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  • 计算机科学与技术
    王昀, 胡珉, 塔娜, 孙海涛, 郭毅峰, 周武爱, 郭昱, 张皖哲, 冯建华
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(4): 649-658. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.042
    摘要 (2415) PDF全文 (927) HTML (33)   可视化   收藏    CSCD(9)
    大语言模型是自然语言处理的核心研究内容之一, 已广泛应用于包括政务在内的诸多领域。 首先, 介绍了统计语言模型、 神经网络语言模型等早期语言模型的研究进展; 其次, 重点综述了大语言模型研究进展; 最后, 介绍了大语言模型在政务领域的应用情况, 包括政务文本分类、 政务问答、政务命名实体识别、 舆情风险识别和政务关系抽取, 并提出政务大语言模型研究需要解决的问题, 即数据多模态化、 正确面对 “模型即服务” 趋势、 注重数据高安全性、 明确责任边界。 此外, 还提出了政务大语言模型研究的技术路径。 大语言模型正处于蓬勃发展的阶段, 随着中国推动人工智能技术研究及其在政务领域的应用, 大语言模型将在政务领域发挥更大作用。
  • 公共安全
    张佳庆, 孙韬, 蒋弘瑞, 段君瑞, 缪煦扬, 纪杰
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(5): 911-921. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.007
    摘要 (737) PDF全文 (194) HTML (9)   可视化   收藏    CSCD(9)
    跨越林区的高压输电线路建设存在诱发森林火灾的风险, 因此必须重视高压输电线路的巡检工作。目前, 以防范林区火灾风险为目的开展的无人机巡检路径规划的相关研究较少, 且已有研究未针对电网系统的运维安全, 也未考虑各火灾风险因素间的相互影响。因此, 该文提出一种基于网络分析法(analytic network process, ANP)和遗传算法(genetic algorithm, GA)的森林电网无人机巡检路径规划方法。首先结合历史数据和实地调研, 识别出影响森林火灾风险的典型因素, 并对所在线路及周边林区开展火灾风险评估, 划分出高火险区域; 再将这些高火险区域设置为巡检节点, 基于GA规划出最短的无人机巡检路径。此外, 提出一种基于最大偏转角约束的路径优化方法, 对路径中不满足最大偏转角约束的节点进行了优化。该文以中国安徽省某重要输电通道线路3542#-3547#为应用对象, 评估得出了线路周边存在10处高火险区域, 规划出长度为5 391.72 m的无人机巡检路径, 再利用最大偏转角约束的方法进行路径优化, 优化后的路径总长为5 401.36 m, 仅比原路径增长了0.179 %。该文提出的无人机巡检路径规划方法以火灾风险评估为基础, 兼顾了各林火风险因素间的相互影响, 可以为后续林区高压输电线路的无人机巡检路径规划相关研究提供参考。
  • 公共安全
    罗振敏, 张利冬, 宋泽阳
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(6): 940-952. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.011
    摘要 (819) PDF全文 (187) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(7)
    煤自燃是煤矿的主要自然灾害之一。煤自燃的物理化学过程十分复杂,且影响因素众多,给煤自燃危险性的预测带来很大的挑战。利用深度学习理论与方法加强对煤自燃危险性预测技术的研究,有助于提升煤矿安全生产智能化管控水平。该研究运用循环神经网络(RNN)、长短期记忆(LSTM)网络和门控循环单元(GRU) 3 种算法,建立了采空区CO动态序列预测模型。对数据集进行特征变量分布检验以及数据归一化处理,降低了变量依赖性。在模型构建过程中,添加了全连接层和Dropout类以避免模型出现过拟合,通过均方误差确定模型的选代次数,引入了平均绝对误差、均方根误差和确定系数3个模型性能检验指标,分析优化了模型的参数,检验了模型性能。研究结果表明:RNN、LSTM和GRU模型均能实现对CO体积分数的动态预测,且误差小于1 %;在同一序列数据下,LSTM模型预测精度最高,其次是RNN模型和GRU模型。
  • 土木工程
    赵环帅, 潘永泰, 余超, 乔鑫, 曹行健, 牛学超
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(12): 2155-2165. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.029
    摘要 (636) PDF全文 (130) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(7)
    在岩石破碎过程中,外部加载方式是影响岩石力学特性与破裂行为的重要因素。振动、冲击是最常用的两种加载方式,但目前研究主要集中于单一加载方式,关于振动载荷对岩石在冲击过程中破裂特征的影响研究较少。该文结合室内试验与细观参数标定,建立青砂岩宏-细观力学响应关系,对比分析了冲击、振动冲击复合加载下的裂纹扩展及能量利用效率。研究结果表明:在相同冲击速度作用下,增加振动频率或振幅,青砂岩裂纹数量与能量利用效率的增幅总体上均呈现出增大趋势。两种加载方式下,随着冲击速度的增大,青砂岩裂纹最大数量均呈接近直线形增长,拉伸裂纹的数量居多,裂纹的分布均呈X状共轭斜面特征,但振动冲击复合加载下裂纹增长速度相对较大;建立了振动载荷下裂纹增加的数量与冲击速度的定量关系。振动载荷对最大能量利用效率的增幅呈现出先快速增加后减小的趋势,最大增幅为0.725%。该研究初步探索了振动载荷对青砂岩冲击裂纹扩展及能量利用效率的影响,可为岩石破碎工艺参数的合理选择提供参考。
  • 专题:大数据分析
    李明珠, 田荣荣, 李然, 张菁, 王淑娟, 刘嘉, 徐立珍, 李彦, 赵永敢
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(10): 1759-1770. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.21.020
    摘要 (1168) PDF全文 (1116) HTML (17)   可视化   收藏    审稿意见 CSCD(7)
    基于incoPat专利数据库对2003—2022年利用脱硫石膏改良剂治理盐碱地技术领域的520件专利进行计量学统计。结果表明: 利用脱硫石膏改良剂治理盐碱地的专利年申请量呈先上升后下降的趋势, 高峰时(2016年)年申请量为115件。高校和科研院所的专利授权数量高于企业, 但高校与企业联合授权的专利数量占总数的15.6%。共有37件专利获得转化且其中有7件发生质押, 占授权总数的33.3%, 均为高校转让给企业、 企业质押融资。70%以上专利的配方都由3种或以上的物料组成, 主要成分包括有机物料、 无机矿物、 微生物菌剂和养分补充剂等。与不施用或施用其他类型改良剂的土壤相比, 施用脱硫石膏改良剂的功效主要是降低土壤pH值、 碱化度及减少对作物生长有害的盐分离子, 提高土壤Ca2+、 SO42-、 全量和速效氮磷含量, 从而改良了盐碱地。整体而言, 脱硫石膏改良剂研发日趋成熟, 部分创新成果已经转化为现实生产力, 相关专利的价值也日益凸显。
  • 车辆与交通
    马壮林, 杨兴, 胡大伟, 谭晓伟
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1428-1439. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.044
    摘要 (992) PDF全文 (220)   可视化   收藏    CSCD(6)
    城市轨道交通车站客流特征与其周边建成环境和社会经济因素密切相关, 且不同影响因素对客流特征的影响也存在时间和空间异质性。 以车站工作日日均客流量、 工作日特殊时段(如早高峰进站、 早高峰出站、 晚高峰进站和晚高峰出站)客流量为因变量, 从车站属性、 连接性和建成环境3个方面选择23个自变量, 采用多尺度地理加权回归(MGWR)模型构建客流特征分析模型, 分析不同时间尺度下轨道交通车站客流量的影响因素及其相互作用, 并以南京市轨道交通系统进行实例分析。 结果表明: 与普通最小二乘法(OLS)回归模型和地理加权回归(GWR)模型相比, MGWR模型更为可靠; 忽略早晚高峰客流影响的全天客流量预测模型拥有的显著自变量最多, 到市中心的距离对客流量有显著的负影响, 证明距离市中心越近的车站的客流量集聚性越明显; 周边居住、 生活类设施占比较高的车站对早高峰进站和晚高峰出站客流有很强的吸引作用, 而周边居住、 生活类设施占比不高的车站对早高峰出站和晚高峰进站客流有很强的吸引作用。 研究结果可以为城市规划部门促进城市轨道交通与城市建设的协同发展提供理论支撑。
  • 水利水电工程
    王忠静, 于蘇越, 许兴
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 303-317. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.021
    摘要 (966) PDF全文 (208) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(6)
    土壤盐渍化研究纷繁复杂,传统的文献综述方法因主观性强较难全面准确把握学科动态。该文引入文献计量学,提出了一种学科方向研究动态的定量综述方法;基于WoS (Web of Science)和中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库近30 a土壤盐渍化及盐碱地治理与利用的相关文献,定量综述了该学科领域研究动态和发展趋势。结果表明,国内外土壤盐渍化研究呈上升趋势,但总体上处于研究的初始阶段,仍有很大发展空间;中国、美国、印度、澳大利亚等国在土壤盐渍化及盐碱地改良与利用研究上贡献突出,中国学者发表论文数量最多,是土壤盐渍化研究的主力;核心作者间合作密切,但跨背景、跨机构、跨国家的合作仍然较少;研究热点已从上世纪90年代的灌溉排水与盐碱地改良,转移到当前的土壤植物盐分互作机制及耐盐植物培育、土壤水盐调控机制与优化控制技术、盐渍土改良剂研发技术及其规模化应用、盐碱地遥感监测与盐渍化影响评价等方向,代表着土壤盐渍化及盐碱地治理与利用研究从排水改良为主向综合利用延伸的发展趋势。
  • 航天航空工程
    黄号, 马文卉, 李家诚, 方洋旺
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 358-369. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.001
    摘要 (1063) PDF全文 (352) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(6)
    为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究。在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现避障控制;并结合人工势场的方法和领从一致性设计了僚机群避障避碰控制策略,确保僚机能够规避障碍,跟随长机执行飞行任务。数值仿真实验结果显示,Greedy-DDPG算法的训练时长比DDPG算法的缩短了5.9%,避障的泛化能力得到提升;Monte Carlo仿真实验验证结果显示,该方法具有良好的鲁棒性。采用该方法可实现无人机编队协同飞行,对于保障无人机编队在未知环境中的飞行安全具有重要意义。
  • 公共安全科学与技术
    侯本伟, 游丹, 范世杰, 许成顺, 钟紫蓝
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(3): 509-520. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.058
    摘要 (669) PDF全文 (139) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(6)
    该文基于震后轨道交通网络主体结构的破坏场景,以恢复震后通行能力为目标,分析了地震灾害作用下城市轨道交通网络的韧性。采用Space L方法构建轨道交通网络模型,选用客流加权的网络平均效率表示网络连通性能。采用地震易损性模型计算网络主要结构单元(车站、隧道和桥梁)的破坏概率,采用Monte Carlo方法模拟网络主体结构单元的震后状态;考虑破坏单元修复时间存在不确定性,模拟了破坏单元的震后修复过程;根据震后不同时刻网络性能曲线和韧性三角形,定量化评估轨道交通网络抗震韧性指数和韧性损失。以北京地区城市轨道交通网络为例,分析了地震烈度、恢复策略和修复队伍数量对网络连通性能、恢复过程和韧性指标的影响。结果表明:轨道交通网络在遭受地震破坏、蓄意攻击和随机破坏后的韧性特征存在差异;震前提升少量重要单元的可靠度可提升网络灾前抵抗能力,但对网络灾后恢复能力和韧性指数的提升效果不明显。该研究可为城市轨道交通系统抗震安全性评估提供理论支撑和参考。
  • 交通运输
    闫晟煜, 赵佳琪, 尤文博, 刘杨, 郝时杰, 吴付威
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(7): 1347-1358. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.21.022
    摘要 (543) PDF全文 (230) HTML (412)   可视化   收藏    CSCD(6)

    基于消费者剩余理论,通过出行选择偏好调查,确定影响货运路径选择的关键因素,提出一种用于确定通行费折扣的双层规划模型。其中,上层模型为考虑费用成本和时间成本的路网经营者盈余最大化模型,采用遗传和模拟退火混合优化算法求解;下层模型为弹性需求下基于Logit的多车型随机用户均衡分配模型,采用Frank-Wolfe算法求解。利用高速公路收费数据、普通国省道断面交通量数据,以3组并行的实例路段验证了模型的可行性。结果表明,该模型可精准确定高速公路货车通行费折扣范围;经43次迭代后,上层模型可达到稳定值,实例路段的小型、中型、大型和特大型货车通行费折扣率范围分别78.68%~86.27%、55.82%~65.82%、47.90%~54.81%和47.52%~48.31%,货车平均流量提高了12.24%。该研究可支撑差异化收费方案制定及优化调整。

  • 机械工程
    王志强, 雷震宇
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1844-1855. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.025
    摘要 (618) PDF全文 (111) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(6)
    为从轮轨瞬态接触黏滑振动角度探究地铁线路上钢轨波磨的形成机理,该文首先根据现场波磨情况建立了三维轮轨滚动接触有限元模型并论证其有效性;然后,分析了车轮运行过程中的接触黏滑状态,并讨论了轮轨接触黏滑特性与波磨生成的关系;最后,研究了轮轨系统固有特性和钢轨纵向磨耗特征。结果表明:凹坑缺陷改变了轮轨滚动接触黏滑分布,导致轮轨界面发生滑移并诱发轮轨系统失稳,且滑移会进一步引起钢轨磨耗,以致最终可能形成波磨。综合轮轨接触黏滑特性和复模态分析的结果,可将钢轨波磨的形成机理归为轨面缺陷激励引发的轮轨系统的固有不稳定振动,且该不稳定振动表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动。当车轮经过凹坑缺陷时,会产生瞬态纵向波动磨耗,且磨耗的特征波长为40~50 mm,这与实测线路上的波磨波长情况相符,从而进一步验证了钢轨波磨的形成机理。
  • 专题:公共安全科学与技术
    吴鹏, 李得伟
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(11): 1860-1869. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.003
    摘要 (667) PDF全文 (178) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(5)
    交通运输网络抵抗韧性是交通安全领域的研究热点, 为有效评估城市群铁路客运网络的抵抗韧性, 并识别关键路段, 该文首先基于复杂网络Space L建模方法, 建立了以实际铁路客运站为网络节点的时空加权城市群铁路客运网络模型; 其次, 采用单路段删除和多路段连续删除的攻击模式模拟路段中断情景, 提出将基于性能响应函数和旅客时空可达性的网络性能保留率作为客运网络动态抵抗韧性评估指标, 利用抵抗韧性评估模型和仿真评估流程评估路段可替代能力和网络抵抗韧性; 最后, 进行了成渝城市群铁路客运网络实例研究。结果表明: 靠近铁路枢纽城市的部分关键路段中断, 最高可使铁路客运网络性能损失12.23%, 从灾前仿真角度识别关键路段具有重要意义; 无权、 空间加权和时间加权铁路网络抵抗韧性仿真识别出的关键路段存在明显差异, Spearman相关系数验证了无权与加权铁路网络路段可替代能力的排序相关性较差; 3种铁路网络的抵抗韧性指数表明单路段中断对旅客出行时间的影响较大; 关键路段连续中断对网络性能的影响较大, 对时间加权铁路网络性能的影响大于无权和空间加权铁路网络, 仅从网络拓扑结构和空间距离角度进行灾前仿真, 容易低估风险因素的干扰后果。该文所提方法可为交通网络规划和韧性研究提供参考。
  • 航空航天
    周靖云, 靳旭红, 程晓丽, 艾邦成
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(9): 1536-1546. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.037
    摘要 (696) PDF全文 (202) HTML (2)   可视化   收藏    CSCD(5)
    针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题, 采用直接模拟Monte Carlo (DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟, 考虑气固相互作用 (GSI) 模型对进气道内流特征、 进气道收集和压缩性能的影响, 并从气体动理论的角度阐明了其作用机理。结果表明: GSI模型对进气道的压缩和收集性能具有巨大的影响, 适应系数的降低即GSI中镜面反射比例的升高, 能显著提高压缩因子和收集效率, 适应系数从1.0降低到0.2使得压缩因子增大7倍多, 收集效率增大将近4倍。适应系数的降低能有效增大进气道压缩因子和收集效率的机制是气体分子在内凹型压缩段壁面发生镜面反射之后汇聚通过焦点, 进入电离加速段。上层大气层吸气式电推进系统的进气道应该采取几何外形/表面材料相互耦合的设计思路: 既采用内凹型压缩段的进气道, 更需要通过材料选取或表面加工降低GSI适应系数, 使得GSI尽量接近镜面反射。
  • 公共安全
    李聪, 鲁一霏, 陈辰, 徐子烜, 杨锐
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(10): 1537-1547. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.026
    摘要 (776) PDF全文 (245) HTML (6)   可视化   收藏    CSCD(5)
    为深入认识城镇燃气管网事故应急救援过程中的不足之处,该文总结了城镇燃气管网事故应急救援特征,并对救援能力进行评估。在对现有应急预案及事故案例深入分析的基础上,明确应急救援过程中的问题特征,构建全面体现应急救援能力的指标体系,利用层次分析法与基于准则间相关性的准则重要性评价(CRITIC)法相结合的主客观组合赋权方法计算各指标权重,利用模糊综合评价法建立城镇燃气管网事故应急救援能力评估模型。将该模型应用于湖北省十堰市张湾区,结果表明: “救援人数供需比”等指标权重占比较大,需重点关注;“救援人员的合作协调能力”等指标是该地区燃气管网事故应急救援过程中的薄弱环节。该研究结果可为燃气管网事故应急措施的制定、改进和评估提供理论依据和可行方法。
  • 计算机科学与技术
    谢天, 于灵云, 罗常伟, 谢洪涛, 张勇东
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1350-1365. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.002
    摘要 (3453) PDF全文 (1382)   可视化   收藏    CSCD(4)
    由于现有深度人脸伪造软件通常是开源的或者被封装为APP免费分发, 导致了虚假视频的泛滥。 因此开展针对深度人脸伪造检测技术的研究就显得尤为重要。 目前, 深度人脸伪造及检测技术正处在快速发展时期, 各种相应的算法也在不断更新迭代。 本文首先介绍了深度人脸伪造和其检测技术的代表性算法并给出简要分析, 其中深度人脸伪造技术包括身份替换、 面部重演、 属性编辑、 人脸生成等, 检测技术包括图像级伪造检测技术和视频级伪造检测技术。 然后归纳总结了常用的深度人脸伪造与检测数据集及不同算法的评估结果, 最后讨论了伪造技术及其检测技术目前面临的主要问题及发展方向。
  • 论文
    范星宇, 刘海明, 王希辉, 王美乾, 吴永红, 丁文云
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(7): 1238-1251. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.033
    摘要 (689) PDF全文 (131) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(4)
    岩石中普遍存在各向异性裂隙, 其中单节理作为一种简单基础的裂隙结构, 其力学行为研究可为评价和预测更复杂岩石体系的力学性能奠定基础。 为研究单节理岩石的微观裂缝演化机制与规律, 探究其对宏观力学参数和破坏特征的影响, 该文以滇中引水工程大理段香炉山隧洞的节理岩体为研究对象, 采用二维颗粒流数值程序对完整岩石和单节理岩石进行单轴压缩模拟试验, 分析节理长度及倾角的变化对宏观力学参数和破坏特征的影响。 结果表明: 单节理岩石的节理越长、 倾角越小, 单轴抗压强度、 峰值应变和弹性模量越小; 节理越长, 节理倾角对峰值应力、 峰值应变和弹性模量的敏感性越高; 试样大多呈张拉破坏, 裂纹萌生顺序为翼裂纹、 剪切裂纹、 次生剪切裂纹和远场裂纹; 随着节理倾角增大, 起裂位置由节理中部向尖端转移, 起裂方向由垂直于节理倾向转为平行于节理倾向; 节理长度越长, 破坏形成的主拉裂纹越少, 裂纹类型越简单, 翼裂纹起裂越早, 剪切裂纹起裂越晚。
  • 公共安全
    杨倩, 王飞跃, 卢佳节, 王籽幻, 马波
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(6): 1082-1088. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.020
    摘要 (793) PDF全文 (186) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(4)
    为了实现科学、高效的灾后应急响应,针对传统路径规划中单目标、单车场、单次配送、无差别化供给、闭合式调度等多方面限制,开展基于需求紧迫度的约束性应急物资车辆路径研究。运用层次分析法对需求紧迫度进行赋权分级,以应急救援过程的响应时间、配送延误惩罚与需求未满意率最小化为目标,构建约束性应急物资车辆路径模型,并设计两阶段遗传算法。通过算例检验算法与模型的有效性和适用性。结果表明:该模型可有效解决资源紧缺、受灾程度异化情况下的物资配送问题,形成适用于突发自然灾害事件的动态应急物资车辆路径规划方案,实现突发路况处理与资源效能最大化,并为应急物资的车辆路径规划提供理论依据与决策参考。
  • 建设管理
    刘广宇, 安芃, 伍震, 胡振中
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 224-234. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.22.054
    摘要 (802) PDF全文 (260) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    针对工程安全管理中普遍存在的知识缺口问题,提出一套基于本体技术实现领域知识建模和更新的方法。以公路工程领域为范例,从行业标准规范的文本数据中自动提取安全知识,构建领域知识图谱;通过知识模型与建筑信息模型(BIM)的结合,开发安全管理应用场景,展示本体引导的知识图谱对工程安全管理的辅助作用。领域本体在知识图谱中作为本体层结构,表示为一个包含7个层级、390个有效节点的多维度层状结构;基于本体层的引导开发知识提取算法,从海量文本中提取网状知识结构,形成知识图谱的数据层。知识模型的更新采用由数据层到本体层的知识流动方式;提出基于类属关系、构成关系和实体核心词聚类的3类方法,实现本体层的更新。将知识模型关联实际项目的BIM,从安全管理的应用层面出发,验证了本体的引入在知识的组织和扩展中起到良好效果,展现了知识模型与BIM的结合呈现出的智能化应用前景。该研究为领域知识图谱的构建、更新、应用全过程提供了一个完整的范例,对于本体更新过程实现了方法创新,拓展了知识图谱的应用领域和技术思路,有助于提升工程安全管理的信息化水平。
  • 低碳交通与绿色发展
    宋媛媛, 姚恩建, 徐洪磊, 黄全胜, 吴睿, 王人洁
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1707-1718. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.021
    摘要 (1556) PDF全文 (538) HTML (24)   可视化   收藏    CSCD(4)
    交通运输是产生碳排放的主要领域之一,也是受气候变化影响最显著的行业之一。中国交通运输领域在减缓和适应气候变化方面仍面临诸多问题和挑战,交通运输应对气候变化的政策工具、手段措施、基础能力等还存在一些不足。该文从减缓和适应2个角度出发,梳理了各国在应对气候变化领域开展的政策与行动,分析了中国交通运输领域应对气候变化的工作基础及存在的问题,提出了交通运输减缓和适应气候变化的重点领域、总体策略和路径,以及提升中国交通运输领域应对气候变化能力的思路和建议,以支撑交通运输领域高质量发展和实现中国应对气候变化目标。
  • 低碳交通与绿色发展
    臧金蕊, 焦朋朋, 宋国华, 王天实, 王健宇
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1760-1769. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.029
    摘要 (749) PDF全文 (187) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    生态驾驶是节能减排的重要手段。为对驾驶行为的生态性水平进行定量评价及优化,该文基于大量驾驶员逐秒轨迹数据,构建了大量驾驶员整体与驾驶员个体的机动车比功率(vehicle specific power,VSP)分布模型,并基于整体与个体VSP分布差异提出驾驶行为生态性定量评价模型,识别实际生态驾驶轨迹,构建了基于人类实际驾驶特征的生态驾驶轨迹优化方法。结果表明:整体与个体VSP分布差异可量化评估油耗水平,实现对驾驶行为生态性的定量评价。该文构建的正弦函数多项式生态轨迹曲线,对不环保驾驶可达到7.63%的节油效果,可为驾驶员提供符合人类驾驶特征且易于遵循的生态轨迹优化曲线。
  • 车辆与交通
    周涂强, 刘伟, 李浩然, 许述财, 孙川
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1415-1427. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.014
    摘要 (985) PDF全文 (339)   可视化   收藏    CSCD(4)
    现有的基于车载传感器的商用车自动紧急制动(AEB)系统存在视野盲区等原因, 功能受到了很大的限制。 为了提高商用车AEB系统的安全性和可靠性, 该文提出了基于不安全控制行为分析的商用车AEB决策系统优化方法。 首先, 通过实车测试获取车车通信在不同工况下的通信时延规律, 使用该时延规律对环境车的速度、 位移和坐标等参数进行补偿修正, 弥补通信时延对系统决策造成的影响。 然后, 制定交叉口路段处的商用车自动紧急制动策略, 在两车即将碰撞时控制本车的制动系统以最大的制动减速度自动紧急制动, 避免碰撞的发生, 并基于不安全控制行为分析, 对AEB决策系统进行优化。 最后对提出的优化方法进行了仿真和实车测试, 结果表明, 该方法能够有效地防止两车在交叉口处相撞, 具有较高的安全性和可靠性。
  • 航天航空工程
    陈忠灿, 张凯, 李枫, 赵月, 武健辉, 贺棋楝, 陈民
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(2): 318-336. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.047
    摘要 (1383) PDF全文 (418) HTML (28)   可视化   收藏    CSCD(4)
    随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术。发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔。该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评估快速计算、流动传热数值仿真、冷却机理与性能考核实验、效能最优控制算法和应用结构型式优化等方面进行了综述,总结了发汗冷却技术的研究现状和最新进展,分析了当前研究存在的问题,并给出了建议。系统复杂、冷却剂输运不均、工作过程不易稳定控制和建立高精度预测模型难度大是发汗冷却技术用于飞行器热防护时存在的难点。现有研究存在预测模型适用范围有限与准确度较低、实验测量手段单一、控制策略难以实现系统最优和新型结构方法缺乏工程细化方案等不足。微/介观尺度精细化数值计算模型、先进可视化实验测试手段、快速响应精确控制策略、自驱动与自适应结构工程化方案和主被动组合式热防护是后续研究的重点方向。
  • 环境科学与工程
    张潇月, 李玥, 王晨杨, 陈正侠, 贾海峰
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(9): 1483-1492. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.21.001
    摘要 (849) PDF全文 (253)   可视化   收藏    CSCD(4)
    未来社区是一种追求可持续发展目标的生态低碳新型城市功能单元。 为了探究融合海绵城市建设理念的未来社区海绵源头设施布局方法, 提出采用容积法、 模型法及多目标优化法以满足不同数据和技术需求, 构建未来社区海绵源头设施布局多方法体系。 选择一典型以未来社区为目标的待建社区为例开展研究。 结果表明, 容积法数据及技术需求低, 可生成满足研究区年径流总量控制率的海绵源头设施布局方案; 然而, 如需进一步评估方案的减污降碳效果则需借助模型法, 但模型构建和运行需进一步获得研究区管网及降雨等数据。 为了实现未来社区建设的多目标综合环境效益和成本效益, 则可采用多目标优化法, 该方法需运用智能优化算法和模型耦合技术。 不同方法下得到的未来社区减污降碳效果表明, 容积法方案峰值流量由传统方案(无源头设施)5.65 m3·s-1降至2.17 m3·s-1, 典型年平均径流总量控制率由51.87%提高到79.43%, 年均降碳量增加284.87 t·a-1(假设传统方案降碳量为0), 污染物峰值浓度降低21.69%~30.52%, 显著提高了减污降碳效果。 相比容积法方案, 耦合NSGA-II和SWMM的多目标优化方案总建设成本减少了18.67%, 且径流流量峰值削减率、 浓度峰值削减率、 雨水回用率和年均降碳量分别提高21.20%、 6.32%~16.67%、 1.17%~2.65%和29. 36 t·a-1。 总体而言, 容积法简单易操作, 可满足未来社区海绵源头设施布局要求和年径流总量控制率目标; 多目标优化法数据和技术需求较高, 但可实现最佳综合环境效益及成本效益。
  • 航空航天
    闫慧慧, 李昊昱, 周伯豪, 张煜洲, 兰旭东
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(10): 1672-1685. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.023
    摘要 (982) PDF全文 (234) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    压气机作为航空发动机的核心器件,对发动机的流量和功率影响显著。与轴流压气机相比,离心压气机具有结构简单、制造方便以及单级压比高等特点,十分适用于流量较小、总压比不高的小型涡轴发动机。该文基于Concepts NREC对离心压气机的叶轮和扩压器在规定工况下进行整体设计,并对离心压气机进行三维数值模拟,研究典型参数对离心压气机的影响,对初步设计模型参数进行优化,得到在设计工况下离心压气机的理想模型。研究表明:适当降低进口轮毂比、适当减小叶轮叶根进口角、合理选择叶顶间隙数值和叶轮出口相对宽度对提升压气机的效率和压比有利,优化后的离心压气机效率最高可达0.831,对应压比为8.771,工作裕度为18.44%,效率比初步设计的离心压气机提高了4.79%,压比提高了3.68%。
  • 机械工程
    陈书清, 李铁民
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1808-1819. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.014
    摘要 (737) PDF全文 (184) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(4)
    利用机器人技术完成航天器部件的装配任务,是中国航天领域的研究重点。仅依靠位置控制完成装配任务时,装配误差的存在会导致航天器部件存在较大的接触力,从而破坏航天器部件的表面质量和表面涂层,进而影响航天器部件的服役寿命。因此,在装配过程中需要使用柔顺控制来调控接触力。目前,在机器人装配中应用的柔顺控制方法需要依据经验设定控制参数,而2个装配体之间的接触力与控制参数密切相关,这会导致接触力不可控。为避免接触力过大,该文提出了一种柔顺控制方法,通过装配过程中的接触力和状态信息,根据不同环境刚度自适应地调整柔顺控制的目标位置和控制参数。为了验证此方法的可行性,该文进行了仿真和实验研究,并与位置控制和经典的导纳控制进行比较,实验结果表明:该文提出的方法具有收敛速度快、残余接触力小、可自动调节控制参数等优势。该方法为航天器部件的机器人自主装配奠定了理论和技术的基础,并有望应用于实际航天器部件装配任务中。
  • 计算机科学与技术
    王振宇, 王磊
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(4): 668-678. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.27.006
    摘要 (645) PDF全文 (151) HTML (5)   可视化   收藏    CSCD(4)
    针对帝王蝶优化算法存在的收敛速度慢、 寻优精度低和易陷入局部极值等缺陷, 提出了一种多策略改进的帝王蝶优化算法。 首先, 采用正向正态云发生器对父代帝王蝶个体执行非线性云化操作, 增加候选解数量, 提高算法的局部开发能力; 之后, 引入基于凸透镜成像的反向学习策略, 应用到当前最优个体上产生新的个体, 提高算法收敛速度和寻优精度; 最后, 在调整算子中融入自适应策略, 增加种群的多样性, 避免算法陷入局部最优。 通过对8个基准测试函数的寻优对比, 以及Wilcoxon秩和检验结果的对比, 发现改进算法具有更好的收敛性能、 寻优性能和鲁棒性。 与此同时, 通过工程应用中压力容器设计和焊接梁设计的优化对比, 进一步验证了改进算法处理实际工程问题时的优越性。
  • 低碳交通与绿色发展
    毕军, 杜宇佳, 王永兴, 左小龙
    清华大学学报(自然科学版). 2023, 63(11): 1750-1759. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.26.038
    摘要 (1077) PDF全文 (311) HTML (4)   可视化   收藏    CSCD(4)
    随着电动汽车(electric vehicle,EV)在城市交通系统不断普及,充电诱导服务成为在充电设施有限条件下解决充电问题的有效手段。在分析电动汽车用户充电满意度的基础上,提出一种综合用户绕行距离、排队时间和充电费用的电动汽车充电诱导优化模型。为准确推导用户在充电站的排队时间,充分考虑电动汽车用户充电站选择决策的相互影响,建立充电站运营状态预测模型。针对模型特点,结合免疫算法求解模型。通过面向多充电请求的优化算例验证模型的可行性和有效性,结果表明:通过求解模型可以获得用户综合满意度最大化情况下的用户最优充电站决策及其行驶路径;与绕行距离最小、排队时间最短和充电费用最少等单目标优化方案相比,所提模型的充电诱导方案的用户综合满意度分别提升了15.0%、17.8%和11.4%。
  • 水利水电工程
    周游, 陈根发, 陈明洪, 陈鑫, 何茜
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(11): 1987-1996. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.21.014
    摘要 (545) PDF全文 (248) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(4)
    为克服传统计算流体动力学-离散元法(CFD-DEM)中流体网格需为颗粒尺寸数倍的限制, 该文综合考虑相间作用力和颗粒-湍流相互作用, 建立了基于扩散平均算法的全耦合CFD-DEM密集颗粒水力输送模型。经实验验证, 全耦合模型能很好地预测管内两相流动特性。研究了管道倾角对2 mm粗颗粒水力输送特性包括颗粒空间分布、 两相轴向速度、 流体湍动能和压降等的影响。结果表明: 随着倾角增加, 颗粒由偏向管道底部堆积的分布逐渐向近乎均匀的分布转变, 流体轴向速度和湍动能分布先逐渐不对称后恢复对称, 在60°时不对称程度最大; 颗粒-颗粒和颗粒-壁面间碰撞次数均随倾角增加先略微增加后迅速减小; 两相流压降随倾角增加先增加后减小, 在60°时最大。为降低能耗, 输送颗粒应避免使用60°倾斜管, 尽量使用小角度或大角度倾斜管。
  • 航空航天与工程力学
    董泽委
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(8): 1380-1390. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.27.002
    摘要 (785) PDF全文 (222) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    未来战争的形态正随着人工智能技术的迅猛发展而加速演变,针对当前目标威胁评估研究中存在的作战场景单域化、研究对象单一化、研究分析过于侧重蓝方态势等问题,该文围绕陆战场低空多域的作战场景,提出一种基于犹豫模糊集的集群目标威胁动态评估方法。首先研究了陆战场低空多域作战规律、有人或无人空地混合集群装备的作战特点,以此建立了集群目标威胁的评估指标体系;然后根据红方态势变化对指挥员心理压力的影响规律,提出了基于Weber-Fechner感知定律的动态权重策略;最后结合犹豫模糊环境下的变权方法,构建了陆战场低空多域场景下的集群目标威胁动态评估模型。案例分析结果表明,该模型的权值确定更加合理,能充分体现指挥员面对战场态势刺激时心理压力的动态变化,提供更加及时准确的威胁评估结果。
  • 专题:大数据
    李佳沂, 黄瑞章, 陈艳平, 林川, 秦永彬
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(12): 2007-2018. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.21.028
    摘要 (957) PDF全文 (304) HTML (6)   可视化   收藏    CSCD(4)
    尽管大语言模型在新闻、艺术等领域的文本摘要任务上取得了良好的效果,但由于大语言模型缺乏对司法领域知识的学习,同时难以理解裁判文书的结构特征和逻辑关系,导致生成的裁判文书摘要质量不佳。该文提出结合提示学习和Qwen大语言模型的裁判文书摘要方法,将裁判文书数据作为SFT (supervised fine-tuning)技术对大语言模型微调的输入,增强其法律领域适用性;同时设计融入结构信息与角色指令的提示模板,以优化摘要生成,使其更精准地反映文书结构特征与逻辑关系。实验结果表明,该方法在ROUGE-1、ROUGE-2和ROUGE-L的F1值上比基线模型分别提升了21.44%、28.50%和28.97%,说明大语言模型经裁判文书数据微调并引入结构信息后,在裁判文书摘要任务中展现了卓越的性能与巨大的应用潜力。
  • 水利水电工程
    李嘉欣, 朱永楠, 彭少明, 赵勇, 李海红, 姜珊
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(4): 626-637. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.22.008
    摘要 (648) PDF全文 (150) HTML (1)   可视化   收藏    CSCD(4)
    社会水循环是能源消耗和碳排放的密集区, 深入研究其各个环节的能耗和碳排放空间分布及强度特征对实现双碳目标至关重要。 该研究基于生命周期评价方法, 构建社会水循环碳核算体系及碳排放综合测算模型, 以黄河流域66个地市(州)为例, 估算社会水循环全生命周期能源消耗和碳排放。 研究发现: 2017年黄河流域下游地区的单位面积碳排放量最大, 约是上游地区的7.4倍; 在取水、 供水、 用水、 排水四大环节中, 用水环节碳排放量最大, 其中居民生活用水的碳排放量最大, 占用水环节碳排放的59.7%, 占社会水循环总碳排放的54.7%, 是社会水循环碳减排的重点环节; 黄河流域社会水循环各环节碳排放强度依次为: 用水>排水>供水>取水。 针对碳减排重点区域和环节, 提出了社会水循环节能降碳的建议。
  • 公共安全科学与技术
    贺胜, 疏学明, 胡俊, 张雷, 张伽, 张嘉乐, 周扬
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(3): 478-491. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.002
    摘要 (1002) PDF全文 (330) HTML (3)   可视化   收藏    CSCD(4)
    为实现电气火灾风险提前动态感知,该文以渐变态电气火灾为例,研究了基于循环神经网络(recurrent neural network,RNN)模型的电气线路超温故障火灾风险预警方法,采用真实电气火灾案例数据对模型进行训练,通过挖掘电气线路温度变化的周期特性和瞬时温升故障特征对线路温度进行预测。采用温度二阶残差正态分布模型对温度预测结果进行概率分布范围修正。基于温度预测的累积概率分布提出预警分位,通过比较实际温度与预警分位的关系发现电气线路火灾风险定量表征的依据,实现电气线路火灾风险提前动态感知,最后提出采用“前端探测+算法牵引”的模式解决当前电气火灾防控技术难题。
  • 机械工程
    商德勇, 潘崭, 索双富, 张帆
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(7): 1336-1346. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.27.016
    摘要 (471) PDF全文 (98) HTML (337)   可视化   收藏    CSCD(4)

    并联机器人运动学误差模型的准确性对提高机器人定位精度至关重要。该文针对Delta并联机器人现有误差建模方法存在奇异性及完整性不足等问题,基于旋量理论结合局部POE(product of exponentials)公式,建立了Delta机器人的误差分析模型,将误差源细分为结构误差、驱动角度误差以及球面副间隙误差三大类,深入分析了各类误差对机器人末端定位精度的影响规律。选取主动臂长400 mm,从动臂长950 mm的Delta机器人为研究对象。通过MATLAB仿真分析,当误差源大小均为0.100个单位(长度单位为mm;角度单位为(°))时,驱动角度误差对Delta并联机器人末端定位精度影响最为显著,其引起的综合误差可达1.500~2.000 mm;球面副间隙误差引起的机器人综合误差为0.340 mm;由结构误差引起的综合误差具有一定的稳定性,其值在0.100 mm左右波动,波动范围约为0.010 mm,可约等于定值。综合分析得到,主动臂与从动臂的长度误差对末端定位精度影响更为突出,其引起的误差波动明显大于其他误差。基于旋量理论的误差分析模型较传统的误差建模方法能够更直观且全面地分析主要影响误差源,避免了奇异性问题,可为Delta机器人或其他并联机构误差建模分析提供理论参考。

  • 论文
    张江石, 李泳暾, 吴静茹, 任晓锋, 潘雨, 张琪
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(3): 555-568. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.006
    摘要 (597) PDF全文 (91)   可视化   收藏    CSCD(4)
    有效的事故致因分析是预防煤矿事故发生的有效途径, 由于人工分析事故时受人员主观影响较强, 且面对海量的事故和风险文本数据, 人工分析存在局限, 因此该文针对煤矿领域, 基于集成命名实体识别(named entity recognition, NER)、 语义依存分析(semantic dependency parsing, SDP)、 文本分类(text classification, TC)和事故致因“2-4”模型(24Model), 提出了一种煤矿事故原因智能分析方法。该文首先利用NER识别事故文本中的主要实体信息, 结合SDP识别实体信息之间的语义关系, 提取个体不安全动作和组织原因的文本表示模式; 其次, 利用TC构建了个体能力原因分类模型, 用于识别个体能力方面的因素; 最后, 开发了相关应用程序, 将所提方法应用于现场事故案例分析和学习。研究结果表明: 该文构建的NER和TC模型精确率均较高, 结合SDP能自动根据24Model分析和梳理事故原因, 并识别动作的发出者、 作业工序和物资设备等信息。该文所提方法可促进事故致因理论在煤矿企业的应用, 提升事故案例分析和学习的有效性, 从而预防相关事故发生。
  • 论文
    王克忠, 谢添, 李梅, 张如九, 侯少康, 王震洲, 刘耀儒
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(7): 1203-1214. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.027
    摘要 (599) PDF全文 (157) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(3)
    该文依托滇中引水工程香炉山隧洞, 开展深埋隧洞掘进过程中岩爆风险预测研究, 提出基于数值样本和随机森林(random forest, RF) 的岩爆风险快速预测代理模型。 以地应力和围岩本构参数作为模型输入特征, 以围岩最大弹性应变能密度作为输出特征, 开展使用隧道掘进机 (tunnel boring machine, TBM) 掘进深埋隧洞过程中的多工况数值仿真, 基于正交试验设计构建了611组数值样本, 并通过围岩能量演化分析和相关性分析, 验证输入、 输出参数的合理性。 进一步以RF为基分类器, 利用10折交叉验证优化超参数, 建立了岩爆风险快速预测代理模型, 并对比多种机器学习算法, 验证所提代理模型的预测准确性和适用性。 结果表明: 所提方法具有良好的预测性能和泛化能力, 测试集样本的预测准确率达82.02%, 优于用于比较的其余4种机器学习模型, 为快速预测深埋隧洞施工期岩爆风险提供了一种研究路径。
  • 专题:大数据分析
    马飞, 蒋金凤, 敖誉芸, 马壮林, 刘擎
    清华大学学报(自然科学版). 2024, 64(10): 1717-1733. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2024.26.045
    摘要 (642) PDF全文 (140) HTML (0)   可视化   收藏    CSCD(3)
    在非均衡大客流冲击下, 城市轨道交通面临结构抗毁和功能抗毁双重压力, 极易造成轨道交通网络级联失效。首先, 该文分析了非均衡大客流对城市轨道交通网络(urban rail transit network, URTN)级联失效的影响机理, 考虑客流冲击影响, 构建了客流加权网络, 从拓扑特征和客流特征2方面测量轨道站点的重要性; 其次, 根据级联失效理论和混沌动力学改进耦合映像格子 (coupled map lattice, CML)模型, 设置初始状态值为轨道站点客流饱和程度, 并利用故障节点比和网络强度熵刻画URTN级联失效的结构抗毁性和功能抗毁性演化规律; 最后, 以西安地铁为例进行研究。结果表明: 在URTN级联失效过程中, 结构抗毁性和功能抗毁性演化趋势相似; 轨道站点间的耦合系数ε和突发事件扰动R存在临界值(ε=0.3和R=1), 若ε≤0.3或R≤1, 则不发生URTN级联失效, 若ε>0.3且R>1, 则URTN结构抗毁性和功能抗毁性的失效时间随εR的增大而缩短; 客流强度与URTN抗毁性水平呈负相关; 介数大的轨道站点和客流强度大的轨道站点受突发扰动后, URTN结构抗毁性和功能抗毁性能力更低。该文研究结果有助于揭示非均衡大客流冲击下URTN级联失效的影响因素及抗毁性演化规律, 可为加强非均衡大客流冲击下轨道交通安全管理提供依据。
  • 海洋新能源技术
    焦钰祺, 乔东生, 唐国强, 吕林, 欧进萍
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(8): 1455-1464. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.27.029
    摘要 (631) PDF全文 (80) HTML (504)   可视化   收藏    CSCD(3)

    大直径单桩基础在近海风电中被广泛应用,但海洋动力环境导致的冲刷效应会显著影响桩基础的承载力以及结构的整体动力响应。为了评估整体冲刷和局部冲刷效应的影响,该文基于Abaqus有限元软件建立了冲刷平衡后的桩-土相互作用数值分析模型,采用考虑粒间应变张量的土体亚塑性动本构模型开展分析计算,揭示冲刷平衡后大直径单桩的承载机理,探究冲刷引起的剩余土体固结状态改变和局部冲刷深度对循环受荷单桩水平承载力响应的影响。结果表明,冲刷地形中大直径单桩水平土抗力主要由浅层楔形破坏区和基底旋转剪切区的土阻力贡献,局部冲刷深度变化主要影响桩周楔形破坏区的土阻力大小。此外,冲刷会诱发剩余土体固结状态改变,采用冲刷前的土体参数确定的桩-土相互作用刚度评估冲刷后单桩水平位移响应,会使位移峰值高估约23%。

  • 海洋新能源技术
    邹荔兵, 周名军, 王超, 郑向远, 苏邹端, 李俊威
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(8): 1377-1386. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.27.039
    摘要 (1123) PDF全文 (296) HTML (691)   可视化   收藏    CSCD(3)

    漂浮式风机是一种借助漂浮式基础使整个风电机组漂浮于水面之上,通过系泊系统锚固在海床的风力发电机组。因其突破了水深限制,具备在远离岸边、水深较深的海域安装和运行的优势,在海上风电领域发挥着日益重要的作用。为进一步推动漂浮式风电技术的发展,该文梳理了漂浮式风电技术的发展现状,剖析了当前漂浮式风电面临的一些瓶颈问题; 在此基础上,着重阐述了目前全球单体容量最大漂浮式风电平台“明阳天成号”所采用的多项创新技术,包括预应力超高强度混凝土技术、复合材料轻量化浮筒设计和建造技术、智能感知协同控制技术、单点系泊技术、双风轮技术、抗台风技术等,体现了中国在漂浮式风电设计、建造、安装、监测等一系列技术上具备的新质生产力,以期为未来漂浮式风电技术的设计优化提供实际工程借鉴和参考。

  • 智能建造
    李金沛, 孟晓林, 胡亮亮, 鲍艳, 赵诗雨
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(7): 1260-1271. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.023
    摘要 (677) PDF全文 (123) HTML (487)   可视化   收藏    CSCD(3)

    随着中国桥梁大规模进入运维阶段,传统的桥梁检测方法通常依赖人工巡检和目视检查,无人机的桥梁表观图像数据采集能力较强,因此被逐步应用于桥梁表观病害检测。针对交通管控下无人机拍摄桥梁图像尺寸较大和小目标裂缝较多,目前检测算法提取小目标裂缝特征信息困难且存在识别漏检、误检等问题,该文提出了一种基于改进YOLOv8的桥梁小目标裂缝检测算法。首先,用高效视觉变换器(efficient vision transformer,EfficientViT)替换YOLOv8的主干网络,以减少大量冗余参数,增强图像的局部特征提取能力;其次,引入大型选择性核网络(large selective kernel network,LSKNet),融合C2f模块注意力机制,选择性调整卷积核尺寸,降低运行参数,减少计算复杂度;最后,增加双向特征金字塔网络(bidirectional feature pyramid network,BiFPN),融合P2小目标检测头,增加不同尺度特征图之间的信息耦合和小目标裂缝检测框,实现小目标裂缝精准识别与提取。依托无人机采集的某桥梁裂缝数据集进行小目标裂缝检测验证,与YOLOv8模型相比,该算法模型的图像识别准确率提高了3.7%,召回率提高了3.5%,F1分数提高了3.5%,平均精度均值50(mAP50)提高了3.9%,平均精度均值50到95(mAP50-95)提高了7.4%。该文所提的基于改进YOLOv8的桥梁小目标裂缝检测算法提高了桥梁结构小目标裂缝的识别准确率,为广泛应用于桥梁结构的表观健康监测提供了可行的解决方案。

  • 智能建造
    李志信, 王瑶, 陈永忠, 张弘, 姜立
    清华大学学报(自然科学版). 2025, 65(7): 1239-1249. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2025.26.030
    摘要 (578) PDF全文 (79) HTML (480)   可视化   收藏    CSCD(3)

    建筑业是中国碳排放的主要来源之一,且减碳步伐正在加快。建筑信息模型(building information modeling,BIM)作为一种数字化技术,对建筑业碳排放控制意义重大,但如何应用BIM技术控制建筑业碳排放还缺乏相关梳理和总结,后续研究方向和应用场景也缺少相关分析。该文以BIM在建筑全生命周期的设计、生产和运营阶段的减碳应用为研究重点,采用文献计量学方法分析了相关领域的研究成果,以确定该研究领域的重要技术和潜在发展方向。该文首先通过文献比较和市场回顾,探讨了基于BIM的建筑全生命周期碳排放研究进展;然后,结合建筑设计、生产和运营等影响碳排放生成的重点阶段进行分析,明确研究和实践的主要进展和问题,以及后续的发展方向。研究结果表明:现有BIM技术在建筑全生命周期的减碳研究中,评估阶段已形成成熟的工作框架,建筑设计阶段次之,但建筑生产和运营阶段相关研究与实际项目的碳排放量仍存在差距,原因主要是BIM在建筑生产和运营阶段的研究应用场景有待拓展。该文研究结果可为BIM在不同领域的减碳理论研究和实践应用提供参考。