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國(guó)家自然科學(xué)基金委《建筑與土木工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告(2026-2035)》土木工程領(lǐng)域十一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展研究方向解讀
時(shí)間:2025-11-12 14:48:13 作者:GBWindows 來(lái)源:行業(yè)網(wǎng)站 閱讀:1711內(nèi)容摘要:導(dǎo)讀國(guó)家自然科學(xué)基金委《建筑與土木工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告(2026-2035)》中提出的土木工程領(lǐng)域十一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展研究方向。報(bào)告針對(duì)每個(gè)方向,深入剖析其核心內(nèi)涵、研究背景與挑戰(zhàn),并提出具體可行的研究?jī)?nèi)容與方案展望。本報(bào)告可為高等院校、科研院所及工程單位的科研人員、工程師和研究生提供系統(tǒng)性的研究視野和選題參考,助力我國(guó)...
導(dǎo) 讀
國(guó)家自然科學(xué)基金委《建筑與土木工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告(2026-2035)》中提出的土木工程領(lǐng)域十一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展研究方向。報(bào)告針對(duì)每個(gè)方向,深入剖析其核心內(nèi)涵、研究背景與挑戰(zhàn),并提出具體可行的研究?jī)?nèi)容與方案展望。本報(bào)告可為高等院校、科研院所及工程單位的科研人員、工程師和研究生提供系統(tǒng)性的研究視野和選題參考,助力我國(guó)土木工程學(xué)科在前沿基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展,實(shí)現(xiàn)從“建造大國(guó)”向“建造強(qiáng)國(guó)”的跨越。
一、 高性能工程材料與高性能結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)
1. 核心內(nèi)涵:
打破傳統(tǒng)“材料研制”與“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”相分離的模式,強(qiáng)調(diào)從分子/微觀尺度上設(shè)計(jì)材料性能,使其與宏觀結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)性能、耐久性能和功能性能需求實(shí)現(xiàn)一體化協(xié)同與優(yōu)化。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在給定材料性能的前提下進(jìn)行優(yōu)化。高性能材料(如超高性能混凝土-UHPC、高韌性地聚物、纖維復(fù)材-FRP、形狀記憶合金-SMA等)的出現(xiàn),為結(jié)構(gòu)創(chuàng)新帶來(lái)了革命性機(jī)遇,但也帶來(lái)了本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜、界面行為難以預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)理論滯后等挑戰(zhàn)。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)理論:建立從微觀(材料組成)、細(xì)觀(纖維/骨料分布)到宏觀(構(gòu)件/結(jié)構(gòu))的本構(gòu)模型和設(shè)計(jì)方法學(xué)。研究材料微結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能(強(qiáng)度、韌性、疲勞)的定量關(guān)系。
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性能化設(shè)計(jì)方法:基于目標(biāo)性能(如變形能力、損傷控制、自愈合能力)反推所需材料的關(guān)鍵性能參數(shù),指導(dǎo)材料的定向研發(fā)與設(shè)計(jì)。
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智能材料與結(jié)構(gòu)一體化:研究將傳感、驅(qū)動(dòng)功能(如SMA, 壓電材料)直接植入建筑材料中,設(shè)計(jì)具有自感知、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)能力的智能結(jié)構(gòu)體系。
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軟件與平臺(tái)開(kāi)發(fā):開(kāi)發(fā)集成材料數(shù)據(jù)庫(kù)、多尺度模擬算法和性能化設(shè)計(jì)工具的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。
二、 既有結(jié)構(gòu)的維護(hù)與性能提升
1. 核心內(nèi)涵:
針對(duì)我國(guó)規(guī)模巨大且日益老齡化的基礎(chǔ)設(shè)施,研究其性能退化機(jī)理、精準(zhǔn)診斷技術(shù)、高效加固修復(fù)方法及性能提升理論,保障其安全、耐久與長(zhǎng)效服役。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
我國(guó)既有結(jié)構(gòu)存量巨大,許多已進(jìn)入“中老年期”,安全維護(hù)需求迫切。挑戰(zhàn)在于損傷機(jī)理復(fù)雜、檢測(cè)精度與效率不足、傳統(tǒng)加固技術(shù)干擾大、耐久性提升困難,以及運(yùn)維決策缺乏理論支撐。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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智能檢監(jiān)測(cè)與數(shù)字孿生:研究基于無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、分布式光纖傳感、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等的無(wú)損檢測(cè)與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)。建立融合物理模型與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)數(shù)字孿生體,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估與預(yù)測(cè)性維護(hù)。
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高效加固與功能提升技術(shù):研發(fā)新型高性能復(fù)合材料(FRP, TRC等)加固技術(shù)、自預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、可逆式連接技術(shù)等。研究在加固的同時(shí)提升結(jié)構(gòu)抗震、抗爆等極端性能的方法。
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耐久性修復(fù)與提升:研究鋼筋混凝土的電化學(xué)修復(fù)、微生物自修復(fù)、表面高性能防護(hù)涂層等技術(shù),從根本上延緩性能退化。
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全壽命周期運(yùn)維決策理論:基于可靠度理論和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),建立考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的多目標(biāo)優(yōu)化決策模型,指導(dǎo)維護(hù)策略的制定。
三、 復(fù)雜環(huán)境下土工構(gòu)筑物和基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定機(jī)制及控制
1. 核心內(nèi)涵:
研究極端荷載(地震、波浪、沖擊)、復(fù)雜地質(zhì)(軟弱土、膨脹土、凍土)及多場(chǎng)耦合(滲流-應(yīng)力-化學(xué)-溫度)條件下,重大土工構(gòu)筑物(高邊坡、深基坑、長(zhǎng)大堤壩、海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ))的失穩(wěn)機(jī)理和發(fā)展智能化控制技術(shù)。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
“交通強(qiáng)國(guó)”、“海洋強(qiáng)國(guó)”等戰(zhàn)略推動(dòng)工程建設(shè)走向地質(zhì)環(huán)境更復(fù)雜、規(guī)模更大的領(lǐng)域。傳統(tǒng)土力學(xué)理論面臨極端條件和多場(chǎng)耦合效應(yīng)的挑戰(zhàn),失穩(wěn)過(guò)程具有強(qiáng)非線性和不確定性。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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多場(chǎng)耦合本構(gòu)模型與仿真:發(fā)展能夠描述土體在復(fù)雜應(yīng)力路徑、滲流、化學(xué)侵蝕和凍融循環(huán)耦合作用下力學(xué)行為的本構(gòu)模型和高保真數(shù)值仿真方法。
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災(zāi)變機(jī)理與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析:研究地震、波浪等動(dòng)力荷載作用下土體液化、漸進(jìn)破壞和整體失穩(wěn)的全過(guò)程機(jī)理。發(fā)展基于機(jī)器學(xué)習(xí)的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。
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智能化調(diào)控與韌性提升技術(shù):研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能感知-分析-決策-執(zhí)行系統(tǒng)。研究自適應(yīng)基礎(chǔ)、土壤微生物改性、根系仿生加固等新型綠色智能調(diào)控技術(shù)。
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遠(yuǎn)程監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái):構(gòu)建基于北斗、InSAR、傳感網(wǎng)絡(luò)的大型工程穩(wěn)定性遠(yuǎn)程監(jiān)控與早期預(yù)警平臺(tái)。
四、 土木工程全生命周期設(shè)計(jì)理論和方法
1. 核心內(nèi)涵:
將設(shè)計(jì)視角從傳統(tǒng)的“建造期”拓展到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維直至拆除回收的“全生命周期”,統(tǒng)籌考慮結(jié)構(gòu)安全、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)效益的最優(yōu)化。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
可持續(xù)發(fā)展要求土木工程最大限度地節(jié)約資源、降低環(huán)境影響。挑戰(zhàn)在于全生命周期數(shù)據(jù)和信息的集成與共享、多目標(biāo)(安全、碳排、成本)的權(quán)衡與優(yōu)化、以及長(zhǎng)效性能的預(yù)測(cè)。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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BIM與數(shù)字孿生深度應(yīng)用:研究基于BIM-5D/6D(加入成本、能耗信息)的設(shè)計(jì)方法。發(fā)展設(shè)計(jì)-運(yùn)維一體化的數(shù)字孿生技術(shù),實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)與實(shí)體運(yùn)維的實(shí)時(shí)交互。
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生命周期評(píng)價(jià)(LCA)與成本分析(LCCA):建立符合中國(guó)國(guó)情的土木工程材料與構(gòu)件的LCA數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。將LCA和LCCA深度融入設(shè)計(jì)方案比選和優(yōu)化流程。
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性能化與韌性設(shè)計(jì):制定面向全生命周期的性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)和指標(biāo)體系,特別是考慮氣候變化和未來(lái)使用功能變更的適應(yīng)性設(shè)計(jì)。
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拆解與循環(huán)利用設(shè)計(jì)(Design for Deconstruction, DfD):研究便于未來(lái)拆解、分類和循環(huán)利用的連接構(gòu)造和結(jié)構(gòu)體系,推動(dòng)建筑業(yè)向循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)型。
五、 材料-結(jié)構(gòu)一體化基礎(chǔ)理論
1. 核心內(nèi)涵:
此為方向一的深化,更側(cè)重于基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。旨在揭示材料與結(jié)構(gòu)在從形成到失效的全過(guò)程中,在不同尺度上的相互作用機(jī)理、能量耗散規(guī)律和系統(tǒng)失效準(zhǔn)則,建立統(tǒng)一的理論框架。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
材料與結(jié)構(gòu)之間的界面、連接和協(xié)同工作機(jī)制是當(dāng)前研究的薄弱環(huán)節(jié)。微觀損傷如何引發(fā)宏觀失效?多材料組合結(jié)構(gòu)的力電熱磁多物理場(chǎng)響應(yīng)如何?這些都需要更深層的理論突破。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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界面力學(xué)與多尺度破壞理論: 深入研究不同材料(混凝土-鋼,F(xiàn)RP-混凝土)界面的粘結(jié)-滑移本構(gòu)、疲勞損傷和破壞機(jī)理。建立跨尺度的損傷演化與斷裂理論。
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先進(jìn)數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用: 利用數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)、CT掃描等技術(shù),實(shí)時(shí)觀測(cè)材料內(nèi)部和界面在荷載下的微裂紋萌生、擴(kuò)展過(guò)程,為理論模型提供驗(yàn)證。
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人工智能輔助理論發(fā)現(xiàn): 利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法,從海量的試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)中挖掘隱藏的物理規(guī)律和本構(gòu)關(guān)系,甚至發(fā)現(xiàn)新的理論公式。
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多物理場(chǎng)耦合理論:研究在力、熱、電、磁、濕等多場(chǎng)耦合作用下,材料-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)理與調(diào)控原理。
六、 極端荷載及惡劣環(huán)境下工程結(jié)構(gòu)失效機(jī)理與性態(tài)控制
1. 核心內(nèi)涵:
聚焦于強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)、爆炸、沖擊、火災(zāi)、以及深海、高寒、鹽堿等惡劣環(huán)境下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),揭示其失效機(jī)理,并發(fā)展有效的性態(tài)控制(隔離、消能、保護(hù))技術(shù)與設(shè)計(jì)理論。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
國(guó)家安全和重大工程防護(hù)對(duì)結(jié)構(gòu)抗極端荷載能力提出更高要求。極端事件具有強(qiáng)不確定性、高破壞性和多災(zāi)害耦聯(lián)性,試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)難,理論描述復(fù)雜。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)與裝置:發(fā)展能夠復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)持時(shí)地震、風(fēng)-浪-流耦合、爆炸沖擊波等作用的試驗(yàn)設(shè)備和模擬方法(如混合仿真)。
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高效高精度計(jì)算模型:發(fā)展適用于結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌、流固耦合、爆炸沖擊等高度非線性問(wèn)題的計(jì)算模型和高效算法。
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新型減隔震與消能裝置:研發(fā)適用于極端荷載的 Mega-屈服位移隔震支座、高性能金屬阻尼器、自復(fù)位耗能裝置等。
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智能防護(hù)與可恢復(fù)結(jié)構(gòu):研究基于智能材料和算法的主動(dòng)、半主動(dòng)控制系統(tǒng)。發(fā)展“可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)”體系,保證主結(jié)構(gòu)在災(zāi)后快速恢復(fù)使用。
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多災(zāi)害防御設(shè)計(jì):研究地震、風(fēng)、火、爆等多災(zāi)害作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及其耦合效應(yīng),建立多災(zāi)害防御設(shè)計(jì)框架。
七、 土木工程及城市大系統(tǒng)多災(zāi)害效應(yīng)與抗災(zāi)韌性提升
1. 核心內(nèi)涵:
從單個(gè)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到城市系統(tǒng)尺度,研究地震、臺(tái)風(fēng)、洪水、內(nèi)澇、地質(zhì)災(zāi)害等多重或鏈生災(zāi)害對(duì)城市建筑群、生命線工程(交通、供水、供電、供氣網(wǎng)絡(luò))的破壞效應(yīng),并研究提升整個(gè)城市系統(tǒng)抗災(zāi)韌性的理論和方法。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
城市化進(jìn)程使得災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高度集中。災(zāi)害鏈效應(yīng)(如地震引發(fā)火災(zāi)、洪水導(dǎo)致斷電)使得損失急劇放大。挑戰(zhàn)在于城市系統(tǒng)的極端復(fù)雜性、災(zāi)害模擬的巨大計(jì)算量以及韌性提升的多部門(mén)協(xié)同。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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城市多災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模擬平臺(tái):構(gòu)建融合地理信息、建筑 inventory、基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、災(zāi)害物理模型和人口動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的城市尺度高分辨率多災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模擬與評(píng)估平臺(tái)。
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生命線工程系統(tǒng)韌性:研究生命線工程的脆弱性分析、功能中斷模型和快速恢復(fù)策略。研究關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的相互依賴關(guān)系和連鎖失效機(jī)制。
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韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系:建立量化城市韌性的多維度(技術(shù)、組織、社會(huì)、經(jīng)濟(jì))指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。
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“平時(shí)-災(zāi)時(shí)-災(zāi)后”決策支持系統(tǒng):開(kāi)發(fā)用于防災(zāi)規(guī)劃、應(yīng)急響應(yīng)和恢復(fù)重建的智能決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基于情景的動(dòng)態(tài)推演和方案優(yōu)化。
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規(guī)劃與工程措施的融合:研究如何通過(guò)城市規(guī)劃(如避難場(chǎng)所布局、冗余通道設(shè)置)與工程措施(如韌性結(jié)構(gòu)、海綿城市)的結(jié)合,系統(tǒng)性提升城市韌性。
八、 能源基礎(chǔ)設(shè)施
1. 核心內(nèi)涵:
面向國(guó)家能源戰(zhàn)略,研究支撐新能源開(kāi)發(fā)利用的特種土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù),包括海上風(fēng)電平臺(tái)、光伏支架系統(tǒng)、抽水蓄能電站、核電站、氫能儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施等。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
能源轉(zhuǎn)型是全球共識(shí)。海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海、大容量發(fā)展,其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)面臨復(fù)雜海洋環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn);氫能儲(chǔ)運(yùn)對(duì)材料抗氫脆和結(jié)構(gòu)密封性提出新要求。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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深遠(yuǎn)海風(fēng)電結(jié)構(gòu):研究超大型漂浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)、系泊系統(tǒng)、材料防腐、以及一體化設(shè)計(jì)理論。研發(fā)施工安裝和遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)。
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高效光伏結(jié)構(gòu)體系:研究與大跨度建筑、農(nóng)業(yè)大棚、水面等一體化結(jié)合的光伏結(jié)構(gòu)體系,及其抗風(fēng)、抗雪、抗震性能。
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大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)施:研究抽水蓄能電站地下洞室群圍巖穩(wěn)定、高壓隧洞襯砌設(shè)計(jì)。研發(fā)壓縮空氣儲(chǔ)能、液氫儲(chǔ)罐等新型儲(chǔ)能設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全與耐久性關(guān)鍵技術(shù)。
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氫能基礎(chǔ)設(shè)施韌性:研究氫環(huán)境下材料性能退化、儲(chǔ)氫容器疲勞斷裂機(jī)理、以及加氫站等的安全防護(hù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)。
九、 地外建造基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)
1. 核心內(nèi)涵:
為月球、火星等星球的探測(cè)和駐留提供支撐,研究在極端地外環(huán)境(真空、微重力、高低溫循環(huán)、宇宙輻射、星塵)下的建造科學(xué)問(wèn)題、原位資源利用(ISRU)技術(shù)和智能建造裝備。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
深空探測(cè)是國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的新高地。地外建造面臨無(wú)大氣、極端溫差、輻射強(qiáng)、運(yùn)輸成本極高(需原位利用資源)等地球上前所未有的挑戰(zhàn)。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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地外原位材料制備與利用:研究利用月壤/火星壤(Regolith)進(jìn)行燒結(jié)、3D打印、制備水泥類膠凝材料的工藝與力學(xué)性能。
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地外結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)方法:研究適應(yīng)低重力、無(wú)大氣環(huán)境的新型結(jié)構(gòu)形式(如穹頂、拱殼)、密封技術(shù)、以及抗輻射和微隕石沖擊的設(shè)計(jì)理論。
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地外智能建造機(jī)器人:研發(fā)面向地外環(huán)境的無(wú)人化、自適應(yīng)、協(xié)同作業(yè)的機(jī)器人建造系統(tǒng),包括大型3D打印機(jī)器人、物料搬運(yùn)與組裝機(jī)器人等。
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地外環(huán)境模擬與試驗(yàn):建立可模擬地外真空、高低溫、輻射環(huán)境的試驗(yàn)裝置,用于材料、結(jié)構(gòu)和工藝的驗(yàn)證。
十、 現(xiàn)代土木工程試驗(yàn)與數(shù)值模擬
1. 核心內(nèi)涵:
發(fā)展新一代試驗(yàn)技術(shù)和數(shù)值方法,作為支撐上述所有前沿研究的共性關(guān)鍵技術(shù)。推動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)的智能化、無(wú)人化和高精度化,以及數(shù)值模擬的高保真、高效化和智能化。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
傳統(tǒng)試驗(yàn)方法效率低、成本高、某些現(xiàn)象難以捕捉。數(shù)值模擬在計(jì)算效率和精度上仍存在矛盾,復(fù)雜本構(gòu)和破壞過(guò)程的模擬仍不夠精確。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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混合試驗(yàn)與分布式協(xié)同試驗(yàn):發(fā)展將物理試驗(yàn)與數(shù)值模擬實(shí)時(shí)結(jié)合的混合仿真技術(shù),以及多個(gè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)網(wǎng)協(xié)同完成復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的技術(shù)。
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智能試驗(yàn)機(jī)器人:研發(fā)用于自動(dòng)布設(shè)傳感器、進(jìn)行掃描式測(cè)量、甚至執(zhí)行加載的機(jī)器人系統(tǒng),提升試驗(yàn)效率和精度。
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多尺度、多物理場(chǎng)高保真模擬:發(fā)展耦合宏觀-微觀-細(xì)觀的模擬框架,以及流固耦合、爆轟、連續(xù)倒塌等高非線性問(wèn)題的計(jì)算力學(xué)新方法。
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人工智能賦能仿真(AI4SIM):研究基于機(jī)器學(xué)習(xí)的速度本構(gòu)模型、模型降階技術(shù)、仿真結(jié)果智能分析(自動(dòng)識(shí)別損傷)以及替代模型(Surrogate Model),極大提升計(jì)算效率。
十一、 土木工程信息化和智能化
1. 核心內(nèi)涵:
將人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)深度融入土木工程全產(chǎn)業(yè)鏈,驅(qū)動(dòng)行業(yè)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維各環(huán)節(jié)的范式變革。2. 研究背景與挑戰(zhàn):
土木行業(yè)信息化水平相對(duì)較低,存在“數(shù)據(jù)孤島”,智能化應(yīng)用多處于點(diǎn)狀階段,未形成體系。需要解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、算法可靠性、軟硬件集成等挑戰(zhàn)。3. 可行研究?jī)?nèi)容與方案:
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智能設(shè)計(jì)與生成式設(shè)計(jì):研究基于AI和性能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)算法。探索生成式AI在方案創(chuàng)意、結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化中的應(yīng)用。
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智能建造與機(jī)器人:研發(fā)鋼結(jié)構(gòu)焊接、混凝土澆筑、墻面噴涂、質(zhì)量檢測(cè)、高空作業(yè)等建筑機(jī)器人。研究基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地管理系統(tǒng)。
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基礎(chǔ)設(shè)施智慧運(yùn)維:基于“BIM+GIS+IoT+AI”技術(shù),構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維平臺(tái),實(shí)現(xiàn)狀態(tài)自動(dòng)感知、AI診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)和養(yǎng)護(hù)決策優(yōu)化。
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數(shù)字孿生與元宇宙:研究高保真城市信息模型(CIM)與數(shù)字孿生技術(shù),構(gòu)建與物理城市實(shí)時(shí)交互、虛實(shí)映射的“元宇宙底座”,用于城市模擬、管理和服務(wù)。
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區(qū)塊鏈與行業(yè)治理:探索區(qū)塊鏈技術(shù)在工程溯源、質(zhì)量責(zé)任追溯、供應(yīng)鏈管理和智能合約中的應(yīng)用,提升行業(yè)透明度和信任度。
上述十一個(gè)方向相互關(guān)聯(lián)、相互支撐,共同勾勒出未來(lái)十年中國(guó)土木工程學(xué)科發(fā)展的宏偉藍(lán)圖。其核心脈絡(luò)是從單一材料走向材料-結(jié)構(gòu)協(xié)同,從新建造走向全生命周期,從單體結(jié)構(gòu)走向城市系統(tǒng),從傳統(tǒng)環(huán)境走向極端/地外環(huán)境,從傳統(tǒng)方法走向信息化與智能化。
未來(lái)研究必須強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉,加強(qiáng)與材料科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能、地球科學(xué)、能源科學(xué)等的深度融合;同時(shí)注重產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合,讓前沿基礎(chǔ)研究成果更快地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力,為解決國(guó)家重大需求、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、實(shí)現(xiàn)土木工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新引領(lǐng)做出決定性貢獻(xiàn)。
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