2015年, 第55卷, 第12期　
刊出日期：2015-12-15

  

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土木工程
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  基于BIM的管道预制构件设计技术与系统研发

  胡振中, 陈祥祥, 王亮, 何田丰

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1269-1275. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.001

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  随着中国建筑产业化进程的不断推进, 管道工程也更多地由现场施工转为工厂预制加工的生产方式, 然而当前管道预制构件深化设计技术落后的现状制约了管道工厂化生产和施工的进一步发展和推广应用。为解决此问题, 该文针对预制管段、支架及管组等深化设计的具体需求, 引入建筑信息模型(building information model, BIM)技术, 提出了一种面向管道预制构件的自动深化设计方法, 实现了管道辅助划分、支架半自动设计和管组智能拼装。在此基础上研发了一个通用的管道预制构件智能设计系统, 解决了模型可视化、递进式参数化建模以及模型信息共享等3个核心技术问题。该系统应用于2个实际工程项目, 验证了所提出的方法和系统应用于管道预制构件深化设计的可行性, 表明其能提高设计效率、减少材料浪费。
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  考虑固结过程的单桩负摩擦数值模型

  杨军, 张大峰

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1276-1280. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.002

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  该文旨在建立考虑地基土固结过程的桩基负摩擦计算模型。基于岩土工程有限元软件Plaxis建立有限元模型, 并使用换土法模拟离心机加速前土的欠固结状态, 进而模拟试验负摩擦发展过程。计算结果表明: 该模型计算精度较高, 固结完成时远端土的沉降计算误差为6.8%, 桩基沉降和轴力的计算误差分别为34.7%和18.3%; 此外, 不同固结时刻下的超静孔压以及桩基最大轴力相对值与离心机试验数据吻合, 且桩基轴力均近似与时间的平方根成线性关系。该模型可为考虑地基图固结的桩基负摩擦问题的计算提供参考。
水利水电工程
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  双曲线冷却塔施工期设计风荷载的确定

  张明, 王菲, 李庆斌, 汤东升

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1281-1288. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.003

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  以结构可靠性设计的基本理论为基础, 以双曲线冷却塔塔筒施工期和设计基准期内具有相同的可靠度为前提, 研究塔筒施工期设计风荷载的取值标准问题。根据风荷载平稳二项随机过程模型的特点, 利用结构可靠度的时段分析方法分别建立结构设计基准期及其间各时段可靠度的关系以及施工期及其间各时段可靠度的关系。从施工期与设计基准期的结构抗力成比例入手, 按照规范中的分项系数设计方法的要求, 得到施工期风荷载标准值与设计基准期风荷载标准值同样成比例的结论。建议了该比例系数即施工期风荷载因子的求解步骤, 并针对冷却塔的实际受力情况和基本随机变量的不同分布类型做了计算。计算结果表明: 施工期风荷载因子随施工期的延长而增大, 随抗力分项系数的增大而减小, 其与施工期的关系可用对数函数来拟合。根据施工期风荷载因子的拟合函数式或相应简化表格即可确定双曲线冷却塔施工期的设计风荷载。
  
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  多向不规则波群传播的数值模拟

  刘思, 张永良

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1289-1295. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.004

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  波群的模拟是与波群有关的数值和物理模型试验的前提。实际的波浪是多向的不规则波, 为了在实验水池中模拟多向不规则波群, 该文首先根据给定的波要素、群性参数和方向分布参数, 给出了多向不规则波群的数值模拟方法, 在此基础上利用有限元法求解改进的Boussinesq方程的数值计算模型, 建立了数值水池在指定位置模拟所要求群性的多向不规则波的入射波浪边界条件的计算方法。典型算例表明: 按照该文建议的方法确定入射波浪边界条件而建立的数值模型, 可以在水池指定位置处产生满足给定群性要求的多向不规则波浪。此外, 对多向不规则波群的传播进行了数值研究。
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  橡胶林种植对纳板河水生态的影响

  赵娜, 王兆印, 徐梦珍, 周雄冬, 张晨笛

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1296-1302. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.005

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  西双版纳位于云南省南部, 是国际上生物多样性保护的热点地区之一。橡胶林的大面积种植改变了该区域河流的水力、泥沙和水质状况, 研究橡胶林种植对该区域河流生态的影响对于区域生态安全和资源可持续利用具有重要的意义。该文采用野外采样、现场测量和室内鉴定分析相结合的方法, 以底栖动物为水生态指示生物, 以纳板河为研究河流, 对它的生态环境现状进行评价, 分析了橡胶林种植对河流水生态的影响。结果表明: 橡胶林种植对研究河段的水质影响不大, 调查河段水质级别均为Ⅱ级; 随着橡胶林种植强度的增加, 底栖动物的多样性降低, 群落中相对敏感的物种(蜉蝣目、毛翅目和襀翅目)所占比例降低, 双翅目的比例增加; 底栖动物功能摄食类群组成也随橡胶林种植强度发生变化, 随橡胶林种植强度的增加, 撕食者的比例增加, 捕食者的比例减小。
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  基于生活水平的水库移民补偿标准及计算方法

  强茂山, 汪洁

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1303-1308. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.006

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  为确定符合移民安置补偿原则的补偿标准, 该文选取人均年净收益作为移民生活水平的测度指标, 构建了移民在搬迁和不搬迁情况下的人均年收益预测计算方法, 按照“移民的生活水平应该达到和超过原有水平”的补偿原则确定补偿标准及补偿差额计算方法。通过实际移民案例数据对提出的方法进行了分析验证, 结果表明: 现行“以失定补”的补偿方式虽然从长期现金流的累计现值来看移民生活水平将会达到并超过了不搬迁的水平, 但移民在生产生活恢复期没有达到不搬迁情况的生活水平, 也因此导致这一阶段移民影响工程实施和各种社会不稳定现象, 建议移民补偿的标准必须从重建移民生活的角度进行确定和计算。
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  大型国际工程承包商核心能力模型评价

  林正航, 强茂山, 袁尚南

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1309-1314,1323. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.007

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  经过调研54家中国大型国际工程承包商的核心能力现状, 该研究制定了基于多维度项目管理模型的大型国际工程承包商核心能力评价量表, 并对核心能力进行了结构化分层和核心能力要素间的相关性分析, 形成了适用于中国的大型国际工程承包商的核心能力评价模型。核心能力模型以文化能力、 战略能力、 组织能力、 项目管理能力、 专业技术能力、 人力资源能力、 风险管理能力、 资本运作能力、 市场拓展能力等9项能力要素和基础要素构成的大型国际工程承包商核心能力要素及其相关关系构成, 可以用以指导大型国际工程承包商进行核心能力评价和企业战略选择。
核能与新能源工程
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  中国碳市场现状与未来发展

  林文斌, 刘滨

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1315-1323. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.008

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  面对日益严峻的全球气候变化问题, 中国大力发展试点省市碳市场, 并积极研究试点碳市场连接和国家碳市场建设等问题。该文采用比较分析法, 从法律基础、体系设计、机构安排和调控政策这4个维度分析试点碳市场建设和发展现状, 结合试点省市经济发展、产业结构和减排成本特征, 探讨试点碳市场连接形成国家碳市场的建设路径。建议政策制定者在试点碳市场运行平稳后即启动国家碳市场建设, 试点碳市场逐步连接到国家碳市场体系。在国家碳市场建设过程中必须对不同省市给予灵活政策, 同时考虑与其他能源环境气候政策的协调问题。
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  控制棒水压驱动系统水压缸升压过程机理

  刘潜峰, 薄涵亮, 秦本科

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1324-1331. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.009

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  就控制棒水压驱动系统(CRHDS)运行过程中所出现的工况, 利用流体力学理论方式研究分析了水压缸步进过程。首先建立了水压缸升压理论模型,对水压缸升压过程进行了分析; 其次, 根据实验运行工况, 计算得出了水压缸运行性能, 并利用实验数据验证了计算结果。计算结果表明: 在升压过程中, 当内套停止运动后, 缸内压力出现拐点; 内套位移增加, 速度逐步减小; 由于缸内压力增加, 缸内和缸外的压差增大, 密封环泄漏流速增大。缸内压力模型能够提供各个所需的物理量, 为水压缸和驱动机构运动机理分析提供了理论基础。
  
工程物理
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  室内环境中子能谱及剂量率的多球谱仪测量

  胡庆东, 曾志, 马豪, 程建平, 李君利, 张辉, 王鑫, 武祯

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1332-1334,1341. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.010

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  利用自主研发的多球中子谱仪对北京市某室内环境中子能谱及剂量率进行了测量。从中子能谱获得了能量低于20 MeV的环境中子注量率为2.83×10^-3cm^-2·s^-1, 估算出环境中子总注量率为3.54×10^-3cm^-2·s^-1; 利用中子注量与周围剂量当量转换系数计算出了能量低于20 MeV中子周围剂量当量率为(1.5±0.1) nSv/h, 总中子周围剂量当量率为(2.1±0.1) nSv/h, 与中子剂量仪测量值(2.3±0.2) nSv/h基本一致。该文测量结果与相近纬度比较相差不多, 可以为评估北京室内环境中子剂量提供参考。
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  延长PET轴向视野的马赛克物理设计方案

  程李, 魏清阳, 夏彦, 尚鸿, 刘亚强, 吴朝霞, 马天予

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1335-1341. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.011

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  该文提出一种马赛克式正电子发射断层成像(PET)探测器设计方案, 通过改变晶体的排布方式, 并基于GATE (Geant4 Application for Emission Tomography)软件模拟, 对3种马赛克PET的设计方案和传统的PET设计方案进行了多方面的对比, 对比的内容包括: 轴向探测效率、体源探测效率以及空间分辨率。并且进一步考虑能量下阈的影响, 比较能量下阈为0 keV、 250 keV和350 keV时各个方案测得的结果的变化。结果表明: 马赛克PET方案在不考虑能量下域时, 轴向探测效率提高24%~50%, 而体源探测效率更是可以提高47%~62%。当能量下阈为 250 keV 时, 方案4的轴向探测效率和体源探测效率可分别提升12%和8%, 于此同时其重建图像空间分辨率较传统方案相比接近。
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  基于BP神经网络的微博转发量的预测

  邓青, 马晔风, 刘艺, 张辉

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1342-1347. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.012

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  微博已经成为人们传播和获取信息的重要途径。突发事件相关微博的传播范围对事件的影响起着重要的作用,微博转发是扩大微博传播范围的一种重要方式。该文以城管与民众冲突事件(俗称“城管事件”)为例,将BP(back propagation)神经网络应用到该类事件相关微博的转发行为研究中,以实现该类突发事件下微博转发行为的影响因素分析和转发量的预测。该文先从发帖人和微博内容2个角度分析了突发事件下微博转发行为的影响因素, 结果表明: 1) 微博发帖人的活跃度、微博涉及主题标签、包含视频等可视化信息、提及其他用户及微博的发表时间段均对该微博的转发量有较大影响; 2) 与发帖人相比, 微博内容对其转发量的影响更大。在影响因素分析的基础上, 该文通过将预测问题转化为模式分类问题, 基于BP(back propagation)神经网络对突发事件下的微博转发量进行了预测, 并通过改变样本数对预测结果的稳定性进行了测试, 得到了有一定参考价值的预测结果。
化学与化学工程
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  多尺寸填料塔中CO₂吸收过程的实验和模拟

  陈健, 童川, 彭勇, 汤志刚

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1348-1353. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.013

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  随着二氧化碳吸收法捕集技术的不断发展, 需要研究吸收过程的规模放大和模拟。在200 mm和600 mm的2种不同尺寸填料塔中进行了CO₂吸收实验, 采用新的规整填料有效传质面积关联式, 进行了基于速率模型的过程模拟, 对比了不同传质模型。结果表明: 最适用的传质模型是液膜阻力模型, 2个吸收塔的气体出口CO₂摩尔分数计算结果与实验值的平均相对误差分别为1%和3%。说明在过程模拟中使用合适的传质模型和规整填料传质面积关联式可以有效预测不同尺寸吸收塔中CO₂捕集效果。
经济与管理
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  CEO权力、企业社会责任和企业绩效的关系

  陶文杰, 金占明

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1354-1360. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.24.014

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  作为核心决策者的首席执行官(chief executive officer, CEO)在企业社会责任(corporate social responsibility, CSR)决策和实施过程中扮演着重要角色, 但CEO权力异质性对CSR表现的影响甚少被关注。该文以2009-2011年发布CSR报告的A股上市公司为样本, 采用OLS (ordinary least square)法检验了CEO权力、 CSR与企业绩效(CFP)的内在关系。研究结果表明: CEO组织权力集中有利于提高企业解决社会-环境问题的效率, 但不直接作用于企业绩效, 所有权权力的作用则与之相反; 具备声望权力和专家权力的CEO能更好地协同社会效益和企业利益。因此为了维护所有者权益和企业可持续发展, 企业应综合考察CEO权力构成, 并构建有效的权力约束机制。
热能工程
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  轴流压气机带冠静叶和不带冠静叶的比较研究

  李想, 顾春伟

  清华大学学报（自然科学版）. 2015, 55(12): 1361-1366. https://doi.org/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.23.001

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  在设计清华大学1.5级轴流跨音压气机试验台过程中, 将静叶形式由带冠改为不带冠。为考察不带冠静叶能否满足气动设计要求, 该文采用计算流体力学方法, 对上述2种静叶形式的压气机进行数值模拟和比较分析, 并对不带冠静叶间隙大小对压气机性能的影响进行研究。结果表明: 不带冠静叶在设计点效率提高1.8%, 且数值失速裕度提高1.5%, 能够满足气动设计指标。设计点效率提高的原因在于: 泄漏流和端壁二次流起到相互抑制的作用, 二次流引起的分离区尺度因而得以削减。分析同时表明: 在较大间隙(0.8 mm)时, 泄漏流会起主导作用, 影响静叶根部损失和落后角分布, 因此试验台加工制造中需要对静叶间隙大小进行控制。