实验技术，选取听觉失匹配负波脑电成分为实验指标，采用oddball的神经人因实验范式，将听觉失匹配理论用于飞行员的脑力负荷评价中，在9种模式的飞行模拟任务条件下进行飞行员的脑力负荷测量，通过让被试者完成模拟飞行任务的同时，测试非注意条件下飞行员的听觉失匹配指标，得到脑力负荷与脑电的听觉失匹配负波同向变化的规律，为飞机座舱显示界面的设计提供了依据。除了航空领域，神经人因实验也能应用于道路交通、船舶航行、高危行业工作人员的脑力负荷度量。
2神经人因实验在个体认知差异研究中的应用
工业工程学科的主要任务是要对生产及服务系统中的人、机器、物料、环境和信息进行整体设计、评价和优化，在这些过程中，个体认知差异在感觉、动作和情绪过程中形成对各项任务的胜任力和局限性，由此产生的人的不同行为作用于技术系统和环境系统，最终影响整个系统的工作绩效。Karwowski从“人—技术—环境”3个系统之间的关系出发，认为人的不同行为是整个系统工作的核心，因此个体认知的差异是工业工程研究的重点。由于过去受实验技术条件的限制，对于人体认知的差异只能从外在行为学观察的角度进行实验。随着对被试的无损伤的神经测量技术的进步，神经人因实验现在能在大脑思维的层面从人的内在生理数据采集出发，进行基于人的生理与心理分析的个体认知差异实验。近年来，众多学者开始引入神经人因实验的技术，针对个体认知差异开展工作过程中个体和群体的心理与行为反应规律的研究。浙江大学神经工业工程团队通过采用神经人因实验中的事件相关电位技术，进行工作人员对安全标志信号词的感知和评价的神经过程实验。研究发现:人对安全标志信号词的处理过程分为早期感知和信息评价两个阶段，安全标志信号词的主观风险感知存在差异，不同的安全标志信号词能够传递不同的风险信息，人对安全标志信号词的认识会受到情绪的影响。这些研究结果为安全管理中的安全培训、安全标志信号词的设计及使用提供了依据。神经人因实验将在 系统安全 、产品可用性、职业安全等领域的个体认知差异研究方面有着广泛的应用前景。
二神经人因实验实例神经人因实验的过程
一般分为实验前的实验设计、实验实施和实验后的数据处理和分析。相较于以往的工业工程实验，神经人因实验的不同之处在于:在实验前的设计阶段，要根据实验目的选取合适的神经实验技术，比如事件相关电位技术、生物反馈技术、眼动技术、功能性核磁共振技术、脑磁技术、近红外脑成像技术等。在明确了具体的神经实验技术后，采用相应的实验范式设计实验，比如go-nogo范式、oddball范式、等概率范式、n-back范式等。在实验过程中，需要严格按照神经实验的国际规范开展神经人因实验。实验后要根据神经实验的统计分析方法进行神经测试数据的统计分析，在此基础上进行讨论并得出神经人因实验的结论。下面以笔者开展的一例关于船舶数字化界面测试的神经人因实验来展现神经人因实验的一般过程和方法。该实验使用真实的海洋工程船拖缆机的自动化控制界面作为刺激材料，通过模拟拖缆机的现实工况，让被试者在执行监控拖缆机卷筒转速变化任务的同时，感知自动化控制界面中的事故报警信号的变化，通过认知神经实验测试应急人员对事故报警信号的反应能力，从大脑思维的层面直接揭示船舶操作人员在事故信号变化下的应急反应机理。
1实验前准备
参考神经人因实验中关于视觉失匹配的论文，实验被试的数量分布在8～12名。本实验选择12名健康人员参加实验(6位男性，6位女性，年龄24～30岁，平均年龄25.5岁，均为右利手)，所有被试者实验前24h内未曾服用镇静催眠药物或者精神活性类物质。均向每位参加实验人员支付了被试费(20元/h)。每位被试均具有正常的视觉敏锐度和正常的色彩分辨力。本实验遵守《赫尔辛基宣言》，每位被试在实验前均签署了实验信息的知情同意书。被试在充分理解实验内容和进行练习后进行正式实验。实验刺激材料由E-Prime0软件编写和呈现，刺激材料采用的是海洋工程船拖缆机的自动化控制界面，显示于19寸液晶 显示器 中央。所有刺激材料的大小、亮度、对比度等指标一致。在实验刺激材料中，界面中央的数字表示拖缆机在正常工作情况下的卷筒速度为7.5m/min，界面两侧的图形符号代表拖缆机的系统压力报警信号，正常状态下为绿色，形成实验的标准刺激。异常报警时为红色，形成实验的偏差刺激。界面中的报警信号有5种类型的变化，分别为颜色、持续时间、朝向、形状和大小的不同变化。5种类型刺激融入一个完整的oddball实验范式中，在同一实验环境下测试这5种类型刺激变化下被试者的视觉失匹配指标。
2实验过程
实验在隔音、光线事宜和电磁屏蔽的房间中进行，被试者取舒适坐位，距离显示器1m。被试者被要求注视屏幕中的拖缆机控制界面。界面中央为拖缆机在工作情况下的卷筒速度，正常状态下为7.5m/min，超过允许的速度范围后，要求被试者尽快和尽可能准确地进行相应的反应动作，规则为:当速度由7.5增大为7.9时按键盘“Z”键，当速度由7.5减小为7.1时按键盘“/”键。这一工作任务代表拖缆机的监控者对卷筒工作速度的实时调整。在实验的过程中，被试者被要求专心完成拖缆机卷筒速度的监控工作，忽视界面两侧系统压力报警信号的变化。界面中央数字的变化与两侧报警信号的变化无关联性。通过这一设定，形成对报警信号的非注意，真正做到对任务不相关的刺激材料变化的视觉失匹配的检测。实验包括3个块(Block)，每个块开始的前15个刺激为标准刺激，以形成一个记忆模板。每个块之间有一个休息过程，中间休息的过程由屏幕中的休息提示呈现，被试休息好后，按空格键继续。整个实验用于记录和分析的标准刺激有450个，每种类型的偏差刺激各有90个。整个实验大约用时18min。
3实验后数据处理和分析
使用脑电分析软件对实验数据进行离线分析。首先对原始脑电数据进行DC校正，然后进行脑电预览，拒绝具有明显漂移或杂质的脑电数据。接着去除眼电对 其它 导联数据的影响。然后进行脑电分段，分析时程为刺激后400ms，基线为刺激前100ms。接着进行基线校正，然后去除伪迹，波幅大于±100μV者被视为伪迹去除。接着分别对标准刺激和各类偏差刺激的脑电进行分类叠加平均，然后进行20Hz无相移低通数字滤波，最后将偏差刺激与标准刺激相减，得到视觉失匹配脑电波形(时间窗口:150～200ms)。统计分析时采用SPSS17.0统计软件对视觉失匹配数据采用重复测量方差分析，因素分别为视觉失匹配类型(颜色、朝向、持续时间、形状、大小)×大脑半球(左、右)。可采用Greenhouse-Geisser法进行校正。分别列出了五种视觉失匹配的均值、标准误差和95%置信区间。描述性统计结果显示，视觉失匹配脑电波幅由大到小排列依次为:朝向偏差引起的失匹配、形状偏差引起的失匹配、颜色偏差引起的失匹配、持续时间偏差引起的失匹配和大小偏差引起的失匹配。根据球形检验(Mauchly’sTestofSphericity)的统计结果，Mauchly的W=0.451，Sig.=0.592，表示各组间的方差矩阵接近相等，故接受球形假设，应接受“SphericityAssumed”的分析结果:各类型视觉失匹配脑电数据的重复测量结果之间的差异显著(F=193，p<0.05);大脑左右半球间的差异不显著(F=336，p>0.05);“视觉失匹配类型”与“大脑半球”的交互作用差异不显著(F=1.296，p>0.05)。根据实验的重复测量方差分析结果和脑电图(见图1)，五种类型的视觉失匹配的主效应差异显著。实验结果说明采用oddball实验范式在同一个刺激序列中，不同类型的自动化控制界面的报警信号分别成功诱发出相应的视觉失匹配脑电波;各种类型的视觉失匹配之间的差异显著，视觉失匹配脑电波幅由大到小排列依次为:朝向偏差引起的失匹配、形状偏差引起的失匹配、颜色偏差引起的失匹配、持续时间偏差引起的失匹配和大小偏差引起的失匹配。2D脑电电位分布图可看出，视觉失匹配在人脑的颞枕区最为明显。根据实验结果，可以指导设计人员在设计自动化控制界面时，优先选用视觉失匹配强的信号作为自动化控制界面的安全报警信号，以提高安全报警信号的感知效果，从而提升人—机系统的应急反应能力。
三结语
神经人因实验以其能深入探究生产作业中人的生理和心理的技术优势而在第三代工业工程的实验教学中占据重要地位。相较于以往工业工程以行为观察和问卷调查为主要手段的实验技术，神经人因实验不仅能有效将人的认知过程与行为过程相分离，避免认知与行为两者在实验测度上互相混淆，而且能研究工作中的人的内隐行为，解除人类内部认知过程的黑箱，通过神经人因实验揭示生产信息加工中各环节内隐行为的认知机理。因此，神经认知实验借助最新的神经测量技术手段和设备，突破过去工业工程实验教学的局限，满足第三代工业工程的教学与研究要求。随着当今生产自动化的程度日益提高，人机系统中的人的因素逐渐成为系统优化的瓶颈，随之而来的是人的注意力分散、警戒水平下降、人误概率增加等一系列问题凸现。神经人因实验能有效进行多任务下脑力负荷、个体认知差异等研究，揭示上述问题形成的机理，提供测度和评价指标，为改进和优化薄弱的人的因素提供客观依据。神经人因实验有其自身独特的研究方法和过程。本文通过一例具体的关于船舶数字化界面测试的神经人因实验展现了该类实验的实验范式选择、实验数据采集与分析等一般过程和方法。
本科生培养模式下工业工程论文
1国内外工业工程本科生培养模式对比
1.1国外工业工程专业本科生培养模式
美国佐治亚理工学院在1924年建立了工业与系统工程系。他们认为，在当今信息社会中，传统的工业工程专业技术已经不能满足现代制造业和服务信息系统等企业的分析、设计和改善等多方面需求，只有借助计算机技术才能更好地发展工业工程技术。通过调整工业工程本科生的培养模式，更好地为社会提供具有复杂系统的监测控制和优化能力的工业工程师。该校重点培养学生的专业技术，开设众多具有特色的专业课程，其中包括:基础统计方法学、工程经济学、质量工程、随机制造与服务系统、仿真系统、供应链建模概论、工业工程建模、工程优化、健康系统概念、人机集成系统设计、物流学、技术预测与评价、机器人与自动化数据采集应用等课程。英国诺丁汉大学的工业工程专业主要开设制造工程和管理专业有关课程，他们致力于培养制造和管理工程师，使之能够通过生产和管理等措施达到降低生产成本、改进产品质量和提高生产率的目标，从而保持并提高企业的竞争力。第一学年主要安排制造工程和管理的基础课程以及分析方法的课程。第二学年制造工程领域的课程包括基于制造的设计模块，自动化模块和制造过程模块;管理领域的课程主要有工业关系模块，质量工程模块以及商业会计模块。在第三学年，学校安排了广泛的选修课程，使学生可以根据各自的 兴趣 爱好 选择所修课程。而在第四学年，诺丁汉大学加强了实践教学，通过与众多企业建立合作关系，为学生安排与本专业相关的实践活动，对实际研究项目进行调研、分析和答辩，进一步培养学生应用专业理论知识解决实际问题的能力。
1.2国内工业工程专业本科生培养模式
上海交通大学的工业工程专业设置在工科院系，学生具有扎实的专业技术，有较好的工科基础，不仅掌握工程专业技术还掌握计算机、管理和工业工程专门技术，是社会急需的既懂技术又擅长管理的复合型专业技术人才，主要研究方向包括:
(1)生产与服务系统工程;
(2)现代物流工程;
(3)生产与服务系统规划、设计与控制;
(4)质量与可靠性工程。但是，学校安排的实践课程和去企业实习课程少，学生动手实践能力不足。天津大学工业工程专业隶属于管理学院，这种模式的专业基础为管理学、管理经济学、系统工程学、运筹学和一门工程学科(以机械工程为主)。本科毕业生需掌握工作研究、生产计划与控制、先进制造系统、物流工程、质量管理与控制、工程经济学、成本控制、人因工程和管理信息系统等工业工程专业知识和技能，成绩合格毕业授予管理学学士学位。其专业培养目标是旨在培养具有管理学、经济学和系统工程理论与方法的坚实基础，懂得自然科学和社会科学的基本理论，拥有扎实的专业工程技术。
主修课程:管理学、 市场营销 学、运筹学、应用统计学、经济学、企业 财务管理 、会计学、管理信息系统、经济法、工程经济学、系统分析、机械设计基础、现代制造技术、基础工业工程、质量管理、成本控制、生产计划与控制、精益生产、物流工程、可靠性工程、人机工程学、实验设计、制造系统仿真、工业工程应用与实践等。由此可见，学校基础课程比例高，而专业工程类课程比例较少。
由上述典型高校工业工程培养模式可知，我国高校工业工程专业的课程设置中管理类课程所占比重较高，而国外高校的工业工程专业课程安排大多以工程学科内容为主，管理类内容为辅。从专业实践能力来看，美国高校的工业工程专业更注重培养学生的实践动手能力。许多学校都安排了与机械有关的工厂实习和实际项目研究等方面的学习，使学生有机会获得生产第一线的基础 经验 ，不仅为以后工作打下了良好的基础，也使学生对所学专业内容有了具体的认识，对以后学习工作都有很大帮助。学习最终是为了投入实践，我国的工业工程专业也应该进一步加强学生实践能力的培养，真正做到理论与实践相结合，为国家和社会培养出优秀的工业工程专业人才。
2对国内高校的几点教学建议
根据各大高校的调查研究，我国现存教学方案存在以下不足: 教学方法 古板;教学实践环节薄弱;课程结构不合理;学生学习目标不明确。针对以上不足，现提出以下改革建议:(1)大力推行以学生为主体的启发式教学，改变学生思维模式。在国外经济发达国家，实行以学生为中心的启发式教学，以启发学生的思维为核心，促进他们生动活泼地学习，而我国采取的是以教师为中心的灌输式教学。启发式教学的特点是调动学生的主动性，启发学生独立思考，发展学生的 逻辑思维 能力。美国本科教育采取启发式互动教学方法，教师提问，学生分组讨论。只有每个学生都积极地进行讨论，才能真正参加到学习过程中。他们把学生在课堂上的活跃度作为平时考核很重要的一部分;
(2)将课程设计作为考核科目，锻炼动手能力。首先，手的操作不仅可以促进视觉、触觉、感知能力的发展，还可以增加身体协调性。其次，通过动手设计，可以掌握其产品原理和方法，对理论的理解更加深刻。再次，通过具体的实践操作把知识从课堂延伸到具体研究项目的执行、完成，为未来的学习、工作做好准备;
(3)实施开放式教学，完善课程结构。开放式教学的核心是学生自主探究，主动参与学习到过程中，突出展现了学生的主观能动性。教师在教学过程中不只是注重学习内容，重要的是从学生的实际需求和兴趣爱好出发，让学生选择所学内容，培养积极价值观。目前，开放式教学主要采用案例教学、项目教学和模拟教学等多种开放性的教学方法。案例教学法，一般来源于真实的生活环境，通过相似的组织结构、人员关系与时间，运用同样的资源约束、竞争压力、数据和信息，从总体战略的角度出发，培养学生的政策观点和解决实际问题的能力。
项目教学法，由学校和企业合作组成小组，深入实践第一线，在解决实际问题的同时，学习如何运用已有的知识，在实际操作中获取解决问题的能力。模拟教学法是计算机虚拟现实技术的使用，通过模拟企业实际的情况以及所面临的市场环境的复杂流动，来制定相应的营销策略，以培养学生解决问题的能力。在国外，一些知名大学几乎没有统一教材，学生也没有统一的课本。
教师总是想方设法地挑选最新的、最有发展前途的、就业率最好的内容来进行教学。毫无疑问，不局限于教材、注重实践能力培养的开放式教学更容易培养出适合社会需要的人才;(4)加大工厂实习力度，明确学习目标。注重理论教育的高校，很多学生不知道所学习的知识到底可以用在何处，以致最后渐渐失去了兴趣，没有了学习目标和学习动力。学校可以结合学生的就业，有针对性地选择典型的行业和企业，尝试建立校外实习基地。在学习过程中引导学生对企业生产经营中存在的实际问题进行分析，提出改革方案，实现校企共赢。
3结语
通过对国内外高校工业工程本科专业人才培养模式的对比研究，从而了解到国内外在工业工程专业人才培养上存在课程设计、培养目标等方面的差异，找出我国高校现存的工业工程专业人才培养模式的不足之处。从而调整现有工业工程专业的培养计划，不断优化培养方案，为制定和完善符合现代工业工程发展的专业人才培养模式提供参考。
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浅论土木工程中关于智能材料的应用
【摘要】随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用。文章介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用情况，并展望了其在未来的应用趋势。
【关键词】智能材料;土木工程;特点;发展趋势
引言
目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。
一、智能材料类型及特点
智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。
二、土木工程中智能材料的应用
1.形状记忆合金的应用
形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。
2.压电材料的应用
压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
3.光导纤维的应用
光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。
4.压磁材料的应用
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
三、智能材料的发展趋势
在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。
四、结语
综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用， 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]张亚东.智能材料在土木工程中的应用研究[J].科技资讯，2011(30)：49.
[2]黄浦时.关于智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字化用户，2013(11)：27.
[3]汪洋.智能建筑材料在绿色生态节能建筑中的应用[J].国外建材科技，2008，29(2)：123-126.
[4]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用[J].重庆交通学院学报，2005，24(6)：91-94.
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浅论土木工程中关于智能材料的应用
【摘要】随着人们对土木工程质量和使用功能的要求不断提高，包括光纤、压磁、压电、记忆合金等各种智能材料在土木工程领域得到了广泛的应用。文章介绍了智能材料的概念、特点及其在土木工程中的应用情况，并展望了其在未来的应用趋势。
【关键词】智能材料;土木工程;特点;发展趋势
引言
目前，随着光钎、压磁、压电和形状记忆合金等材料的发展，智能材料已经被广泛应用于土木工程的各个领域。最基本的智能材料一般被称为感知材料，其可以感知内外部刺激的材料。通过感知内外部条件变化，并做出适应环境调整的材料被称作驱动材料。现在的智能材料，一般需要多种材料复合组装来实现环境变化情况下材料结构的诊断、修复、调整。
一、智能材料类型及特点
智能材料概念在20世纪80年代初被系统地提出，并于80年代末得到前所未有发展空间。随着光纤、压磁、形状记忆合金等智能材料的发展，使其在土木工程领域得到较为广泛地应用。智能材料以其具有的不同功能特点通常可分为两大类，一类为可感知外界或内部刺激强度作用的材料，称为感知材料。另一类为可响应或驱动因外界环境条件或内部状态发生变化的材料，也称为智能驱动材料。智能材料结构具有控制、传感与驱动三个要素，可利用自身感知处理信息，发出指令并执行动作，进而实现结构自我监控、诊断、检测、修复、校正与适应等各种功能。一般情况下，单一功能材料难以具有上述多种功能，这需要组元复合或组装多种材料而构成新的智能材料才能实现。
二、土木工程中智能材料的应用
1.形状记忆合金的应用
形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。
2.压电材料的应用
压电材料一般是指在收到压力后，材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知，利用传感器输出结果，从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上，采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量，从而实现对于结构震动的控制，这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步，压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
3.光导纤维的应用
光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。
4.压磁材料的应用
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理，当磁场的强度高于临界强度时，磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点，磁流变材料可用于高层建筑的结构中，实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔，使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应，这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换，这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
三、智能材料的发展趋势
在土木工程领域，智能材料的发展趋势集中体现在以下三方面。一是实时监控检测结构状态，在土木结构中集成传感与驱动元件，利用其网络实时监控结构状态，以保证土木工程结构与基础设施的安全，有效降低维修成本。二是形状自适应材料与结构，该结构不仅可承载传递运动，还能检测并改变结构特性，具有较为广阔的应用前景。三是自适应控制减振抗震抗风降噪的结构，在土木工程设计中结构动力响应一直是比较重要的一个问题，尤其是针对桥梁与高层建筑等土木工程结构的抗震抗风问题，研发应用智能材料能够为其提供重要的途径，实现结构的自适应控制。尽管当前的智能材料还存在不同程度的不足之处，但随着有关研究的不断深入，智能材料的性能将得到明显改善。在众多领域中，智能材料都将发挥其潜力，体现出广阔的应用前景，开展的研究包括力学、计算机控制、材料、微电子、人工智能等多个学科技术。
四、结语
综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用， 为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。
参考文献：
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[2]黄浦时.关于智能材料在土木工程建设中的研究[J].数字化用户，2013(11)：27.
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[4]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用[J].重庆交通学院学报，2005，24(6)：91-94.
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在土木工程的长期实践中，人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意，取得了卓越的成就；而且对其他工程设施，也通过选用不同的建筑材料，例如采用石料、钢材和钢筋混凝土，配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城，现代世界上的许多电视塔和斜张桥，都是这方面的例子。
建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段，需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ，以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。 土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。 远古时代，人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶，以满足简单的生活和生产需要。后来，人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要，兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。 许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如，中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔，埃及的金字塔，希腊的巴台农神庙，罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场)，以及其他许多著名的教堂、宫殿等。 产业革命以后，特别是到了20世纪，一方面社会向土木工程提出了新的需求；另一方面，社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦，核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境，成为人类社会现代文明的重要组成部分。 土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期，土木工程是通过工程实践，总结成功的经验，尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。 在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验。 土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究，有两个原因：一是有些客观情况过于复杂，难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如，地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化，至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践，才能揭示新的问题。例如，建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等，工程的抗风和抗震问题突出了，才能发展出这方面的新理论和技术。 在土木工程的长期实践中，人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意，取得了卓越的成就；而且对其他工程设施，也通过选用不同的建筑材料，例如采用石料、钢材和钢筋混凝土，配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城，现代世界上的许多电视塔和斜张桥，都是这方面的例子。 土木工程的发展趋势 现代土木工程的特点是：适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。 高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果 ，而且还仍继续进展。 建设地区的工程地质和地基的构造 ，及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。 以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。 随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。土木工程专业是一门运用数学、物理、化学、计算机信息科学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及相应的工程技术知识来研究、设计和建造工业与民用建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路以及桥梁等工程设施的学科。 培养目标：本专业培养具有较扎实的数学、物理、化学和计算机技术等自然科学基础知识，掌握工程力学、流体力学、岩土力学的基本理论和基本知识；掌握工程规划与选型、工程材料、工程测量、画法几何及工程制图、结构分析与设计、基础工程与地基处理、土木工程现代施工技术、工程检测与试验等方面的基本知识和基本方法；了解工程防灾与减灾的基本原理与方法以及建筑设备、土木工程机械等基本知识。具有综合应用各种手段查询资料、获取信息的能力；具有经济合理、安全可靠地进行土木工程勘测与设计的能力；具有解决施工技术问题、编制施工组织设计和进行工程项目管理、工程经济分析的初步能力；具有进行工程检测、工程质量可靠性评价的初步能力；具有应用计算机进行辅助设计与辅助管理的初步能力；具有在土木工程领域从事科学研究、技术革新与科技开发的初步能力。成为能在房屋建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路、桥梁等领域的设计、施工、管理、咨询、监理、研究、教育、投资和开发部门从事技术或管理工作的高级工程技术人才。
知道几个，但英文不会写。
土木工程专业的顶刊有建筑结构学报、建筑结构、土木建筑与环境工程、工程地质学报。国内高质量期刊有土木工程与管理学报、土木建筑与环境工程北大核心、中国高等学校学术文摘·建筑与土木工程等。
《土木工程与管理学报》是中华人民共和国教育部主管，华中科技大学主办的土木工程与工程管理类学术期刊。1983年，《华中科技大学学报（城市科学版）》创刊，2011年，更名为《土木工程与管理学报》。
据2018年5月23日中国知网显示，《土木工程与管理学报》共出版文献2757篇、总被下载501751次、总被引21250次，（2017版）复合影响因子为0.887、（2017版）综合影响因子为0.430。
据2018年5月《土木工程与管理学报》编辑部官网显示，《土木工程与管理学报》编辑委员会拥有顾问委员13人，编委45人。
土木工程专业定义：
土木工程主要研究各类土地工程设施的勘测、设计、建造、保养、维修等方面的基本知识和技术，进行各类工程建筑物的新建、改建或扩建，以及相关配套设施的勘察、规划、设计、施工等。主要工程设施包含房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、堤坝、矿井等。
国外著名土木工程相关期刊列表(SCI/EI)国际重要学术期刊推荐表序号 国际重要学术期刊名称（SCI、EI检索源）1 Advances in Structural Engineering2 ACI Journal of Materials3 ACI Structural Journal4 Automation in Construction5 Buildings and Structures6 Canadian Geotechnical Journal ISSN: 0008-36747 Canadian Journal of Civil Engineering8 Computational Mechanics9 Computers and Structures10 Computers and Geotechnics ISSN: 0266-352X11 Cement and Concrete Research12 Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering13 Communications in Numerical Methods in Engineering14 Earthquake Engineering and Structural Dynamics15 Earthquake Spectrum16 Engineering Geology17 Engineering Analysis with Boundary Elements18 Engineering Structures19 Geotechnique ISSN:0016-850520 Ground Engineering21 Geotextiles and Geomembranes22 International Journal of Impact Engineering ISSN: 0734-743X23 International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics ISSN: 0363-906124 International Journal for Numerical Methods in Engineering25 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences ISSN: 1365-160926 International Journal of Solids and Structures27 International Journal of Steel Structures28 International Journal of Space Structures29 International Journal of the Geotechnical Structures30 Journal of Applied Mechanics, ASME31 Journal of Bridge Engineering , ASCE32 Journal of Computing in Civil Engineering, ASCE33 Journal of Composites for Engineering, ASCE34 Journal of Constructional Steel Research35 Journal of Engineering Mechanics, ASCE36 Journal of Geodynamics ISSN: 0264-370737 Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE ISSN: 1019-24138 Journal of Sound and Vibration39 Journal of Steel & Composite Structures40 Journal of Structural Engineering, ASCE41 Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics Wind and Structures42 Journal of Construction and Management43 Preceding of Civil Engineering Bailing and Bridge Structures44 Reliability Engineering & System Safety ISSN: 0951-832045 Rock Mechanics and Rock Engineering ISSN: 0723-263246 Shock and Vibration ISSN: 1070-962247 Soils and Foundations ISSN: 0038-080648 Soil Dynamics and Earthquake Engineering49 Structural Engineers50 Structural Engineering and Mechanics51 The Structural Design of Tall Buildings52 Thin-walled Structures53 The Magazine of Concrete Research54 Tunnelling and Underground Space Technology55 Wind and Structures-An International Journal56 Finite Elements in Analysis and Design注：1.以上是否被SCI、EI检索期刊为准。2.除以上学术期刊外，学科认为是国际重要学术期刊，且被SCI、EI检索，专家组可认定为国际重要学术期刊
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