重大工程施工技术与装备教育部工程研究中心

  重大工程施工技术与装备教育部工程研究中心于2009年 9月通过建设可行性论证会。校党委副书记陆敏恂教授、副校长蒋昌俊教授参加会议,蒋昌俊副校长代表学校致辞。论证专家组成员有教育部科技委副主任、中南大学钟掘院士,长安大学工程机械学院院长焦生杰教授,上海机械施工有限公司吴欣之总工、路桥华南工程有限公司唐世连常务副总经理,北京市机械施工有限公司乔聚甫总经理,三一重机有限公司戴晴华总经理,上海市政工程设计研究院马骉总工等,钟掘院士为专家组组长。专家组汇集了国内从事重大工程设计、施工、施工装备制造的主要单位的负责人,其中部分单位还是本工程中心的共建单位。本中心于2009年12月获得教育部的批准。

  按照“重大工程施工技术与装备教育部工程研究中心”建设规划,中心将面向国民经济主战场,为解决工程施工重大难题和推动技术进步为特色及目标,依托同济大学“机械设计及理论”国家重点学科,发挥同济大学土木、桥梁、建筑等方面的优势,并与共建单位在施工工艺与管理方面的实际经验结合,优势互补、资源共享,中心建成一个重大工程施工装备与技术创新研发平台和基地。该中心是国家创新体系中的技术创新基地,投资的主要投资来源为国家“985工程”、“211工程”及各共建项目单位,将主要从事“工程施工工艺与工法的创新与实验”、“大型构件整体提升的快速集成柔性施工装备技术”、“施工装备的节能环保”和“重大工程施工的安全管理”等四方面的新技术研发和关键性问题的攻关,力图解决一批工程机械行业中存在的重大理论和技术问题,取得关键技术的突破,满足国家重点工程的建设需要。据悉,研究中心近期主要攻关目标为国内公路、铁路发展建设和国家加速实施的能源战略与海洋战略方面的施工技术装备研发。

  其主要任务是:

  (1)追踪科学前沿和学术前沿,瞄准国家发展战略,主动对接上海科教兴市主战略,经过学科的不断凝练、整合、更新与淘汰,以自主创新为根本,围绕国家重大项目和上海市重大工程建设开展研究,研发重大工程建设急需的成套装备与技术;

  (2)自主创新,进行新型节能与环保型工程机械共性技术与关键设备的研发,为推进传统工程机械的转型、降低能耗、促进环保提供可行的技术途径,在此基础上,开发成套样机;

  (3)依据动态系统学和动态优化的理论和方法,创建复杂环境动态控制人机结合智能决策系统,并将其应用于国家重大工程建设施工中,提高工程安全与质量。

  本工程研究中心的主要研究开发方向:

  (1)工程施工工艺与工法的创新与试验

超大型结构整体施工工艺与方法:本方向主要针对现代新型建筑物大型钢结构件整体安装、各类桥梁主体结构安装、大型港口起重装备等重大工程建设施工中遇到的关键技术难题,综合运用机械、液压、电子、计算机控制、网络技术等,结合工程施工特点开发工程通用性广、现场适应能力强、施工品质及工程安全高、经济与社会效益明显的新技术及成套装备。

  桥梁转体施工工艺与方法:针对桥梁主体结构施工中遇到的"急难险重"难题,通过综合运用机、电、液、气和网络控制技术,使超大载荷在有效控制的前提下得以分散驱动,大幅提升了桥梁施工能力,促进了桥梁工程的机械化和智能化施工。研究桥梁承台围堰特大型钢吊箱下放工法、桥梁结构起扳/负转工法和拱桥大节段运架工法、桥面板施工技术(均载设备、提梁机、桥面吊机)等在桥梁施工中的应用。

  新工艺新工法的实验室模拟与仿真:研究适合大型施工装备的实时网络控制系统与理论,并建立一套实物或半实物仿真平台,使之能够快速对实时网络控制策略与算法进行评价。通过理论分析与实验探索研究施工工艺和工法的技术创新。通过实验室模拟和仿真研究,实现机械、液压和电子设备模块化整合,设计降低了控制系统的复杂性,提高设备的维护性和故障自动诊断能力。

  (2)大型构件整体提升的快速集成柔性施工装备技术

  大规模超静定复杂施工对象分散驱动技术:针对重大工程作业现场环境复杂、超静定系统、作业任务多样且需协同进行等诸多要求,研究开发一套成熟的分散协同作业装备与技术,可根据作业任务与现场情况不同进行灵活组合、快速集成、多点协同完成作业任务,以保证重大工程的顺利实施。

  模块化、标准化、系列化施工装备研制:本方向针对典型的工程应用,研究能通过物理组态快速变化和控制系统自组织优化配置形成新的生产能力和生产功能的新一代系统。从全局和局部进行系统分析,表达不同子系统的耦合关系,实现施工装备的模块化、标准化和系列化,即支持复杂机械系统的快速功能模块配置、控制功能自组织配置、工艺变化、重构运行及其误差溯源等可重构技术,实现作业任务与复杂机械系统功能的快速匹配。

  时间触发协议取代事件触发协议的多层分布式实时网络技术:本方向采取增强信号、优化通讯数据组合、传输等措施,围绕时间触发协议多层分布式实时网络技术,增强信号传输的实时性。针对不同控制网络,运用不同的分析手段,建立网络实时性能的评价方法。研究时间触发协议取代事件触发协议的多层分布式实时网络,设计一些适合大型施工装备系统控制特点的实时网络,建立统一的施工装备网络标准。

  大型结构与控制系统的联合建模理论与多闭环解耦控制方法:本方向研究大型结构系统构建的一般方法以及各个组成模块的关联,研究适合工程机械特点的非线性建模方法,为分析评价工程机械系统的性能和进行系统可靠性研究奠定理论基础。研究大刚度结构载荷分配与位置双控制,载荷均衡和位姿控制,通过位置敏感与载荷敏感吊点的判别办法实现多闭环解耦控制。

  (3)施工装备的节能环保

  施工装备能源技术:针对新型工程机械的使用特点与工程背景,以节能和环保为目标,结合新型电力驱动技术、燃料电池驱动系统特性与传统工程机械牵引理论、典型工程机械载荷谱耦合技术等展开研究,并在若干关键技术领域取得突破,形成学科新的成长点。

  施工装备传动技术:本方向针对施工装备动力传动系统具有大功率、高负载,长期工作在恶劣工况和恶劣环境的特点,主要研究施工装备动力系结构及其参数匹配的研究;高效大功率新型机械、液压、液力传动及其控制系统的开发;恶劣工况下传动系统典型零部件(变矩器、离合器、制动器、齿轮、轴系)的设计理论等。

  施工装备节能环保技术:针对工程机械动力传动系统具有大功率、高负载,长期工作在恶劣工况和恶劣环境的特点,主要研究工程机械动力传动系统的设计理论方法及其自动化技术,包括:工程机械动力系结构及其参数匹配的研究;高效大功率新型机械、液压、液力传动及其控制系统的开发;恶劣工况下传动系统典型零部件(变矩器、离合器、制动器、齿轮、轴系)的设计理论。

  施工装备绿色制造:研究环保型工程机械全生命周期的绿色制造技术。研究可再利用、再循环的材料,稀有材料的替代材料和相容性好的材料,通过再制造技术延长工程机械的使用寿命并扩展其应用范围,实现再循环利用。研究轻量化制造技术与工艺,通过研究绿色、清洁生产工艺,有效地利用能源和资源,实现综合利用。

  根据本学科原有研究基础和研究特色,拟通过本方向的实施与建设,建设好三个平台和一台示范样机,即:工程机械能源的供应与回收、工程机械动力传动、工程机械电子控制三个试验平台和一台电力驱动的工程机械示范样机,以期在快速集成柔性工程机械、环保节能型工程机械方面取得突破并形成学科优势。

  (4)重大工程施工的安全管理

  重大工程风险评估理论与方法:在研究国内外先进的风险管理理论的基础上,提出了适合我国国情的重大工程施工风险管理理论。对液压整体同步提升方案设计及其施工过程风险进行系统的研究,对提升施工中的风险因素的识别方法进行概括和总结,尤其是对复杂超大型构件超高空液压整体同步提升的施工风险进行全面的剖析,构造液压整体同步提升基础施工的风险评价结构体系。

  施工过程的全信息化故障诊断与安全监测系统:本方向研究施工过程智能监控理论及其应用、机电液系统嵌入式计算机控制理论及应用、多重协议有线及无线监控网络设计方法及应用、远程故障诊断理论及其应用以及施工全过程安全监测系统等。

  重大工程施工安全动态控制与决策系统:本方向研究重大施工安全控制的方案方法,施工状态数据的提取与共享、安全控制与决策系统集成技术。建立施工机械系统的动态性能获取和相应的评价准则,定量预测不同工况下安全状态与性能,通过决策系统实现施工过程安全控制。

 


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