第一篇：3.中国岩土工程技术发展展望-林宗元
总第62期西部探矿工程series No．62 2000年第1期WEST--CHINAEXPLORATIONENGINEERINGJan 2000 文章编号：1004—5716(2000)0l一0009--03中图分类号：BTl文献标识码：A
中国岩土工程技术发展展望
林宗元
(中国工程勘察大师中国工程勘察协会
中华人民共和国建国以前，中国基本上没有工程勘察这一类型的单位。建国以后，特别是随着我国的经济恢复和大规模的经济建设的发展，也就是从20世纪50年代开始，我国参照前苏联当时基本建设的体制模式，在国务院各部门，各地区陆续建立起工程勘察单位，(有许多单位是独立的，更多的是附属在设计院内，作为院属的一个二级单位)并逐步发展壮大。传统包含的专业是工程地质勘察，水文地质勘察(含工程物探)和工程测量。尽管这个体制在后来实践中体现出严重的缺陷，但在当时历史条件下，仍然为我国工程建设做出了不可磨灭的贡献。改革开放20年来，特别是1986年以来，我国工程勘察(行业)不论在改革原有体制弊端上，还是在技术发展上，都有显著的进展，特别表现在作为工程勘察主专业之一的传统工程地质勘察已开始向岩土工程转化。根据主管部门的规定和行业的公认，我国岩土工程的业务范围包括：岩土工程勘察、岩土工程设计、岩土工程监测、岩土工程治理和岩土工程监理、岩土工程咨询五个方面。
岩土工程勘察是岩土工程的基础，它与岩土工程设计共同组成岩土工程的核心。作为一名岩土工程师，不熟悉岩土工程勘察技术是不可思议的，同样，不掌握岩土工程设计技术，不会成为一名称职的岩土工程师。岩土工程勘探、岩土工程试验、监测则是岩土工程勘察的重要组成部分。其质量和水平对岩土工程勘察成果的质量和水平有重大的影响；而岩土工程分析评价、论证和地基基础设计方案与岩土工程治理方案建议的水平，特别是其先进性、经济合理性与可行性，则是岩土工程勘察成果质量和水平的具体体现。
国家主管部门准备从2000年开始进行全国注册岩土工程师考试(先在河北省进行试考)，为推行注册岩土工程师制度作准备，以与国际接轨。据统计，1998年全国工程勘察生产人员近15万8千人，其中工程技术人员近7万9千人，一年完成项目13万多项。全国独立的工程勘察单位1571个，其中甲级231个，乙级47Z个，丙级629个。应该看到，工程勘察行业目前还没有完全摆脱力量过剩、一般人员素质偏低、技术装备陈旧落后、机制不适应、质量水平不高的局面。要摆脱这个困境，除了要进一步搞好工程勘察体制的深化改革和人才培训外，各方面要齐心合力，大力推进技术进步。本文拟着重就岩土工程技术发展的问题谈几点粗浅的看法，以期抛砖引玉。
1岩土工程勘探方面
1.1岩土工程钻探
1．1．1破碎岩层、软硬岩石互层或厚层软弱夹层以及卵石层地区的新型钻机与施工工艺的开发由于今后在该类地区修建高、重、深建筑或边坡治理的工程将不断增多，需要在钻探中准确掌握岩层的破碎程度，软硬互层情况与软弱夹层状态以及卵石层情况及有关参数，以及在边坡治理中快速高质的成孔施工，这就要求有相应的先进新型钻机及施工工艺。中国有色昆明勘察设计研究院等单位引进国际上先进的全方位全液压钻机及其配套设备，效果良好。相信我国钻探设备研制部门经过努力一定能够制造出达到国际水平的各种钻机及其配套设备，以及解决相关钻探施工工艺。
1．1.2应用钻探最优化技术，解决在岩土工程钻探中自动进行信息数据采集分析和岩土层划分等问题。
目前钻探现场描述记录精度往往不高，不同程度地影响了岩土工程勘察成果质量。意大利米兰Rodio国际岩土工程公司的Papela钻机(系专利产品)通过钻探过程中自动记录，根据钻进阻力—深度变化关系曲线进行土的工程地质分层，在当地已实用很多年，效果良好。当然，不同工程地质条件的地区，得另行找出相关关系曲线进行分层。在前苏联和中国的探矿工程界，先后于20世纪60年代和70年代开始重视钻探最优化技术的研究，并取得了很大的成就。相信我国岩土工程钻探设备研制与钻探技术研究部门相结合，可以应用钻探最优化技术，大量搜集积累区域性的有关数据资料，通过数理统计，利用微电脑技术，解决不同工程地质条件(或地区)的岩土工程钻探自动进行信息数据采集分析及岩土层分层等问题。
1．1．3切实做到岩土工程钻探采取土试样质量与国际标准接轨，满足行业标准要求。
目前国内不少岩土工程勘察单位的取土器、取土试样操作，以及试样的封装、贮存及运输不合技术标准要求，严重影响岩土工程勘察成果质量。行业标准《原状土取样技术标准》(JGJ89—92)是与国际接轨的，对取土器规格有具体规定，本人主编的《岩土工程丛书》中的《岩土工程勘察设计手册》由岩土工程专家李受祉编写的“4.5章取(试)样”对取试样的技术要求有详细的交待，石家庄中兵北方勘察设计研究院等单位分工研制生产了该标准的各类型取土器，为确保取土试样质量提供了可靠的物质保证。相信经过各有关方面不懈的共同努力，克服原来存在的弊端，取土试样质量将有一个新的飞跃。
1．2岩土工程物探
下个世纪岩土工程物探应该能出现一个大的飞跃，即由处于岩土工程勘探和监测中的辅助手段的地位转变为处于主要手段的地位，在岩土工程勘察中出现以物探为主，钻探为辅的局面。北京水电物探研究所开发成功的SWS-2型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪(系统)具有多道瞬态面波、地震、地微震(常时微动)，桩基检测和高密度地震映像等功能，适用于陆地和水域勘探，一改以往物探设备功能单一的缺陷。该系统是一项高新技术成果，经过各行业百余项工程勘察与测试的实践证明，该系统具有技术先进、性能可靠、功能多、精度高、适应性强、这个成果使我们相信，我国岩土工程物探仪器设备研制部门完全有能力开发出更多更好的新产品和分析方法，一定能够在下个世纪出现一个岩土工程物探大飞跃的新局面。
2室内试验方面
2．1全自动土工力学试验系统的普及
在下个世纪，具有较强实力的岩土工程单位都将拥有全自动(气压、液压)固结试验系统和智能控制三轴仪等，如空军工程设计研究院研制的KTG-98全自动气压固结试验系统、南京电力自动化设备厂生产的DG--1型等梯度固结仪、WYS-1型微机应力路径三轴仪及建研院地基所与丹东分析仪器厂合作研制的JDDlJ一2型智能三轴仪等仪器是较先进的仪器。
2．2多功能岩土材料试验技术的推广
随着国内外(如美国MTS公司等)多功能岩土材料试验机的开发成功，能够进行岩石及土工材料的动静三轴、扭转等项试验还能进行岩石的拉伸、弯曲试验，也可以进行土工合成材料的有关试验。从而改变了传统的力学试验仪器功能单一的缺陷。
2．3土工离心模型试验技术的推广
土工离心模型试验是按照相似律的要求，给出的成果能直观反映土工构筑物的稳定和变形等性状，能够用来验证设计的工程是否经济合理安全可靠，愈来愈被各有关行业的岩土工程和结构设计人员的重视和采用。本人主编的《岩土工程丛书》中的《岩土工程试验监测手册》中，由岩土工程专家朱思哲教授编写的“3．8土工离心模型试验”有具体介绍。
3原位测试方面
在高、重、深工程，特别是在软土或需要进行深层探测的地区，以及积累了大量经验资料的某些老城市，原泣测试的应用显得特别重要。今后发展的趋势是，将原位测试成果，通过与工程地质条件相同的已有工程反推的有关参数、载荷试验成果进行对比．求得相关关系，以提高提供的设计参数的精度和应用效果。
原位测试技术的发展主要表现在下列二个方面：
3．1多功能静探探头的推广：
3．1．1测斜孔压静探探头[CPTU]
能消除由于探头偏斜引起的深度误差和由于孔压引起的qc、fs的误差，大大提高测试成果精度。
3．1．2旁压一静探探头，能兼测应力应变关系。
3．1.3放射性同位素静探(RI--CPT)日本用以测定砂土的重度、含水量、通过换算求出砂土的密实
度；以研究饱和砂土液化。
3．1.4波速静探探头：浙江温岭南光地质仪器厂已生产出该种探头，用以测定各土层的波速。
3．1.5 振动静探探头：日本通过模拟地震时的剪切波，对比振动和不振的探头贯入阻力，以评定砂
土的液化势。
3.2 扁铲侧胀仪(DMT)的推广
扁铲侧胀仪可用静探机贯入土中，测点间距15～20cm可获得土层剖面连续变化情况，通过测得的4个参数用以进行土的分类，确定土的抗剪强度、砂土的内摩擦角，土的超固结比，静止侧压力系数，土的模量，侧向基床反力系数，固结系数等，温岭南光地质仪器厂研制成功了该仪器。
4岩土工程监测与检测方面
大型滑坡变形、大型危岩变形、深基坑壁变形、区域性地面沉降、水库库岸边坡变形、基坑底面回弹，建筑物沉降、地下水位变动等的自动监测，以及桩基质量、岩土工程施工质量与效果的自 动检测等将有很明显的发展。
5岩土工程评价方面
5．1地基与建(构)筑物协同作用分析方面
该课题在高层、超高层岩土工程分析评价中越来越受到重视，并取得了良好的效果，有广阔的开发前景。
5．2深基坑围护体系方案论证方面
该课题也是我国岩土工程的一个热点，受到我国岩土工程界的广泛重视，随着工程实践经验的大量积累和理论研究的进展，该项技术将日益成熟。
5．3场地地基地震效应评价方面
场地、地基地震效应评价还有一些需要研究解决的问题，如软土地区震陷的定量评价、强震区小城镇及广大农村民房的抗震设防问题等都有待研究解决。
5．4特殊性岩土的评价方面
本人主编的《岩土工程勘察设计手册》中第7篇特殊性岩土的工程勘察评价虽然对膨胀岩、盐渍岩、污染土、风化岩与残积土、红土和混合土等作了介绍，这些问题在岩土工程界还没有得到广泛的足够的重视，仍有待进行深入的研究。相信随着各地区工程实践经验的大量积累和有关科研成果的提出，将为解决该课题作出贡献。
6环境岩土工程方面
该课题还没有受到我国岩土工程界普遍的足够的重视。本人虽然在《岩土工程勘察设计手册》“第8篇环境岩土”工程中作系列的介绍，但是环境岩土工程问题很多，有待有关各方进行深入的研讨和实践，其中有些新出现的问题，比如废弃物处置，特别是城市垃圾处置等热点问题，已开始受到重视。相信在下个世纪该课题技术将有飞跃的发展。
7岩土工程监理与岩土工程咨询方面
由于某些原因、我国许多大中型工程勘察单位虽然都成立有工程咨询以及工程建设监理单位(组织)，但其中不少单位实际承担的业务不多。
建设部建设[1999]176号《关于加强勘察设计质量工作的通知》一文中的“
8、积极推行勘察设计的技术咨询工作，按照自愿有偿、内行咨询内行的原则，勘察设计单位可受建设单位委托承担其资质等级允许范周内勘察设计的咨询服务，对受委托项目的勘察纲要、成果报告、工艺流程或设计方案进行评估、论证和优化。对于政府投资的公共工程、市政工程等提倡开展勘察设计方案的技术咨询服务。
鼓励有条件的勘察设计单位组建项目管理咨询公司，为业主的项目实施提供招标代理、施工监理、设备采购等技术管理咨询服务，依靠专家系统的技术、智力和工程经验为项目管理服务，提高项目投资的综合效益。
从事勘察设计咨询服务的勘察设计单位应对其咨询成果的质量负相应责任。
该通知将推动岩土工程咨询的迅速发展，相信随着我国岩土工程体制的深入发展与健全，从业的高水平的岩土工程师新生力量不断增加，岩土工程咨询以及岩土工程监理将会出现一个新的局面。
8计算机技术在岩土工程的广泛应用
如前所述，计算机技术在岩土工程牛有着广泛的应用：
8．1在岩土工程仪器装备自动化、智能化方面的广泛应用:
8．1．1在岩土工程勘探仪器设备自动化、智能化中的应用；
8．1．2在岩土工程原位测试仪器设备自动化、智能化中的广泛应用；
8．1．3在岩土工程室内试验仪器设备自动化、智能化中的广泛应用；
8．1.4在岩土工程监测检测仪器设备自动化、智能化中的应用，8．1.5在岩土工程施工设备自动化、智能化中的应用。
8．2在岩土工程分析评价和资料整理，成果提交以及一些大中城市建立岩土工程数据库等中的广
泛应用。
8．3在岩土工程设计中智能化的应用。
8．4在岩土工程监理与岩土工程咨询中的应用。
参考文献A．E.科兹洛夫斯基，鄢泰宁，汤风林钻探最优化技术在俄罗斯和中国的发展与现状． 西部探矿工程，1999．11(2)70—72．
2林宗元主编．岩土工程勘察设计手册．沈阳；辽宁科学技术出版社，1996，362～381，1218～1292，1372～1376，1424～1456．
3国家科委成果办(97)国科成办字第101号文．
关于召开“SWS”型工程勘察与检测系统应用推广会的通知，1997．9．
4乔桂芳．有关国内外勘察与岩土工程应用新技术．中国勘察与岩土工程，1998．5，43~44． 5林宗元主编．岩土工程试验监测手册．沈阳：辽宁科学技术出版社，1994，217～224． 6 林宗元．中国岩土工程勘探技术发展展望．中国地质学会探矿工程专业委员会．
面向二十一世纪岩土钻掘工程学术研讨会论文集，1999．
Prospects on the Technical Development of the
Geotechnical Engineering of China
Lin Zongyuan
(EngineeringProspecting China，Beijing，100053)
Abstract：It summarizes comprehensively on the present conditions of the geotechnical engineering of China and puts forward the prospects of the development and application of different techno1ogy of geotechnological engineering.Key words：Crushed rock bed optimized technology
第二篇：中国沼气发电技术发展现状与前景展望
摘要：本文通过对中国沼气利用现状和沼气发电工程市场前景的调查与分析，描述了沼气发电技术发展现状及其能源利用市场潜力，对影响沼气发电商品化和市场化的社会经济因素和主要障碍进行了分析评价，并提出了一些对策和措施。
关键词：沼气 工程 发电
1、引言
生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，具有资源丰富、含碳量低的特点，加之在其生长过程中吸收大气中的C02，因而用新技术开发利用生物质能不仅有助于减轻温室效应和生态良性循环，而且可替代部分石油、煤炭等化石燃料，成为解决能源与环境问题的重要途径。
随着对环境的日益重视，人们开始利用各种方式来减少工农业生产对环境的破坏。近十几年来，在各级政府有关部门和企业的帮助协调下，用于处理畜禽粪便及各种生产、生活污水的大中型沼气工程纷纷上马，至1998年底，我国已建成大中型沼气工程742处，年产沼气量为16393.94万立方米；垃圾填埋法产生沼气是处理城市垃圾的主要方式之一，具有简单易行和费用较低的特点，同时还可回收能源，正受到世界各国的普遍欢迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋场，每年可回收沼气51.42亿立方米。
沼气是一种具有较高热值的可燃气体，与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料，传统上大多利用沼气进行取暖、炊事和照明，随着沼气产量的不断增加，如何更高效地利用沼气，成为摆在我们面前的一项课题。
2、沼气发电技术进展状况
沼气燃烧发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能，是有效利用沼气的一种重要方式。目前用于沼气发电的设备主要有内燃机和汽轮机。
国外用于沼气发电的内燃机主要使用Otto发动机和Diesel发动机，其单位重量的功率约为27 kW／T。汽轮机中燃气发动机和蒸汽发动机均有使用，燃气发动机的优点是单位重量的功率大，一般为70～140kW／T；蒸汽发动机一般为10kW／T。国外沼气发电机组主要用于垃圾填埋场的沼气处理工艺中。目前，美国在沼气发电领域有许多成熟的技术和工程，处于世界领先水平。现有61个填埋场使用内燃机发电，加上使用汽轮机发电的装机，总容量已达340兆瓦；欧洲用于沼气发电的内燃机，较大的单机容量在0.4～2兆瓦，填埋沼气的发电效率约为1.68～2kWh／m3。
我国开展沼气发电领域的研究始于八十年代初，1998年全国沼气发电量为1,055，160kWh。在此期间，先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。我国的沼气发动机主要为两类，即双燃料式和全烧式。目前，对“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发工作较多。如：中国农机研究院与四川绵阳新华内燃机厂共同研制开发的S195—1型双燃料发动机：上海新中动力机厂研制的20／27G双燃料机等。成都科技大学等单位还对双燃料机的调速、供气系统以及提高热效率等方面进行过研究。潍坊柴油机厂研制出功率为120 kW的6160A一3型全烧式沼气发动机，贵州柴油机厂和四川农业机械研究所共同开发出60 kW的6135AD(Q)型全烧沼气发动机发电机组；此外，还有重庆、上海、南通等一些机构进行过这方面的研究、研制工作。可以说，目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列上。表1是我国部分12kW以下沼气发电机组的测试性能比较。
3、沼气发电前景广阔
沼气发电工程本身是提供清洁能源，解决环境问题的工程，它的运行不仅解决沼气工程中的一些主要环境问题，而且由于其产生大量电能和热能，又为沼气的综合利用找到了广泛的应用前景：
1)有助于减少温室气体的排放
通过沼气发电工程可以减少CH4的排放，每减少1屯CH4的排放，相当于减少25吨C02的排放，对缓和温室效应有利。
2)有利于变废为宝，提高沼气工程的综合效益
我们以沼电在酒厂中的的综合效益为例：四川荣县进行了120 kW沼气发电的生产和示范。用酒糟废水经厌氧消化产生沼气，发电效率为1.69 kWh／m3，当年成本为0.0465元／kWh。沼电能够基本满足该厂的生产用电：山东昌乐酒厂安装2台120 kW的沼气发电机组，170m3酒糟日产沼气4800m3，发电8640kwh，全年能源节约开支29万元，工程运行一年即收回全部成本。
杭州天子岭填埋场发电工程在运行过程中，在平均电价为0.438元／kWh的条件下，投 资回报率可达14.8%。
3)可减少对周围环境的污染。
由于综合利用手段单一，很多沼气工程产生的沼气大量排入大气中，不仅严重污染周围的环境，也对工作人员的安全和健康产生了极大的威胁，沼气发电则为沼气找到了一条合理利用的途径。
4)小沼电为农村地区能源利用开辟新途径
我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。因地制宜地发展小沼电，犹如建造微型“坑口电站”，可取长补短就地供电。
表1 12kW以下沼气发电机组测试表
研制单位产品型号功率（KW）甲烷含量（%）比气耗(m3／kWh)节油率（%）热效率（%）
四川省农机所0.8GFZ1.357730.868100 23.45
四川省农机所19512.9789.40.37100 30.7
泰安电机厂12GFS3212.8578.450.49281 31.99
泰安电机厂10GFsl311.1886.50.24862 37.89
南充农机所19513.5370.90.32281.38.8
武进柴油机厂195-Z13.5271.20.40100 35.39
上海内燃机所5GFZ5.6272.350.687100 26.78
重庆电机厂1.2kW1.5277.050.76100 294、沼气发电商业化发展的主要障碍
80年代是我国沼气发电研究的起始阶段，也是较为活跃的时期。但近十年的发展比较 缓慢。主要存在以下障碍：
4.1技术障碍
我国沼气发动机的开发研究主要集中在内燃机系列上，一般只是对柴油机和汽油机进行较浅层次的改装，对发动机的热工性能研究不深，由于产品质量不过关，在运行使用中出现诸多问题，给用户带来不便，从而影响其发展进程。导致这种情况的根本原因是没有对沼气发动机进行深入的研究，技术不过关，缺乏足够的生产实践。致使发动机在运行中产生热负荷高、可靠性差、起动困难；另外我国研制的全烧沼气发动机的排气温度过高，气阀易烧坏，使气缸盖等成为易损件等诸多技术问题。
4.2市场障碍
由于我国沼气发动机存在许多问题，先前应用国产发电机组的沼气发电工程有许多长 期处于停机状态。这就使后来发展的绝大多数沼气工程放弃了沼气发电方式，转而寻求其他的利用途径。少数沼气发电工程(如天津、杭州等)依靠贷款引进购买较为成熟的国外发电机组设备来维持运行。我国生产厂家则由于技术不够成熟而造成买方市场的严重匮乏，沼气发动机和发电机组无法形成规模化批量生产，使科研生产单位缺乏相关的研究经费，没有对其作深入研究开发的积极性，不能提供质量过关的产品，进一步阻碍产品的市场化进程，对生产科研单位自身以及沼气发电领域的发展都不利。
此外，沼气发电市场不规范，没有相应的较为完善的行业标准，也不利于其商业化开发和利用。
4.3政策障碍
缺乏相应的激励政策和限制性政策，不能有效地动员和吸收投资，成为影响其技术发展的一个重要原因。
由于目前沼气发电工程在技术和市场化方面面临许多问题，这就需要国家在这个领域给予政策方面的扶持。如果国家给予在税收、贷款方面的优惠政策、投资补贴和产业保护措施，以及电力部门在沼气电力并网方面给予支持和帮助，制定优惠的上网电价，将大大改善沼气发电的经济性和市场前景，对其进入市场具有很积极的作用。
5、促进沼气发电商业化发展的建议
从以上沼气发电商业化所面临的主要障碍来看，如果要克服其障碍，达到促进沼气发电技术商业化发展的目的，还需要采取一些措施和行动。
5.1制定发展规划
对我国沼气利用现状和市场前景进行成分调查，描述沼气发电能源利用市场，确定本项目建设发展领域，并评价发展沼气发电商品化和市场化的社会经济因素，分析沼气发电的技术开发和市场潜力，制定相关工艺开发利用的规划，明确开发的目标。
5.2加强技术保障体系的建设
引进吸收国外先进技术和经验，加强技术支持和保障体系的建设、扶持和培养，制定国家级的沼气发电工程技术规范和标准，逐步建立和完善可持续的、市场化的推广沼气发电综合性服务网络。
5.3引入竞争机制，创新投资体系
针对目前我国沼气发电技术发展资金匮乏的现状，认真总结分析我国外现行的资金筹措和运行管理经验，学习国外技术成熟的商业化运营沼气发电工程先进优惠政策以及市场化融资体系建设模式。转变观念，鼓励和动员更多的公司和企业投入到沼气发电技术的竞争行列。
5.4研究制定国家级的配套政策
进一步加强同环保部门、工业企业、科研院所和金融机构的合作与协调，研究制定激励性政策，地方性和全国性相结合的政策。同时应对沼气发电技术的产业化、商业化研究制定配套政策。
参考文献：
[1]蒋同昌等，《我国沼气发电机的研究和生产概括》，《中国沼气》，1992；10(2)：44—46。
[2]孙俊华．沼气发电机的使用与维修。中国沼气，1990；8(4)：23～24。
[3]中国农业部／美国能源部项目专家组。中国生物质能技术商业化策略设计．北京：中国环境科学出版社，1999。
[4]中国农业部／美国能源部<
第三篇：中国铝电解槽计算机控制技术发展的回顾与展望
中国铝电解槽计算机控制技术发展的回顾与展
望*
杨振海 孙淑萍 邱竹贤
摘 要 全面叙述了我国铝电解槽控制技术的发展过程和现状，指出目前常用控制技术的优缺点及可能的改进，并较详细地介绍了自适应控制和分布式系统的原理及其在铝电解上的应用，指出中国铝电解控制技术将发展成为以氧化铝浓度自适应控制为基础的智能模糊控制系统。关键词 自适应控制，分布式系统，氧化铝浓度。分类号 TF?821 Review and Prospect of Computer Control System for
Aluminum Smelters in China
Yang Zhenhai, Sun Shuping, Qiu Zhuxian(School of Materials and Metallurgy,Northeastern University, Shenyang
110006,China)ABSTRACT The development in past thirty years and current situation of control technology for aluminum smelters in China were systematically presented.The weakness,advantage and possible improvement of each control methods were analysed.The principle of adaptive control and distributed control system applied for aluminum electrolysis were introduced elaborately.Computer control technology for aluminum smelters in China is developing in intelligent fuzzy control system based on the adaptive control of alumina concentration.The quality of alumina and prebaked anode,functions and stability of controller,and stability of cell current are very important for the control effectiveness.More studies on alumina dissolution in molten electrolyte and on conductance of molten electrolyte are needed to develop the control technology for aluminum smelters.KEY WORDS adaptive control, distributed control system, alumina content.(Received September 29,1998)常规铝电解控制技术的发展历程
我国计算机控制技术在电解铝上的应用开始于70年代初，在短短的二三十年内，这方面的控制技术一直在不断更新和提高，现在已在许多方面与国际上的先进水平取得了同步发展。
1972年冶金工业部组织有关单位赴罗马尼亚考察后，组织有关单位迅速开展铝电解生产过程自动控制的研究和实验。
1974年沈阳铝镁设计研究院与抚顺铝厂合作, 研制成“多台槽巡回检测和阳极自动调整装置”［1］，并在抚顺铝厂101车间部分槽上运行。同年两单位又研制成第1台64?kA中间打壳下料的预焙槽模拟式控制装置。
1975年10月，东北工学院研制成1台工业控制用计算机LSK-74系统，在抚顺铝厂对135?kA预焙阳极电解槽进行自动调整极距和预报效应的初步实验，取得了较好的效果。
80年代初贵州铝厂全套引进日本轻金属株式会社160?kA预焙槽控制系统，它是二级集中式控制系统，第一级上位主机采用PDP-11/84小型机，主要完成系列208台电解槽的数据采集、过程解析、操作命令发布以及信息管理等项控制任务；第二级槽控箱只按上位主机发布的操作
［2］命令完成相应的动作时序。主机每隔2?min统一对采集的全系统所有槽的槽电压和系列电流进行解析，将其计算成平滑电阻，并与相应槽设定电阻比较；此外，主机每隔2?min对系列所有槽的加料进行一次解析，通过槽控机驱动槽下料装置下料，完成按等间隔时间定期定量打壳加料(NB)过程。可以看出，该控制技术与现在相比是简单和粗糙的，难以满足铝电解控制的要求，需要进一步的改进和提高。
在此之后，沈阳铝镁设计研究院开发研究了青海铝厂铝电解槽计算机控制系统，基本上是“日轻”技术的翻版和自建，除中央控制机及其附属装置采用引进设备外，槽控机、外部接口箱等均采用国产设备。该系统于1987年投产时开始在线控制运行，基本安全可靠，各主要控制和管理性能达到了设计要求，这表明我国已有了独立开发和制造铝电解控制系统的能力。
最初的贵铝一期、青铝一期、包铝二期都采用这种电解铝计算机控制系统(已改造)，二级集中式控制，在主机和槽控机之间采用并行总线相连。这虽使铝电解生产指标有了一定提高，但系统造价高、可靠性差、缺少灵活性、难以满足复杂实时控制的要求，需要有更先进的技术来取代。分布式控制系统的开发应用
随着现代电解铝工艺和计算机控制技术的高速发展，国外已由多极分布式控制系统代替了70年代采用的一级或二级为主的集中控制及区域控制结构。适应这一发展，沈阳铝镁设计研究院研究开发了基于BITBUS总线技术的铝电解槽分布式控制系统［3］，在1990年和1991年与抚顺铝厂、青海铝厂进行了合作研究和现场运行，并在青铝二期工程中推广使用。该系统的设计为大型预焙槽计算机控制创出了一条新路。控制系统框图如下。
图1 BITBUS分布式控制系统框图 自适应控制的研究开发及原理
1991年，贵州铝厂和贵阳铝镁设计研究院联合完成了大型预焙槽滞环自适应控制系统的开发，在贵铝二期5台槽上进行了试验，并开发出新型风动点式下料装置。
高效能电解槽的特点是能长期处于十分稳定的状态下生产，具体讲这种电解槽的能量收支和物料收支是平衡的，槽况是可以自我调节的，依靠的手段是计算机控制，这种电解槽的电解温度、氧化铝浓度、电解质结壳形状等技术条件基本是一个常数。所谓自适应控制，就是使电解槽在能量和物料平衡的状态下工作，槽子处于基本稳定状态。滞环非线性自适应律如图2。
图2 滞环非线性自适应律
在这个滞环里分3个区域：1区为欠量加料区，范围是ABGHOA；2区是正常加料区，范围是BCFGHAN；3区是过量加料区，范围是CDEFGBC。欠量区和过量区包含了正常区。根据槽电阻斜率的变化，进行欠量、正常和过量3个状态的切换控制，使系统渐近稳定于滞环区域内工作。
自适应控制的基本思想是根据Al2O3浓度与槽电阻对应关系，利用槽电阻“辨识”Al2O3浓度，然后控制Al2O3加料速率。贵州铝厂在二电解＃150槽上进行了多次特定条件下的槽电阻与Al2O3浓度测定，将采集系统得到的并经过平滑处理的槽电阻与化验分析得出的Al2O3浓度作成曲线如图3所示。
图3 槽电阻与Al2O3浓度关系曲线
同期，抚顺铝厂和沈阳铝镁设计研究院也进行了这方面的研究，并得出相似的Al2O3浓度与槽电阻关系曲线。通过槽电阻变化间接“测量”Al2O3浓度，并据此改变加料速度(即正常加料、欠量加料、过量加料3个周期)达到Al2O3浓度控制的目的。智能模糊控制和专家系统的发展
自1992年起，沈阳铝镁设计研究院和抚顺铝厂共同承担了有色总公司“八五”攻关项目“智能型铝电解槽工业试验”，于1994年通过了技术鉴定，在抚铝135?kA铝电解槽上推广应用。该试验采用了以PCBUS(管理级)＋BITBUS(通讯网络)＋STDBUS(控制级)构成的分布式计算机控制系统，并运用先进的Bitbus工业控制网络、高速V/F转换系统、信号的无融点检测电路等新技术开发了槽控机，具有较完善的阳极升降保护、过欠压保护及硬件自诊断系统，并开发了与工艺技术相适应的数学模型和应用软件，使智能化技术在我国铝电解生产上首次得到了应用。
1995～1997年间，青海铝厂与中南工业大学共同承担了“智能模糊控制技术在160?kA预焙铝电解槽上的开发应用”，并于1997年8月通过总公司鉴定。该系统采用“模糊控制槽控机(DCC级)—工控微机(SCC级)”的二级分布式控制方式。控制软件主要由DCC级的“实时控制(专家模糊控制器)”，SCC级的“电解质温度与槽膛内形在线仿真”，“槽况诊断”，以及“组织与监视”等4个子系统构成。系统综合应用了智能控制的三大块，即模糊控制、神经网络和专家系统，并进行了工艺技术条件优化和相关设备改造。新系统投入运行后，在技术指标和经济效益两个方面均取得较好的效果。
同期，贵州铝厂、贵阳铝镁设计研究院与北方工业大学合作开展了智能模糊控制技术在180?kA预焙铝电解槽上的开发应用，其内容与上文所述青海铝厂的技术基本相似，这里就不再重复。总结
以上是我国铝电解工艺自动控制发展的基本动态，可以归纳为以下几个阶段：
(1)应用计算机进行简单的动作控制，不对电解槽状态进行分析、检查、判断和处理，过程控制大多采用简单的定值控制；
(2)自适应控制阶段，即根据电解槽所处的状态，分析、判断槽子需要氧化铝或调整的状况，作出相应的处理。这种控制为闭环最优控制系统;
(3)开发专家系统并实施阶段，这个阶段现在正着手进行，主要任务是形成控制铝电解生产的专家系统。专家系统对电解槽的控制是根据电解槽的状态数据进行分析，判断槽子状态的优劣，并对槽子作出相应处理。现阶段技术存在的问题及改进
总体来说，我国铝电解控制技术在很多方面都已接近了国际水平，在控制算法、槽况诊断、动态仿真等方面有其独到之处。但铝电解厂的生产指标与国际先进水平相比仍有一定差距，这是有多方面原因的。
从生产原料来看，首先是氧化铝来源不稳定，经常是同时使用国内几家工厂的氧化铝，或既用国内的，也使用国外的，而对物料特性要求不严格，从而给自适应控制带来一定困难；其次，阳极炭块的质量需要得到保证，这是许多工厂面临的问题。
从硬件设备来看，槽控机的功能和稳定性还需提高，下料装置、升降装置等机械电气设备的性能还需加强，并要有及时可靠的维修保证。电流的稳定既需要良好的整流装置，也需要电厂等其它单位的配合。
此外，还需要能力好素质高的现场操作人员及严格的管理制度。
相信在不久的将来，中国的铝电解控制技术会得到更好的发展，达到或领先于世界先进水平，生产技术指标也能达到世界先进铝厂的水平*杨振海，男，25，博士研究生； 邱竹贤，男，78，教授，博士生导师，中国工程院院士.国家自然科学基金项目（编号：59574018）.作者单位： 东北大学材料与冶金学院，沈阳 110006 参考文献
［1］ 抚顺铝厂，沈阳铝镁设计研究院。多台铝电解槽巡回检测和自动调节装置。轻金属，1978(1):23 ［2］ 周铁托，殷恩生，刘永刚，等。铝电解槽计算机控制技术综合评述。轻金属，1998(4):35 ［3］ 姚恩秀, 张毓海, 刘红兵。用为总线技术构成的分布式电解槽计算机控制系统。轻金属，1992(8): 8
第四篇：船舶行业技术发展报告-中国造船工程学会
船舶辅机前沿技术研究
富贵根，俞志刚，王伟勇，郁敏奇，牛远振，易小冬，中船重工第704研究所
摘要：船舶辅机是重要的船舶配套设备，品种多，数量大，涉及技术专业面广，技术发展水平差异大。辅机与世界先进水平相比，主要落后在研发创新能力不够，生产能力不足和没有形成品牌。本文针对辅机专业中基础相对较好、市场需求前景大、国外重点发展的项目，列出研发内容和关键技术，有利于攻克核心技术，打造具有国际先进水平的自主品牌产品。
关键词： 船舶辅机，甲板机械，舱室机械，特种机械
0前言
船舶工业是为国防建设、航运和海洋开发提供主要装备的产业，是保障国家安全和维护海洋权益的重要基础工业。加快发展船舶工业，对于加强国防现代化建设、振兴装备制造业、促进相关产业发展、扩大机电产品出口、解决劳动力就业等具有重要的战略意义。进入新世纪以来，尤其2003年以来，在国际船舶市场呈现高成长发展时期，我国船舶工业抓住了这个难得的历史机遇，在船舶工业的产业规模、自主创新能力、经济运行水平方面都取得了辉煌的成就，造船产量从2003年的641万载重吨发展到2006年的1452万载重吨，2007年为1893万载重吨，约占世界份额的23%；新承接合同订单9845万载重吨，约占世界份额的42%。而手持合同订单为15899万载重吨，约占世界份额的33%。至2008年7月手持订单更高达20890万载重吨，约占世界份额36.2%。
从手持合同数和造船产能估算，2009年到2010年预计产量可达4100万吨以上，（年均增速将为30%以上），同期日本产量由2000万吨到3500万吨（增速约8.5%），韩国产量由2350万吨到5200万吨（增速约12%）。2009年后我国有可能在造船产量上超过日本跃居世界第二(占世界的30%左右）。在新船型方面和海洋工程方面我国自主开发了包括32万吨VLCC、30万吨FPSO、10000TEU超大型集装箱船等，创新能力有了明显提高，船舶工业经济运行指标良好，劳动生产率与日、韩的差距从10倍以上降为4倍。
但我们的造船行业和日、韩、欧洲相比，差距还是巨大的，我国造船技术创新力量不够，基础研究投入少，我们自行设计的同类船舶自重要比国外先进设计自重大10%，钢材利用率低于3-5个百分点，能耗比日、韩高一倍。高技术、高附加值船舶设计能力不足，研究工作刚起步，还难于参与市场竞争。船舶配套发展严重落后于造船业发展，已成为制约造船业发展的瓶颈，由本国生产的船用配套设备装船率，日本已达95%以上，韩国已达85%左右，我国的本土化船用配套设备装船率平均为46%，其中三大主流船型为49.54%，高新技术船型则低于30%。船舶配套设备占船价的40-50%，因此船舶配套设备的低国产化率完全制约造船工业的发展。
《船舶配套业发展“十一五”规划纲要》明确了我国要实现优势配套产品生产能力的大幅提升，基本掌握重点产品关键制造技术，自主研发取得一定突破的要求，要求本土化生产船用设备配套率达60%，实现船用设备销售500亿元。2007年船用配套产值为228亿元，到2010年我国造船将有可能是2006年造船量1452万载重吨的2.8倍，约为4100万载重吨，配套率又有1.3倍以上的提高，因此配套量还有3.6倍以上的需求空间，本土化配套工业近几年应以40%以上的增长率发展，发展空间大，中高端产品暂没有产能过剩的问题，船用设备销售额在2010年可达900亿元，规划纲要要求柴油机、甲板机械、舱室机械等基本满足国内需求，成为世界柴油机和甲板机械的生产国，要求这些优势产品与国际先进水平同步发展，并逐步形成自主设计开发能力。
船舶辅机是重要的船舶配套设备，通常是指船舶主机和船舶导航及自动化设备以外的船舶配套设备，包括甲板机械类，如舵机、锚绞机、吊机、救生设备、舱口盖、电梯等； 舱室机械类，如水泵、空压机、油污水处理装置、焚烧炉、空调、冷藏、海水淡化装置、辅锅炉、风机、阀门、净油装置等；特种机械，如减摇装置、轴系及推进装置、升降装置等。船舶辅机在船上品种多、数量大，产值约占整个船舶配套设备的40%-45%，涉及技术专业面广，技术发展水平差异大。
相对于主机和导航及自动化设备，由于我国船舶辅机采用标准与国际接轨，研发力量、生产能力相对较强，国际船舶辅机相对发展平缓，我国也及时引进了不少先进专利、技术，因此在船舶配套设备中船舶辅机与国际先进水平差距较小，大部分差距不大于10年，少部分产品差距更小或零距离。船舶辅机与世界先进水平相比，主要落后在两个方面，一方面辅机研发创新能力不够，尤其是民用辅机的研发能力没有形成，军用技术没有向民用产品转移，另一方面生产能力仍严重不足，产品没形成品牌，国外维修手段与力量不够，制约着国产品牌产品进入国际市场。
本技术研究针对辅机专业中基础相对较好，市场需求前景大，国外重点发展的产品项目，进一步攻克核心技术，打造性能和质量达到国际先进水平并有较强国际竞争力的自主品牌产品。本技术研究在甲板机械、舱室机械和特种机械三类中分别重点研究二个典型项目，具体如下：
甲板机械：①海洋工程用甲板机械技术
②船用电梯技术 舱室机械：③海水淡化装置技术
④压载舱水处理技术 特种机械：⑤减摇装置技术
⑥特种推进器技术
1海洋工程用甲板机械技术
1.1技术领域概况
甲板机械是安装在船舶或海上建筑物甲板上的机械的统称，是船舶专用的机械设备，一般包括锚泊机械设备、操舵机械设备、起重机械设备、各类绞车绞盘、舱盖启闭装置及为特殊用途服务的机械设备。其主要用途是保证船舶的航行、系泊和营运。现代甲板机械已逐步向电动－液压驱动式、封闭式、自动化、遥控化方向发展，融合了当代多项高新技术。
国际船舶和海洋工程用甲板机械技术发展总的趋势是：高效率、自动化、集成化、模块化、数字化和智能化、远程控制，大容量、小体积、长寿命、无污染、安全可靠的新产品不断问世。其主要发展概况可归纳如下：
a 先进的设计技术、设计手段以及试验技术得到了广泛的应用，显著缩短了产品的设计周期，提高了设计质量和产品性能，大大增强了市场的竞争力。例如重型船用起重机，由于采用了有限元分析方法进行强度计算后，材料的强度得到充分发挥，产品的尺寸和重量更趋合理。
b随着船舶向大型化方向发展，对船舶甲板机械也提出了相应的大型化要求，如船用起重机一般起重能力为1.5-70吨，变幅距离在30米以内，但目前已出现了起重能力达320吨，变幅距离为35米的重型船用起重机。
c微电子数字技术大量应用，船舶甲板机械的自动化、智能化和集中控制遥控化不断加强，机电液一体化集成度进一步提高，产品朝着高效率、结构紧凑、操作方便、维护方便的方向发展，越来越满足用户的使用要求和符合不断完善的规范、标准。例如在锚绞机中已越来越多地应用了系泊时的恒张力技术，抛锚时的速度控制和自动制动技术，收锚进锚孔时自动减速和自动仃车技术等等。
d 大量采用先进的生产技术和生产手段，使产品设计的先进性得以最终体现。CAD/CAM技术广泛采用，对形状复杂、加工精度高的产品，配备先进的加工手段和产品质量测试技术及其设备，如NC加工机床，大容量熔炼电炉，多功能、大功率的整机试验台架等等。在甲板机械中可重点发展海洋工程急需的各种特殊专用机械，因为海洋工程是一项并不亚于造船产业的大工程，如具有波浪补偿功能的收放系统、重型定位锚泊机械、海底潜水打 捞专用机械、深海矿产资源开产机械、电视抓斗、水下机械人等。本研究报告重点对海洋工程急需国产化的且有一定技术基础的“具有主动波浪补偿功能的收放系统”和“重型定位锚泊机械”项目重点研究。
1.2研究内容、目标及关键技术
a具有主动波浪补偿功能的收放系统研究内容、目标及关键技术
随着我国经济、技术的不断进步，向蓝水进军，在深海作业已提上议事日程。为能顺利完成在海上的作业任务，保障人身和物资的安全，波浪补偿技术在补给、科研考察、军事、海洋平台等领域中有了极其广泛的运用。但令人遗憾的是该项技术多年来一直为国外少数几家公司所垄断，国内在其高端产品研制上尚属空白。目标是研制能在6级海况下安全可靠工作的主动波浪补偿收放系统。关键技术：（1）MRU（Motion Reference Unit）研究；（2）波浪检测及安装平台运动相应预报研究；（3）电液控制系统研究；（4）主动波浪补偿收放系统动态相应控制研究。（5）大型张紧器设计制造关键技术研究。
b重型定位锚泊机械研究内容、目标及关键技术
目前，石油平台上的重型定位锚泊绞车由于国内生产单位没有能力配套而均需进口，我们的研究内容是突破重型定位锚泊机械的关键技术，目标是突破负载大于300t的重型定位锚泊机械，实现该产品的国产化。关键技术：（1）重型锚泊机械大型结构件设计及加工工艺研究；（2）低温材料加工工艺研究；（3）大功率电液控制系统设计研究；（4）重型锚泊机械负载特性研究；（5）重型锚泊机械专用拖曳连接件设计研究。（6）超长钢丝绳多层缠绕技术研究（7）锚绞车成组技术协同作业误差检测与控制。
2船用电梯技术
2.1技术领域概况
随着工作条件和生活条件的改善，船舶及海上建筑物也开始安装电梯（含乘客电梯和载货电梯）。我国自1980年代开始，在船上使用载货电梯，国产乘客电梯在船上和海上建筑物上的使用至今不足5年。
船用电梯除了拥有一般陆用电梯的全部性能要求外，还应满足船用条件的要求，最主要是抗摇摆、抗冲击、耐腐蚀、高安全性等。船用电梯是根据陆用电梯并结合船用条件发展而来，国外豪华客船在20世纪初已出现乘客电梯，但我国直至80年代才开始在船上安装100kg-500kg载货电梯及厨房用电梯。我国船用载货电梯标准于1989年正式颁布，船用乘客电梯标准于1993年正式颁布。
我国初期船用载货电梯基本上采用双速电机驱动，轿门为手动门，控制为轿外控制，因为不容许载人，因此轿内没有控制器，速度一般为0.63m/s。21世纪初，我国开发出船用乘客电梯，规格为500kg-1500kg，采用有机房或无机房驱动，电机采用变频控制，电梯加速度减小，平层精度提高，提高了人员的舒适度，速度一般为1m/s。轿厢大都采用不锈钢包覆，有防摇扶手、安全逃生口、合适的照明通风、应急按钮和电话，包括安全钳等断绳安全保护和过载、超速、超摇保护等。轿内控制器以及自动控制门、电气控制部分基本能满足船用条件。由于曳引机、变频器、电器元件都采用进口品牌，其它部套大都采购国内名厂品牌，船用电梯标准又与美国、俄罗斯以及ISO标准相接轨，目前船用电梯性能与德国、日本、韩国等先进电梯水平接近。
船用电梯是军民通用产品，只是技术要求有高低，我国多年来已装船（舰）产品上百台套，规格品种达几十种。由于起步阶段产品完全按用户需求而研制，结构特异品种较多。随着市场的不断扩大，标准化、系列化的电梯产品应提到日程上。
德国的船用电梯总体水平较高，日本、韩国产品数量较大。目前我们的产品在主要部套件如曳引机主要引进德国产品。我们要支持对曳引机的消化吸收再创新，争取国产化的 曳引机能在性能水平上达到国际先进水平，要在规格品种上逐步实现系列化。一定要加大力度在吸收国外先进技术的基础上，发展自己的技术、自己的产品。要强化专业化生产及配套件的试验、检验，使电梯成为标准化产品，供船东选用。2.2研究内容、目标及关键技术
船用电梯的研究内容、目标：研制变频高速船用乘客电梯，达到国际船用电梯先进水平。船用电梯的关键技术：
a船用电梯自动开门、关门技术；b船用电梯控制技术；c低噪声、低振动无机房曳引机技术；d变频技术及其抗干扰技术。
3海水淡化装置技术
3.1本技术领域概况
海水淡化是将海水溶液中的溶解盐分（溶质）与纯水（溶剂）分离的过程。
早期的海船（商船和舰艇）缺乏可靠而成熟的海水淡化技术，都未配置从海水中制取淡水的海水淡化装置，只能借助贮水柜或水舱装载岸水，解决早期筒形火管锅炉补给水和船员生活用水。第二次世界大战后期，美、英、苏、德和日本都开始重视盐（海）水淡化技术的研究工作，舰船实现淡水自给。现代海水淡化技术从二十世纪五十年代开始发展至今，形成了蒸馏法、膜法两大实用海水淡化技术。
蒸馏法是利用水的液-汽相变规律，通过水分子吸热汽化，汽水分离和二次蒸汽放热冷凝，从海水中分离出淡水。蒸馏法的最常用形式是多级闪发蒸馏（MSF）和沸腾蒸发。蒸馏装置脱盐的能量消耗几乎不受原料海水含盐度和脱盐深度的影响，含盐量35000ppm的海水一次蒸馏可以淡化成含盐量仅5ppm的淡水，特别适用于锅炉用水。蒸馏法虽然耗能大一点，但耗能大都是余热、废热等低品位能量。膜法目前的主要形式是反渗透法：
反渗透淡化是一种仿生（细胞膜）的膜分离技术，水分子借压力与自然渗透反道而行。反渗透淡化原理是将海水加压到超过自然渗透压即5.5-6.2MPa，使海水中的水分子（溶剂）透过半透膜分离溶解矿物质而取得淡水。膜法能量消耗主要是电能，且淡水水质与原料海水关联很大，用于饮用水和生活用水没问题，但需杀菌消毒，含盐量800ppm以下。
为提高技术水平往往采用引进技术，但引进的实际是一个结果，如何形成这个结果人家是不会给你的，这就是核心技术。所以你最多只能掌握一种产品。当然利用我们的基础，通过吸收，也可能会有一些成果，但往往较好的结果是国产化率高一点而已。要形成自己的设计能力，会是一个很久的过程。而要形成在国际上具有竞争力的研发能力，更需要作长期的努力。因此，在工程化应用领域，我们不仅仅要掌握技术，而且要通过必要的手段，高效而又准确地把技术转化为产品，这样才能扩大产业，真正提高企业的竞争力，扎实地把企业做强做大。
在国内，船用海水淡化技术已有相当的基础，国外有的产品，我们也有，只是规格少点，但能够开发。如何利用这些基础，提高我们的研发手段和水平是我们的目标。因为，研发水平体现了更高层次的生产力，也是我们过去常常忽视的，而它的进步对行业的发展有着真正决定性的作用。通过对欧洲的许多企业的考察和技术交流，发现那些制造大型设备的厂商已全部具有三维建模平台、数值仿真平台、优化设计平台、专家诊断系统和故障分析系统等，如德国的生产船用造水机的Serckcomo公司，利用其先进的研发平台，无需进行设备性能试验，造水量几百吨、上千吨的大型设备就能让用户信服地直接装船；其它生产热交换设备的生产商如Alfa-laval、APV 等公司均早已具备了这种能力。
随着科技的发展，目前我们采用传统的质能平衡算法研发过程和手段显然已是相当的落后，这种方法忽略流体在设备内的过程变化把积分计算简化为算术计算，研发中只考虑初值和终值，忽略了过程变化，是种经验设计，俗称“黑盒子”设计。
由于pro/e等三维建模软件和fluent数值分析软件的普及和我们从事该领域长期的经 验积累已使得改变这种研发手段成为可能。建设新的海水淡化技术研发平台，将会使得我们能够：
a实现产品的快速设计；b实现产品的最优化；c对产品的功能进行较正确的前期评估和预测；d对产品运行过程和故障产生进行仿真重现。3.2研究内容、目标及关键技术 研究内容、目标为：
a建立专用知识库、数据库和资源库；b建立设计系统、建模系统、仿真系统、过程测试系统、专家诊断系统、故障分析系统等功能系统；c建立产品数据管理系统，达到优化集成快速设计。关键技术为：
a在pro/e和fluent软件平台基础上的嵌入式二次软件的开发；b对换热元件的温度场、压力场、流场和速度场的研究。
4压载舱水处理技术
4.1本技术领域概况
船舶领域污水处理装置主要有三个研究方向：一是序批示膜法污水处理技术，二是舱底乳化油污水处理技术，三是压舱水污水处理技术。其中序批示膜法污水处理技术和舱底乳化油污水处理技术，国内七○四所已经突破了关键技术并完成了项目研制，其技术指标分别达到了国际海事组织（IMO）159（55）和107（49）要求，处于国内领先、国际先进水平。而压舱水处理技术国内起步较晚，目前仅有国外少数国家研制了相关产品，因此开展压舱水处理技术的研制，对于提高船用设备本土化装船率具有重要意义。
大部分的海洋船舶都有压载水系统。为保证船舶有一定的稳定性，在空载时需在卸货港将海水泵入压载舱，到装货港再将压载水排出。由于压载水中含有来自卸货港海域的各类海生物和细菌，从而造成压载水的污染问题。一艘20万吨散货船的压载水可达6万吨。一艘超级油轮（VLCC）压载水可达10万吨；全球船舶每年运载压载水量达100亿吨；每天有超过700种海洋生物被全球各类船舶通过压载水携带；有害海生物入侵是海洋面临的四大威胁之一。
国外压载水处理应用技术的研究始于1988年。根据在国际压载水管理技术研讨会上的资料统计，目前国外有17家左右的研究机构或者企业完成了原型机的设计制作，其中7家进行了实船测试，3家公司开始公开向船东推荐自己的应用技术产品。最近检索到德国RWO公司和HamannAG公司已经开发出压载水处理技术并形成产品。由于我国一直缺少对压载水处理的重视，在压载水处理技术上研发工作起步比较晚，关键技术分散，缺少有针对性的应用技术研究。国内少数研究机构目前也出现了零星研究报道，但是距离可产业化的成套技术相差很远。
虽然压载水处理技术发展起步晚，但压载水如不处理或处理不当带来的危害是相当大的。从IMO对污水处理的要求来看，当前大部分船只的处理设备缺少或达不到技术要求。新要求2009年起要严格执行，之前的设备要改装或加装，需求是绝对的。根据新加坡南洋理工大学环境科学工程研究院的统计，条约生效带来的在航船舶压载水处理设备市场需求大约在13亿美元，新建船舶的配套市场需求为每年1亿美元。4.2研究内容、目标及关键技术
压载水的处理包括两部分的内容，海水预处理和灭活。海船压载水的数量巨大，压载水处理设备的使用条件和处理要求也非常特殊，从使用条件和成本考虑，现有的水处理技术无法直接满足海上人命安全公约规定的水处理要求，需要对现有各种技术进行整合、再开发和适应性优化。国际海事组织（IMO）要求的实施，在工作过程中不使用任何化学剂的压载水处理装置可以缓解我国环境保护问题，同时，也迫切需要针对我国海域水质开发压载水控制与管理的技术设备。压载水处理关键技术为高效自动过滤技术，其研究内容为：
⑴确定高效自动过滤器的结构形式；⑵确定高效自动过滤器的设计计算参数；⑶进行配套泵阀的设计造型；⑷确定机组的自动控制系统原理图。光催化氧化杀菌技术研究内容为：
⑴确定光催化杀菌器的结构形式；⑵确定光催化杀菌器的设计计算参数；⑶确定机组的自动控制系统原理图。
5减摇装置技术
5.1本技术领域概况
船舶减摇专业的任务是为提高船舶的耐波性而研究和开发合理适用的装置，学科涉及流体力学、自动控制理论、流体传动与控制、机械设计与制造、电子与电气、测量与分析、计算机应用等，专业产品包括减摇鳍、减摇水舱、小水线面船和水翼船船态稳定系统、襟翼舵、减摇陀螺、减摇重块等。船舶减摇作为一门学科已经有一百多年的历史，其间先后出现了三百五十多种减摇装置，实际被采用的大约有20余种，实际被推广应用的只有舭龙骨、减摇鳍、被动式减摇水舱和可控式被动减摇水舱、船态稳定系统等少数几种。
国外对船舶减摇装置的研究开发与应用起步较早，相关厂商已经拥有成熟技术和品牌。另一方面，虽然减摇技术早已成熟，但各厂商对产品部件的创新和改进却一直不断。例如，基于对水动力和控制技术的研究与应用，已经出现了多种新的减摇鳍翼型，还有很多关于多副减摇鳍联合控制、减摇鳍与减摇水舱、舵与减摇鳍、舵与减摇水舱、舵与可动重块的组合控制试验和实船使用记录，数字控制和模糊控制也已经在减摇控制系统中得到应用。
我国从事减摇装置技术研究与开发的单位主要是七○四所和哈尔滨工程大学。目前就减摇鳍产品而言在设计技术、制造质量以及产品可靠性等方面都已接近国际水平。但是，从减摇专业的总体水平来看，我国与国外同行之间尚有较大差距，主要表现在：a.基础研究和技术积累不足，技术创新少；b.品牌知名度不高，进入国际市场难度较大；c.对组合创新性研究开发工作经验不多，复合型人才缺乏。d.主导产品只有减摇鳍，尚不能适应顾客的需求变化；然而国内减摇装置中大部分品种还处于零业绩，即使减摇鳍，在国内建造的船艇上，市场占有率不足50%，主要原因是我们的产品型号系列不全面，不足以满足市场的需求，产品的设计制造还是以单件为主，未能形成产品，竞争处于劣势。种种信息显示，产业化发展势在必行。5.2研究内容、目标及关键技术
为使减摇产品规格齐全，品质符合国际规范要求，在国际市场上有一定业绩和品牌知名度，确定以下研究内容与目标： a大型、超大型减摇鳍装置的开发
研究目标：①完善产品系列，满足大型船舶的使用要求；②提升设计制造能力和市场竞争优势。
研究内容：①建立系统模型，分析提出装置对各部件性能的合理要求；②建立受力构件的力学模型，分析设计合理的构件结构形式、选择合理的材料和制造工艺；③大功率驱动问题，包括泵站的能力、伺服系统的动态品质以及摩擦付的寿命等问题。b新型鳍翼的研究开发
研究目标：①提高鳍的升力系数、减小鳍的阻力/升力比，从而提高减摇鳍装置在同等体积下的减摇能力容量；②简化鳍及其关联机构的制造工艺，降低产品的制造成本；③积累对减摇鳍装置的基础性研究数据，提升产品的综合竞争优势。
研究内容：①新型鳍翼建模技术研究；②新型鳍翼的流体动力性能试验比较；③新型鳍翼与执行机构的适配技术研究；④新型鳍翼与鳍箱的适配技术研究。c可控被动式减摇水舱的研究开发
研究目标：①开发出具有自主知识产权的适用产品，在技术指标和操作性能方面达到国际 先进水平，填补国内空白；②为集装箱船、科学测量船等在低航速包括零航速下有减摇要求的各种船舶提供适用产品，满足国内顾客的迫切需求；③尽快培育我所本专业新的经济增长点。
研究内容：①延长和缩短舱内水振荡周期的方法；②对阀口面积实行比例控制的方法与装置；③降低水舱噪声的方法与装置；④产品人机界面的设计；⑤批量制造工艺的研究，包括标准化、通用化和系列化。d船态稳定系统的研究开发 研究目标：①涵盖的专业学科及技术要求较为复杂，能够提升我国本专业的综合技术实力；②满足市场需求，提高七○四所本专业在国内外市场的综合竞争实力。
研究内容：①船舶的多自由度运动特征及其对运动控制装置的原理要求；②船舶运动的测量与预报技术；③多鳍耦合控制技术；④人机界面设计。减摇装置关键技术为：
a应用计算机仿真技术，建立大型、超大型减摇鳍受力构件的数学模型； b超大功率减摇鳍电液伺服驱动机构的研发； c特种新材料的应用，新制造工艺的应用； d先进的人机界面设计；
e鳍翼的建模技术及流体动力性能研究； f延长和缩短水舱内水振荡周期的方法；
g水舱阀口面积实行比例控制的方法和装置； h船舶多自由度联合控制技术原理研究； i船舶运动的测量与预报技术； j多鳍耦合控制技术。
6特种推进器技术
6.1本技术领域概况
船用特种推进器是船用主要设备，是船舶动力系统的主要组成部分，常用的特种推进器，包括调距桨、侧推、舵桨等，随着航运行业的发展及需要，越来越多地应用于各种船舶上，且技术含量不断提高，具体体现在，自动化程度、效率、可靠性不断提高，而随着船舶的大型化，推进器的功率也越来越趋于大型化。a调距桨
通过调距机构改变桨叶螺距，在主机和轴系转向不变的情况下可以改变螺旋桨推力的方向和大小，进而实现船舶的正航、倒航甚至是停车，大大提高了船舶的机动性和操纵自动化，同时减免主机的频繁调速和换向，延长了主机的寿命。b侧推
通常装在船艏和船尾，提供横向推力以实现船舶的转向和横向移动，在船舶进出港船速慢舵效低时可保证船舶依然有良好的操纵性，在需要动力定位要求的船舶上，也可使用侧推器作为推力器以提供推力保证船舶的定位。c舵桨
通常在机动性要求较高的船舶如拖轮、工作船、渡船上，可360度回转以提供全方位的推力，同时起着桨和舵的作用，随着拖轮和工作船的大型化，舵桨的功率也趋于大型化。国内从事特种推进器的研制始于上世纪60年代，从引进技术加以消化改进到自行研制，主要技术归口单位是七○四所，生产则由苏州船机、武汉船机厂负责，几十年来，在技术研制和经验的积累方面已经取得了长足的进步，目前已经有数百套各种推进器装船使用，用户主要是中国海军和部分民船，功率从几百马力至几万马力。
国内推进器的技术距离国际先进水平还存在一些差距。推进器结构复杂，技术覆盖面广，牵涉到机械、流体、液压、电控等专业，是各系统的有机组合，由于基础研究薄弱，国产设备无论在系统的结构优化、自动化、可靠性、效率及整个系统的整合方面，都需进一步提高，其次，随着船舶的大型化，要求推进器的功率也需相应增大，但是由于大功率推进器的技术要求高，研制难度大，国内技术水平有限，暂时还不能生产大功率推进器，需提高研制能力，以生产适应市场需要的大功率推进器。
推进器行业技术含量高，研制难度大，加上国内在这方面起步晚，基础薄弱，与国际先进水平相比，存在着较大的差距，除了基础理论、设计水平之外，在研究资源上也有不小差距。其中研发人员短缺和研发设备欠缺是最重要的两点。
相比其它船舶上的主要设备目前已经形成了规模化、产业化，船用推进器的产业化在国内仍然进展缓慢，国内尚无规模化的推进器厂家。反过来，市场存在巨大需求，国际品牌推进器厂商在国内几成垄断局面（数家国际知名厂商每年在国内的销售额都在数百套以上，如卡米娃就在无锡独资成立侧推专业生产厂家，年产六百台套），因此必须响应时势，加强研究，提高企业竞争力，千方百计推进船舶推进器的规模化和产业化。针对市场需要，研制大功率的推进器及新型推进器，提高原有型号的可靠性及其它性能，不仅填补国内空白，提高国产设备竞争力，缩小与国际先进水平的差距，对于振兴国产推进器的产业，有着巨大的作用。
6.2研究内容、目标及关键技术
特种推进主要包括调距桨装置、侧推器和舵桨装置三部分，其实质研制内容有不少相似之处，主要是：a桨毂桨叶的水动力研究和结构研究b液压、电气控制研究c试验技术的研究d工艺方法研究。
通过以上这些研究，使我国特种推进器产品水平更上一个台阶，并形成自己的品牌和市场。特种推进器关键技术为：a数字化智能型调距桨电控的仿真技术；b高线速度、小泄漏量配油器的设计、加工技术；c舵桨高精度万向轴技术研究。
参考文献
船舶辅机技术的发展与创新
《机电设备》2006年11月
第五篇：促进发展-王吉元-浅谈岩土工程勘察工作存在问题与解决措施
浅谈岩土工程勘察工作存在问题与解决措施
王吉元
山西晋城市规划设计研究院山西 晋城市 048000
摘 要:岩土工程勘察是建筑工程设计过程中的一个很重要的阶段，文章简要讨论了岩土工程勘察工作各个环节中应重点注意的问题, 讨论了在岩土工程勘察工作中常出现的若干问题，并提出建议，供相关部门和有关人员参考。
关键词:岩土;工程勘察;存在问题；解决措施
勘察、设计和施工是我国基本建设工程的三个主要程序。勘察工作必须走在设计和施工之前,为设计和施工服务。勘察工作不仅要反映和提供场地的地质资料和地基土的工程性质,而且要参与岩土工程问题的具体评价和整治方案,确保工程质量,提供经济效益和社会效益。1 岩土工程勘察的基本任务
通过工程地质调查与测绘、勘探与岩土取样、原位测试、室内试验和岩土工程监测等工作,岩土工程勘察要完成的任务有:场地的稳定性评价;提供场地地层和地下水分布的几何参数和岩土体工程性状参数;对建筑地基作出岩土工程评价,对基础方案、岩土加固与改良方案或其他人工地基设计方案进行论证和提出建议,根据设计意图监督地基施工质量;预测由于场地及邻近地区自然环境的变化对建筑场地造成的影响,以及工程本身对场地环境可能产生的变化及其对工程的影响;为现有工程安全性的评定、拟建工程对现有工程的影响和事故工程的调查分析提供依据;指导岩土工程在运营和使用期间的长期观测,如建筑物的沉降和变形观测等工作。各过程中应注意的问题
岩土工程勘察要求分阶段或一次性地进行,每阶段的勘察程序,均可分为承接勘察任务,现场踏勘及筹备勘察工作,编写勘察纲要,进行现场勘察,室内土工(水)试验,整理勘察资料和编写勘察报告。
2.1 现场踏勘及筹备勘察工作
勘察单位接受任务后,应到现场踏勘,了解地形地貌、岩土成因,并选用踏勘设备进行工作。
2.2勘探点平面布置原则
依据各类工程相应规范,根据工程安全等级、场地等级、地基等级确定工作量,了解地层结构及其变化,岩土分类及岩土工程特性。
2.3强震区的勘察工作
地震区的勘察工作实质是对工程场地地基未来地震活动中可能发生的地震效应与包括对建筑结构影响在内的震害进行工作。强震区工作主要确定场地类型和建筑物场地类别、地震安全性综合评价、对场地的饱和砂土与低塑性粉土进行液化判别,确定液化等级、液化深度,提出处理方案。
2.4场地与地基的稳定性问题
场地是指工程建设直接占有使用的有限面积的土地,从岩土工程观点看,场地范围内及邻近的地质环境都会直接影响场地的稳定。地基是指承托建筑物基础的那一部分范围很小的场地。地基因受建筑物传来的各种动、静荷载作用而产生的变形(沉降、倾斜)或因地基本身强度不足而失稳,所以地基和建筑物的相互依存的关系,更为具体、直接。
场地稳定性评价主要考虑影响工程稳定的各类不良地质现象,如地震、岩溶、滑坡、泥石流等。地基稳定性评价主要考虑地层的均匀性,各土层物理力学性质指标。地基土承载力的综合评价可利用公式计算、原位测试、按土性指标查表等三种方法,这几种方法确定的地基承载力数值有所出入,应综合确定。
2.5地下水
地下水对粉土和粘土的工程特性影响很大,含水量大,强度小;含水量小,强度大。地质报告中,地下水应该反映的问题包括:地下水的类型、地下水的水位(初见、稳定)、渗透系数、水质土质的腐蚀性、基坑降水(沉陷与基坑隆起)等。
2.6变形(沉降、倾斜)
地基的变形,具有长期的时间效益,皆由地基变形过大,且不均匀所造成,采用承载力时,要不超过允许值。
2.7地基承载力
地基的承载力不能满足设计要求时,对地基需进行补强加固,地质报告应提出几种不同的地基处理方法,主要原则为:根据现有条件,环境许可,经济实惠,简单易行;深基础,开挖时应提出基坑边坡的稳定性与支护措施;勘察报告内容中要有专门论述地基处理的具体方案。
2.8勘察报告的编写
编写内容要有重点,要阐明勘察的目的与要求,拟建工程的概述,勘察的方法与勘察工作布置,场地岩土工程条件与评价,论证场地地基的稳定性和适宜性,为设计提供场地地层结果和地下水空间分布的几何参数,提供地基基础设计方案建设,提出为岩土的整治、改造和利用选择最佳方案。附图中常见的有勘探平面布置图、钻孔柱状图、工程地质剖面图、原位测试图表、室内试验成果图表,岩土利用、整治、改造的设计方案和计算的有关图表。3 完善建筑工程岩土勘察工作的措施
3.1 加强踏勘与资料搜集
这2 项工作可以帮助我们了解场地地形、地貌、地层及施工条件,一方面减少勘探工作的盲目性,做到有的放矢,另一方面使勘察成本合理, 增强勘探单位相对竞争力。这主要体现在以下3 个方面：(1)拟建建筑基础形式、结构形式。如一般5-6 层砖混结构住宅,15m 勘探孔深基本可满足要求,而对于5 层框架结构商场,由于柱网的柱荷载大而可能采用桩基,则勘探孔深度15m 一股就不够。(2)场地地层工程地质性质。如：地层工程地质性质好、埋藏浅且厚度大的地区勘探孔深度可适当减小,勘探间距可适当放宽；而地层工程地质性质差的地区勘探孔深度较深,勘探间距应加密。(3)勘探方式的合理确定。不同的地区、地层勘探方法差别很大,如：湿陷土地区须人工开挖探井取样, 软土地区采用十字板剪切试验,膨胀土不宜用直剪试验,碎石土粒径不同钻进方式不同等等, 这都需要在做好野外踏勘与资料搜集的基础上认真分析确定,做到勘探前心中有数。(4)野外地层的划分应尽量详细。按颜色、状态、湿度甚至钻进难易程度、岩心采取率等不同指标详细划分, 为室内资料整理提供最详实的编录地质资料；对多钻机共同作业情况,应首先集中技术人员勘探一二个钻孔,统一编录形式,避免各行其是,尽而造成野外资料分层、定性、描述等难以统一,给资料整理带来困难。
2.2 合理整理与编录资料
勘察资料的整理应有现场技术人员的参加。很多勘察单位由于勘察分工比较详细, 现场技术人员回来后将现场编录和原始班报表交给报告编写人员就不管了, 这样容易造成两者之间的脱节。对原始编录资料、室内化验结果及现场测试、现场拍照等逐一比对, 出现异常和矛盾时应认真查明原因,确保资料准确无误。按勘察技术要求, 依据各类规范和当地的通常格式做好各类资料的整理工作, 各资料整理成果除整理者自检外,尚应有他人再进行校对检查, 做到无一纰漏。根据整理出的成果资料, 写出勘察报告。由于各勘察场地的岩土特征、拟建建筑物、勘察要求等千差万别, 因此勘察报告不能死搬硬套、一成不变,勘察报告应注意重点突出,应具有很强的针对性。同时勘察报告中应特别重视场地的稳定性评价、地基承载力和地基变形的评价以及场地地下水的评价。场地稳定性评价中的地震评价近年来越来越重视,尤其是高层建筑和大规模的建筑场地。地基承载力和地基变形是相辅相成的, 与地基基础的选择一起应综合考虑、综合评价,才能取得理想的效果。
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