手术室建设前沿[精选5篇]

第一篇：手术室建设前沿

本期聚焦：手术室建设前沿

手术室作为医院最重要的医疗场所之一，其技术、设备在不断更新，设计观念也在不断创新。本期焦点，为您集录了3家医院的手术部建设实例。它们分别从旧手术部如何进行适应新规范的改造、大规模含尖端学科的手术部如何建设、数字化手术室如何开发等侧面，反映了我国手术室建设的前沿状况。

北京协和：旧手术部适应新规范的改造

The Old Operation Department Adapts New Norm

文/周恒瑾

要做好洁净手术部的改造方案，就先得深入体会新标准、规范的理念，再结合医院的实际情况，选择最佳方案。北京协和的旧手术部改造，共制定了4套方案，他们最后选择了哪一套？为什么？ 项目背景

北京协和医院是三级甲等综合医院，拥有病床1200张，日门诊量达6000人次，日均手术量约80台。其手术部建于1996年，共拥有不同级别洁净手术室23间，总建筑面积约4000m2，分为4层。在当时处于领先地位。但10年后的今天，该手术部从功能布局，到通风系统，均已不能满足使用要求，例如，仅在装修方面，就存在地面PVC开裂，墙面焊接钢板开裂锈蚀，原手术间使用木门（现在已看不到使用木门的手术间）已刮坏等问题。

由于建设时间早，当时我国并没有洁净手术室建设方面的明确、统一的标准、规范，所以相关洁净手术室，还不是具有先进污染控制理念的现代化洁净手术部。随着国家《医院洁净手术部建设标准》和《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB50333-2002）的相继出台，洁净手术部在污染控制方面的理念，已逐渐在业内人士的头脑中清晰起来。目前手术部存在的问题

手术部地下1层平面图

手术部1层平面图

手术部2层平面图

手术部3层平面图

根据目前手术部地下1层至3层平面图，结合对国家标准、规范的理解，以及使用情况，发现其暴露出的主要问题有：

*手术室工艺平面布局不合理

按照现行标准、规范的要求，手术部的中心供应室，应有净化级别。敷料打包和洗涤间，应为30万级的净化区；而无菌物品存放，应为10万级的净化区。同时，男女更衣，包括辅助办公区域，也应做30万级的净化。

但按当时设计标准，位于业务楼地下1层的中心供应室和更衣，均未做净化处理。医护人员和无菌物品，均是通过非洁净区，直接进入手术区的洁净走廊的。

1～3层的手术区的问题，是机房在手术区内。机房为非洁净房间，并且机房的门，直接对洁净走廊开启，本身对手术区域来说，就是一个污染源。而且，所有对空调机组的维修和对过滤器的更换，均须通过洁净走廊进入机房，维修人员必须更衣。这给维修带来了极大不便，也给医护人员的工作带来了一定的干扰。

同时，手术病人均是通过外围的清洁走廊进出。清洁走廊的净宽只有1.6m，作为病人进出手术室的主要通道，在推车行进过程中和转弯时，都比较困难，特别在错车时，更加困难。按现行规范，清洁走廊至少2.1m净宽。而且，按照规范要求，应在病人入口处，设置换车间，给手术车存放和病人出入留出空间。

现状平面布局，也存在一些与现行消防规范的冲突，主要表现在疏散距离等方面。

*手术室装修略显陈旧，所用材料也有不合新规范要求之处

目前的手术部建成已近10年，现在墙面均已出现不同程度的裂缝和变形。

现所有手术区内的门，均为木门，而现行规范明确要求：“洁净手术部内与空气直接接触的外露材料，不得使用木材和石膏”，且为强制性条文。门框也均为木框，不耐腐蚀，易滋生霉菌，且门均为平开，不能自动延时关闭，保证不了手术时的密闭性。根据规范要求，进入手术室的门，宜采用电动悬挂式自动推拉门，并应有自动延时关闭装置。

天花及吊顶也有变形和掉色等现象。

很明显，原手术部已经不符合规范中所要求的“建筑装饰应不产尘、不积尘、耐腐蚀、防潮防霉、容易清洁和符合防火要求”的原则。

另，手术室内各类器械、药品柜和观片灯等，为嵌入式安装。

*新风量和加湿量严重不足

据在手术部内长期工作的医护人员反映，在手术区内工作，会感到严重缺氧；长时间在手术室工作，还会出现极度疲劳的状况。纠其原因，在于手术室内新风量不足。

同时，由于空调系统没有加湿和精确温度控制装置，在冬季室外空气本身就干燥的情况下，手术室内的温度偏高，使得手术区的工作人员感到空气更加干热。由此可见，手术室目前的空调环境，也满足不了舒适度要求。

*无法实现灵活独立地控制手术室内的各项参数

随着手术量和手术难度的增加，对手术室内各项参数的控制要求也相应提高了。例如：对感染手术和无菌手术区别的认识，提出了正、负压可切换的洁净手术室的要求。这些不同的手术室内参数的调整，需要手术室内配有综合控制面板，可以随时显示和设定各项参数，以方便医护人员操作。

但目前的手术室，根本实现不了对手术室参数的调节，甚至连基本的温、湿度控制都无法实现，已不能满足手术开展的需要。

另，感染手术室应具有相对独立的区域和出入口及辅助房间，与相邻区域应设置缓冲设施，现布局也无法满足。改造方案1

针对上述问题，按照国家标准、规范的要求，结合医院现有的实际情况，我们提出了4种改造方案。*方案1改造思路

只改造洁净空调系统，以改善手术室内环境的舒适度为目的，主要内容如下：

1.将地下1层至3层整个手术区的所有新风和排风系统，进行更新，但不更换原有手术区的空调设备，仅增加新风机和排风机。

2.对新风管路和排风管路重新布局，但不改变手术室内原有的送回风管路。

3.更新循环机组内的干蒸汽加湿器，增加冬季加湿量。

4.更换高效过滤器。*方案1效果

在对通风空调系统进行改造后，可以适当改善手术部的舒适度环境，使得医护人员在适宜的温度、湿度环境下工作。新风量的加大和过滤器的更换，则为医护人员的健康提供了良好保障。

但是这些改变，并没有使手术部符合现行国家规范的规定，洁净区与非洁净区分区不清晰，流程不合理，装饰装修上未改变，在使用功能上也没有改进。*方案1特点

改造费用低，大体需要800万元左右。

改造方案2 *方案2改造思路

工艺布局不变，改造装修和通风系统，除了方案1中所述改造内容之外，还包括：

1.在保持手术室平面布局不变的情况下，将原有的钢板及石膏板隔断墙，进行修复，并重新做表面喷涂进口抗菌涂料处理。

2.更换所有手术区内的木门。从洁净走廊通向手术室的手推门，更换为气密封钢板喷塑门体，不锈钢板包框，门套更换为不锈钢板。手术室通向污物走廊的门，更换为不锈钢推拉门。其余门为不锈钢平开门，在通向手术室的门上安装闭门器。

3.卫生间、更衣室，选用知名品牌的防滑地砖，墙壁用瓷砖。其余部分地面，均更新进口PVC卷材，沿墙体整体上卷100mm高，形成踢脚线，与地面相交处采用阴圆角处理。

4.洁净走道、清洁走道吊顶和部分墙面更换。洁净走道，采用轻钢龙骨吊顶，石膏板再贴非金属板材饰面。清洁走道，采用轻钢龙骨吊顶，石膏板再刷抗菌涂料饰面。

5.将清洁走道做30万级的净化，并考虑其净化机组的位置。

*方案2效果

除了适当提高了整个手术部的舒适度，还使其装修有所改观。但是，无法弥补手术室工艺布局上的缺陷，更衣、中心供应室和机房的净化等问题，无法根本解决，在使用功能上还是达不到规范要求。

*方案2特点

改造费偏高，需要1000多万元，且不能完全满足国家规范的要求。

改造方案3 *方案3改造思路

本着分区清晰，流程合理，方便实用的原则，彻底改变2层和3层高级别手术室的工艺布局。增加对更衣区和中心供应室的净化和通风，改变1层低级别手术室的舒适度环境。主要内容为：

1.重新规划手术室级别较高的2层和3层的平面布局，严格按照规范要求，将医护人员通道、病人通道和手术物品通道合理区分，将手术辅助用房重新布局，方便使用者，将空调机房移至洁净区外。

2.1层和地下1层，进行净化和通风系统改造。

3.将现有的隔墙全部拆掉，面层材质更换为目前常用的板材。

4.吊顶全部拆除，更换为符合洁净要求的材料。

5.地面均更新进口PVC卷材。

6.洁净走廊门，为不锈钢推拉电动门；污物走廊的门，为不锈钢平开门，其余门也为不锈钢平开门；在通向手术部的门上，安装闭门器。

7.空调系统重新划分，新风、回风、送风和排风管道重新设计。

8.更换新的空调机组，同时对空调水系统重新设计。

9.每间手术室，均安装有综合控制面板，其功能具有调节手术室温、湿度，计时，控制医用气体，对讲，多媒体操作等功能，操作简洁方便。*方案3效果

使2层、3层的手术室，有了彻底变化，不但可以满足现行国家规范的要求，还在各方面的功能上，最大限度地满足了手术需要，既合理利用了空间，又可解决目前手术室存在的大部分问题。*方案3特点

费用大体在1000多万元，与方案2的费用基本一致。

因为将改造重点放在了2层和3层，这两层的改造费用约为1000多万元，而1层和地下1层，只进行了净化通风系统的改造，费用约为300万元。

利用同样的资金，将级别较高的手术室集中布置在2层和3层，并对这两层的手术区，重新进行平面流程的规划，使其完全符合国家标准、规范的要求，显然比方案2更合理一些。

但是，1层低级别手术室，并没有进行较彻底改造，依然不能使手术部改造后，符合国家规范的要求。

改造方案4 *方案4改造思路

完全按照现行国家规范的要求，将地下1层至3层的整个手术部，进行彻底改造，重新规划工艺布局，并重新设计净化空调系统、配电自控系统、给水排水系统、医用气体系统等手术部配套系统。改造内容如下：

1.将现有手术室装修及机电设备，完全拆除。

2.对整个手术部的工艺流程进行重新布局。地下1层，仍旧为更衣和中心供应室，1层至3层为手术部及相应辅助用房，并按照手术级别由低到高，依次从2层至3层布置，将机房设置在非洁净区。手术中的洁净物品与污染物品分开。

3.对整个手术部进行重新装修。隔墙均为装配板，手术室洁净走廊侧的门，均为医用感应气密门；辅助区的门，均为全钢气密门。手术室地面，铺设橡胶卷材；其它辅助区，铺设PVC卷材。更衣、卫生间、清洗间等墙面和地面，均为瓷砖。

4.对手术室内的基本装备，如器械柜、药品柜、麻醉柜、记录板、气体终端、控制面板、观片灯等，进行合理布置，使得整个手术室美观大方且方便使用。

5.根据重新布置的手术部平面，对手术部的净化空调系统、配电自控系统、给水排水消防系统及医用气体系统，进行设计，并按照新图纸施工，确保整个手术部的正常运转。

*方案4效果

使手术部有了彻底的变化，改造后的手术部，完全可以满足现行国家规范的要求，功能上也可完全满足手术需要，不但整体运行舒适可靠，且解决了目前手术室存在的问题。

*方案4特点

由于本方案是对整个手术部进行比较彻底改造，因此相对于以上3种方案，其费用要高一些——大概在2000多万元。

同时，本手术部必须停掉手术工作，4层同时施工，施工周期也要比前3种方案长，将达到6个多月。在此期间，对于医院来讲，手术的分流安排压力大。医院内部需协调好施工期间的手术工作，采取一些措施，尽量少影响重要手术的开展。

但是，这种改造方案，使得整个手术部焕然一新。对于医院内的核心部门手术部来讲，是一个提升医疗水平的好机会。目前，在各个医院都兴建病房楼和手术部的情况下，应考虑新改造的手术部，不仅能适应目前手术的要求，还要适应未来数字化手术的发展。因此，此种方案虽然看起来投资高，影响大，但能起到实质性的作用。小结

以上是对北京协和医院业务楼手术室现状、改造方案的分析，4个方案各有利弊，达到的效果和所需费用也不尽相同。经过多方面的权衡及探讨，基本选定了方案4的改造方式。

上海华山：大规模含尖端学科手术部的建设

The Operation Department Contains Sophisticated Subjects

文/陈国亮 邢同和

大规模含尖端学科手术部，如何确定其在整个医疗建筑中的位置？如何确定其平面布置方式？又如何确定其单间手术室面积、表面材料及净化级别等？ 项目背景

由于华山医院拥有国家重点学科、卫生部重点建设学科——神经外科，及以中国工程院院士、学科带头人顾玉栋教授领衔的手外科等特色科室，所以设计一个国内一流的手术中心，就成为了该院病房综合楼设计工作中的重点。

华山医院依据历年外科病员的数量，医院外科医生力量，新建病房综合楼投入使用后的能力，及社会医疗改革后病员就诊的需求，确定手术室规模为23间。

在建设期间，这是上海手术室数量最多、投资最大、设备最为齐全的手术中心。由于受到基地条件的限制，新建病房综合楼每层建筑面积只有1300 m2左右，要建设这样规模的手术中心，同层是无法实现的。

为此，我们将5～8层作为了一个手术中心区域，5层为手术服务区，6～8层为手术层，总面积约为5200 m2。手术中心位置的确定

手术中心作为医院重要的医疗区域，需要与医院其他功能区域，有着非常简洁、流畅的交通联系。

*与病房区域的联系

病员住院区，由两部分组成，即20层的病房大楼，及新建的21层病房综合楼。两者之间，由空中联廊组合。病员通过联廊，由新建的病房综合楼两台专用医梯，送达手术中心。

*与即将兴建的门急诊大楼急救中心的联系

急诊病员，经门急诊大楼急救中心两台专用医梯，送至3层急诊手术区域，或通过3层专用空中联廊，送至病房综合楼手术中心。这一流线为绿色通道，不受其他流线干扰。

*与重症监护中心(ICU)的联系

重症监护中心，设于手术中心的上层，建筑面积1100m2，设有监护病床27床，分别为多人、双人及单人监护室，并配置抢救室、中心护士台等。手术完成后，重症病员可直接送达此处。

*与医院医技中心的联系

医技中心，位于新建病房综合楼的北侧，两者之间有空中联廊相连，交通极为方便。

*与次中心供应及医务人员淋浴、更衣、休息区域的联系

由于医院手术室数量较多，所以在医院设有中心供应室的同时，还配置了专门服务于手术中心的次中心供应室，位于手术中心的下层，即病房综合楼5层。

所有手术器材、敷料，均通过清洗、打包、灭菌等工艺流程，由非洁净区、清洁区至10万级的洁净区，并通过专用货物升降梯，送至各手术层的洁净储藏间，供手术使用，以确保手术器械及手术敷料的洁净要求。

手术医生及护士，由5层的更衣、淋浴间，至10万级洁净要求的过度前室，换上洁净的手术服，并由专用洁净电梯及楼梯，上至6～8层手术层。手术层平面布置方式的确定

依据手术中物料运行路线，手术医生、护士行进路线，及手术病员术前、术后路线的不同组织安排，手术层平面布置基本可分为以下几种形式（见手术室平面布局类型图）：

*单向通过型

物料、医生、护士、病员术前、术后，均为单向行进，可确保无任何交叉引起的感染。

但由于其交通面积过大，行进路线过长，造价不够经济等不利因素，在大型手术中心设计中运用较少。

*中央供应型

手术所需物品为单向运行。术前洁净的手术物品(器械、敷料)，由中心供应送至中央清洁厅，并由专人随时送至各手术室。

为确保中央清洁厅的洁净要求，手术医生、护士及病员，均不可到达中央清洁厅。上海浦东儿童医学中心手术区，就是以此方式来布置的。

*中央清洁型

手术所需物品，及经过洗手后的手术医生、护士，由中央走道进入手术室。手术病员，术后的物品及医生、护士，均由另一走道出行。这样，可使手术医生与中央走廊的联系更为方便。

此平面布局，是在中央供应型基础上的变型。

*外周供应型

清洁物品，由外围专用走道送至手术室。手术医生、护士、病员行进线，均为双向性。这样可保证手术中的物品的清洁要求，同时缩短医生、护士的行进路线。

*外周回收型

这一平面布置方式，以手术器械、物料的术前、术后单向运行为出发点，即洁净的手术器械、敷料，由专用电梯到达中央洁净区，并送至各手术室；手术完成后，由另一出口经污物回收廊运出，以确保手术室的洁净要求；而医生、护士由于术前、术后的清洗，病员由于术后伤口的缝合，交叉污染的可能性已相对较小，所以运行路线是双向的。

这一平面布置方式，由于使用便利、方便管理，是一种较为理想的布置方式，所以在当今国内外被较多地采用。

*本中心采用了外周回收型方式

同时，利用外周回收型污物廊洁净要求、净高要求较低的特点，将手术室净化空调设备，布置在这一走廊夹层内，既方便了设备的检修，又可减少噪音对手术室的影响，确保了手术室内有关噪音的控制规范。

而且，利用8层手术室上部专门设置技术层，净化设备均设于此，所以两间100级洁净要求的手术室，也布置于8层平面内。（见“8层手术室平面图”。）

单间手术室面积及净化级别等的确定

*单间手术室面积

随着手术难度、复杂程度的提高，和手术设备的增多，单间手术室面积要求也有了较大的提高。在进行华山医院手术中心设计的过程中，我们仔细分析了手术设备的配置，及主刀医生、辅助医生、护士、麻醉师等工作空间的要求。

普通手术中常用医疗设备有：机械盘、电刀、吸引器、麻醉机、动态监护仪等；进行心脏外科手术时，还要放置人工心肺机及辅助设备；进行脑外科手术时，还要设置可多角度转换的显微镜；进行骨科手术时，手术台需进行体位变化，并设置牵引车/床、移动X光设备等。

依据《医院洁净手术部建设标准》，同时参考了1996～1997年“美国医院设计指南”中有关手术室最小面积标准——普通手术室，不小于37.16 m2(400ft.2)；特殊手术室(进行心脏、脑外科、骨科等手术)的面积，不小于(55.74 m2(600ft.2)。

最终，我们确定各手术室面积分别为：中型手术室38～50 m2，共17间；大型手术室56 m2，共6间。以满足现代手术医疗的需求，同时，为方便使用，手术室平面力求接近于方形，最小边长不小于6.1m。

*表面材料

每间手术室楼面、地坪选材，我们也力求达到国际水准。

手术室墙面及吊顶，均选用比利时生产的美和板(glasal)。它的原材料，是高密度水泥和硅石(silica)，是在高压机器的冲压和高温蒸汽、无菌装置下进行的合成，而后在表面喷涂了无机质颜料，然后于高温下，在表面又涂上了特殊的陶瓷薄膜，故具有极强的抗菌性。同时，该材料对大多数化学药品，具有安定的耐药性。国外已有2000多个手术室，使用了这一墙板；我国1983年建成的中日友好医院手术室墙面也使用了该材料，至今完好无损。

地坪材料，则是日本专业生产的PVC卷材。它除了有与墙体相同的抗药品性外，还有极好的抗移动载重、抗静载的特点，完全可满足手术室内手术台、麻醉机、呼吸机、人工心肺机、X光摄影机等自重大、接触地面面积小的设备的移动，而确保地坪不变形、不损坏。

*手术室净化级别

我们还参照《洁净手术部建设标准》的要求，根据医院手术的不同特点，对手术室净化级别进行了分类，即6至7层为10万级洁净手术室，满足大量普通外科手术的需要；8层为1万级洁净手术室，其中两间面积为56 m2的大型手术室，净化级别则为100级。

手术中心内部洁净走廊，净化级别为10万级；污物回收廊，为30万级。

通过这样的分类净化，既满足了各手术不同的洁净要求，通过层层递进的净化流程，确保了100级手术室的洁净要求，同时又可合理控制造价。

在两间100级手术室内，还采用了日本生产的层流无影灯，以确保上部净化空间的层流组织。

*其他辅助空间

在这两间主要为骨科手术服务的大手术间外，我们还增设了一间X光摄影房，以方便使用。

而且，本着以人为本、服务病员的设计理念，为尊重病员隐私、尊重病员家属，在每个手术层，我们还专门辟出了家属谈话室，配置了X光读片机、谈话桌椅等，供手术医生和家属谈话之用。同时，又通过透明玻璃的分隔，确保了手术区域内洁净要求。

手术室平面布局类型图

8层手术室平面图

某医院数字化手术室开发实例

A Digital Operating Room Development

文/麦迪斯顿医疗

这家大型综合性医院的手术室，其数字化是分3个步骤实施的，实现了综合影像技术导引外科手术（IGS），手术直播满足临床教学需要并有效控制手术室洁净度，为医学研究和医疗纠纷“举证” 等功能。项目背景

该院是一所集医、教、研为一体的大型综合性医院。自1996年大规模信息系统建设至今，效果显著。目前，已投入使用的有医院信息系统（HIS）、医院检验系统（LIS）、医院影像管理系统（PACS）以及医院运营系统等90多个系统。为配合手术临床教学以及手术室数字化进程，该院决定建立数字化手术室。

相关工程分为3期进行。

本项目要实现的数字化手术室功能

*综合影像技术导引外科手术（IGS）多模式成像与信息系统集成，提高医生手术效率

通过CIS系统，医生可利用数字化手术室的统一界面，综合调用多种医疗影像系统以及病人信息，为手术方案的制订和手术过程的进行，提供综合、快速的参考。

*满足临床教学的需要，有效控制手术室洁净度

该院有繁重的临床带教任务，有见习医生、实习医生、进修医生及实习或进修护士，要满足临床教学的需要，同时，还要保证手术室空气的洁净度，减少观摩手术者对无菌区的污染。这显然是一对难以解决的矛盾。

通过手术直播示教，使观摩学习人员在会议室、示教室和办公室等场所，就能观看手术现场的实况，并能够对各例手术进行录制、存储，实现有效的档案管理，让学员、实习医生可以对资料进行点播观看。而且，在手术直播期间，示教医生可以实时对手术过程进行讲解，同时，也可以听到任何一间直播会场所提出的疑问，及时解答，从而真正实现教学互动的功能。这无疑是一种较好的解决矛盾的模式。

另外，针对大规模国际研讨会的需要，手术直播示教系统，可将高清晰度手术信号，传输至院内任何一个直播会场，同时通过与国际互联网的连接，可以在世界任何一个地方，实现国际性的学术交流和培训。

*留取资料，满足医学研究和医疗“举证” 之需

该院是一个集医疗、教学、科研于一体的事业单位，在运行过程中，产生了大量的医疗技术信息档案，留取一些特殊影像记录，不仅可供日后研究、观摩，而且对于易发生医疗纠纷的手术而言，手术影像资料可作为有力的“举证”材料。尤其对于“手术用物遗留在体腔”类型的纠纷来说，可通过重放数字化手术室的医学影像记录，来确定手术器械、敷料等数目不符的原因，而采取相应措施。本项目在实施过程中要解决的关键问题

*综合影像技术导引外科手术（IGS）多模式成像技术

从多种不同的影像设备采集的医学影像（通过PACS系统实现），可以提供互补性很强的患者信息，为IGS所用。

例如，CT影像和MRI影像，在获取患者的解剖学信息方面具有明显优势；IMR影像、PET影像和SPECT影像的独到之处，则在于提供患者的功能信息。

再如：同样是显示患者的解剖学信息，在针对人脑时，选用MRI影像，可以很好地识别大脑灰质、白质等密度相近的软组织；而在观察密度差较大的骨组织时，CT影像的高分辨率，则使其技高一筹。

将显微镜、内窥镜等外部设备的影像，输入导航系统，并显示在液晶触摸屏上，则可实现真正意义上的动态监测，有助于纠正术中影像漂移导致的误差。

即使应用同一种成像模式，在不同参数下形成的影像所包涵的信息，侧重点也会不尽相同。

所以，如何为医生提供一个快速的导航装置或界面，使医生能够在多种影像模式间快速切换，并对多种影像信息进行综合应用，是要解决的重要问题之一。

*手术示教、手术网播、远程手术合作等多种医学实时远程影像技术

此类问题，都需要流媒体技术、覆盖层网络组播技术和VCR补偿技术等多媒体网络技术的综合使用。如何创造性地使用这些信息领域的新技术，解决手术示教、手术网播、远程手术合作等多种医学实时远程影像问题，是本工程中不可缺乏的部分。

*手术影像资料存储与检索技术

对于一个手术影像系统而言，大规模的数据存储是必不可少的。一个病人的血管造影资料，大约为1GB。以该院业务量计算，若占该院手术室总数一半的手术室实现数字化化，那么其手术室1a产生的数据总量,可达8TB(8TB=1000GB)以上。为了存储如此海量的影像数据，必须对手术影像数据进行压缩存储。

手术影像数据压缩存储技术,包含了静态和动态两方面内容。

静态方面，传统的JPEG，仍是目前应用最广的压缩算法。

动态方面，M-JPEG、MPEC-

1、MPEC-

2、MPEC-4等算法，均在不同领域发挥着作用。算法的选择，主要的依据是成像的清晰度和通讯网络的带宽。如何实现更好的存储方法，既提高效率，又节省成本，也是本工程要研究的问题之一。

在传统模式下，电子病案中文本和数字信息的检索，以关键词的方式实现。影像的检索，则是通过对其附加文本描述的搜索来完成。这种检索方式的不足，在于无法对影像本身的信息，进行任何分析和对比。

基于影像内容相似性的检索方式，目前在数字化手术室概念下的影像系统中，尚未见使用。通过该技术，用户无需给出搜索关键词，只需给出一幅影像，系统就可以根据它所包含的特征信息，按照相似程度列出检索结果。将基于影像内容相似性的检索方式，应用到数字化手术室的影像检索系统中，是基于数字化医学影像的另一研究内容。

*与医院信息系统的集成

将手术工作站与医院现有信息系统集成，使医生或护士在手术期间，可以通过触摸屏，实时调阅患者的病历资料（病史，病理，检验等信息）及医学影像，对本工程来说，是非常必要的。因此，数字化手术室需提供与医院信息系统的接口，为手术方案的制订和手术过程的进行，提供综合、快速的参考。

HL7是现在国际通用的电子病历标准。如何在手术工作站，实现应用数据到HL7结构的转换，从而使系统具有广泛的适用性和标准性，是一项必不可少的研究内容。

本项目的设计及功能实现

数字化手术室，在国内尚处于应用前沿。该院建立了一支以本院技术力量为主导的产、学、研相结合的研究梯队，开发了一套初步完备的数字化手术室软硬件集成系统，探索出了一套有特色的数字化手术室应用模式，并建立了一套适应数字环境的手术室操作规程和方法。

该院的数字化手术室系统，采用一对多的“星”型布置：一个主控机房和多个手术室拓扑布置，即每个手术室图像全部传输到总控中心，再由总控中心把手术室图像接入视频直播服务器，通过医院的局域网传输到各收看点。

*手术直播现场

目前该院有8个手术室，将率先成为数字化手术室。

每个手术室配备一台电脑，作为手术工作站。手术室内的显微镜、内窥镜等设备影像，通过一台视频矩阵接入手术工作站，从而实现多个影像间的调阅与切换。同时，手术工作站，还肩负着实时数据监测、信息系统查询任务。

每个手术室配有两个显示屏，分别位于两个吊臂。一个用于显示各类影像和视频，一个为触摸屏，用于控制手术工作站。

每个手术室都配备2个彩色智能球：无影灯上的小型一体化摄像头，用于展示手术窗口细节；全景摄像机，用于展示手术台场景。

手术过程的实时广播，可配备网络传输系统，将视频信号通过MPEG-4 视频实时压缩，将压缩后的视频信号利用10M/100M高速网络，传输到内部局域网上，支持网络高清晰度画面。

通过授权的方式，可使远端专家医生根据权限，观看各种手术的操作全过程。为远端专家指导手术，创造了必要条件；也为医务人员网上交流，以及教学实习，提供了更大方便。

手术室电脑现场进行手术过程的实时录像备份，而不影响其正常的管理工作。

有模拟和数字两种信号输出模式，DVD光盘直录机、硬盘录像机、PC机任意联接，并可根据对画质的要求和对刻录时间的要求，选择不同的刻录模式。

本系统DVD光盘直录主机，内配有硬盘接口，可接160G大硬盘，可进行硬盘备份。

远程语音双向对讲功能，能使交流更方便。

*手术示教室/观摩会场/医生办公室

每个示教室/会场，配备一个彩色智能球，用于展示教室/会场场景。

每个示教室/会场，配备一台主机，作为手术观摩系统。该观摩系统可以进行视频会议，查询病人信息和影像，观摩远程手术，和调阅手术历史影像资料。

并实现远程语音双向对讲功能，以支持视频会议。

*手术总控室

总控室是整个系统的中心。

在主控端，将手术室传输过来的音视频信号，接入中心矩阵。矩阵的环出接入到高清的录像主机。中心矩阵的8路输出再接入2台画面分割器，再接到2台IP视频直播服务器，将信号传输到局域网上。

总控室可以完成以下功能：实现院内广播、示范教学及电视会议； 完成各种监看功能，可把监看重点画面，传送到大屏幕电视机上，并录像；在院长室、各科室，建立视频会议系统并进行管理；可对系统内的各科室进行监看、转播、编辑、录像；还可通过总控室，随时监看各个通道的工作情况。

*软件

手术工作站和手术观摩系统，采用NET进行开发。NET作为目前被广泛使用的开发平台，能提供完善的数据库与通讯控件库。

手术工作站系统，作为医生在手术过程中专用软件，采用win form形式，将视频会议、设备控制和数据监测融为一体，并提供与医院HIS的接口。医生通过手术室吊臂上的触摸屏，使用该工作站。

手术观摩系统，采用web form形式，从而使整个数字化手术室系统，拥有了更好的可扩展性、适用性。

手术观摩系统，包括了视频会议和信息系统查询功能。

此外，远程医疗技术，带来了更多的病人隐私保护问题，因此，使用者需通过用户名/密码登录观摩系统，并且只能观看被授权的手术，以保护病人的隐私。本项目实施情况

该院的数字化手术室，分为3个步骤实施。

首先，实现总控室到各教学观摩场所的路线铺设，包络视频转播设备和网络线路。

然后，进行手术室内部线路铺设，包括智能球、远程会议设备和与信息系统连接的线路。

最后，是软件的实施，即手术工作站和手术观摩系统的应用。小结

本项目的数字化手术室，是建立在视频会议和先进的数字图像处理的基础上的，同时集成了医院信息系统的信息，能提供高清晰的图像和实时监测数据，具有实用性和先进性，提高了医生手术的效率和安全性。

同时，自行研发的软件，加上在设备的选择上具有很大的自由度，也大大提高了本项目的投入产出比。

第二篇：前沿讲座

计算机视觉学科前沿知识

计算机视觉就是用计算机来模拟人的视觉系统，实现人的视觉功能，通常是指用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，从而实现对客观的三维世界的识别。人与其他动物一样，视觉、听觉、触觉等感官功能的产生，首先在于进化过程中生存的需要。根据美国心理学家Gibson的理论，人的视觉不管有多少用处，但主要功能可概括为适应外界环境和控制自身的运动。看到汽车冲过来，你会赶快回避；看到前面有激流，你不会冒然趟过去。“适应外界环境和控制自身的运动”还是比较抽象的概念。事实上，为了适应外界环境和控制自身的运动，视觉系统需要能识别物体（可想而知，一个人连亲戚、同事、朋友都不认识，会怎样生活），能判断物体的运动以及确定物体的形状和方位（否则，无法抓取物体）。所以，物体识别、物体定位、物体三维形状恢复和运动分析，就构成了计算机视觉的主要研究内容。

随着自动化水平不断的提高，机器视觉在自动化行业中应用也是越来越多，而机器视觉在我国可以说处于刚起步发展阶段，机器人视觉是一门新兴的发展迅速的学科，八十年代以来, 机器人视觉的研究已经历了从实险室走向实际应用的发展阶段。从简单的二值图象处理到高分辨率多灰度的图象处理,从一般的二维信息处理到三维视觉机理以及模型和算法的研究都取得了很大的进展。而计算机工业水平的飞速提高以及人工智能、并行处理和神经元网络等学科的发展,更促进了机器人视觉系统的实用化和涉足许多复杂视觉过程的研究。

目前，机器人视觉系统正在广泛地应用于视觉检测、机器人的视觉引导和自动化装配领域中。在现代化的大生产之中，视觉检测往往是不可缺少的环节。比如，汽车零件的外观，药品包装的正误，IC字符印刷的质量，电路板焊接的好坏等等，都需要众多的检测工人，通过肉眼或结合显微镜进行观测检验。大量的人工检测不仅影响工厂效率，而且带来不可靠的因素，直接影响产品质量与成本。另外，许多检测的工序不仅仅要求外观的检测，同时需要准确获取检测数据，比如零件的宽度，圆孔的直径，以及基准点的坐标等等，这些工作则是很难靠人眼快速完成。近年来发展迅猛的机器视觉技术解决了这一问题。机器视觉系统一般采用CCD照相机摄取检测图象并转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图象数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图象特征值，并由此实现模式识别，坐标计算，灰度分布图等多种功能。然后再根据其结果显示图象，输出数据，发出指令，配合执行机构完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉具有精确，快速，可靠，和易数字化等优点。

机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。例如生产线上的单摄像机视觉系统，它的视觉系统用来检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。但是不可见光不利于检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。

机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。图像的增强用于调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，改善视觉质量。通常采用灰度直方图修改技术进行图像增强。图像的灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计特性图表，与对比度紧密相连。图像的数据编码和传输，数字图像的数据量是相当庞大的，一幅512*512个像素的数字图像的数据量为256 K字节，若假设每秒传输25帧图像，则传输的信道速率为52.4M比特/秒。高信道速率意味着高投资，也意味着普及难度的增加。因此，传输过程中，对图像数据进行压缩显得非常重要，数据的压缩主要通过图像数据的编码和变换压缩完成。图像边缘锐化处理主要是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将物体从图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。图像分割是将图像分成若干部分，每一部分对应于某一物体表面，在进行分割时，每一部分的灰度或纹理符合某一种均匀测度度量。图像的识别过程实际上可以看作是一个标记过程，即利用识别算法来辨别景物中已分割好的各个物体，给这些物体赋予特定的标记，它是机器视觉系统必须完成的一个任务。

在本世纪四、五十年代发展起来的线性滤波器以其完善的理论基础，数学处理方便，易于采用FFT和硬件实现等优点，一直在图像滤波领域占有重要地位，其中以WIENER滤波器理论和卡尔曼滤波理论为代表。但是线性滤波器存在着计算复杂度高，不便于实时处理等缺点。虽然它对高斯噪声有良好的平滑作用，但对脉冲信号干扰和其它形式的噪声干扰抑制效果差，信号边缘模糊。为此，1971年，著名学者TUKEY提出非线笥滤波器——中值滤波器，即把局部区域中灰度的中值作为输出灰度，并将其与统计学理论结合起来，使用迭代方法，比较理想地将图像从噪声中恢复出来，并且能保护图像的轮廓边界，不使其变模糊。近年来，非线性滤波理论在机器视觉、医学成像、语音处理等领域有了广泛的应用，同时，也反过来促使该理论的研究向纵深方向发展。

第三篇：前沿讲座

智能控制及其应用

院 － 系： 信息工程与自动化学院 专 业： 模式识别与智能系统 年 级： 2011 级 学生姓名： 朱 丹 学 号： 2011204082 任课教师： 杨承志、冯丽辉、万舟

2011年11月

摘要

智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、信息论、系统论、仿生学、进化计算和计算机等多种学科的高度综合与集成，是一门新兴的边缘交叉学科。智能控制的主要方法有人工神经网络、模糊控制与专家系统，为解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题提供了有效的理论和方法。目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。

关键词： 智能控制 人工神经网络 模糊控制 专家系统

ABSTRACT

Intelligent automatic control is the advanced stage of development of automatic control．It is comprehensive and integrated subject of artificial intelligence, cybernetics, information theory, system theory, bionics, evolutionary computation, computer and so on.It is a new edge of the overlapping subject.The main method of intelligent control are following：artificial neural network , fuzzy control and expert system.In order to solve the complex control problem which is difficult to solve by the traditional methods.It provides effective theory and method.At present, the intelligent control has been widely used in industry, agriculture, services, military aviation, etc, and has a broad development prospects.Keywords: intelligent automatic control artificial neural network fuzzy control expert system

引言

随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出了新的挑战，促进了智能控制理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能控制不仅包含了自动控制、人工智能、系统理论和计算机科学的内容，而且还从生物学等学科汲取丰富的营养，正在成为自动化领域中最兴旺和发展最迅速的一个分支学科。

一、智能控制的基本概念和特点

传统的控制方法是建立在被控对象的精确数学模型之上的，而智能控制是针对系统的复杂性、非线性、不确定性等提出来的。IEEE控制系统协会把智能控制归纳为：智能控制系统必须具有模拟人类学习和自适应的能力。一个智能控制系统一般应具有以下一些特点：

1.智能控制具有混合控制特点，系统能以知识表示非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程，采用开闭环控制和定性决策及定量控制相结合的多模态控制方式；

2.智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力；

3.智能控制系统具有自学习、自适应、自组织能力，能从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统，以实现预期的控制目标； 4.智能控制系统有补偿及自修复能力；

5.智能控制系统能对复杂系统(如非线性、多变量、时变、环境扰动等)进行有效的全局控制，并具有较强的容错能力。

二、智能控制的主要方法 2.1 模糊控制

模糊控制是基于模糊推理和模仿人的思维方法，对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制，其成功应用的根源在于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信息并将其转化为控制策略的一种系统的推理方法，以模糊集合、模糊语言变量与模糊逻辑推理为基础，以先验知识和专家经验为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。

2.2 专家控制

专家控制是智能控制的一个重要部分，它在将人工智能中专家系统的理论和技术同自动控制的理论和方法有机结合的基础上，在未知环境下模仿专家的智能，实现对系统的有效控制。专家系统一般由知识库、推理机、解释机制和知识获取系统等组成。知识库用于存储某一领域专家的经验性知识、原理性知识、可行操作与规则等，可通过知识获取系统对原有知识进行修改和扩充。推理机根据系统信息并利用知识库中知识按一定的推理策略来解决当前的问题。解释机制对找到的知识进行解释，为用户提供了一个人机界面。通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。

2.3 神经网络控制

神经网络是模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表示特定的信息,通过不断修正连接的权值进行自我学习,以逼近理论为依据进行神经网络建模,并以直接自校正控制、间接自校正控制、神经网络预测控制等方式实现智能控制。随着人工神经网络应用研究的不断深入，新的模型不断推出，在智能控制领域中，应用最多的是BP网络Hopfield网络等。与传统控制相比，它具有以下重要特性：○1非线性神经元网络在理论上可以充分逼近任意非线性函数；○2自学习和自适应能力；○3并行式分布处理机制；○4数据融合能力。目前神经网络在信号处理、系统辨识和优化、模式识别、故障诊断、机器人等多个领域取得成功应用，它对智能控制的发展应用将具有重大而深远的意义。

三、智能控制的应用

目前，智能控制已经被广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等众多领域，具有广阔的发展前景。主要表现在以下几个方面：

3.1机械制造

在现代先进制造系统中,需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况,人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业,它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模,利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。利用模糊集合和模糊关系的鲁棒性,将模糊信息集成到闭环控制的外环决策选取机构来选择控制动作。利用神经网络的学习功能和并行处理信息的能力,进行在线的模式识别,处理那些可能是残缺不全的信息。

3.2 智能仪器

随着微电子技术、微机技术、人工智能技术和计算机通讯技术的迅速发展，自动化仪器正朝着智能化、系统化、模块化和机电一体的方向发展，微型计算机或微处理机在仪器中得到广泛应用，已成为仪器的核心组成部件之一。它能够实现信息的记忆、判断、处理、执行以及测控过程的操作、监视和诊断，因而这类仪器被称为”智能仪器”。

3.3 智能机器人

智能机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。机器人研究者们所关心的主要研究方向之一是机器人运动的规划与控制。一个规定的任务出台之后，设计人员首先必须作出满足该任务要求的运动规划；然后，规划再由控制来执行，该控制足以使机器人适当地产生所期望的运动。

3.4 智能监控

在许多的工业连续生产线，其生产过程需要监视和控制，以保证高性能和高可靠性。为保持物理参数具有一定的精度确保产品的优质高产，我们已在一些连续生产线或工业装置上采用了有效的智能控制模式。例如，旋转水泥窑的模糊控制、汽车工业的高级模糊逻辑控制、轧钢机的神经控制、工业锅炉的递阶智能控制以及核反器的知识基控制等。

3.5 医疗过程智能控制

从70年代中叶起，专家系统技术就被成功的应用于各种医疗领域。医用智能过程控制的新例子之一就是一个用于控制手术过程中麻醉深度的病人平均动脉血压(MAP)的模糊逻辑控制系统。MAP是衡量麻醉深度的重要参数。在该控制系统的设计和实现时，我们采用模糊关系函数和语言规则。本系统已在许多不同的外科手术中得到成功应用。

四、智能控制的发展前景

智能控制广泛应用于工业、农业、服务业、军事航空等多个领域，解决了传统控制无法解决的实际控制问题。但是智能控制仍然只处于开创性阶段。就目前智能控制系统的研究和发展来看，智能控制还有许多问题有待解决，主要有以下几点： ○1加强理论研究，给出智能控制的稳定性、可测性、可控性、鲁棒性定义及准则；○2解决知识获取和优化的瓶颈问题，特别是动态系统的知识获取和分类； ○3加强各种智能控制方法结合的耦合度； ○4加强学习问题的研究，进而加快收敛速度，提高实时控制能力； ○5融入更多领域知识，拓宽智能控制的范围。

智能控制是一门跨学科、需要多学科提供基础支持的科学，智能控制很难存在普遍、统一的理论体系，因此，建立具有开放性、形式非唯一的集成化智能控制框架是现实的，也是必要的。

参考文献

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2007(8).

第四篇：土木工程前沿

对未来大跨桥梁的发展趋势的研究

摘要：近30多年来桥梁的发展概况，可以看出结构在向轻巧、纤细方面发展，而载重和跨度却不断在增长。为了适应这种桥梁发展需要，就要对建筑材料、结构构造、设计计算理论、施工方法等方面提出新的要求。同时，在桥梁美学方面也应予以足够的重视。

关键词：桥梁发展；新型材料；桥梁CAD；施工技术；桥梁美学

一、引言

现在桥梁建筑已不单纯地被视为交通线上重要的工程实体，同时也是一个国家科学技术、综合国力的综合体现。由于科学技术的进步,工业水平的提高,人类社会文明的发展,桥梁工程日新月异。随着时代前进的步伐,人们对桥梁工程提出了更高的要求,对“适用、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。

大跨桥梁的的发展是社会发展的必然产物，自从桥梁出现以来, 其跨径一直在不断的加大。从几米的小桥发展到现今主跨一千多米的特大桥,体现出了人类改造自然的能力在不断变化。自18世纪80年代以来的200多年间，随着大工业的兴起和交通运输的需要而发展起来的世界桥梁，桥跨由英国熟铁链杆桥曼内海峡桥主跨177米的最初桥跨的世界之最，到1931年美国建成乔治华盛顿桥，主跨首先突破1000米大关，达到1067米，百米到千米桥跨的发展历经了一个半世纪。20世纪的后70年里，美国的主跨1280米的金门大桥、主跨1289米的维拉扎纳大桥，两次刷新了当时的世界桥跨记录，到20世纪八九十年代英国的恒比尔河大桥、日本的明石海峡大桥先后再次刷新世界桥跨记录，桥跨才开始接近2000米大关。

在21 世纪, 由于跨海工程的出现, 桥梁还要向更大跨径的方向发展。21世纪世界桥梁跨度有多长？随着意大利主跨3300米的墨西拿海峡大桥设计的完成，人类社会的建桥技术、新型材料运用使桥梁跨度已步入登峰造极阶段。据有关桥梁专家预测，筹建中的西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡大桥、美俄之间的白令海峡大桥的桥梁跨度将突破墨西拿海峡大桥主跨的长度，成为21世纪新的世界桥梁跨度之最。这些主跨接近4000米达到登峰造极水平的特大型桥梁建成之后，除大洋洲孤悬于大洋之中外，亚非欧美四大洲将联为一体。大跨的跨海桥梁将会成为21世纪桥梁建设的主题。我国桥梁向跨海桥梁工程发展的路在何方？要如何切实可行地实现大跨桥梁？以下我就国内大跨桥梁发展趋势发表一些个人的看法。

二、材料的应用和发展

在桥梁中随着跨度的增大。混凝土材料，钢材的强度渐渐不够使用，例如混凝土预应力梁桥当跨度超过300m后应力几乎用足，只有提高标号或改变材料才能把跨度继续做大。又如在斜拉桥中如果用碳纤维取代钢索则跨度更大，最有利于同悬索桥的竞争。要推动桥梁跨度的发展、材料的发展是一根本问题。

新材料对桥梁工程的发展具有关键性作用。没有材料科学的发展，就不会有长大跨及新桥型的诞生。当桥梁向大跨度方向发展的同时，未来桥梁新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点，对建桥材料也提出了高强、轻质和多功能的要求，桥梁的规模有一个理论上的限度。新型材料不断出现，不过它们的实际应用仅仅受制于对其使用寿命的顾虑。在以保守的方式使用新型材料的初期验证阶段、目前桥梁常用的钢和混凝土，从而实现高强轻质的目标。材料科学的进步为桥梁实现轻巧、简洁、形式的多样化提供了更多的可能性，进一步探索新型的、高强、超高强工程材料建立其可靠的力学本构关系，以充分发挥材料潜在的承载力，并在结构理论研究上发展更符合实际状态的力学分析方法与新的设计理论，不同类型轻质材料组合拼装的各类新型斜拉桥、悬索桥、轻质拱桥，并向可靠度理论方向进行探索，将一跨而过的大川海湾。

新型钢材料的应用将推动桥梁工程的发展。钢材料在桥梁建设中尤为重要，随着钢材料的发展，我国还将进一步的开展低含碳量以及其他合金元素、经过微合金化和晶粒细化处理的超高强度钢材的研究以及生产。此种高强度的钢材具有优异的焊接功能。在我围已建的采用了焊接性能良好的14MnNbq及15MnVNq钢以及栓焊整体节点所组成的大型桥梁，还需进一步的发展，向更高强度钢及全焊钢梁结构发展。抗腐蚀性好、结构表面不需要油漆的耐候钢也逐步得到应用。

先进复合材料也会得到较大的推广使用。先进复合材料(Advanced Composites)又称纤维增强塑料(Fibre Reinforced Plastics，简称FRP)，是以非金属纤维(如玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维)作增强材料，以树脂(如不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂)作基体材料的复合材料。树脂将纤维束结成整体，既能保护纤维免受机械破坏和化学腐蚀，又能使纤维整体受力。先进复合材料具有以下特点：

1、强度高。用S玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度高于高强钢丝，用E玻璃纤维做成的复合材料筋束，其抗拉强度与高强钢丝接近。

2、耐腐蚀。玻璃纤维复合材料水管的寿命为钢水管和混凝土水管的两倍。

3、应变关系直至破断均呈线性。

4、弹性模量。碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

5、疲劳特性。碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝，E玻璃纤维复合材料的疲劳强度则介于普遍钢丝和高强钢丝之间。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

6、容重轻。约为钢的五分之一至四分之一。

据有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主材将采用高强度、高韧性钢材和抑振合金材料。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录，达到1991米。21世纪钢桁连续梁将大量采用高强度低预热型焊接用钢板，大线能量焊接用钢板、高韧性钢板、抗层状撕裂型钢板、异形钢板、耐候钢及镀锌钢板、抑振厚板、玻璃钢、抑振合金材料，不仅可有效地增大钢桁梁桥的桥跨，而且能有效地降低梁体自重，实现大跨、轻质目标。高强度混凝土是桥梁建设必不可少的主材料之一，21世纪的混凝土材料将加入来亚纳米、水溶性聚合物、有机纤维以不断提高强度与耐久性。桥梁建设将广泛运用环保型混凝土，桥梁的韧性、耐久性及强度将得以有效地提高。

三、学科发展

随着计算机微处理器技术的迅猛发展，桥梁CAD技术将面临新的发展机遇。集结构分析、工程制图、工程数据库及专家系统的桥梁CAD软件将会问世，并将迈入桥梁设计的网络时代。借助计算机和非线性数值方法的不断进步，使力学模型日益精细化，仿真度提高，可以在设计阶段逼真地描述大桥在地震、强风、海浪等恶劣自然条件下施工和运营的全过程，为决策提供动态的虚拟现实图像。大型桥梁基础的施工技术可分为大型群桩基础施工技术、大型冻结基础施工技术以及大型沉井基础施工技术等。以江阴长江大桥为代表的沉井基础施工、润扬大桥为代表的大型排桩冻结法施工、苏通桥基础为代表的大型群桩基础施工，都是我国在大型桥梁基础施工方面取得的创新成果。海上桥梁基础工程发展的重点在于海洋钻井平台技术的引进。目前世界桥梁基础尚未超过 100m 深海基础工程，下一步需进行 100——300m 深海基础的实践。大型桥梁基础施工技术不断创新。

四、桥梁美学研究

桥梁通常是社会大型公用设施，与其他土木建筑相比，它具有土木工程建筑的一般属性，桥梁建筑还具有自身的特点，有使用和观赏两重功能。其主要功能是给人们提供跨越障碍的通道，具有体型庞大、位置固定、建造具有不可逆性且耗资巨大等特点。由桥梁的特殊功能决定了桥梁必须是一个开放的体系、结构散布在社会各处，任何人在任何时间都可以使用它。与人类的活动密切相关，具有开放性，使用寿命也比较长。因此，公共性、公平性、安全、适用、经济必然是桥梁设计的原则。桥梁规模越大，激发了公众参与的热情，经济因素在桥梁建设中所占的比重就越大，人们对其建造都非常关注，这一点在现代桥梁设计实践中已得到足够的重视，这就是推动桥梁美学研究的直接动力。创新便是桥梁建筑艺术的灵魂，通过总结前人的创新经验，终究会走向桥梁的艺术范畴。桥梁建筑属于结构，创新必须以实践为基础，其存在的基础是其适用性，也需要用理论来指导。闻名遐尔的美国旧金山金门大桥、澳大利亚悉尼港桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥、中国上海杨浦大桥、南京长江二桥、香港青马大桥等这些著名大桥都是一件件宝贵的空间艺术品，成为陆地、江河、海洋和天空的景观，成为城市标志性建筑。宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。因此，21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型，重视桥梁美学和景观设计，达到人文景观同环境景观的完美结合。

五、结语

桥梁跨度不是科技进步的唯一标志，但它是科技进步的重要标志。桥梁的跨径代表着一个国家的经济、工业和科学技术的整体水平。跨度的大小并非人的主观愿望，它是由经济、材料、桥型等多种因素确定的，跨度的推进必然会给工程带来更多的风险，而工程是只能成功不能失败的，只允许存在缺点而不能有错误，因为桥梁工程、特别是大跨的桥梁工程的失败或错误是谁也承担不起的。大跨桥梁的发展是社会经济发展的必然，随着一系列跨海工程的出现，迫使我们必须挑战更大的桥梁跨度。由于国外许多国家的桥梁事业相对于中国都起步较早，很多桥梁技术都比中国先进，所以我们在发展大跨桥梁时应该多借鉴国外桥梁方面的成功经验，推动大跨度桥梁在中国更快的发展。可以预见,21 世纪大跨度桥梁工程建设必将取得新的突破,取得更大、更新的发展。

第五篇：建设学习型党小组巩固前沿战斗堡垒

建设特色学习型党小组 巩固开掘前沿战斗堡垒

在集团公司党委组织开展创建学习型党组织以来，综掘区党支部就结合工作实际，把创建学习党组织做为支部建设和实践科学发展观安全生产创先争优的主抓手。为了更贴近开掘一线实际，综掘区党支部按区队建制，分成了掘进党小组、开拓党小组，综掘区党支部则是结合各党小组的安全生产实际情况有针对性开展创建学习型党小组活动，使党创建学习型党小组活动不断前进。

一、主要做法：以创建学习型小组，开展“一个小组一个龙头”主题实践活动促进学习支部建设。

综掘区党支部下设掘进队、开拓队，主要承担井下开拓、掘进任务，虽然在队伍建制和工程分类上有很多相同之处，但在实际工作中却有很多差异，掘进队主要承担采区巷道快速掘进工作，开拓队则是主要承担各种永久巷道、准备巷道、改扩建巷修、特殊工程建设等。针对工作分工特点综掘区党支部以“一个小组一个龙头”为主题，首先把支部党员领导班子分组下点。在创建学习型领导班子的同时，积极发挥支部党员干部的示范带头作用，推动学习型党组织建设活动向一线前沿发展，具体开展党员干部“三带头”学习活动。

一是带头学习。以支部党员干部主动学习，带动小组党员学习，形成上下协同共进的学习氛围。在学习中支部根据段王煤业集团公司党员学习计划，支部党员干部带头学习《科学发展观重要论述摘编》《毛泽东、邓小平、江泽民论科学发展》《建设学习型政党》等书箱，按年初制订的支部学习计划，集中学习12次，每次参学党员和入党积极达到100%。并且每位参学人员都认真做好了读书笔记，使集中学习活动真正起到优化思想，促进科学发展创新能力扩展的效果。二是分组调研，根据支部实际工作特点，把党小组分别由支部书记和支委带头，并针对开拓、掘进生产中存在薄弱环节和影响安全生产，制约“双创”活动的问题进行排查，范围从综合机械化掘进系列化到开拓施工所面临的复杂环境、恶劣条件及人员素质、装备性能等方面入手。要求每位党员每月必须提出两条以上排查结果，并以文字形式写成调研报告。支部则是利用集中学习时间，集中支部技术能手进行分析和解决这些问题。至创建学习型党组织活动开展以来，经过支部努力成功解决了综合机械化掘进后路运输、工艺流程优化和开拓特殊支护精确化问题。这些问题的解决既提高了安全作业系数，又降低了工人劳动强度，同时提高了生产效率。三是充分利用各种宣传和学习的平台，进行宣传和学习。宣传以党员干部利用班后会和一线跟班作业为阵地，内容以公司党委“双创”活动为主，并把党委下发的各类文件、书籍资料向广大职工进行宣传，把“双创”精神传递到一线每一个岗位、每一个员工，为安全生产创水平起到了很好的助推作用。

二、开展“一名党员就是一面旗帜，一个小组就是一个堡垒”活动

一名党员就是一面旗帜，一个小组就是一个堡垒，党员身边无“三违”，党员身边无事故，党员就是先锋模范，就是吃苦再前，带头实践科学发展观和创先争优的楷模。因此综掘区党支部要求每位党员从本

职岗位出发，因地制宜，采取有针对性的学习方式，全身心投入到学习型党组织建设中来。通过不断的学习，让学习工作化，工作学习化，把学习的知识转化为解决安全生产的力量，转化为创先争优的不竭源泉。以安全管理的党员干部重点是自主学习先进管理和统筹协调各岗位学习为主。以技术为主的党员重点是以学习专业技能为主，以一线作业为主的党员重点是以岗位特点进行素质提升学习。自开展创建学习型党组织活动以来，已经两名技术员党员通过学习和较好发挥得到认可走上管理岗位，其中一人担任了副队长，另有三名一线党员也走上了带班长岗位。岗位上调的变化是学习实践的例证，同时也是党员发挥模带头的更好平台，也成了解决安全生产发挥党小组战斗堡垒作用的坚强保证。现在综掘支部的两个党小组朝气蓬勃、奋发有为、充满活力，在安全生产中以良好的党风、迎难而上、敢为人先的先锋模范作用赢得了广大群众的好评，支部建设也以又快又好的步伐不断前进。

综掘区党支部

二〇一一年四月十四日