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本文旨在分析机场场景下综合管廊区别于常规城市综合管廊的设计特征.依托某机场综合管廊工程实践,从入廊管线配置、平面布局设计、纵断面设计及特殊节点设计四个方面,对机场综合管廊的关键设计特征进行了归纳分析.分析表明,入廊管线配置应基于不同管线的功能特性与安全要求形成差异化入廊策略;平面布局宜采用以航站区为核心、沿设备摆放区及巡场通道布设的组织模式,并通过分舱布置与路径优化实现对航站楼、地道及轨道交通等构筑物的协调避让;纵断面设计可通过覆土厚度控制、纵坡优化及立体交叉组合应用,实现复杂约束条件下结构安全与运行需求的协调;特殊节点设计宜采用隐蔽化及低扰动措施,以降低施工及运维对机场运行的影响.

[目的]超导电动悬浮交通采用槽形轨道,其折线型道岔设计方法为多段导轨梁"以直拟曲",所以亟需对曲线线形、道岔参数及分段拟合规律等进行分析,开展超导电动悬浮交通折线型道岔线形及参数设计理论研究.[方法]采用单圆曲线和回旋线型缓圆缓曲线,对超导电动悬浮交通不同速度等级的折线型道岔进行平面曲线线形设计,分析车轨几何约束和舒适性指标对线形设计的要求,讨论单跨长度、转辙角度、道岔区长度、拟合圆曲线半径与分跨数、圆缓比的关系,给出适用于中低速和高速的折线型道岔线形图.[结果]结果表明,侧向允许通过速度100 km/h 级道岔拟合单圆曲线时,单跨长度和转辙角度随跨数增加而减小,8 跨后减小速率变缓,道岔区长度和圆曲线半径则先减小后增大.200 km/h 级道岔拟合缓圆缓曲线时,单跨长度和总转辙角度随圆缓比增大而减小,圆缓比小于 2 时单跨长度迅速减小,总转辙角度呈波浪形减小,道岔区总长度和圆曲线半径则逐渐增大.[结论]得出结论:中低速100 km/h 级道岔推荐采用8 跨拟合单圆曲线,单跨长9 m,道岔区转过角度 5.699 5°,拟合圆曲线半径 724 m;若要求更高的乘坐舒适性,也可采用小圆缓比的缓圆缓曲线.200 km/h 级正线换线道岔推荐采用小圆缓比和相对较小圆曲线半径的缓圆缓型道岔,圆缓比取 2 时,单跨长 19.8 m,道岔区转过角度 3.001 2°,拟合圆曲线半径 2 268 m,若要求更高行车安全性和乘坐舒适性,可适当增加圆曲线半径以减小折角处的侧向冲击.

本文针对铁路站场设计中传统二维方法存在的设计信息表达不直观、专业协同效率低及精度控制难等问题,探索BIM技术在大型铁路站场设计中的具体应用路径与方法.基于骨架驱动的建模理念,提出站场方案三维布置方法:通过导入二维平面成果生成空间骨架线,并利用参数化模板与标准件库,批量实例化轨道、道岔等构件,实现了站场主体结构的高效三维建模.在用地界设计方面,构建基于三维地形与站场模型的连续边界生成与校核流程,提升征地边界的精度和控制能力.对于站场综合管线,通过建立三维模型并利用软件干涉检查功能,实现管线与路基、接触网基础等结构物之间的碰撞检测与空间优化.此外,开发集成曲线加宽计算的限界模板工具,实现对站台、接触网支柱等建(构)筑物安全限界的自动化、可视化核查.应用实践表明,BIM 技术能够以三维协同方式显著提升站场设计的信息集成度、各专业协调效率以及设计成果的准确性.然而,当前本研究在骨架线自动生成、专用构件高效建模及数据互联等方面仍存在效率瓶颈.未来需进一步深化BIM 与铁路专业设计流程的融合,开发更高效的自动化工具,以推动铁路站场全生命周期数字化设计的全面发展.

针对传统单层超表面在多维光场复用中存在的色散串扰与调控自由度受限问题,提出并设计了一种基于全息叠加机制的四维联合复用(波长、偏振、纵向空间位置、轨道角动量)多焦平面涡旋超透镜.引入全息复振幅叠加算法,并结合低透射率(T<30%)惩罚与周期性包裹寻优机制,实现了目标焦场理想相位与实际结构相位的精准匹配.仿真表明,该超表面器件在工作频段内总透射率高达 82.45%.在 630 nm 波长的 x 线偏振光入射下,超透镜于 z=9.22 μm 和 15.9 μm 处会聚出双焦点实心光斑,绝对聚焦效率分别达 23.74%和23.11%;当切换为 530 nm 的 y 线偏振光时,生成拓扑电荷数 l=2 的双焦平面空心涡旋光束,其最高单焦点聚焦效率达 46.28%.研究证明,该基于全息叠加与受约束优化的设计方案,打破了传统几何相位的自旋共轭限制,实现了四维光场的高效复用.因此该设计对偏振复用光通信、集成量子光学、三维动态粒子操控(光镊)等领域的应用具有重要的指导价值.

复杂结构井工厂以立体化、多功能、多井型丛式井为基本特征,在页岩油气、煤层气、富油煤、深层煤及地热等非常规能源矿产资源绿色高效开发中具有重大需求,但其建设受地面条件、地质特性及工程参数等多因素耦合影响,钻井优化设计面临多约束条件下多参数优化难题.为此,系统阐述了复杂结构井工厂的基本概念与发展现状,梳理了国内外在钻井优化设计方面的研究进展与最新成果,并提出若干发展建议.研究结果表明:①大位移定向钻井延伸极限研究已由单一极限预测发展为"机械-水力-裸眼"多维度极限评估,并拓展至基于极限约束的工程优化设计;②作业平台位置优化已由单一目标的二维平面设计发展为兼顾钻井极限与工程成本等多目标的三维优化设计;③立体丛式井轨道优化已由单一目标及较少约束条件拓展为兼顾钻井总进尺、工程成本与作业难度等多约束的多目标优化,并由单轨道优化发展为多轨道协同优化;④井身结构与套管强度设计已由确定性方法拓展为概率性方法,由考虑较少作业工况拓展为涵盖更多作业工况.结论认为:①复杂结构井工厂呈现大型化与立体化发展特征,其钻井设计方法正由常规机理方法向数据与机理融合驱动方法拓展;②未来应加强地质与工程一体化、设计与控制一体化以及数字化与智能化研究,为推动复杂结构井工厂设计建设基础理论与关键技术创新发展提供支撑.

感应板作为直线电机地铁线路的重要轨道基础设备,其与轨道平面的相对高度直接决定直线电机气隙大小,不仅严重影响列车牵引效率及能耗,而且极大地威胁列车安全平稳运行.目前,地铁公司主要依靠人工检查感应板外观及几何尺寸,亟需快速、高效、准确的车载感应板检测系统以提升检测效率及精度,但国内外尚未开展感应板检测相关研究.文章提出了一种基于 3D 相机的感应板检测方法,介绍了感应板检测系统的设计、3D 相机、系统联合标定以及感应板高度检测算法,研制了基于 3D 相机的感应板检测系统设备.经在广州地铁 6 号线开展多次试验验证,感应板高度的极差保持在 0～1 mm 范围内,且 95%重复性误差为1.104 7 mm,满足实际要求,未来系统将拓展感应板巡检等功能,如感应板移位、裂缝等.

共价有机框架(COF)因其结构可精细调控、兼具有序多孔与π共轭等特征,在光催化领域受到广泛关注.通过策略性地选择有机构筑单元及连接键类型,可有效调控COF的电子结构,进而提升其光催化性能.传统极性亚胺键COF在结构稳定性、π共轭延展性以及电荷传输方面仍存在明显局限.相较之下,亚乙烯基连接可赋予COF全共轭结构,使其兼具更优越的结构稳定性、更宽的可见光吸收范围以及更高效的电荷转移能力.此外,引入具有电子推拉效应的构筑单元能够有效抑制光生电荷重组.因此,合理设计兼具亚乙烯基连接与电子推拉效应的COF,是增强其选择性光催化性能的关键. 基于此,本研究以异构噻吩并噻吩为电子供体,苯并[c][1,2,5]噻二唑及苯并[c][1,2,5]噁二唑为电子受体,通过亚乙烯基连接成功构筑了四种COF:MPBTD-T32T-COF、MPBTD-T23T-COF、MPBO-T32T-COF和MPBO-T23T-COF.通过协同调控亚乙烯基连接的COF的电子推拉效应,增强选择性光催化.粉末X射线衍射结果表明,四种COF均呈现高结晶性的AA堆叠模式,其中噻吩并[3,2-b]噻吩单元赋予了材料更优异的平面性与结晶度.傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振碳谱及元素分析确证了四种COF的成功聚合,氮气吸附-脱附实验则证实了材料内部丰富的微孔结构.理论计算揭示了四种COF的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占据分子轨道(LUMO)分别局域于噻吩并噻吩供体与苯并[c][1,2,5]噻(噁)二唑受体单元,证实了COF内存在显著的电子推拉效应.光学性质研究显示,四种材料均具备宽的可见光吸收范围,且噻吩并[3,2-b]噻吩基COF较其异构体表现出更窄的光学带隙.莫特-肖特基曲线证实四种COF均为n型半导体,其电子结构完全满足氧气还原生成超氧自由基的热力学要求.光电化学测试表明,MPBTD-T32T-COF在四种材料中展现出最高效的光生电荷分离与迁移能力.在光催化选择性硫醚氧化反应中,性能由高到低依次为:MPBTD-T32T-COF>MPBTD-T23T-COF>MPBO-T32T-COF>MPBO-T23T-COF.得益于其优异的电荷传输动力学及最有利的氧气吸附能,MPBTD-T32T-COF表现出最佳的光催化性能.循环实验证明该催化剂具有良好的循环稳定性,循环使用四次后仍能保持对苯基甲基硫醚的高转化率.控制实验与电子顺磁共振谱证实,超氧自由基为反应的主要活性氧物种.此外,底物拓展实验表明MPBTD-T32T-COF具有良好的普适性,可高效转化多种带有吸/供电子基团的芳香族及脂肪族硫醚衍生物. 综上,本研究通过融合异构工程与电子推拉效应协同策略,成功构建了一种基于亚乙烯基连接的COF光催化体系,并将其应用于硫醚的高效选择性氧化.研究系统阐释了其内在的构效关系,所得结果有望为面向选择性有机转化的COF精准设计提供一种可行的分子设计思路.

对于轨道车辆薄板结构的焊接变形问题,传统火焰加热调平工艺存在噪声大、板体松弛及调平效果不稳定等缺点,文章提出将高频感应热源应用于车辆薄板结构调平工艺,设计了配套的感应加热电源设备及专用工装,并对车顶与侧墙薄板结构的调平过程进行了数值模拟与试验研究.结果表明,感应加热调平后的薄板平面度满足工艺误差要求.最后,在车间进行了薄板结构的感应调平工艺试验,感应热源的调平工艺具有加热点直径小,板面紧实效果好,无过热现象等优势,适用于车辆薄板结构的焊接变形矫正.

针对近地轨道大规模交会事件风险筛选与连续小推力规避优化计算代价较高的问题,提出一种基于随机森林预测的小推力燃料最优碰撞规避方法.首先,根据最接近时刻相对状态及RTN方向位置不确定性建立B平面碰撞概率模型,并以碰撞概率生成风险标签;随后,利用随机森林对多维交会特征进行风险分类和优先级筛选;对于高风险事件,采用同伦延续和间接法求解连续小推力燃料最优规避轨迹.5 000个交会样本的测试结果表明,随机森林分类准确率和F1值分别达到99.68%和99.41%.在提前时间影响分析的3 h工况下,最接近时刻(TCA)碰撞概率由1.674×10-2 降至3.120×10-7,燃料消耗为2.439 g;规避提前时间增加时,满足风险约束所需燃料总体降低.该方法将智能风险筛选与满足动力学约束的最优控制相结合,可为近地轨道航天器碰撞规避提供计算框架.

针对小型航天器的六自由度自主交会对接问题,提出一种物理信息神经网络(PINN)与模型预测控制(MPC)结合的优化方法.首先构建航天器六自由度相对运动动力学模型,考虑安全距离约束,并采用旋转超平面法进行凸化处理.其次,基于MPC生成的标称控制序列构建训练数据集,设计嵌入轨道与姿态动力学约束的编码器-双分支架构PINN,实现控制输入的高效预测;然后,将预测的控制输入作为初始猜测返回到MPC优化流程,利用非线性模型预测控制的提前终止迭代条件,在保证渐近稳定的条件下减少在线优化时间,提升实时效率.最后,通过仿真验证了所提方法在航天器六自由度自主交会对接问题中的可行性和优越性.