长春工程学院第177期研究生论坛——“工程信息技术”主题科技论坛于2024年5月28日，在湖西校区7教7716教室开办。参加本次论坛的同学为2023级研究生，本次主讲的16位同学分别为：栗健航、曹潇、汤曦、沈秋忱、焦硕、彭娜、蒲劲豪、廖雅洁、张欣萍、张一美、田博、涂朝潮、王洋、严久麟、赵子文、刘雨柔。

栗健航——变压器油中溶解气体在线监测系统研究

2011年，全国用电量达到4.69万亿千瓦时，比上年增长11.7%。人均用电量3483千瓦时，比去年增加351千瓦时，超过世界平均水平。经过多年对大型变压器事故的试验及数据统计表明：约70%左右的故障是由变压器内绝缘部件引起的，尤其是绝缘材料故障。目前国内外电力系统中所采用的变压器普遍为充油式，这类变压器中的绝缘系统主要由绝缘油、绝缘纸或纸板等绝缘材料组成的复合绝缘结构构成。变压器长期运行时，变压器内可能出现油过热，局部放电和火花放电等故障，从而使绝缘油(纸)发生裂解产生CO，CO2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，H2等特征气体溶解于变压器绝缘油中。通过统计我国的大几百台变压器的故障类型百分比，可以明确知道变压器故障主要有机械故障、电能过高或者过低故障和发热过热故障，其中机械故障也是通过一系列的能量转换变成发热或者电能的故障形式表现出来。传统变压器油中溶解气体在线监测系统主要包括油气分离技术、混合气体组分分离技术以及气体检测技术。变压器油中溶解气体在线监测系统由油气采集单元、气体检测单元、数据处理单元、通信控制单元和监控软件等模块组成。

曹潇——长期服役长隧洞衬砌裂缝分布规律与仿真分析

我国水资源丰富，但是时空分布不均，输调水工程成为我国解决局部水资源短缺的重要手段。其中，隧洞工程是输调水工程中的重要结构形式。长期以来，我国修建了大量的输调水隧洞，其中很多工程为上世纪修建，长期服役下的隧洞病害规律，越来越受到工程和科研人员的关注，开展长期服役下隧洞衬砌裂缝分布规律与理论研究具有重要意义。本文以东江水源工程3. 7 km某隧洞全段为研究对象，进行全线路病害检测，定量化分析病害数据，提出采用单位长度隧洞下的裂缝分布密集程度揭示裂缝分布规律，开展长期服役的水工隧洞衬砌裂缝分布规律与仿真分析研究。得出结论：(1) 通过现场实地调查，衬砌开裂是隧洞中最为广泛的病害。Ⅱ类围岩下裂缝密度最高，为 15%，Ⅴ类围岩下裂缝密度最低，为7%。(2) 初步分析结果显示，地下水化学性质、不良地质条件、混凝土特性、地层温度不是隧洞衬砌结构裂缝密度产生差异的主要原因。断层破碎带是造成局部洞段衬砌裂缝密度产生差异的原因之一。(3) 三维数值计算结果显示，不同围岩类型下地应力场、衬砌厚度、外水压力是影响裂缝密度产生差异的主要因素。

汤曦——变压器在线监测与故障诊断系统

变压器在电力系统中扮演着重要的角色，但是其长期运行过程中容易出现故障，导致停电等严重后果。传统的变压器监测方式存在缺陷，无法对变压器的状态进行及时、全面的监测。变压器在线监测系统是基于物联网技术的变压器监测系统，包括传感器、数据采集、数据传输、云计算等多个环节，可以实现对变压器状态的实时监测和预测。变压器状态监测是变压器在线监测系统的核心，可以实现对变压器的电气参数、温度、湿度等多种状态的监测，也可以实现对变压器的故障预测和预警，避免因故障导致的停电等后果。基于物联网的变压器在线监测技术具有重要的研究意义和应用价值，可以提高变压器的可靠性和稳定性，为电力系统的安全运行提供有力保障。结合变压器故障性质现有诊断的算法，建立含多种算法新型的变压器故障监测方法，提高故障变压器诊断的精准度和效率。物联网关键技术相关理论包括传感器技术、大数据技术等多个方面，为变压器在线监测提供了强有力的支撑。变压器的在线管理系统包含的信息内容有待进一步深入，如温度变化的范围在不同工作状态及季节的变化下，使变压器的状态监测结果受外界环境影响更小。

沈秋忱——基于ANN与网络迁移的双端输电线路非同步故障测距算法研究

现有双端输电线路故障测距方法或依赖于线路模型和线路参数，亦或依赖于大量历史故障数据。为了解决上述问题，本文首先分析总结了分布参数模型和Π型线路模型的测距原理，根据线路故障前后的两端正序电压和正序电流构造了双端输电线路的测距函数；然后在此基础上提出了一种基于人工神经网络与网络迁移的双端输电线路非同步故障测距算法，所提算法不依赖于线路模型和线路参数；最后在Matlab/Simulink平台上搭建了500kV输电线路仿真模型，验证了所提算法的正确性和可靠性。理论分析和仿真结果表明，所提算法测距精度高，且不受故障位置、故障类型、过渡电阻、故障初相角、负荷电流以及非同步数据等因素的影响。此外，所提算法基于网络迁移思想充分利用了线路的大量正常数据和少量故障数据，在线路参数变化不超过±1%时仍有较高的测距精度。

焦硕——《我国碳达峰碳中和战略及路径思考》

当前，全球温室气体排放量持续增加，2021年时全球温室气体总排放量达到408亿吨CO2当量，绝对值增幅超过20亿吨，历史上增幅最大。全球能源领域碳排放呈现总量增长、强度降低的趋势，全球化石能源消费短期仍为主力，2022年，全球煤炭消费量增长1.2%，首次单年超过80亿吨，煤炭消费量创历史新高。中国温室气体排放形势依旧严峻，但逐渐向好，单位GDP碳排放量、人均温室气体排放量、人均碳排放量分别约为全球1.8、1.5、1.7倍。中国以煤炭为主的能源消费结构特征明显。清洁能源发展前景广阔，天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.9%。为实现“双碳”目标，构建了八大战略，战略一：节约提效优先战略、战略二：能源安全战略、战略三：非化石能源替代战略、战略四：再电气化战略、战略五：资源循环利用战略、战略六：固碳战略、战略七：数字化战略、战略八：国际合作战略。

彭娜——洗浴废水余热回收系统研究

近年来随着双碳政策的推进，能源使用的问题越来越得到重视。在积极开发新能源的同时，余热资源的回收利用也日益受到关注。国内建筑低品位余热回收主要集中在生活污水余热回收、空调余热回收、洗浴水余热回收利用、游泳池余热回收利用、换热器装置性能优化等方面。其中最容易回收、回收效率最高的就是洗浴废水的余热回收。大型余热回收系统回收路径较长，在回收过程中存在沿途散热损耗等问题，余热回收效率偏低。提出一种小型洗浴废水余热回收系统，分散系统就近回收，提高热水利用率，进而提高整个系统运行效率。系统中有三大主要部件分别为废水换热器、蓄热水箱与污水源热泵，通过废水换热器与污水源热泵来提取废水的热量，蓄热水箱提升热水输出效率。本系统与常规空气源热泵、电加热器等相比，将能源利用最大化，通过系统内部自我消化，提高余热回收率。系统余热回收率可达到84.44%，通过费用年值法比较了洗浴 废水余热回收系统与集中供热系统经济性，最后发现以 15 年为使用周期的洗浴 废水余热回收系统的经济性要优于集中供热系统。

蒲劲豪——厌氧-好氧联合流化床生物反应器高效降解含聚丙烯酸酯废水

聚丙烯酸酯的广泛应用使世界更加丰富多彩，但也造成了令人讨厌的可见污染。在产生PCW的行业中，纺织行业尤为突出。PCW是纺织工业上浆过程中典型的废水之一。它含有高浓度的有机化合物，生物降解性极差。传统的PCW处理方法是化学方法，存在成本高、二次污染等问题。为了提供良好高效的厌氧处理，研发了具有自主知识产权的高效厌氧反应器——螺旋对称流厌氧生物反应器(SSSAB)。本研究对SSSAB处理PCW进行了试验，取得了良好的效果。还开发了气升式外循环涡旋增强脱氮流化床生物反应器(AFB)，用于后好氧处理。本研究研究了葡萄糖作为共代谢底物对PCW处理的增强作用。虽然在废水中添加葡萄糖是不经济的，但需要一种葡萄糖的替代品。因此，我们在中试中引入了生活污水，并将其作为共代谢底物，因为它是无成本且有营养的。共底物理论的应用和SSSAB的使用减轻了聚丙烯酸酯的抑制作用，有效地提高了生物降解性。ssab - afb工艺对PCW的处理尤其有效。COD去除率可达95.2%，高于其他化学方法(最高COD去除率为92.7%)。高通量测序分析表明，Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes的相对丰度增加，有助于PCW的降解。本研究为PCW的降解提供了一种替代现有化学方法的新途径。

廖雅洁——G36宁洛高速蚌埠至明光段改扩建项目风险研究

本项目路线全长71.903公里，全线采用双向八车道高速公路标准改扩建，将原有四车道改为八车道，总体采用“两侧加宽为主+局部分离”的改扩建方式，设计速度120公里/小时，整体式路基宽42米，分离式路基宽20.75米，采用沥青混凝土路面。高速公路施工极具复杂性，存在较多安全隐患，如施工技术人员对安全没有较高的重视程度，极易导致影响生命财产安全事故发生；高速公路线路会穿越城市或与城市主干道相邻，施工范围内交通流量大，施工过程中还涉及交通导改、旧线拆除等难题，如规划设计不当，将会对交通流量造成较大的影响，使得施工期间的交通压力激增。高速公路的改扩建是复杂过程，工序多、交叉作业多、工程量大，涉及到线路测量、路基处理、桥梁建造、交通导改、旧线拆除等难题。在施工工程中，本项目主要分为桥梁施工、道路施工及交通导改3个部分进行。通过构建WBS树和RBS树，建立WBS-RBS矩阵以及风险事件进行风险识别，从工作分解角度和风险角度分析评估风险，保证项目安全有序地进行，针对已识别出的部分工作、风险结合实际工程经验提出风险控制预防建议。

张欣萍——智能建造技术在工程中的应用

以智能技术为核心的现代信息技术与以工业化为主导的现金建造技术深度融合，通过数据驱动工程勘察、设计、生产、施工和交付全过程，实现建造活动和过程的自感知、自学习、自决策和自控制，人机共融协作完成复杂建造任务的新型建造模式。以北京丰台站为例，建设者通过将BIM技术应用在数字建造和装配式领域实现丰台站改建工程桥架风管、水管的预制加工、自动化生产、现场拼装减少了现场人工使用和环境污染采用工业化成品支吊架技术减少了传统现场支吊架制作安装所产生的油漆污染、光污染和噪声污染 。丰台站俯瞰呈独特的“中”字造型近10万平方米的屋面布置了6万多平方米光伏发电板装机容量约6.5兆瓦预计年发绿电700多万度为站内照明、取暖、制冷通风、客运电梯及冷库等提供绿色能源；采用双模式无电照明系统站房屋面设置一条496米长的中央光庭阳光倾泻至高架候车厅高速站台上200多根导光管引入自然光、太阳光每年可节省用电量约95万度电减少碳排放900余吨。同时，全面探索人与机器人协同施工引入了如无人机、智能自动钢筋剪切机器人焊接机器人及三维扫描仪VR设备等众多智能设备让丰台站建设变得更“聪明”、更安全、更高效。

张一美——工程信息技术

土是由岩石经历物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等交错复杂的自然环境中所生成的各类沉积物。在自然界，土的形成过程是十分复杂的，地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下，发生风化作用，使岩石崩解、破碎，经流水、风、冰川等动力搬运作用，在各种自然环境下沉积，形成土体。因此通常说土是岩石风化的产物。土的上述形成过程决定了它具有特殊物理力学性质。与一般建筑材料相比，土具有三个重要特点：①散体性：颗粒之间无黏结或一定的黏结，存在大量孔隙固体颗粒可以透水透气；②多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系，相系之间质和量的变化直接影响它的工程性质；③自然变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，且随时间还在不断变化的材料。土壤是连接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的介质，它既为人类提供了栖居地，又是一个包含多种矿物质和营养元素、气体、水分、有机质、微生物和动植物并相互作用的生态系统。土壤系统的组成、结构、功能及相互作用的动态变化影响水循环、能量交换、生物多样性、生态系统服务、粮食安全、气候变化、区域发展和人类福祉。

田博——低温空气源热泵与太阳能复合空调系统研究阐述

随着全球变暖的影响日益显现，环保意识和技术的发展受到越来越多的重视。空气源热泵和太阳能作为一种清洁的能源，其研究和应用有助于减少对传统能源的需求，从而降低对环境的压力。本研究旨在开发一种低温空气源热泵与太阳能复合空调系统，以满足北方地区的冬季供暖需求，同时降低能耗和提高能源利用效率。太阳能供暖系统是通过太阳能集热器将太阳能转换为热能，然后通过板式换热器将热能传递给蓄水池，再通过泵实现供暖对象的换热，以实现太阳能供暖的目的。利用可再生能源供暖供冷，必须本着“因地制 宜”的原则 充分利用多种可再生能源互补，提高系统的经济性和节能性。低温空气源热泵关闭温度的取值对系统的经济性和节能性影响较大，对于经济性而言存在最优值，对于节能性而言，其值越高系统节能性越显著。对于太阳能与低温空气源热泵复合空调系统而言，除采用水池蓄热外，还可以采用潜热蓄热和化学式能蓄热方式来实现太阳能的全年利用。因此，在应用该系统时，需结合当地的气候特点、建筑负荷特性以及经济性因素进行比较分析，确定最佳的蓄能方式。

涂朝潮——毛细管辐射供暖特性研究

毛细管网辐射供暖末端仿照自然界中叶子脉络和人体毛细血管的构造形式将供回水主干管与毛细管相连接，把热水从干管均匀的分流到每根毛细管。装配式毛细管低温辐射地板内部由下至上依次为保温层、反射层、 填充层、找平层、装饰层，毛细管网置于填充层内。热水把热量传递给室内，达到供暖效果的过程可分为三个：首先，热水与 PP-R 毛细管内壁进行强迫对流换热，再通过导热的形式把热量从管内壁 传递到管外壁；其次，管壁与地板内部通过导热的传热方式进行换热；最后，地板表面以对流的形式与室内空气进行热量交换，与室内非供暖表面以辐射的形式进行换热， 但主要以辐射换热形式为主。其优点是：（1）舒适性高。由于毛细管管径细、管间距小、管内水流速度慢，换热面积增大，可使室内温度分布更加均匀；（2）运行无噪声；（3）降低能耗。当用毛细管网作为末端进行供冷/供热时，冷热源为高温冷水或者低温热水时，可选用低品位热源；（4）铺设方便，节约空间；（5）干净卫生，PPR 的管材比较环保，使用寿命长达 50 年，毛细管网可以重复利用，不易滋生细菌。

王洋——智能建筑光伏板被动降温产品比较与介绍

新型光伏材料如钙钛矿太阳能电池的出现，显著提高光电转换效率，有望达到30%以上。通过纳米结构设计、表面工程等创新技术，减少光反射和能量损失，增加吸光效率。应用大数据和AI技术，实现光伏电站的实时监控和智能运维，提升发电稳定性和效率。政府对可再生能源的支持政策和市场需求的增长，为光伏技术创新提供了持续动力。通过比较液冷光伏板系统、风冷光伏板系统、热辐射光伏板系统等被动降温产品，热辐射光伏板系统被确定为最佳方案，能够在提高发电效率的同时，兼顾安全、经济和美观等因素。光伏技术的新突破在于提升发电效率，关键因素包括材料创新、结构设计等，共同促进了光伏产业的可持续发展；比较多种被动降温产品后，发现热辐射光伏板系统效果最佳，可显著降低温度，提升发电效率；热辐射光伏板系统不仅提高发电效率，还兼顾了安全、经济和美观等因素，是光伏技术发展的优选方案；实际应用表明，热辐射光伏板系统能有效降低运行成本，提升长期收益，具有广阔的市场前景。

严久麟——低温条件下UCT-MBR处理工艺同步脱氮除磷优化研究

随着地表水准Ⅳ类处理标准的全面推广，我国部分城市，如北京、天津、太湖流域、巢湖流域等已将排放标准提升至接近地表水准Ⅳ类标准(TN≤10mg/L)或更高。北方地区低COD/TN(C/N)、冬季低温严重影响污水处理厂出水稳定达标。另外，国家提出“双碳目标”后，污水处理行业迎来高质量发展新时期，减污与降碳的协同对污水处理行业提出更高的要求。污水处理要充分发挥工艺技术的优势，尽可能地减少能耗、药耗。本研究在低温、低C/N的条件下，开展中试，通过对UCT-MBR系统C/N、回流比运行条件进行优化，在不加除磷药剂的情况下，出水达到地表水准Ⅳ类标准，为实际工程的提标改造和稳定运行提供了参考。本研究构建UCT-MBR中试系统用来处理低C/N的城镇污水，在冬季低温，不投加除磷药剂的情 况下，通过调整C/N和回流比，实现了优异的同步脱氮除磷效果，出水可稳定达到地表准Ⅳ类出水标准。本研究结果表明提高C/N有助于DPAOs的富集，污水平均C/N调整至6.0时，实现反硝化除磷脱氮，缺氧池除磷率达到73.5%，TP平均去除率高达 93.5%，系统同步脱氮除磷最优。

赵子文——新型涡发生器介绍

1涡发生器是一种被动强化传热技术，其不需要对流体流动通道进行修改也不需要连接任何外部电源。将涡流产生器放置传热表面其能通过自身的结构从而使流体绕轴旋转流动从而产生涡旋，涡发生器根据涡旋的运动分为纵向涡发生器和横向涡发生器。在工程应用领域涡发生器主要用于传递热量和改善热传递的性能。经过实验发现新型涡发生器在未来的发展前景非常广阔，主要体现在以下几个方面：(1)可再生能源发展：随着对可再生能源的需求不断增长以及对传统能源的替代要求，新型涡发生器作为一种利用水力、风能等自然资源的发电装置，将在可再生能源领域发挥重要作用；(2)能源自给自足：新型涡发生器的发展将促进能源的地方化生产和利用，使得更多地区能够实现能源自给自足；(3)智能化应用：随着物联网、人工智能等技术的发展，新型涡发生器可以实现智能化监控、远程控制等功能，提高运行效率和管理水平；(4)多样化应用场景：新型涡发生器的灵活性和适应性使其能够适用于多种应用场景；(5)环保和可持续发展：新型涡发生器的推广应用将有助于降低碳排放、减少对环境的影响，推动社会向可持续发展方向迈进。

刘雨柔——数字孪生水利

数字孪生水利是水利信息化的高级阶段，其特点有虚实交互、仿真预测、智能调控，应用在水资源管理实现水资源的优化配置和高效利用、水灾害防治提升水灾害预警和应急响应能力和水生态保护加强水生态监测和修复，促进水生态健康三个方面。数字孪生水利技术持续创新，实现精准模拟与预测；在防洪、水资源管理等领域得到广泛应用。数字孪生水利技术架构由采集设备部署传感器等采集设备、数据传输网络构建高效数据传输网络、数据建模构建水利系统数字模型、仿真分析模拟水利系统运行状态四个部分构成。数字孪生水利在防洪减灾中可用于洪水预测预警、防洪调度决策以及灾害风险评估，在水资源管理中可用于水量调度优化、水质监测与保护和水生态修复。目前，数字孪生水利面临着数据获取与融合难度大的技术挑战，但同时在AI算法优化提升模拟精度也有一定的技术突破，政府也出台相关政策，推动数字孪生水利发展，保障数字孪生水利的合法性和安全性。水利行业数字化转型需求迫切，数字孪生水利技术市场潜力巨大，随着技术的不断进步和应用场景的拓展，数字孪生水利将实现更广泛的应用。