DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 师资队伍建设取得显著成果 2.1. 师资队伍规模、结构的变化 党的十八大以来，全国高校的师资队伍建设都取得了显著成效。2019年全国教育事业发展统计公报显示全国共有普通高等学校2688所(含独立学院257所)，其中，本科院校1265所，普通高等学校教职工256.67万人，专任教师174.01万人，比上年增加6.74万人，增长4.03%。师资队伍规模的日趋壮大，师资队伍的学历结构、年龄结构、职称结构、学缘结构等都发生了重要的变化，这也是师资队伍建设的重要环节。 2.2. 教学能力得到了提高 教书育人是高校教师的第一责任和神圣使命。“师者，传道、授业、解惑”、“师者，人之模范也”、“言传身教，为人师表”等都是对教师教书育人功能的美誉。长期以来，各高校都一直重视本科教育，广大教师在本科教学过程中付出了大量的汗水，奉献了自己的才智与创新，教学内容不断丰富、教学模式不断创新、教学效果不断提高。大多数高校都有自己的教学评价体系，大部分教师的教学效果及教学满意度都能得到很高的分水，能够被学生广泛认可。 2020年的新冠疫情，全国高校都开展了形式多样的线上教学活动，不同学科、不同类型的课程都取得了令人满意的效果，为今后的教学改革打下了坚实的基础。教育部的“六卓越一拔尖”计划2.0实施过程中，实施一流课程建设“双万计划”，也就是“金课建设”计划，更是使全国各高校课程教学水平发生了质的飞跃。 2.3. 科研能力突出 高校教师的科研团队是国家科研力量的中国要组成。党的十八大以来，高校教师的科研实力、创新意识与能力都为国家科技发展做出了重要贡献。一些关键技术攻关都离不开全国高校及科研院所的科研人员。地球物理学家、国际知名战略科学家黄大年及其团队就是典型的案例。 2.4. 师德师风建设效果明显 教师是否优秀，除了过硬的业务能力和科研实力，是否具有良好的师德师风是最重要的标准。全国所有高校的“教师行为管理准则”或职称、职务晋升，师德师风都是一票否决制，其重要性不言而喻。2014年教育部提出了“红七条”的师德禁行行为，2018年教育部有颁布了《新时代高校教师之恶行为十项准则》，强调师德底线。 党的十八大以来，全国高校开展了对习近平总书记系列讲话精神的深入学习，在师德师风问题上狠下功夫，遏止师德败坏现象的发生。据不完全统计，全国超过八成以上的大学生满意高校的师德师风建设。
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user: 3. 教师综合素质提高的关键因素 高等学校的发展依赖于教师素质的提升，高校之间的竞争归根结 底是高水平师资之间的竞争 [ 1 ]。教师综合素质提高，主要从外部环境和自身条件两大方面考虑。 外部环境主要指国家、学校的规定及奖惩政策，如：师德师风建设标准、拓展教师科研及业务能力的培养机制、师资队伍的竞争机制、人才引进机制、交流机制以及学校的发展规划等，都是激励并促进教师综合素质提高的影响因素。与此同时，教师个人的创新、进取和学习意识、个人的思想政治水平等，也是决定教师个人在外部环境发展的关键因素。 师德师风建设更是师资队伍建设的一项重要内容，教师综合素质的提高，不仅仅是教学与科研，更加重要的是教师的思想品质，是严于律己为人师表的自律，是将自强、自爱、自尊、自重的无尚光荣的事业展现于社会的执着。以学高为师，身正为范的标准约束自己，在教学过程中教会学生怎样学习、怎样做人，怎样生活，怎样与社会及自然和谐相处，充分发挥教师的主人翁意识和爱岗敬业精神。 哈佛大学前校长科南特曾经说过：学校的荣誉不在于它的校舍和人数，而在于它一代一代的教师质量。也就是说，教师本身的素质决定着一所学校的命运，而学校发展与否，发展快慢，取决于教师的综合素质。所以，师资队伍建设不仅仅是教师数量和结构方面的加强，更重要的是教师综合素质的提高。 党的十九大大报告中提我们要把培养什么样的人，怎么样培养人作为发展教育的重要抓手。高校教师对大学生的“三观”和成长起着重要作用。要想培养出高素质人才，就要有一支高素质的教师队伍 [ 2 ]。这也是高校和社会发展的必然要求，也是每一位高校教师综合素质提高的必经之路。
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user: 4. 提高教师综合素质的举措 4.1. 持续巩固师德师风 习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，高校立身之本在于立德树人，并强调要加强师德师风建设。师德师风建设是落实立德树人根本任务的关键。党的十九大报告指出，加强师德师风建设，培养高素质教师队伍。抓好师德师风建设是打造高素质教师队伍的内在要求和重要保证。师风师德不仅仅是遵纪守法，更多的是教师内涵素质的提高，对国家、对社会、对学校、对同事、对学生的热爱与关怀，更多的是一种责任。部分教师的工作积极性没有充分被调动和发挥，工作上得过且过，缺乏认识自我的能力和意识，严重影响了个人在整个集体中的发展。 加强师德师风建设是高校教师队伍建设的永恒主题。师德师风建设是学校德育工作的基本保障，要想培养高素质、优秀的学生，就要有师德师风高尚的教师。可以定期开展党支部师德师风主题教育活动，通过党支部活动，系统总结教师在师德师风方面存在问题，广泛宣传和加强交流，要善于做耐心细致的思想工作，善于发现人才，培养人才，准确及时发现和树立典范，让大家在党支部内部达成共识。 4.2. 提高思想意识，强化责任心 毛主席说：“人们的社会存在，决定人们的思想”。一个人的思想意识如何决定着格局的大小，关乎自身发展大局，因此要强化思想意识，正确的认知自我。高校专任教师工作不仅仅要教书育人，还要兼负一定的宣传工作。大部分专任教师对此表示与自己无关，其实不然。宣传工作也包含很多方面，其中与专任教师息息相关的就是专业宣传和招生宣传工作，好的生源需要专业教师的专门宣传，用专业的兴趣点吸引更多的优秀学子。 4.3. 继续提高创新意应 培养高校教师的创造精神和创新意识是使我们的学生不惧怕权威、敢于开拓、富于创造的重要保证 [ 3 ]。课堂教学改革的积极性不够高，经过多年的讲授，课程设计缺乏创新和吸引力，授课内容陈旧，缺少与科研，这的确是为了教学而教；该有的课程缺乏实验课，缺少对学生实践能力的培养与加强，这与专业人才培养目标和社会需求完全相悖。 4.4. 不断增强团队合作意识 教师中团队协作精神的弱化，无疑会给学院的发展带来不利影响。团队协作精神是每一个高校教师在教科研中必须具备的素质之一，也是是多学科交流融合以成大事的需要 [ 4 ]。 总之，学校的发展关键在教师。特级教师邢益宝认为“学生的发展，就是教师的成功，教师的发展，才是学校的成功。”学院的发展就是要靠全体教师的共同努力，所有人都要清醒地认识到这个问题的重要性和紧迫性，时刻铭记习总书记的“四有好教师”、“四个引路人”，更要牢记习总书记提出的要树立正确的理想信念，实现教师队伍的优化和提高，从而进一步提高学校的办学质量和效益，为学校的进一步发展打下坚实的基础。
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user: 摘要 机械制图作为大一工科学生的必修课，是思政教育极为重要的阵地。思政教育在机械制图课程教学在中具有一定的必要性和可行性，探讨教学过程中课程思政建设的具体实践，包括教师理念转化，教师的言传身教，教学内容中思政元素挖掘，学科竞赛和实践动手能力等方面，阐述在机械制图课程中，实现树德育人的教育理念。
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user: 1. 引言 习近平总书记在2016年12月的全国高校思想政治工作会议上发表重要讲话“强调把思想政治教育工作贯穿教育教学全过程” [ 1 ]，这需要我们对于课程的教育进行从新的审视和定位。“课程思政”不应该是特定的课程，而是把思想政治工作体系融入课堂教学各环节，充分挖掘课程的德育功能，提炼出专业课中蕴含的文化元素和价值元素，将其转化为社会主义核心价值观，然后具体化、生动化地运用于课堂教学过程中，让学生在“润物细无声”的知识学习中接受到理想信念层面的精神指引，使课程都具有传授知识培养能力及引导大学生正确的世界观、人生观、价值观的作用 [ 2 ]。课程思政的提出为机械制图的教学提出了新的要求和新的思路。作为一名高校的制图教师，需要我们进一步探索和思考机械制图课程的思政教育问题。
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user: 2. 制图教学课程思政教育的必要性和可行性 机械制图是工科专业学生的必修课，涵盖的学生面比较广，目前绝大多数的大学专业课程教育过于注重专业技能知识的讲授，缺少将思政元素有效融入课程教学中的思维，误认为专业教学只需要传授专业知识，而学生的思想教育是政治课教师和辅导员的职责，然而疏忽了思政教育，也就丢掉了教育的本质，以致课堂常出现学生学习兴趣不高，上课玩手机、睡大觉等现象。机械制图的教学包括国家标准、投影、组合体、表达方法、零件图和装配图等内容，主要是学习制图基本知识以及画图、看图的方法和步骤，在教学过程中，要求学生必须严格遵守相关规定，通过大量练习，培养学生的空间想象和空间思维能力、画图和看图能力以及创新能力，整个学习过程需要多看、多画反复练习。制图教学的内容比较枯燥、需要反复的练习，再加上近年来机械制图这门课普遍存在课时锐减，而课程内容有增无减，学生普遍反映该课程学习难度较大 [ 1 ]。 在当代的社会背景下为了提升我国工程技术人才的国际竞争力，推出了工程认证理念，很多院校专业就在进行工程专业认证，这就需要在专业课程中既要推进专业知识的传授，又要对学生进行能力培养、职业道德和精神、安全环保意识等多方面的教育能力，结合思政教育培养学生学习兴趣，激发爱国情怀，培养良好的思维习惯和终身学习能力，树立责任、保密、安全生产以及成本、质量意识，使其具有爱国主义情怀和职业素养，具备创新意识和严谨的科学精神。无论从专业课堂存在问题还是国家政策上看，开展专业课程的思政专项研究和探索，作为覆盖学生面较广的机械制图课程都是责无旁贷的、非常必要的。 将思政教育融入肢体教学中即是必要的，也是可行的。一方面在机械制图课程教学中有很好的思政元素可以渗入，代课老师可以更好地因材施教。相关专业技术的发展，有助于提升国家的影响力，树立国家形象，例如通过引入神州卫星发射，促进学生在实际生活和学习中坚定意志，激发学生学习动机和爱国情怀等高贵品质。而另一方面机械制图课程是第一门新开的专业基础课，课程和老师在课程体系和数量中所占比重最高，学生专业学习时间也最长，在思政教育中既具有先导性，又有条件与后续专业课程形成一定的系统性。将思政教育有机融合的机械制图课程教学中，将机械制图教学中蕴含的职业道德素养教育、爱国教育、质量工程意识教育等思政元素，有机融入到课程教学中，既能提高学习专业知识的效率，又能更好地发挥树德育人的作用。
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user: 3. 教学过程中课程思政建设的具体实践 3.1. 教师身正为范，以德施教，提升教师的思政水平 大一新生正处于世界观、人生观和价值观的形成阶段，大一新生代课教师的一言一行都会对学生今后的思想及三观产生深刻的影响。课程思政属于全新的教学理念，首先教师需要通过自己的言行举止，不断提升自已的道德修养、人文素质和职教能力。例如遵纪守法、爱岗敬业，用心备课，认真讲课，严格准守绘图标准绘制板书，为学生树立踏踏实实，一丝不苟的榜样；认真批改作业和耐心辅导答疑、关心学生，爱护学生，始终以积极的心态为学生树立榜样，赢得学生的尊重，进而在潜移默化中影响学生的世界观、人生观，传播社会主义核心价值观。另外教师应及时更新教育理念，提高课程思政认识。要摈弃思想政治教育只归属思政课教师的落后观，要注重课堂教学中价值观的引导，更新课程思政的新的课程教育理念，树立在向学生传递专业知识、技能；要充分挖掘制图课程中的思政元素，积极探索如何在专业人才培养中将教育的首要目标“立德树人”融入到课堂中，将价值引领贯穿到机械制图课堂教学中。 3.2. 明确思政教学目标，构建思政内容资料集 将课程思政内容纳入课程教学中，明确课程思政教学目标，坚持以“知识传授与价值引领”想结合的原则，围绕“知识目标”、“能力目标”、“素质目标”构建课程思政教育体系 [ 3 ]。建立课程思政内容资料集，包括如下方面： 第一从教学模式方面，将好的教学模式引入课程思政教育中。随着科技进步，学生的学习渠道和载体发生了极大变化，传统的教学模式以板书和挂图为主，教师板书工作量大，费时费力又不生动。在教学中可以尝试将学生广泛使用的微信、QQ等线上与线下教学相结合的方法，以及将CAD、SolidWorks、UG等三维软件引入制图教学中，在课堂上直接进行三维立体建模，用实时、动态地以任意角度旋转观察组合体，培养学生的空间想象能力以及制图的能力，提升学生课后学习的兴趣和对新知识的渴求，切实感受到科技的发展，紧跟并思考当今行业的前沿趋势及发展方向，成为有理想、有责任、有担当的社会主义建设者和接班人。在课件休息时间，可以采用PPT展示与视频播放一些学习强国中的科学发展或展示国家发展的片段，例如：“超级工程”、“大国重器”、“大国工匠”“厉害了，我的国”等视频片段，既能调节学生的学习氛围，缓解学习压力，又能进行思政教育，做到润物无声、潜移默化 [ 4 ]。 第二从教学内容方面，把课程思政元素的切入教学中。如何在制图教学点中融入课程思政这是课程建设方案规划的重要部分，即对机械制图课程教学内容实施优化更新。在原有教学计划的基础上，添加思政元素，使得学生能够在自身驱动力下更好地学习各项知识点，提高机械制图课程教学效率，合理地将爱国主义、工匠精神、敬业奉献和社会主义核心价值观融入机械制图的教学当中。 课程思政的融合可以包括下面几个部分： 1) 在绪论中加入我国航天事业的发展或图学发展史，培养学生的爱国主义情操和民族精神，形成正确的理想和信念；通过讲解制图的学习方法，渗透大学学习的与初高中学习方法的区别，并强调养成认真仔细的习惯和严谨态度的重要性。 2) 在国家标准的知识讲解和平面图形的绘制及训练中，添加图样在制造加工过程中的重要性，强调遵守国家标准、行业规范的严肃性和必要性，培养同学们遵纪守法意识和职业道德。 3) 通过投影练习和三视图绘制训练，严格约束学生的行为规范，从点、线、面的投影关系，培养学生仔细认真、精益求精的工匠精神。 4) 通过组合体三视图画图和看图的相关训练，包括徒手绘图和后续的制图测绘，培养画图和看图的职业技能和勤动手、多实践的职业素质。 5) 在讲解组合体三视图时，通过运用三维建模软件，建立组合体的三维立体图，一方面能反复练习同学们看图的能力，另一方面激发学生学习兴趣，并渗透创新思维的理念，启发学生的创新意识，挖掘学生的创新潜能。 6) 标准件的绘制训练及标准件标记、规格的查阅，培养绘图和查阅手册的技能，强化标准化意识，渗透工程意识。 7) 通过零件图和装配图以及部件测绘，强调标准化和规范化意识，培养学生严谨细致、吃苦耐劳的职业素养和敬业精益的工匠精神。 8) 在讲解零件尺寸精度过程中，引入尺寸精度对生产成本及产品质量的影响，培养学生们成本意识和质量意识，从一开始就培养他们良好的职业习惯。 第三从教学规范方面，体现思政教育的教育理念。制作精良的课件，板书图形清晰完整，课后作业认真批改，所有与教学相关的文档、过程等都应该相对规范。既要保障教学进度，又要保证学生的学习质量，让教学中的每一个细节都成为教育学生的最好范本。 3.3. 通过学科竞赛，提高学生们的学习兴趣和工程意识 随着教育部明确将学科竞赛工作纳入实践教学与人才培养模式的改革中，学科竞赛已经成为人才培养方案的一个重要环节 [ 5 ] [ 6 ]。学科竞赛既能够提高对综合素质人才培养的要求，又能够有针对性地改变传统的教学模式，对教学中实践课程与理论课程的改革具有推动性作用。学科竞赛能激发学生的学习兴趣和对知识的渴望，将自主学习作为学生学习的主要授课方式，使学生的社会实践能力得到提高，对学生综合能力的培养起到关键性的作用。从理论教学到实践教学的转变，通过学科竞赛的方式体现出来，既满足了教学内容的传授，又提高了实践案例的创作设计能力，学生还在参加学科竞赛中积累了设计经验，更加有信心走向社会。我校也出台相关的激励政策，包括教师和学生，支持教师和学生积极参加相关学科竞赛，例如带领学生参加“上图杯”、“高脚杯”比赛，包括二维模块和三维模块以及各种创新大赛，既让本校学生有更多机会和全国的优秀大学生们进行交流，也能提高学生学习热情、动手能力和不断创新的能力，为后续的毕业设计以及今后的就业打下了坚实的基础。 3.4. 加强实践动手能力，培养创新能力 实践在人的认识世界、改造世界的物质活动中起着决定性作用，实践作为一种教育活动，是人类传承知识、创造知识最基本的途径之一。实践动手能力的培养在目前科技迅猛发展阶段，是全面提高人才培养质量和水平，实现创新人才培养改革的重要突破口。应用型本科院校，如何提高学生的实践动手能力，关系到学生是否能够得到用人企业和社会的认可，提高学生就业状况。对于机械制图课程的实践教学，有多种方式可以渗透到机械制图的教学中，例如老师承接项目，学生小组讨论的方式参与；结合学校的试验条件，进入3D打印；可以通过解决生活中遇到的问题，引导学生进行创新设计，相应的参加机械创新大赛，也可以申请相关专利，培养学生的动手能力和创新能力。
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user: 4. 结论 “课程思政”是新时期对高校教育提出的新的要求，以实现“全程育人、全员育人、全方位育人”的教育理念。机械制图课程的思政教育无论从国家政策还是课程的特点以及目前的现状看，开展专业课程的思政专项研究和探索都是非常必要的和可行的。机械制图的思政教育既要从教师本身，又要从教学内容以及外部力量包括学科竞赛和其他的实践来实现制图课程思政教育的目的，以实现机械制图课程思政既要学习专业知识，培养同学们认真负责的态度和严谨细致的工作作风，同时结合课程教学内容，构建和挖掘蕴含在机械制图专业知识中相关思政内容，激发同学们的爱国情怀，树立正确的三观，培养同学们优良的品德，从而实现课程“立德树人”的根本任务。
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user: 摘要 针对限硫法规及船用低硫燃料油，分析了船用低硫油没有国际竞争力、燃油质量监管机制缺失、造成主机燃烧系统损坏及推高了船舶营运成本，比较了船舶安装脱硫塔与选择低硫油的利弊，直炼低硫油比调和低硫油有显著优点，进行了高低硫燃油的低速机ME台架对比试验，结果表明，ME不同运行工况下废气排放的成分有差异，中负荷以下低硫油比高硫油排放的NO x 、CO 2 和CO较高，中负荷以上低硫油比高硫油排放的NO x 、CO 2 和CO较低，因此，低硫燃油从根源上减少了SO x 排放，选择低硫燃油是船舶应对限硫最有效的措施。
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user: 1. 引言 船舶是石油消费的重点领域，船舶废气污染占整个大气污染的(5~10)%，部分港口高达40%。船舶SO x 年排放量占全球排放总量的13% (2014年IMO统计数据)，中国SO x 排放量约170 Mt (2013年)。MEPC70 (2016)通过了2020-1/1实施全球海域船用燃油硫含量 ≤ 0.5%的限硫公约，排放控制区(ECA)仍执行船用燃油硫含量 ≤ 0.1%标准，并扩大到所有成员国12海里领海范围内，因此，航运绿色环保、船舶节能减排已成为国际社会的共同责任！航运面临全球变暖的气候变化趋势及环保法规推动的低碳经济、低硫燃油催生新的商业模式、行业竞争和成本控制。美国能源信息署(EIA)数据显示，全球航运业燃料消耗量约3.2亿吨/年，占全球石油消费量的4%，高硫燃油在整个市场份额中占将近70%。IMO全面实施限硫法规对船舶废气排放具有强制性和巨大的推动力，极大影响了航运业，迫使船舶运营商选择新燃料、废气清洗系统或低硫燃油，促使石油炼化业提高船用低硫燃油的产量，将深刻地改变航运业能源结构 [ 1 ]。 世界各大航运公司对限硫政策的态度表明，马士基航运意向低硫燃油，把脱硫过程放在炼油厂为最好方案，但合规责任在于航运业而不是炼油行业；太平洋航运认为应完全禁止高硫燃油供应，法国达飞22000TEU船舶使用LNG动力推进，地中海航运则是废气脱硫装置的支持者，丹麦油船Torm、挪威船东Hunter Group、丹麦散货Star Bulk等均有大量废气脱硫装置订单，马士基航运选择性尝试脱硫装置的主要原因是限硫时间紧迫。根据瑞银集团(UBS)对航运业界调查，68%的受访者选择低硫油方案，21%的选择废气脱硫装置，9%的选择淘汰不满足要求的旧船，仅6%的选择LNG等替代燃料方案。船用低硫燃油可从根源上减少SO x 排放，是缓解船舶废气污染压力、应对限硫最有效措施的必然选择之一。 然而，合规的船用低硫燃料油保供难度大，其不含税的价格过低及高额税负致使企业难以平衡生产成本，影响中石化、中石油等主流炼厂生产积极性，低硫重质船用燃料油由社会民营单位调和供应，产品标准不一、市场较为混乱。重质船用燃料油调合组分的不同，硫含量在0.5%~2.5%范围不等。民营调油商会添加非石油基组分(多采用页岩油、煤基、塑料组分等原料)来降低调和油成本，这些硫含量低的组分与渣油调和出的180cst虽满足0.5%硫含量要求，但忽视了燃油的其他性能指标，发生了燃油系统磨损与腐蚀、堵塞滤器、卡阻高压油泵等导致燃烧系统故障。因此，针对船舶低硫燃油实施过程出现的问题深入研究，中石化与上海海事大学率先进行了直炼重质低硫燃油台架实验，解决了调和低硫油问题，具有重要的社会效益和市场推广价值。
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user: 2. 船用低硫燃油问题 2.1. 船用燃料油税收政策及监管机制问题 因炼油企业直接生产船用燃料油需交纳高额消费税、增值税、城建及附加税，残渣燃料油税价高达约45%。国内主要炼油企业以高硫原油为主，生产低硫重质燃油必须采用渣油加氢工艺，氢气耗量大成本高 [ 2 ]。调和船用燃油监管缺失，调油企业逃避税费和降低成本供应的船用燃油占据市场很大份额，销售来路不明、质量低劣，扰乱船用燃油市场。国内关税政策不支持炼油企业将进口原油用于生产保税油，供应保税油需缴纳港口使用费、商检费、代理费等税费，导致我国保税油价格高，挂靠我国港口的远洋船舶多选择在新加坡、韩国、日本等境外加油，对我国保税油市场带来不利影响。 调油企业将各种基础原料组分按特定比例注入油罐进行搅拌，待完全均匀后即完成了燃料油调和过程。为了降低调油成本，使用无消费税的劣质污染原料，如煤焦油系列产品、乙烯焦油、废旧轮胎炼油产物、植物沥青、化工剩余物甚至各种废机油等进行油品调和，违反了船级社规范 [ 3 ] 和《船用燃料油》国标“燃料油应是由石油获取的烃类均匀混合物”的要求。船舶使用劣质污染原料调和制成的燃油致使尾气排放超标、主机故障。因尚未对油品调和行为及其质量进行监管，缺少相应的法规或标准，船用燃料油在生产、流通和使用环节上缺失燃油质量管控链条。 2.2. 船用低硫燃油导致的运营成本 岸电供售电尚未统一，岸电设施成本高、经济效益差、港船电三方互动不足等导致岸电使用率低。LNG加注站少且建设难度大等是LNG推广应用难的主要原因。船舶尾气处理装置成本高、周期长、改造空间受限、洗涤水排放标准严格、船员工作强度大是尾气后处理装置不被航运企业认可的重要原因；尤其是世界上部分国家或地区已经出台法规限制脱硫洗涤水的排放。因此，船舶运营商最现实最高效的履约方式普遍选择低硫调和油为主，其价格比高硫船用燃料油高40%以上。船用燃料油市场的垄断性因素，未来低硫燃油价格还会升高，导致更高的船舶运营成本，故马士基、达飞、地中海航运和ONE航运公司已开始征收燃油附加费，为遵守限硫新规而转嫁额外的成本支出。 2020年生效的限硫令ECA以外2.5亿吨/年的燃油被低硫燃油取代，低硫油比含硫3.5%的重质燃油贵150~250 $/t，推动全球每TEU平均价格上涨约80~120 $，达到约10%水平。郝伯罗特通过燃油成本和航行里程确定燃油附件费，当燃油价格400 $/t时，燃油附加费196 $/TEU；当燃油价格650 $/t时，燃油附加费288 $/TEU。但全球炼化低硫燃油产能不足，使航运业燃油成本增加500~1000亿美元/年。 Alphatanker分析，每当高硫油和低硫油价差增加50 $/t时，一艘安装洗涤塔的VLCC使用高硫油可节省3000 $/天，行驶于中东–日本TC1航线的一艘安装洗涤器的装载70万桶成品油LR2型船，可节省1900 $/天。2020年低硫油705 $/t，高硫油价格进一步下降，则一艘安装洗涤器的VLCC比同等情况下未安装的船舶节省4万$/天；2020年两种燃油价差达370 $/t时，同等情况下安装了洗涤器的船壳节省1.5万$/天。因此，Alphatanker预测安装洗涤塔船舶的期租租金将大幅上升。 2.3. 船用低硫燃油存在的风险 美国环境保护署利用CAS NO.599644检测、红外光谱检测、相容性和总沉淀物等检测手段，发现符合ISO8217相关标准的低硫燃油中掺有非炼油过程中出现的苯乙烯、酚类化合物及其他与塑料相关的化工副产品，且含量很高，而这些化学物质此前不要求被检测。另一方面，燃料油均是复杂的混合物，各个批次的油份千差万别，供应燃料的来源非常广泛，各种污染的来源难以判断。有害废弃物检测难且无统一标准，针对不同的化学废弃物，需要不同的化学分析手段，也缺乏燃油中的化学废弃物对燃烧设备产生影响的数据。船用燃料油质量问题是全球性的，现行的ISO8217燃油标准不能满足目前低硫燃油品质检测要求，包括污染、高钠、高沉降、高硅、高酚等等的燃油风险范畴非常大，不再局限于任何特定港口，2018年有19个国家发生了46起燃油质量报警。 综上所述，船用燃油税费政策及监管现状抑制了企业生产、调和优质船用燃油的动力，推高了船用燃油生产、流通、使用环节的企业成本；调和油过程缺乏相关标准规范及监管空白，船用燃料油市场竞争环境恶化，亟需政府监管部门监管互认、信息互通、发现问题能及时追溯追责。《船用燃油供应保障与流通市场联合监管调研方案》正在按船用燃油的生产、流通、使用环节同步推进。
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user: 3. 选择船用低硫燃油的最佳方案 马士基等国际大型航运公司针对船舶限硫政策的表态看，2020 年采用低硫燃油为首选，中远海集团使用低硫燃油作为满足船舶限硫排放要求的基本对策。废气清洗系统解决方案的产能有限且涉及大量额外投资，洗涤塔带来额外能源消耗并向海洋中排放废水；改装船舶或新建船舶使用LNG的成本更高，要多花费2500~3000万美元，收回投资周期长达4~7年，且只有少数港口和少量LNG供气船。目前，全球绝大数船队除改用低硫燃油外别无最佳选择。 船舶使用低硫燃油的主要优点是对船舶改动小，燃油设备及系统变化小，初始投入费用少，安全与可靠性高，无政策和管控风险；主要缺点是调和低硫燃油的质量差且价格高。使用低硫燃油最大好处是几乎不会给船公司运营带来任何影响，不需因此额外投资，唯一的劣势是增加运营成本，且在兼容性、稳定性和安全性存在的问题在2019年内得到解决。从经济角度分析，若低硫燃油和高硫燃油的差价维持在当前的250美元/吨的水平，安装洗涤塔是最好的解决方案，但行业预测5年后低硫燃油的价格将与高硫燃油相当。长期预测的低硫燃油供应充足而价格下降，高硫油除安装脱硫塔的船舶选用外会导致其产量下降，高硫油价格将升高。Intertanko认为脱硫塔的效果持续性将不会超过10年，因为具有强酸性的洗涤水对设备性能及环境影响不容忽视。 Drewry近日对所有类型船东调查发现，66%的船东表示，在目前情况下使用低硫燃油是现有船队最主要的选择方案，13%的船东选择安装Sox洗涤器，8%的船东选择使用LNG燃料。新造船方面，37%船东选择低硫燃油，低硫燃油再次成为船东首选，24%的船东选择LNG燃料，21%的船东选择安装脱硫塔。另一方面，根据船型尺寸大小不同，安装洗涤塔预计需花费300~500万美元，且监管法规、技术风险和供应/定价风险等对船东影响很大。阳明海运认为使用低硫燃油是应对限硫措施的最佳解决方案。Jefferies相信2020年后低硫燃料将成为市场的主要选择，届时发动机技术将更适应低硫燃油，整个供应量也将更加完善，尤其是多用途船安装洗涤塔的翻新工程浩大，且资金条件并不允许，多用途船更倾向于选择价格更高的低硫燃油。因此，船舶选择低硫燃油是限硫措施的最佳实践。
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user: 4. 船用低硫燃油的台架实验 4.1. ME主机高硫/低硫燃油对比实验 中石化与上海海事大学船舶综合机舱实验室联合进行了渣油加氢直炼重质低硫燃油实验，应用于ME船用柴油机的操纵性能、推进特性和排放特性测试，评估油品质量能否满足船用燃料油要求。ME参数如表1所示，直炼低硫油试验过程中，实时采集柴油机运行的功率、转速、各缸排气温度、冷却水温度、燃油消耗量、SFOC、滑油温度、环境温度、湿度等关键参数，以每10秒一次的频率记录在数据库内。在线实时检测每个缸的燃烧状态，包括各缸的Pi、Pcom、Pmax、P(comp)/P(scav)等参数，并实时显示相应的功率、扫气压力、功率百分比及各缸P-φ图。柴油机尾气采集与分析设备包括AVL AMA i60 R1C气体排放THC、NO x 、CO、CO 2 、O 2 五组分析仪、Dekati® ELPI®+颗粒物连续分析仪和MRU VARIO SOX连续分析仪。 Table 1 Parameters of marine diesel engine on test la 柴油机型号 额定功率 额定转速 缸数 SFOC 6S35ME-B 3570 kW 142 r/min 6 174.36 g/kWh 表1. 试验台架ME船用柴油机参数 4.2. 实验结果分析 燃油中含硫有助于润滑 [ 4 ]，但燃烧后生成的SO 2 和SO 3 又产生腐蚀。船用燃料油中的硫主要为噻吩类有机硫(C 4 H 4 S)形式存在 [ 5 ]，加氢脱硫后生成硫化氢，炼厂尾气再集中经克劳斯工艺转化为硫磺。渣油加氢脱硫温度约390℃，油中烷基侧链断裂，分子变小，造成粘度降低 [ 2 ]，因此，低硫油的粘度和硫含量控制都是难点。 实验油样IFO180低硫油含硫量0.481% (m/m)、粘度149.8 cst、密度970.9 kg/m 3 ，常规IFO180高硫油含硫量2.26% (m/m)、粘度136.9 cst、密度976.6 kg/m 3 用于对比实验。实验过程中储存柜燃油保温55℃，分油机净化温度90℃，日用柜燃油温度85℃，柴油机供油单元出口进主机粘度范围12~16 cst，温度变化范围103℃~107℃。主机运行25% (89 rpm/893 kw）、50% (113 rpm/1785 kw)、75% (129 rpm/2678 kw)、100% (142 rpm/3570 kw)四种实验工况，每种工况持续时间为2 h且平均采样至少4次，实验结果如图1~9所示。 图1和图2所示90%负荷运行的低硫油与高硫油的各缸P-φ图相同，表明指示功率相等 [ 6 ]。直炼的低硫燃油几乎没有水 [ 2 ]，直炼也脱除了C-O键和H-O键，这对净热值有利，但其密度变小，导致质量热值变小。实验的低硫油样热值为41.8 MJ/kg，常规高硫油样热值为44.64，两者做功性能无差异。 图3所示的SFOC曲线：低硫油SFOC比高硫油SFOC全工况下的都低，表明低硫油的热效率高，SFOC低经济性好 [ 7 ]。图4所示的SO X 排放曲线：负荷高时循环喷油量大，SO x 排放多 [ 8 ]。 图5所示的NOX排放曲线：60%负荷以下，低硫油NO x 排放比高硫油的NO x 排放高；60%负荷以上，低硫油NO x 排放比高硫油的NO x 排放低。泽尔多维奇机理描述NO x 形成过程，其主要成分为NO、NO 2 及微量N 2 O，其中NO占多数。低负荷时，富燃油低温燃烧生成瞬发NO；高负荷时，高温富氧燃烧环境形成的热力NO最多 [ 9 ]。船舶推进主机多工作在80%负荷以上，高负荷时使用低硫油比高硫油排放的NO x 少，表明高负荷时低硫油的滞燃期短和预混合燃烧比例减少会使NO x 少。 图1. IFO 180低硫油P-φ图 图2. IFO 180高硫油P-φ图 图3. 低硫油和高硫油的SFOC比较 图4. 低硫油和高硫油的SO x 排放比较 图5. 低硫油和高硫油的NO x 排放比较 图6所示的低硫油-高硫油的HC排放曲线：燃烧低硫油的HC排放比燃烧高硫油的低很多。HC因缸内混合气过浓、过稀或局部混合不均引起的不完全燃烧产物，HC与燃烧混合气的质量、发动机的运行条件、燃烧室结构参数及点火与配气正时有关，HC低表明低硫油的燃烧特性好 [ 10 ]。 图7所示的低硫油–高硫油的CO 2 排放曲线：CO 2 排放与氧气即过量空气系数有关，75%负荷以下，燃烧低硫油排放的CO 2 高；75%负荷以上，燃烧高硫油排放的CO 2 高。CO 2 排放多，表明能效低，即EEOI低 [ 11 ]。 图8所示的低硫油–高硫油的O 2 排放曲线：50%负荷以下，燃烧高硫油排放的O 2 高；50%负荷以上，燃烧低硫油排放的O 2 高；O 2 排放量与CO 2 排放量具有负相关特性。 图9所示的低硫油–高硫油的CO排放曲线：CO为燃油燃烧过程的中间产物，燃油分子高温燃烧生成的，其取决于局部温度、压力和燃空当量比；60%负荷以下，低硫油燃烧排放的CO高；60%负荷以上，高硫油燃烧排放的CO高。高负荷时低硫油的燃烧性能好，降低了CO排放 [ 12 ]。 图10所示的低硫油–高硫油的PM排放曲线：低硫油燃烧产生的PM微粒高。微粒PM为缺氧情况下燃油不完全燃烧生成的，多为碳烟粒子，碳烟生成的同时伴随着氧化。高温燃烧区，燃油分子理解概率远远大于其聚合概率而形成碳烟微粒 [ 13 ]。 图6. 低硫油和高硫油的HC排放比较 图7. 低硫油和高硫油的CO 2 排放比较 图8. 低硫油和高硫油的O 2 排放比较 图9. 低硫油和高硫油的CO排放比较 图10. 低硫油和高硫油的PM排放比较
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user: 5. 结论 IMO限硫令促进了低硫燃油市场和脱硫技术发展，必将消除调和低硫油的不合规问题。船舶安装脱硫塔将带来船期损失、高昂的设备采购及安装费用。低硫燃油从根源上减少了SO x 排放，当低燃油需求及产能大幅上升后，高低硫燃油价格差异缩减，使船东燃油收益不可预期。高低硫燃油在ME机上台架试验表明，低硫油比高硫油排放的NO x 、CO 2 和CO都显著降低，因此，船舶选择低硫燃油是应对限硫的最佳实践。
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user: 摘要 为解决结构优化设计中存在的成本控制问题，在满足结构自身安全性以及相关设计规范的条件下寻求最低造价，提出一种基于BIM和免疫遗传算法的结构优化方法。首先建立BIM结构模型和以结构造价最低为优化目标的结构优化数学模型，然后对优化算法进行设计和编程，通过软件接口将算法程序与BIM模型对接，实现优化算法和BIM技术的有机结合。最后，通过一个算例验证此结构成本优化体系是切实可行的，将BIM与传统优化方法相结合，将提高工程建设的信息化水平。
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user: 1. 引言 框架结构是各类建筑中常见的结构形式，由于框架结构所具备的易于满足使用要求的多样性和拥有较好的延性性能这两大特点，使得框架结构在我国建筑市场上始终占据着一席之地。但随着建筑业不断发展，在提高框架结构设计水平方面也展露出了迫切的需求。在确定建筑用途和使用空间后，建设单位与设计单位需要同时考虑结构的受力性能和结构成本的制约，寻求二者均衡的综合优化方法，使得结构既能满足自身安全性和相关设计规范的条件又能实现结构设计阶段的成本控制，以此获得最优的结构设计，提高结构设计水平。国内外学者针对此问题进行了一些研究，Vaez H等 [ 1 ] 根据边界元素的概念和考虑钢筋布置的情况，提出了钢筋混凝土剪力墙的连续优化算法；陆回权 [ 2 ] 构建了一个基于BIM的结构配筋成本优化流程，并以梁和柱为研究重点，建立基于BIM的结构配筋成本优化模型，最后借助BIM技术进行钢筋成本分析、优化配筋以及深化施工图；Mangal M [ 3 ] 提出了一种基于BIM的结构优化框架，使用三阶段混合算法对剪力墙结构中的钢筋进行优化；A Kaveh [ 4 ] [ 5 ] 对比分析钢框架结构不同节点连接情况下采用两种不同优化算法，并比较了两种算法对于当前优化问题的性能。张柳春 [ 6 ] 建立了门式刚架截面优化模型，对遗传算法进行了改进，形成了基于改进遗传算法的门式刚架截面自动搜索优化程序，实现了截面形式和尺寸的协同优化。 传统的优化方法往往是以建立数学优化模型为基础，通过各类优化算法对模型进行求解，最终得到最优设计参数，在此过程中获得的数据信息的规模及准确性决定了优化模型与实际工程的贴合度，也决定了优化结果的合理度。但目前工程建设规模不断扩大，优化目标呈现多样化，传统的优化方法已经难以满足数据信息获取及数据处理方面的需求。 建筑信息模型(Building Information Modeling， BIM)作为新兴信息技术被广泛使用于设计、施工、运维阶段及各阶段的优化工作中，在优化过程中，BIM模型所提供的建筑物几何信息和物理信息等将作为优化工作的数据基础。当建筑物的规模及复杂程度逐渐增大到某一的程度时，仅凭借人力难以掌握所有信息，也无法通过单一技术或方法解决工程建设中的所有问题。因此，将多种技术和理论相结合，通过协同作业共同为现代工程建设服务。
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user: 2. 结构成本优化体系的构建 BIM擅长可视化优化、工程信息储存和更新，但缺乏定量的理论计算；优化算法等基于优化模型的理论计算方法，具有严谨的定量分析优势，但缺乏工程信息获取渠道，且结果表达不够直观 [ 7 ]。若结合BIM与优化算法，可发挥现代信息技术优势，弥补优化算法中工程数据获取和处理等难题，进而提高工程建设项目优化水平。 为实现上述理念，本文构建BIM技术和免疫遗传算法相结合的结构成本优化架构体系，如图1所示，其中BIM与免疫遗传算法的协同主要通过软件MATLAB与PKPM的对接实现。首先依据设计图纸，利用BIM核心建模软件进行精确建模，生成建筑结构模型，通过BIM获取并处理庞大的工程基础数据，并将模型导入PKPM中完成建筑结构的分析；然后将结构设计和成本相关数据生成excel文件A，并在MATLAB中运行免疫遗传算法程序，修正文件A，输出优化结果excel文件B；最后将文件B导入PKPM中，再次对结构进行分析计算，生成新的设计方案并导出，导出的结构设计方案可以运用BIM模型继续指导施工及其他工作。 图1. 结构成本优化体系
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user: 3. 优化模型的构建 优化是在给定的约束条件限定范围内通过对变量的所有取值进行搜索，从而确定一个最佳变量值，最终使得目标函数值最小或最大的过程。优化过程中存在三个要素：设计变量，目标函数，约束条件。 3.1. 设计变量 1) 框架柱布局优化 框架柱的合理布局能使结构在满足安全性的前提下，提供较大的建筑空间，最大程度满足使用要求，并在一定程度上降低结构工程造价。本文选择框架柱的柱距作为布局优化的变量。 2) 混凝土强度等级优化 钢筋混凝构件结构是由混凝土和钢筋两部分材料组成 [ 8 ]。在构件配筋阶段，当构件的截面尺寸确定时，钢筋用量和混凝土强度设计值一一对应，因此对混凝土强度进行优化是很有必要的。本文选取每层的框架柱作为优化对象，而框架梁的混凝土等级在优化开始前就预先输入，在整个优化过程中都不再发生改变。 3) 构件的截面尺寸优化 当构件的内力确定时，构件的造价完全是由截面尺寸决定，并且总是存在一个中间值，可以使构件造价降到最低。由此选取梁截面的宽和高、柱截面两个方向的边长为构件截面尺寸的设计变量。 3.2. 目标函数 目标函数是指所要达到的目标与其相关的因素或者某一变量与某些变量的函数关系。本文选用结构造价为目标函数，选择既能满足结构安全性和相关设计规范又能使得结构造价最低的设计。结构造价的影响因素有很多，有结构自身的因素，如：建筑构件的尺寸；也有外在因素，如：工人的专业技能、建筑材料的使用及保管、施工机具的合理选用、施工环境的恶劣程度等。为简化计算过程，合理确定约束条件，本文只考虑结构自身变化对结构优化前后的影响，目标函数则定义为结构中所有主体构件的造价之和，以下简称造价，具体计算公式如式(1)、(2)所示。 第i根构件的造价为： C i = C c b i h i l i + C s W 0 ( n l ⋅ l i + n s t ⋅ l s v ) (1) 式中：b i 、h i 、l i ——第i构件的截面宽度、高度、长度； C c ——混凝土单位体积价格； C s ——钢筋的单位重量价格； W 0 ——钢筋的理论重量，W 0 = 0.00617D 2 ，其中D为钢筋直径； nl——整根杆件的纵筋根数； nst——整根杆件的箍筋根数； l sv ——箍筋长度。 结构的总造价为： C = ∑ i = 1 n C i (2) 式中：n为结构总的杆件数。 3.3. 约束条件 3.3.1. 结构整体性约束 1) 在规定水平力作用下，位移比满足δmax/δavg < 1.20； 2) 每层最大弹性层间位移角满足δi/hi < 1/550； 3) 周期比满足Tt/T 1 < 0.9； 4) 竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度相同或者从下至上依次变小。 其中，δmax、/δavg分别表示楼层最大位移和平均位移；δi、hi分别表示第层层间相对位移和层高；Tt、T 1 分别表示结构的第一个扭转周期和第一个平动周期。 3.3.2. 强度约束 1) 正截面强度要求 梁构件的正截面强度要求如式(3)，柱构件的正截面强度如式(4)和式(5)； M ≤ M u (3) N ≤ N u (4) N e ≤ N u e (5) 2) 斜截面强度要求 V ≤ V u (6) 针对不同受力类型的结构构件，其具体计算公式均按照《混凝土结构设计规范》 [ 9 ] (GB50010-2010·2015年版，下文简称《规范》)进行选取，在此不详细列出。 3.3.3. 构造约束 1) 框架梁的截面尺寸 《规范》第11.3.5条规定框架梁截面尺寸应符合下列要求： ① 截面宽度不宜小于200 mm； ② 截面高度和宽度的比值不宜大于4。 2) 框架柱的截面尺寸 《规范》第11.4.11条规定框架柱截面尺寸应符合下列要求： ① 框架柱的最小截面尺寸根据截面类型、抗震等级和层数而具有不同的规定，在此不详细列出。 ② 柱的剪跨比宜大于2； ③ 柱截面长边和短边的边长之比不宜大于3。 3) 钢筋配置 所有构件的截面最大配筋率、最小配筋率，钢筋直径，钢筋最大间距、钢筋最小间距，以及箍筋肢数等参数均根据《规范》确定，力求提高优化结果的可行性。
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user: 4. 模型求解 4.1. 算法原理及流程 免疫遗传算法的实质就是一种改进的遗传算法 [ 10 ]。它是以标准遗传算法为基础，引入生物免疫机制，模拟抗原识别、抗原与抗体结合以及抗体产生的全过程，并利用免疫系统的多样性和记忆原理，使基本遗传算法具有免疫功能。通过免疫遗传算法对优化问题进行求解的基本原理就是将约束条件和目标函数当作抗原，优化问题的解当做抗体，以此方式来模拟生物免疫系统中利用抗体排除抗原的整个过程。 免疫遗传算法的基本流程如下： 1) 随机产生初始父代种群； 2) 根据先验知识抽取疫苗； 3) 若当前的种群中已经包含最佳个体，算法结束；否则进行以下步骤； 4) 根据抗体浓度和适应度进行复制； 5) 对当前第代父代种群进行遗传操作，得到种群。 然后，重复3)~5)操作直到优化迭代运算收敛。 4.2. 编码与解码 编码和解码其实是两个互逆的过程。编码是指将问题的可行解转换成算法能够识别并进行操作的字符串，这个过程就是个体基因链的组成过程；相反地，解码是将字符串形式转换成所要优化问题的原始形式的过程。 框架结构中框架柱的布局位置是相互独立的关系，二进制的基因编码特征正符合框架柱布局优化变量的特点，故采用传统的二进制编码对优化变量柱距和混凝土强度进行表示。 1) 柱距 本文采用4位二进制编码代表柱距情况，如图2所示的某框架结构楼层平面图，图中可调整的柱距共有8处，故共需要位编码来表示该层的柱距。0000表示最小柱距，1111表示最大柱距，其他编码通过线性插值并取300的倍数后确定柱距。 图2. 某框架结构楼层平面图 2) 混凝土强度等级 本文采用长度为3的二进制编码表示一层的混凝土强度等级，编码000至111的表示范围从C25至C60。例如，编码011所对应的实际值为C40，编码110所对应的实际值为C55。 本文二进制码解码方法为：每4位编码表示一个可调整柱距的取值情况，若共有n个可调整的柱距，则柱距编码将由4n个字符构成；之后的每3位表示第j层的混凝土强度等级，若结构总层数为m，则编码将由3m个字符构成。因此本文的编码构成如图3所示。 图3. 二进制编码的构成 4.3. 适应度函数 在遗传算法中，适应度值是一个较为重要的参数，它将直接反应个体对当前环境的适应能力，同时为可行解的优劣程度提供判断依据。适应度值越大的个体被选入下一轮种群进化的概率越大，与之相反的适应度值小的个体往往在迭代过程中被淘汰，这正体现了遗传算法“优胜劣汰”的特点。若确定个体适应度与目标函数之间的数学映射关系，即适应度函数，便可以实现种群进化过程中对于优化问题目标函数的寻优。 造价问题的目标函数是求最小值，这就需要按照适应度函数的非负性原则对目标函数和适应度函数进行合理的转化，以便于准确评估个体的优劣。本文对目标函数进行如式(7)所示的转化，从而得到适应度函数。 F i t ( f ) = { c max − f f < c max 0 其 他 (7) 选择是种群选择父代个体的过程，根据个体适应度值的大小，从种群中选取优秀的个体，淘汰劣质的个体 [ 11 ]。常用的选择方法有适应度比例方法、排序选择法、轮盘赌选择法等 [ 12 ]，本文选用轮盘赌选择法。 交叉操作是模仿自然界生物交配得到子代个体的过程。本文采用单点交叉，其示意图如图4所示，具体操作是随机选取父代个体染色体字符串上的某个或者某几个基因编码进行位置互换，从而得到新的子代个体，进入到下一代种群。 图4. 单点交叉示意图 变异操作模仿了自然界中生物发生的基因突变现象 [ 13 ]。本文采用的变异类型为基本位变异，具体操作为针对基因编码的一位或者几位根据事先设定好的变异率进行变异操作，从而产生新的个体。如图5所示，若黑色代表1，白色代表0，变异操作即为1变0，0变1。 图5. 基本位变异示意图 4.4. 免疫算子 免疫算子的主要作用是弥补标准遗传算法在搜索过程中出现的盲目性。遗传算法的搜索过程伴随着许多随机过程，可能会出现不收敛或者最优解被删除的情况，故引入免疫算子来解决标准遗传算法的缺陷。本文提取了两个免疫疫苗：混凝土强度等级疫苗和整体约束疫苗。混凝土强度等级疫苗可以将实际工程中的设计习惯和先验知识引入到算法中，使得所有个体所对应的结构都具有可行性；整体约束疫苗是为了明确优化算法的搜索方向，有利于整体适应度和算法的运行效率的提升。 混凝土强度等级疫苗是用于消除结构中可能存在的上层混凝土等级比下层大的情形。本文的混凝土强度等级疫苗直接采用了下层混凝土等级编码，比如编码“010 011”表示的含义是下层混凝土等级为C35，上层混凝土等级为C40，这样的混凝土等级设计显然是不合理的。此时便将代表上层编码“011”视为抗原，下层编码“010”视为疫苗，则疫苗将取代抗原形成新的个体“010010”，即上下两层均采用C35混凝土等级。整体约束疫苗是用来避免结构出现不符合整体约束的情形。整体约束疫苗包括位移比、位移角和周期比三项约束指标。 4.5. 网格搜索法 网格搜索法是指定参数值的一种穷举搜索方法，即将各个参数可能的取值进行排列组合，列出所有可能的组合结果生成“网格” [ 14 ]。在将所有参数组合代入拟合函数后，选取其中最佳的参数组合为最优解。 若将所有截面尺寸都转换为二进制编码，参与种群进化，基因编码将变得非常冗长，种群的规模会增多数倍或几十倍，收敛所需要的世代数也将成倍增长，因此运用网格搜索法单独优化构件的截面尺寸。网格搜索法是本文免疫遗传算法的有机组成部分，只有完成了网格搜索法，才能计算个体的适应度。 构件截面尺寸优化变量包括梁截 面的宽和高、柱截面的短边边长和长边边长。各构件截面尺寸的上、下限值事先确定，考虑到施工制作的方便程度，其余可供选择的尺寸在800 mm以下的按模数50 mm进行取值，800 mm以上的按模数100 mm进行取值。以某梁构件为例，选取最小高宽比和最大高宽比分别为1.5和2.5，最小宽度和最大宽度分别为200 mm和400 mm，则可选取的截面尺寸如表1所示。 Table 1 The combination of height and width parameters of a beam sectio 高 宽 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 900 1000 200 √ √ √ √ √ 250 √ √ √ √ √ 300 √ √ √ √ √ √ √ 350 √ √ √ √ √ √ 400 √ √ √ √ √ √ √ 表1. 某梁截面的高、宽参数组合 若将这些解转化为平面空间中的点集，则将形成如图6所示的网格状图形，故将此法称为网格搜索法。以梁为例，首先固定梁截面宽度，依次增大梁截面高度进行试算，一旦截面的配筋率达到最小配筋率退出内层循环(即截面高度不再增大)，回到外层循环(即将梁截面宽度增大50 mm)，直到试算完所有的可行解。 图6. 某梁截面尺寸优化的网格搜索法路线图 4.6. 流程图 本文算法的总体流程如图7所示。 图7. 算法流程图
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user: 5. 算例分析 为论证本文提出的结构优化体系的可行性，以一个三层钢筋混凝土框架结构为例，算例结构平面图如图8所示。 图8. 算例结构初始平面示意图 该结构首层层高3.6 m，其余层高均为3 m，混凝土等级均为C40，构件截面尺寸初始设计值如表2所示。设计使用年限50年，建筑结构安全等级二级，框架抗震等级二级，地面粗糙度为B类，地震设防烈度为7度设防，设计地震基本加速度值为0.1 g，特征周期为0.40 s。楼面恒荷载取值5.0，活荷载取值2.0，基本风压为0.38。 Table 2 Original value and optimal value of some variable 层数 砼强度等级 构件截面尺寸/mm Z1 Z2 L1 L2 一 C40 (C30) 600 × 600 (500 × 500) 550 × 550 (500 × 500) 300 × 550 (250 × 500) 300 × 600 (250 × 500) 二 C40 (C30) 500 × 500 (500 × 500) 550 × 550 (450 × 450) 300 × 550 (250 × 500) 300 × 600 (250 × 500) 三 C30 (C30) 500 × 500 (450 × 450) 500 × 500 (400 × 400) 300 × 500 (250 × 500) 300 × 550 (250 × 500) 柱距/mm 变量序号 1 2 3 4 5 6 7 优化前 6600 6000 6000 6600 6000 1800 6000 优化后 7200 5400 5400 7200 5400 3000 5400 表2. 变量优化前后数值 采用免疫遗传算法和网格搜索法共同求解，并在MATLAB软件中编写算法程序，具体设置如下：种群规模P = 20，最大迭代次数G = 20，交叉概率 = 0.5，变异概率 = 0.2，接种概率 = 0.2。运行程序后得到各迭代数次下种群的统计数据如图9所示，可以看出，计算运行结果的收敛性良好，经过数次迭代，最优造价趋于稳定。此时，优化结构造价23.94万元，相比原结构造价29.62万元，成本降低了19.2%，优化后的变量参数如表2括号内数值。 图9. 各代种群统计数据
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user: 6. 结论 BIM作为新兴信息技术被广泛使用于设计、施工、运维阶段及各阶段的优化工作中，在优化过程中，BIM模型所提供的建筑物几何信息和物理信息等将作为优化工作的数据基础。本文以BIM技术为信息技术支撑，数学模型和优化算法为数学支撑，构建了基于BIM和免疫遗传算法的结构优化体系，建立了钢筋混凝土框架结构的优化数学模型。主要得到以下结论： 1) 基于BIM的结构优化体系是为了系统的指导工程项目设计阶段结构优化环节而构建的流程体系，对推动结构优化理论及指导实际工程项目都具有重要意义。 2) 在结构优化中引入BIM技术，有利于提高工程建设的信息化水平，发挥现代信息技术优势。 3) 通过一个算例验证得到上述体系、模型、算法的可行性和正确性，这对于结构优化理论和工程实践都具有十分重要的意义。
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user: 摘要 目前，高速公路通信设施干线中心级、通信站级、光缆传输链路三级检测过程中会遇到诸多问题。对检测过程中常见的问题进行调查、分析、比较，找出问题原因，提出解决问题的方法和途径，以促进高速公路通信设施质量的提高。
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user: 1. 引言 高速公路中，通信设施是机电工程中的重要组成部分，是高速公路机电工程中的大动脉，发挥着数据采集、数据分析、数据安全维护以及数据传输等重要作用。通信设施稳定的工作状况是保证高速公路机电系统正常运转的关键 [ 1 ]。在整个高速公路通信设施中，不仅具有机械设施，而且还存在电子设施，前者一旦出现故障，则主要存在以下特点：偶然性、模糊性以及突发性等；而后者一旦发生故障，则主要存在以下特点：突发性、敏感性以及隐蔽性等。 我国高速公路的工程设施检测现在主要偏向于高速公路安全，机电配套设施与安全设施相比，发展起步较晚。速度较慢，因此，许多单位不具备机电设施的检测能力偏弱。不过随着时代的发展，有越来越多的省级和地市级的交通检测监理公司能够开展高速公路的甲级检测试验。这也标志着越来越多的企业能够独立开展对高速公路的交通安全设施和机电设施的检测工作，高速公路工程设施检测单位的发展进入了一个新时代。 通信设施监督与检测的具体含义为借助相关专业设备以及技术手段，来实时监测设备的运行状况，便于发现隐藏的风险，并及时采取相关措施进行有效处理，进而整个设备的安全运行。从某种程度上来说，通信设施安全评估系统可以被认为是一门复杂的综合性学科，因为它涉及了不同领域学科的知识，例如通信技术、信息化技术、信号识别技术以及相关电路知识等。在实际运作中，高速公路机电设施一般会存在以下三种不同的状况：正常运行、故障停运以及异常运行等，而机电设施监测系统的主要功能就是确定设备处于上述哪一种状态，同时详细记录处于此种状态下设备各指标的具体数据，然后与相关标准数据进行比对分析，进而能够快速查找出故障所在位置，最后对所出现的故障采取一定的技术手段，及时进行排除，进而确保整个设备系统的安全稳定运行。在实际运行中，电子设施故障很容易造成机械故障。通信设施可分为干线中心级、通信站级、光缆传输链路三级设施，下面就从这三个方面探讨检测中遇见的常见问题及相应的处理措施，最终保证整个设备的安全稳定运行。
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user: 2. 干线中心级 干线中心级包括省中心、片区中心、路段中心 [ 2 ]。该级别设施偏重于系统网管功能检查，主要关注光板型号配置路由及光缆敷设长度与光板搭配。系统网管功能以目测问询为主，厂家软件人员逐项演示，并提供产品出厂测试报告逐一核对。必要时，使用SDH测试仪模拟监测各种告警信号，检查网管告警状态。检查光板设置路由与光缆敷设长度的搭配，以软件检查为主，保障光信号在传输中不会衰耗过大，造成通信故障。从网管软件上核查各ONU (光网络单元)的详细配置，核查招标文件、联合设计文件要求。 检测中经常碰到光板配置不符合招标要求，或安装型号错误，存在通信隐患。一般来讲，长距离光板和短距离光板应配套使用，不能混用 [ 3 ]，但由于施工疏漏，施工人员将长距离光板与短距离光板对接传输，致使长距离光板接收光功率过低，甚至低于接收灵敏度。在系统调试时，应在网管软件上注意核查全线光板配置。检测人员有时会发现按光缆长度配置光板时未留足富裕度，存在通信隐患。光板配置一般按传输距离选取 [ 4 ]。0~40 km，选用短距离光板，40~80 km使用长距离光板，80~120 km使用超长距离光板。距离越长，其发送光功率越高。若传输距离临界时，强行配置短一等级的光板，会影响接收光功率。有时检测时会遇到光传输链路未形成“1 + 1自愈环”的情况，存在通信隐患。光板设置时，为了保证传输安全，每站设置两块光板或同一光板2对光口，进行隔站跳接，在网管软件上组成环网，当顺时针方向传输中断后，系统默认倒换到逆时针方向传输。若路段自愈环未构成，就只能同一个方向传输，隐患在于，1块光板通信中断，其后所有站点数据无法传输。此类问题主要发生在路段联网中，或者片区干线传输改造上。因此，系统调试过程中，需加强监管。若通信机房内设备接地未可靠连接时，则机房内各设备机架均配置接地端子，应保证设备可靠接地，防止操作时静电电压损坏电子器件。机房空调不开启，设备工作温度过高，影响电源模块寿命。机房开窗通风，虽可节电，但应定期清理设备内积尘，延长电扇寿命。光板收发尾纤标识错误，检修维护时若未配合光功率计，容易误操作烧坏光板激光器。