第一篇：多元分析方法在辨證論治研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀與思考概要

多元分析方法在辨證論治研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀與思考

[ 08-10-30 15:03:00 ]

作者：田松

編輯：studa20 【摘要】

證候是中醫(yī)學(xué)認(rèn)識(shí)疾病和辨證論治的主要依據(jù)，是帶動(dòng)中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論取得突破、促進(jìn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。證候的高維高階特性為證候?qū)嵸|(zhì)的研究、證候的規(guī)范化、證候診斷標(biāo)準(zhǔn)的建立等帶來(lái)了困難。運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法在合理整合和充分利用各種數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)行科學(xué)分析、特征提取和規(guī)律探索是研究中醫(yī)學(xué)臨床規(guī)律的一條可行的途徑?！娟P(guān)鍵詞】

多元分析 辨證論治 疾病危險(xiǎn)度 證治規(guī)律 綜述

多元分析方法在辨證論治研究中的應(yīng)用

1．1

共性特征和證候特征的研究

癥狀是疾病所反映的現(xiàn)象，他是判斷病種、辨別證候的主要依據(jù)。有專家指出，疾病的癥狀表現(xiàn)可大致分為3類：第1類是代表疾病本身特征的癥狀，第2類是代表證本身特征的癥狀，第3類是對(duì)辨證辨病皆貢獻(xiàn)不大的癥狀［1］。如何從紛繁復(fù)雜的癥狀中篩選出屬于中醫(yī)證本身的主要癥狀是認(rèn)清證本身特點(diǎn)的前提。張琴等［2］運(yùn)用因子分析、模糊C 均值聚類和模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，提取900例肝炎后肝硬化患者的中醫(yī)證候因子，認(rèn)為肝炎后肝硬化的癥狀和體征可劃分為共性特征和證候特征兩大類，前者反映疾病所具有的中醫(yī)基本病機(jī)，后者反映疾病的不同綜合病理狀態(tài)。李永健等［3］在肝癌流行性調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多元Logistic 回歸分析在篩選肝癌常見(jiàn)證候與癥狀方面做了一些嘗試性的探索。

1．2

證的分類與疾病危險(xiǎn)度關(guān)系的研究

證是機(jī)體在疾病發(fā)展過(guò)程中某一階段的病理概括，反映出病變發(fā)展過(guò)程中某一階段病理變化的本質(zhì)。疾病的證型會(huì)隨著疾病的發(fā)展而變化，同一疾病的不同證型反映了疾病不同階段的不同病機(jī)，也反映了疾病的輕重及危險(xiǎn)性。當(dāng)疾病表現(xiàn)出不同的證型時(shí)，其對(duì)健康的損害程度如何并不十分明了，所以分析每一證型危險(xiǎn)程度的大小就顯得十分必要。丁邦晗等［4］對(duì)375例胸痹心痛患者進(jìn)行證候分類和冠狀動(dòng)脈造影檢查，通過(guò)二值多元Logistic 回歸分析，比較不同證型的危險(xiǎn)度。結(jié)果提示對(duì)胸痹心痛的危險(xiǎn)程度依次為血瘀證、痰濁證、氣虛證、陰虛證、寒凝證。

1．3

證型標(biāo)準(zhǔn)的研究

辨證分型是將西醫(yī)或中醫(yī)的某一疾病，分為幾個(gè)不同的證候類型進(jìn)行治療。辨證分型的“型”是模型，是在對(duì)患者群高度分析總結(jié)的基礎(chǔ)上對(duì)疾病過(guò)程的模擬，是建立在疾病的基礎(chǔ)上的。而疾病是在病因的作用下，出現(xiàn)的具有一定發(fā)展規(guī)律的演化過(guò)程，具體表現(xiàn)出若干特定的癥狀和各階段的相應(yīng)證候，是有規(guī)律可循的。因此建立在疾病基礎(chǔ)上的證和證型也是有規(guī)律可循的，可以運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)如多元分析等客觀化的手段來(lái)探索其規(guī)律。李濤等［5］采用多元統(tǒng)計(jì)方法分析焦慮癥的中醫(yī)癥狀及證型的分布特征，用聚類分析的方法將焦慮癥的10 余種證型簡(jiǎn)化為5 種證型組合。劉寨華等［6］通過(guò)對(duì)150 例胸痹心脾兩虛證患者的36 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行多元線性逐步回歸分析，表明胸悶、心前痛等11 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)此證的貢獻(xiàn)度最大。

1．4

證與危險(xiǎn)因素關(guān)系的研究

證候作為疾病過(guò)程中階段性的病理概括，影響因素常常涉及病因、病位、病程、病性、氣候、患者的年齡、性別、體質(zhì)等諸多因素，在諸多因素的影響下常常表現(xiàn)為復(fù)雜而且多變的特點(diǎn)，但仍有一些規(guī)律可循。崔曉琳等［7］采用二元回歸法對(duì)739例首發(fā)中風(fēng)急性期患者的辨證分型與危險(xiǎn)因素的關(guān)系進(jìn)行分析。認(rèn)為高血壓病、吸煙、飲酒與中風(fēng)之肝陽(yáng)暴亢風(fēng)火上擾證相關(guān)，其余證型與危險(xiǎn)因素的關(guān)系無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1．5

證型與實(shí)驗(yàn)指標(biāo)關(guān)系的研究

應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法與儀器，結(jié)合多元分析法建立辨證診斷的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，是探究證候的實(shí)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)辨證客觀化的必要手段。溫利輝等［8］運(yùn)用多元分析法探討IgA 腎病的病理?yè)p害、臨床表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)指標(biāo)與中醫(yī)證型的關(guān)系，結(jié)果顯示IgA 腎病的病理?yè)p害和臨床表現(xiàn)與中醫(yī)證型相關(guān)聯(lián)，陽(yáng)虛證與水腫、陰虛證與尿血關(guān)系密切。陳昌華等［9］對(duì)27 例肝血虛證患者的15 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)多因素聚類分析并進(jìn)行典型指標(biāo)篩選，認(rèn)為血漿NE、T3下降，TXB2、cGMP、ALD升高可考慮作為肝血虛證的實(shí)驗(yàn)診斷參考指標(biāo)。

1．6

證治規(guī)律研究

傳統(tǒng)的文獻(xiàn)研究最大的弱點(diǎn)在于研究者沒(méi)有通過(guò)定量方法處理數(shù)據(jù)，往往主觀加以選擇或摒棄，令人無(wú)所適從。采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法可以較好地避免數(shù)據(jù)處理時(shí)主觀因素的摻雜，客觀準(zhǔn)確地反映研究對(duì)象，并在文獻(xiàn)資料中發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在的客觀規(guī)律［10］。通過(guò)文獻(xiàn)整理與多元分析相結(jié)合的方法，探析中醫(yī)病證的證治規(guī)律，重新審視中醫(yī)學(xué)對(duì)病機(jī)屬性、證治方案的認(rèn)識(shí)，可揭示辨證論治的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，為臨床研究提供有價(jià)值的依據(jù)。盧惠林等［11］通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析方法，從方藥的頻數(shù)和劑量?jī)蓚€(gè)角度探求唐宋金元明清各歷史時(shí)期糖尿病的方藥規(guī)律，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)虛藥、清熱藥是治療此病的兩類主要藥物，提示熱盛傷陰、氣血兩虛應(yīng)是歷朝歷代總的糖尿病證侯群的分型歸屬。李國(guó)春等［12］采用多元統(tǒng)計(jì)聚類分析的方法探討了半夏瀉心湯臨床案例的病種分布、用藥規(guī)律和特點(diǎn)。

思

考

辨證論治是中醫(yī)防病治病的基本方法，抓住辨證標(biāo)準(zhǔn)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展研究，就有可能帶動(dòng)中醫(yī)理論、臨床療效、證候本質(zhì)研究的進(jìn)展。證候是中醫(yī)學(xué)認(rèn)識(shí)疾病和辨證論治的主要依據(jù)，是帶動(dòng)中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論取得突破、促進(jìn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。然而，證候?qū)儆诟呔S高階的復(fù)雜系統(tǒng)，證候的高維高階特性為證候的規(guī)范化、證候?qū)嵸|(zhì)的研究、證候診斷標(biāo)準(zhǔn)的建立等帶來(lái)了困難［13］。隨著生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等研究的興起，人們?cè)絹?lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，從信息系統(tǒng)視角研究同樣是系統(tǒng)的、復(fù)雜的中醫(yī)藥理論體系，在合理整合和充分利用各種數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)行科學(xué)分析、特征提取和規(guī)律探索，可能是研究中醫(yī)學(xué)臨床規(guī)律的一條可行的途徑［14］。

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作者：田松

編輯：studa20

馬克思曾深刻指出：“一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用了數(shù)學(xué)之后，才算達(dá)到了完善的地步。”早在《黃帝內(nèi)經(jīng)》中就有一定程度的數(shù)學(xué)語(yǔ)言和思維的運(yùn)用，如《靈樞·九宮八風(fēng)》中的“生數(shù)”、“成數(shù)”和“九宮”等涉及的正是我國(guó)古代數(shù)學(xué)上著名的幻方定理——河圖洛書(shū)的內(nèi)容［15］。隨著近年來(lái)科技的進(jìn)步，中醫(yī)藥研究也開(kāi)始有意識(shí)地引用現(xiàn)代數(shù)學(xué)語(yǔ)言和方法，從非生命科學(xué)中發(fā)展起來(lái)的數(shù)學(xué)，在被應(yīng)用于中醫(yī)藥領(lǐng)域時(shí)就需要多元統(tǒng)計(jì)分析的方法。多元統(tǒng)計(jì)分析是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)近20多年來(lái)迅速發(fā)展的一個(gè)分支，他探討高維數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，如研究多元變量間的相互關(guān)系、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化等，能綜合體現(xiàn)出人體生命活動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，與中醫(yī)藥學(xué)基礎(chǔ)理論有內(nèi)在的切合性。中醫(yī)藥學(xué)理論中充滿了數(shù)學(xué)語(yǔ)言和思維，如證的分類、組成和演變中飽含著多元模糊的數(shù)學(xué)思想，證候是以癥狀群組合的形式出現(xiàn)的，但同時(shí)又受到許多因素的影響，證與癥狀的關(guān)系不是單純的線性和正態(tài)的。將數(shù)理統(tǒng)計(jì)引入證的研究不但是可行的而且是科學(xué)的。當(dāng)然在實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中還存在不少問(wèn)題，如通過(guò)多元分析所得到的證型分類往往與傳統(tǒng)中醫(yī)辨證分型之間存在一定的差異，提示我們現(xiàn)代科學(xué)的多元分析方法與傳統(tǒng)臨床辨證論治經(jīng)驗(yàn)相對(duì)接有待進(jìn)一步探索。

【參考文獻(xiàn)】

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第二篇：信息技術(shù)在國(guó)外中小學(xué)教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究的思考

信息技術(shù)在國(guó)外中小學(xué)教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究的思考

通過(guò)對(duì)日本、澳大利亞、韓國(guó)、印度尼西亞和美國(guó)5個(gè)國(guó)家新信息技術(shù)在中小學(xué)教育中應(yīng)用情況的研究，我們得出以下結(jié)論：

不同國(guó)家對(duì)新信息技術(shù)的理解不完全一致有些國(guó)家認(rèn)為信息技術(shù)就是指計(jì)算機(jī)及與其相關(guān)的通訊技術(shù)手段，如日本、新西蘭、澳大利亞、韓國(guó)等，而有些發(fā)展中國(guó)家，比如馬來(lái)西亞就認(rèn)為，對(duì)于發(fā)展中國(guó)家，在信息技術(shù)中應(yīng)考慮的不僅僅是計(jì)算機(jī)技術(shù)，而應(yīng)同時(shí)考慮其它設(shè)備，這就是說(shuō)應(yīng)包括印刷材料、媒體包、錄音帶、錄像帶、甚至包括人類資源。計(jì)算機(jī)用于學(xué)校對(duì)某些國(guó)家是一項(xiàng)昂貴的事業(yè)，尤其對(duì)邊遠(yuǎn)和農(nóng)村地區(qū)，那里的中小學(xué)能源可能還是個(gè)問(wèn)題。

但是，無(wú)論對(duì)信息技術(shù)如何理解，計(jì)算機(jī)在社會(huì)中的作用以及計(jì)算機(jī)在中小學(xué)教育中的廣泛應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越得到更多人的重視。

與其它媒體在教育中的應(yīng)用相比，在計(jì)算機(jī)教育中各國(guó)政府的行為比較多無(wú)論國(guó)家的教育管理體制是地方分權(quán)制還是中央集權(quán)制，關(guān)于計(jì)算機(jī)在中小學(xué)的應(yīng)用，各個(gè)國(guó)家的政府都投入了相當(dāng)大的精力，具體體現(xiàn)在：

不斷建立各種機(jī)構(gòu)和組織，對(duì)信息技術(shù)的發(fā)展以及信息社會(huì)給教育提出的挑戰(zhàn)進(jìn)行科學(xué)論證和科學(xué)決策；為了使教育為信息社會(huì)的到來(lái)做好準(zhǔn)備，重新修改課程大納，其中信息學(xué)和計(jì)算機(jī)教育是這次課程大綱修改的核心；投資支持國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)專門(mén)的教育計(jì)算機(jī)（如韓國(guó)）；為學(xué)校購(gòu)買和分發(fā)計(jì)算機(jī)，并將計(jì)算機(jī)的配置標(biāo)準(zhǔn)化（如韓國(guó)，當(dāng)然，這也曾造成學(xué)校計(jì)算機(jī)的單一化）；政府組織專門(mén)力量開(kāi)發(fā)軟件，組織計(jì)算機(jī)軟件競(jìng)賽，以促使提高教育軟件的質(zhì)量（如日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞等）；政府制定有力的政策、策略并著力切實(shí)全面實(shí)施，如建立試點(diǎn)學(xué)校，教師分級(jí)培訓(xùn)計(jì)劃等等（日本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞、印度尼西亞、美國(guó)等）。

計(jì)算機(jī)教育及其教育應(yīng)用的共同趨勢(shì)是工具模式、解放學(xué)習(xí)者計(jì)算機(jī)在每個(gè)國(guó)家具體的應(yīng)用形式并不完全相同，這和各個(gè)國(guó)家的教育哲學(xué)、教育體制等各方面的具體情況直接相關(guān)。但是，共同的趨勢(shì)是計(jì)算機(jī)越來(lái)越成為人們獲取信息、處理信息、儲(chǔ)存信息的工具，同時(shí)，計(jì)算機(jī)的知識(shí)從“原來(lái)技術(shù)只是勞技、家政等中的一部分”，逐漸“獨(dú)立成一門(mén)課程”，目前又逐漸被整合到中小學(xué)生學(xué)習(xí)的各門(mén)學(xué)科當(dāng)中去。

計(jì)算機(jī)在中小學(xué)教育中的應(yīng)用方式大體上有指導(dǎo)教師模式、學(xué)習(xí)者模式、工具模式三種。

在日本，計(jì)算機(jī)更多的是作為眾多媒體資源中的一種，在初中和小學(xué)主要是全班用作指導(dǎo)教師模式，執(zhí)行教師布置的任務(wù)；學(xué)習(xí)者模式即計(jì)算機(jī)本身及其對(duì)社會(huì)的影響日本也很重視，只是高考的壓力使日本學(xué)生更多地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理而不是BASIC；日本計(jì)算機(jī)在學(xué)校教育中的最有特色的應(yīng)用是用于教學(xué)過(guò)程管理以及教育管理方面；教師把計(jì)算機(jī)用于反應(yīng)分析，教師能知道每個(gè)學(xué)生正在做什么并且可保存學(xué)生反應(yīng)時(shí)間的記錄，把計(jì)算機(jī)更好地用作工具評(píng)價(jià)教學(xué)過(guò)程并理解學(xué)生是如何學(xué)習(xí)的，所以，計(jì)算機(jī)作為工具的模式對(duì)于日本來(lái)講更注重的是把它作為管理的工具。

對(duì)于新西蘭、澳大利亞這些地理環(huán)境遼闊、人口密度小的國(guó)家，計(jì)算機(jī)除了作為一種學(xué)習(xí)資源，用于指導(dǎo)教師模式、學(xué)習(xí)者模式之外，計(jì)算機(jī)還是遠(yuǎn)距離通訊的重要設(shè)備、重要的節(jié)點(diǎn)和終端，是構(gòu)造交互式、實(shí)時(shí)性的開(kāi)放式學(xué)習(xí)模式的重要樞紐。計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)并用于構(gòu)造新的開(kāi)放教育、教學(xué)模式是這些國(guó)家在中小學(xué)教育以及其他教育形式中利用計(jì)算機(jī)的獨(dú)有的特點(diǎn)。這一特色使得在澳大利亞、新西蘭等國(guó)的新信息技術(shù)真正成為了學(xué)生學(xué)習(xí)的重要不可缺少的學(xué)習(xí)資源，這種學(xué)習(xí)資源不僅作為一種可選擇的共享資源形式存在，而且它極大地豐富和完善了教學(xué)的模式，對(duì)教育產(chǎn)生了革命性的影響。

美國(guó)的計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展則完全按照作為指導(dǎo)教師的模式、作為學(xué)習(xí)者模式、作為工具模式的發(fā)展軌跡，只不過(guò)美國(guó)更重視學(xué)生的計(jì)算機(jī)素質(zhì)的培養(yǎng)，重視發(fā)展學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，所以計(jì)算機(jī)作為學(xué)習(xí)者模式在美國(guó)很流行，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)是美國(guó)小學(xué)、初中甚至高中的比較重要的方面，這方面的成績(jī)是學(xué)生升入大學(xué)的一個(gè)重要參考。

韓國(guó)、馬來(lái)西亞等計(jì)算機(jī)教育不是很先進(jìn)的國(guó)家，他們?cè)诎l(fā)展計(jì)算機(jī)教育的開(kāi)始，為了少走彎路，借鑒了發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，一般是按照計(jì)算機(jī)作為學(xué)習(xí)者模式，即主要教學(xué)生計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，到目前發(fā)展成計(jì)算機(jī)作為工具的模式，即逐漸把計(jì)算機(jī)作為各門(mén)課程的輔助工具，并把它與各門(mén)課程的學(xué)習(xí)整合起來(lái)。

從世界計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在80年代初，前蘇聯(lián)伊爾肖夫提出的計(jì)算機(jī)編程是第二文化的觀念在各個(gè)國(guó)家中產(chǎn)生了很大的影響；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，和人們對(duì)編程是否促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展試驗(yàn)的反面結(jié)論，促使人們對(duì)計(jì)算機(jī)在教育中作用的更深層次思考，到了80年代中期，計(jì)算機(jī)作為工具的觀念逐漸被人們接受，家庭計(jì)算機(jī)逐漸增多，軟件開(kāi)發(fā)發(fā)展迅速，一時(shí)間在各門(mén)課程中使用計(jì)算機(jī)輔助軟件非常流行；90年代，計(jì)算機(jī)多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展給信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用提供了更大的可能性，再加上人們對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件如何使用才更能達(dá)到促進(jìn)教學(xué)的效果的思考，進(jìn)一步提出了“整合”的概念，即把計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)教育整合到學(xué)生學(xué)的各門(mén)課程當(dāng)中去，并提出要通過(guò)計(jì)算機(jī)在教育中的應(yīng)用解放學(xué)習(xí)者的重要思考。當(dāng)然，要完全整合到各門(mén)學(xué)科當(dāng)中去，而不是作為強(qiáng)加給教師和學(xué)生的一種負(fù)擔(dān)，要解放學(xué)習(xí)者，解放教師，教師對(duì)計(jì)算機(jī)的掌握、教師的新信息技術(shù)的文化和意識(shí)是至關(guān)重要的。

各個(gè)國(guó)家對(duì)教師培訓(xùn)都很重視國(guó)內(nèi)有一著名學(xué)者認(rèn)為，教師使用信息技術(shù)可以分成三個(gè)階段：

早期階段，在這個(gè)階段計(jì)算機(jī)剛剛進(jìn)入師范學(xué)校，用計(jì)算機(jī)、管計(jì)算機(jī)的只是專門(mén)的或是專業(yè)人員，此時(shí)，計(jì)算機(jī)是極端的以技術(shù)為主的文化，是少數(shù)人參與的階段，在這個(gè)階段，廣大的教師沒(méi)有認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)和他們的關(guān)系，產(chǎn)生“why”的疑問(wèn)；政府和教師認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)的重要，開(kāi)始大量投入，包括對(duì)教師的培訓(xùn)，但對(duì)“how”，即對(duì)如何培訓(xùn)、培訓(xùn)內(nèi)容很困惑，教師對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生恐懼感、神秘感；教師知道如何使用計(jì)算機(jī)，此階段教師不僅是去學(xué)計(jì)算機(jī)，而是把計(jì)算機(jī)結(jié)合到課程中，從而成為信息技術(shù)在教育中應(yīng)用的最重要推動(dòng)力。

因此，對(duì)教師的培訓(xùn)是信息技術(shù)在教育中應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。

對(duì)教師的培訓(xùn)，一般包含職前培訓(xùn)和在職培訓(xùn)兩方面，對(duì)于在職培訓(xùn)，各個(gè)國(guó)家大都采用了分級(jí)培訓(xùn)體系，即政府對(duì)各地區(qū)代表實(shí)施各級(jí)水平的培訓(xùn)，這些地區(qū)代表回到本地再當(dāng)?shù)亟處熯M(jìn)行培訓(xùn)。有些國(guó)家還采取了遠(yuǎn)距離的培訓(xùn)方式（如印度尼西亞）；有些國(guó)家為開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件的人員尤其是教師提供專門(mén)的培訓(xùn)（如韓國(guó)），以便鼓勵(lì)他們自己編制軟件，以解決軟件質(zhì)量的問(wèn)題；還有的國(guó)家為當(dāng)?shù)卣墓芾砣藛T和研究人員提供專門(mén)的培訓(xùn)，以便使他們理解計(jì)算機(jī)教育的國(guó)家政策和教育部的計(jì)劃，并最終對(duì)計(jì)算機(jī)教育提供科學(xué)的行政支持。

一些國(guó)家還很重視對(duì)教師培訓(xùn)效果的評(píng)價(jià)，并提出以被訓(xùn)者培訓(xùn)后測(cè)驗(yàn)成績(jī)或一些相關(guān)行為作為評(píng)價(jià)培訓(xùn)效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)是片面的，評(píng)價(jià)應(yīng)具有職前和職后行為的整體性，即應(yīng)對(duì)被訓(xùn)者培訓(xùn)后在他們工作崗位中實(shí)際計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用的能力和效果進(jìn)行追蹤監(jiān)督，在工作中的應(yīng)用水平和解決問(wèn)題的能力等應(yīng)是評(píng)價(jià)中要考慮的重要指標(biāo)等較為切實(shí)的思想（如韓國(guó)、新西蘭、馬來(lái)西亞、印度尼西亞等）。

五、新信息技術(shù)的復(fù)雜性和技術(shù)的融合性，要求在教育軟件的開(kāi)發(fā)中應(yīng)有一個(gè)由各方面專家組成的分工合作的良好的運(yùn)行機(jī)制

信息技術(shù)的不斷發(fā)展，就是技術(shù)的不斷分化和融合的過(guò)程，如多媒體技術(shù)就是集數(shù)據(jù)處理，接收、處理聲音、圖像、活動(dòng)圖像、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接技術(shù)等于一體的綜合技術(shù)，因此，其相應(yīng)的教育軟件開(kāi)發(fā)就應(yīng)當(dāng)綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)人員、美工、媒體制作人員、教學(xué)設(shè)計(jì)專家、學(xué)科內(nèi)容專家、教育心理專家、教師、管理人員、評(píng)價(jià)人員等各方面專家的專長(zhǎng)，從而從根本上保證了節(jié)目各個(gè)方面的科學(xué)性、權(quán)威性，使節(jié)目具有較高的質(zhì)量；同時(shí)軟件的開(kāi)發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程，制作過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)階段應(yīng)很好的進(jìn)行銜接，從而保證節(jié)目從總體思想、內(nèi)容確定、腳本創(chuàng)作、以及媒體的表現(xiàn)到軟件的制作、以及最后的評(píng)價(jià)等等具有高度的一致性；在復(fù)雜的軟件制作過(guò)程中，各個(gè)階段的評(píng)價(jià)和修改，也是有效保證節(jié)目質(zhì)量的重要舉措，同時(shí)節(jié)目的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和修改這種形成性評(píng)價(jià)的重要方式在制作過(guò)程中也是很重要且必不可少的步驟；最后，軟件原型的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和反饋信息的收集，這些信息都作為修改節(jié)目的重要信息來(lái)源，也是繼續(xù)開(kāi)發(fā)節(jié)目的一面鏡子。

總之，隨著新信息技術(shù)的出現(xiàn)，及其在教育中的廣泛應(yīng)用，人們將不斷發(fā)現(xiàn)許多概念都在重新擴(kuò)大，如教師、學(xué)生、學(xué)校、學(xué)習(xí)、資源等等；人們也將會(huì)感到，新信息技術(shù)絕不僅僅是為學(xué)習(xí)者提供了多種可選擇的學(xué)習(xí)資源，它將導(dǎo)致教育方法、教育模式、乃至教育體制的革命。而在這諸多變化中，教育觀念的變化和更新是重中之重，否則，就會(huì)出現(xiàn)用18世紀(jì)的思想利用21世紀(jì)技術(shù)的歷史笑話。

確實(shí)，新信息技術(shù)、傳播媒體的發(fā)展給教育現(xiàn)代化帶來(lái)了機(jī)遇，它們?cè)诮逃I(lǐng)域有良好的、廣闊的應(yīng)用前景。但是我們也應(yīng)當(dāng)清醒地認(rèn)識(shí)到，新信息技術(shù)本身不會(huì)孤立的在教育中必然地發(fā)揮作用，新信息技術(shù)對(duì)培養(yǎng)面向未來(lái)人才的作用，是要在現(xiàn)代先進(jìn)的教育價(jià)值觀念、現(xiàn)代教育思想指導(dǎo)之下才能得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，只有把它和科學(xué)地確定課程內(nèi)容、開(kāi)發(fā)適合于使用新信息技術(shù)的教學(xué)結(jié)構(gòu)、確定合理而科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等教育、教學(xué)過(guò)程中各方面的措施系統(tǒng)地結(jié)合起來(lái)，只有為新信息技術(shù)的應(yīng)用提供良好的運(yùn)行環(huán)境和管理機(jī)制，才會(huì)最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化教育效果的目標(biāo)。

《中國(guó)電化教育》1999年1月作者單位：北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所

第三篇：地源熱泵研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

地源熱泵研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用現(xiàn)狀：

一、世界地源熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀

地?zé)岚l(fā)電已在世界27個(gè)國(guó)家開(kāi)展，總裝機(jī)容量達(dá)到了10751MWe，年發(fā)電利用67246GW·h，平均利用系數(shù)為72%（一年中有72%的時(shí)間在工作）。近五年內(nèi)增長(zhǎng)最大的美國(guó)530MWe、印尼400MWe、冰島373MWe、新西蘭193MWe。地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)量世界排名前十位的國(guó)家是：美國(guó)、菲律賓、印尼、墨西哥、意大利、冰島、新西蘭、日本、薩爾瓦多、肯尼亞。印尼近5年的快速發(fā)展使其排名從2005年的第四位升為第三位，與墨西哥對(duì)換了位置。地?zé)嶂苯永迷?8個(gè)國(guó)家，總設(shè)備容量達(dá)到了50583MWth，年利用熱能121696GW·h，平均利用系數(shù)0.27。利用熱能量的世界排名前十位的是：中國(guó)、美國(guó)、瑞典、土耳其、日本、挪威、冰島、法國(guó)、德國(guó)和荷蘭。在2005年世界地?zé)岽髸?huì)統(tǒng)計(jì)中，瑞典因大力發(fā)展地源熱泵，從2000年的第十位躍升至第二位；這5年其熱泵發(fā)展減緩，與美國(guó)對(duì)換了位置，美國(guó)升為第二名[3]。

二、中國(guó)地源熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)前后，受國(guó)際地源熱泵開(kāi)發(fā)大發(fā)展的影響，我國(guó)開(kāi)始了地源熱泵工程的實(shí)踐，山東富爾達(dá)公司開(kāi)始生產(chǎn)地源熱泵（壓縮機(jī)部件靠進(jìn)口），北京、遼寧遼陽(yáng)、濟(jì)南、浙江寧波等地開(kāi)始了一些試點(diǎn)工程。

地源熱泵工程在我國(guó)的大發(fā)展在2004年以后。2004年全國(guó)地源熱泵工程供暖（有的含制冷）總面積767萬(wàn)m2；至2006年發(fā)展至2035萬(wàn)m2，年增長(zhǎng)率超過(guò)了60%；2007年更飛躍發(fā)展至3800萬(wàn)m2，在新的基礎(chǔ)上仍然完成年增長(zhǎng)率80%以上。這種供熱（有的兼含制冷）面積的統(tǒng)計(jì)法是我國(guó)的習(xí)慣，國(guó)際上按設(shè)備的供熱能力統(tǒng)計(jì)，則2007年我國(guó)已達(dá)約1900 MWth裝機(jī)容量，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)進(jìn)入世界五強(qiáng)之列，其前面的排序是美國(guó)、瑞典以及德國(guó)和法國(guó)。

在全國(guó)地源熱泵的大發(fā)展中，沈陽(yáng)市走在全國(guó)首位，其地源熱泵的發(fā)展規(guī)劃是：在2006年9月312萬(wàn)平方米的基礎(chǔ)上，2007年已完成新增面積1500萬(wàn)m2，2008年計(jì)劃增加1700萬(wàn)m2，2009年和2010年還將發(fā)展各1800多萬(wàn)m2。

北京市緊隨其后，至2007年底北京累計(jì)完成各類地源熱泵項(xiàng)目逾500項(xiàng)，新增超過(guò)300萬(wàn)m2，供暖（有的兼制冷）總面積超過(guò)1100萬(wàn)m2，利用淺層地能的功率約550 MWth。項(xiàng)目遍布城區(qū)、近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)縣。北京市計(jì)劃至2010年達(dá)到總面積3000萬(wàn)m2，即每年增長(zhǎng)約600萬(wàn)m2。

另外，地源熱泵在我國(guó)華北、東北、西北、南方以及西藏高原都有應(yīng)用，它們組成了不同溫度級(jí)別提取淺層地?zé)崮艿膽?yīng)用，這些工程實(shí)例代表了地源熱泵在不同地理位置和氣候條件下的應(yīng)用及適用性[4]。

展望：地源熱泵技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，目前已取得很大的發(fā)展，雖然有許多問(wèn)題需要解決，但應(yīng)用前景非常廣泛。中國(guó)由于國(guó)土遼闊，近地表低溫地?zé)豳Y源豐富，加之人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，將來(lái)需求量無(wú)可比擬而被國(guó)外學(xué)者認(rèn)為是世界上直接利用地?zé)釢摿ψ畲蟮膰?guó)家。在未來(lái)的日子里，中國(guó)面臨著巨大的能源和環(huán)保壓力，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)要保持較高速度的增長(zhǎng)，同時(shí)又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，因此要求調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率。地源熱泵技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點(diǎn)，已成為空調(diào)供暖工程優(yōu)先選擇的方案之一。[5]

[3] 供熱制冷，2010：60-61 [4]供熱制冷，2010：62-63

[5]裴俠風(fēng)，地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]，制冷與空調(diào)，2004，（3）：76-78

第四篇：既有建筑抗震加固方法的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

既有建筑抗震加固方法的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

唐曹明 研究員,現(xiàn)任中國(guó)建筑科學(xué)研究院建研科技股份公司建筑設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)總工程師,從事建筑結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)研究及工程設(shè)計(jì)工作,負(fù)責(zé)和參加過(guò)全國(guó)政協(xié)禮堂加固改造工程（1.7萬(wàn)平方米）、北京東方銀座地下部分結(jié)構(gòu)加固方案技術(shù)可行性、山西省政府高層住宅樓——佳泰花園抗震技術(shù)和國(guó)家博物館加固改造工程（19萬(wàn)平方米）等重大工程的設(shè)計(jì)和咨詢。系《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》修編、《非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《配筋和約束砌體結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)規(guī)程》及《建筑震后評(píng)估、修復(fù)和加固技術(shù)規(guī)程》參編人員。

地震具有巨大破壞力，能在瞬間使大量建筑物破壞或倒塌，并引發(fā)各種次生災(zāi)害，造成人員傷亡，帶來(lái)破壞與恐慌，是迄今人類尚難以抗御的自然災(zāi)害。我國(guó)地處全球兩個(gè)最活躍的地震帶，是地震多發(fā)國(guó)家之一。由于地震發(fā)生的具體時(shí)間、地域和震級(jí)大小均很難預(yù)測(cè)，正如陳肇元院士所說(shuō)，為了盡量減輕地震造成的損失，目前能夠采取的最現(xiàn)實(shí)和有效的措施，只能是通過(guò)設(shè)計(jì)和施工，使建筑物與各種重要基礎(chǔ)設(shè)施具有足夠的抗震能力。

當(dāng)前我國(guó)既有建筑面積超過(guò)400億平方米，其中很大部分建成于上世紀(jì)五六十年代，已分別進(jìn)入了“老年”和“中年”期。限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，絕大多數(shù)既有建筑存在著抗災(zāi)能力弱、運(yùn)行能耗高、使用功能差等問(wèn)題。如何避免風(fēng)災(zāi)、地震等自然災(zāi)害對(duì)這些建筑造成的破壞甚至威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全？如果將存在問(wèn)題的既有建筑全部拆除會(huì)產(chǎn)生大量建筑垃圾，一拆一建既不經(jīng)濟(jì)，又對(duì)環(huán)境造成污染，也不符合我國(guó)政府的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。解決問(wèn)題的最佳途徑是對(duì)其進(jìn)行合理改造和加固，在僅增加少量投資的前提下，提高既有建筑物的綜合抗災(zāi)能力，防止強(qiáng)震作用下倒塌或不至于粉碎性倒塌以提供一定的生存空間，或不至于很快倒塌以提供足夠的逃生時(shí)間。如遭遇不可預(yù)見(jiàn)的特大地震，將倒塌的房屋數(shù)量和生命財(cái)產(chǎn)損失降到最低，將被動(dòng)救災(zāi)的費(fèi)用降到最少。我國(guó)抗震加固工作發(fā)展歷程

不論是新建工程的抗震設(shè)防，還是既有工程的抗震加固，震害調(diào)查與研究一直是工程抗震理論的基礎(chǔ)，也是工程抗震措施成功與否的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。1966年在河北省邢臺(tái)地震的震害調(diào)查中，一些民房采取了簡(jiǎn)單加固方法卻大大減輕了震害，從而打開(kāi)了專業(yè)人員通過(guò)抗震加固提高既有房屋抗震能力的思路。之后，北京、天津地區(qū)首先開(kāi)展了部分房屋的抗震普查與鑒定，1968年編制了京津地區(qū)一般民用建筑、單層工業(yè)廠房、舊建筑、農(nóng)村房屋及煙囪、水塔等的抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)（草案）和抗震措施要點(diǎn)，并在京津地區(qū)開(kāi)展了抗震加固的試點(diǎn)工作。

1975年海城地震以后，在當(dāng)時(shí)國(guó)家建委京津地區(qū)抗震辦公室領(lǐng)導(dǎo)和組織下，我國(guó)工程抗震的技術(shù)人員很快編寫(xiě)制定了《京津地區(qū)工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（試行），于1975年9月正式實(shí)施。京津兩市的部分房屋立即據(jù)此進(jìn)行抗震鑒定與加固，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)抗震加固工作的先河。盡管這種加固措施相對(duì)簡(jiǎn)單粗糙，但使用經(jīng)濟(jì)，符合當(dāng)時(shí)國(guó)情，經(jīng)加固的房屋在1976年唐山大地震中經(jīng)受了考驗(yàn)。1976年唐山大地震以后，在總結(jié)大量震害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，迅速開(kāi)展應(yīng)急性質(zhì)的結(jié)構(gòu)抗震加固技術(shù)研究，1977年12月頒布了《工業(yè)與民用建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》TJ23-77以及為配合該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施而編制的《工業(yè)建筑抗震加固參考圖集》GC-01和《民用建筑抗震加固參考圖集》GC-02，成為指導(dǎo)全國(guó)建筑抗震鑒定與加固工作的規(guī)范文件，標(biāo)志著我國(guó)抗震加固工作已從局部地區(qū)試點(diǎn)推進(jìn)到全國(guó)，也標(biāo)志著抗震鑒定與加固工作已成為防震減災(zāi)的重要組成部分，逐步進(jìn)入規(guī)范化、制度化的軌道，具有里程碑的意義。1977～1978年間，不少單位先后進(jìn)行了夾板墻、組合柱、外加構(gòu)造柱、外加圈梁和鋼拉桿、磚墻裂縫修復(fù)和墻體壓力灌漿等項(xiàng)目的試驗(yàn)研究，并于1978年12月在成都召開(kāi)了首次全國(guó)抗震加固科研成果交流會(huì)，會(huì)后編制了《民用磚房抗震加固技術(shù)措施》，這對(duì)提高磚房抗震加固設(shè)計(jì)質(zhì)量起到了一定的指導(dǎo)作用。1980年后，抗震加固技術(shù)研究不斷深入，并列入國(guó)家抗震重點(diǎn)科研項(xiàng)目。全國(guó)22個(gè)設(shè)計(jì)、科研單位和大專院校，相繼開(kāi)展了556項(xiàng)足尺模型試驗(yàn)研究，提出了46篇試驗(yàn)研究報(bào)告。在此基礎(chǔ)上，于1985年編制了《工業(yè)與民用建筑抗震加固技術(shù)措施》，同期冶金部編制了《冶金建筑抗震加固技術(shù)措施》，并在本系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用。這段時(shí)間內(nèi)的試驗(yàn)規(guī)模和研究深度，均標(biāo)志著我國(guó)抗震加固技術(shù)的研究已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

1994年12月1日，建設(shè)部正式頒布實(shí)施了《建筑工程抗御地震災(zāi)害管理規(guī)定》，該規(guī)定指出，“對(duì)列入城市近期改建、企業(yè)改造計(jì)劃的房屋、工程設(shè)施和設(shè)備可不進(jìn)行抗震加固，對(duì)臨時(shí)性建筑不進(jìn)行抗震鑒定、加固，除此之外，凡未經(jīng)抗震設(shè)防的房屋、工程設(shè)施和設(shè)備，均應(yīng)按現(xiàn)行抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)和加固技術(shù)規(guī)程進(jìn)行鑒定和加固，以達(dá)到應(yīng)有的抗震能力?！边@是我國(guó)第一次將抗震加固以行政法規(guī)的名義加以規(guī)范、規(guī)定。

1996年6月1日，《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-95正式實(shí)施。1997年2月，全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)通過(guò)了《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》，該法第二十條規(guī)定：“已經(jīng)建成的下列建筑物、構(gòu)筑物，未采取抗震設(shè)防措施的，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行抗震性能鑒定，并采取必要的抗震加固措施：①屬于重大建設(shè)工程的建筑物、構(gòu)筑物。②可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑物、構(gòu)筑物。③有重大文物價(jià)值和紀(jì)念意義的建筑物、構(gòu)筑物。④地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)的建筑物、構(gòu)筑物?！边@是第一次將抗震鑒定與加固工作寫(xiě)進(jìn)法律，明確了既有建筑進(jìn)行抗震鑒定與加固的范圍，充分體現(xiàn)出抗震鑒定與加固工作的重要性，表明抗震鑒定與加固工作已進(jìn)入法制化的軌道。1999年3月1日，《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》JGJ116-98也正式實(shí)施。

2008年12月27日，《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》于第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第六次會(huì)議修訂通過(guò)，自2009年5月1日起施行。防震減災(zāi)法的修訂，是在總結(jié)法律實(shí)施10年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和防震減災(zāi)事業(yè)發(fā)展需要，對(duì)法律制度進(jìn)行全面的修改和完善。

2009年6月5日，《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-2009由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布，自2009年7月1日起實(shí)施；6月18日，《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》JGJ116-2009也相繼發(fā)布，自2009年8月1日起實(shí)施。這兩個(gè)規(guī)范性文件的頒布，總結(jié)了近年來(lái)建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定和加固的經(jīng)驗(yàn)，是我國(guó)最新的科研成果和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，標(biāo)志著我國(guó)在抗震鑒定與加固領(lǐng)域仍處于世界前列。

抗震加固常用方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過(guò)幾十年的科學(xué)研究和對(duì)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我國(guó)基本形成了層次配套、概念清楚、要求明確、易于掌握的建筑結(jié)構(gòu)成套鑒定與加固技術(shù)。下面分別對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等幾種常見(jiàn)既有建筑的抗震加固方法逐一總結(jié)、分析，并對(duì)地基基礎(chǔ)常用加固方法做一說(shuō)明。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。直接加固梁、柱構(gòu)件的方法。當(dāng)鋼筋混凝土梁受彎承載力不足時(shí)，可采用增大截面、外粘型鋼、粘貼鋼板或纖維復(fù)合材、鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層、增設(shè)支點(diǎn)以及外加預(yù)應(yīng)力等方法加固補(bǔ)強(qiáng)；當(dāng)鋼筋混凝土柱受彎承載力不足時(shí)，則可采用增大截面、外粘型鋼、鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層以及外加預(yù)應(yīng)力等方法予以加固；當(dāng)梁、柱構(gòu)件的受剪承載力不足時(shí)，可采用增加箍筋、包鋼板箍、粘貼纖維箍、鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層以及纏繞鋼絲等方法進(jìn)行加固；當(dāng)受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷時(shí)，可采用置換混凝土法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固。粘貼纖維復(fù)合材和鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層兩種加固方法，是近年來(lái)隨著對(duì)加固工程中的新材料、新工藝、新技術(shù)開(kāi)展廣泛的研究后發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，輕質(zhì)高強(qiáng)，加固不增大結(jié)構(gòu)體積，所增加的結(jié)構(gòu)自重幾乎可以忽略不計(jì)；施工工序簡(jiǎn)單，可用小型工具操作，因而可以在傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法施工的有限作業(yè)空間內(nèi)實(shí)施；施工污染小、無(wú)噪聲，且施工進(jìn)度快、工期短。尤其是鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿外加層法還很好地解決了加固后的耐久性、防火以及耐高溫性能等問(wèn)題。

改變結(jié)構(gòu)受力體系的方法。通過(guò)在框架原有圍護(hù)墻及分隔墻位置增設(shè)一定數(shù)量的剪力墻或在框架柱兩側(cè)設(shè)置翼墻，使原來(lái)的柔性框架結(jié)構(gòu)改變?yōu)榭蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)或壁式框架結(jié)構(gòu)；當(dāng)建筑物需要較大敞開(kāi)洞口（如學(xué)校、商場(chǎng)等）時(shí)，也可采用在原有框架中新加支撐，使原柔性框架結(jié)構(gòu)改變?yōu)榭蚣?支撐結(jié)構(gòu)。該方法通過(guò)改變結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，降低原有框架分擔(dān)的地震作用，在減少加固原框架梁、柱工作量的前提下提高結(jié)構(gòu)抗震能力，達(dá)到抗震設(shè)防要求。該方法關(guān)鍵在于解決好新增墻體或支撐與原框架的連接問(wèn)題，確保新增抗側(cè)力構(gòu)件與原框架能共同工作。因這種加固方法基本上能保證不影響建筑使用功能，保持原建筑風(fēng)貌，且結(jié)構(gòu)加固工作量相對(duì)較少，縮短工期，理論成熟，施工工藝簡(jiǎn)單，所以是目前提高既有建筑抗側(cè)力能力的一個(gè)重要方法。全國(guó)政協(xié)禮堂、北京火車站和國(guó)家博物館老館等加固改造工程均采用過(guò)此種加固方法。

卸荷方法。二十世紀(jì)五六十年代的公共建筑，其內(nèi)部分隔墻及外圍護(hù)墻基本是較重的磚墻，這些分隔墻一般是按建筑功能要求布置，其平面分布往往不對(duì)稱，造成結(jié)構(gòu)平面質(zhì)心與剛心不一致，導(dǎo)致地震作用增大，同時(shí)結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也隨之增大。鑒于此，將原較重的磚墻換成輕質(zhì)隔墻，卸去荷載，既能減輕地震作用和結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，又絲毫不損傷原結(jié)構(gòu)，對(duì)改善既有建筑的抗震性能，實(shí)乃一種行之有效的方法。在國(guó)家博物館老館加固改造工程中，就曾將上、下層位置不對(duì)齊，高大厚重的粘土磚分隔墻換為輕質(zhì)隔墻。

取消建筑物間的伸縮縫，將原來(lái)相互獨(dú)立的單體結(jié)構(gòu)連成整體的加固方法。二十世紀(jì)五六十年代的公共建筑，不少是由伸縮縫分成各自獨(dú)立的單體結(jié)構(gòu)，但這些伸縮縫寬度均較小，不能滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)防震縫最小寬度的要求，地震時(shí)相鄰房屋互撞導(dǎo)致破壞甚至倒塌。各個(gè)單體結(jié)構(gòu)分別加固，施工空間小，難度大，若對(duì)部分單體結(jié)構(gòu)采取在伸縮縫處設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻，將兩個(gè)甚至多個(gè)單體連成整體，從整體上綜合考慮結(jié)構(gòu)加固方案，這樣不僅能減少加固工程量，而且易于實(shí)現(xiàn)。

消能減震方法。這種方法是在結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位附加耗能減震裝置，小震時(shí)減震裝置如消能桿件或阻尼器處于彈性狀態(tài)，建筑物仍具有足夠的側(cè)向剛度以滿足正常使用要求；在強(qiáng)烈地震作用時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，讓消能桿件和阻尼器首先進(jìn)入非彈性變形狀態(tài)，產(chǎn)生較大的阻力，大量耗散輸入結(jié)構(gòu)的地震能量并迅速衰減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。極強(qiáng)地震能量的主要部分由控制裝置來(lái)耗散而非借助主體結(jié)構(gòu)的塑性變形來(lái)耗散，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)而免遭破壞。另外，控制裝置不僅能有效地耗散地震能量，而且可改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和受力性能，減少由于結(jié)構(gòu)自振頻率與輸入的地震波的卓越頻率相近引起共振的趨勢(shì)，減少結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。如采用消能支撐的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)頻率的變化主要依賴于支撐體系剛度的改變（支撐體系剛度的改變可以通過(guò)耗能元件的變形來(lái)實(shí)現(xiàn)），而不同普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其頻率的變化是依賴于結(jié)構(gòu)自身?yè)p傷引起的剛度變化。作為非承重構(gòu)件，消能元件的損傷過(guò)程也是保護(hù)主體結(jié)構(gòu)的過(guò)程。這種被動(dòng)控制技術(shù)能兼顧抗側(cè)剛度的提高和抗側(cè)能力增大，特別在大震時(shí)能有效減少地震能量的輸入，明顯降低結(jié)構(gòu)側(cè)移，達(dá)到控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需外部能量輸入，無(wú)特殊的維護(hù)要求，且對(duì)原有建筑布局影響甚小，故在公共建筑的抗震加固上應(yīng)用前景廣闊。北京飯店、北京火車站和國(guó)家博物館老館改造等工程中都有應(yīng)用（見(jiàn)圖1、2）。

砌體結(jié)構(gòu)。面層或板墻加固方法。當(dāng)房屋抗震承載力不足時(shí)，可根據(jù)原砌體實(shí)際情況及強(qiáng)度相差大小分別采用水泥砂漿面層、鋼筋網(wǎng)砂漿面層、鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿面層和現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固方法。其中現(xiàn)澆鋼筋混凝土板墻加固方法最為常用，如當(dāng)既有多層砌體房屋的層數(shù)超過(guò)規(guī)定限值需改變結(jié)構(gòu)體系或原有墻體抗震承載力差得較多時(shí)均首選該加固方法。尤其是噴射鋼筋混凝土，除了增大斷面外，還能填補(bǔ)砌體結(jié)構(gòu)中的孔洞、縫隙、麻面等，施工速度快，加固效果易得到保證。

增設(shè)抗震墻加固方法。當(dāng)房屋抗震承載力不足且建筑使用功能允許時(shí)，對(duì)局部強(qiáng)度過(guò)低的原有墻體可拆除重砌并增設(shè)抗震墻，重砌和增設(shè)抗震墻的結(jié)構(gòu)材料宜采用與原結(jié)構(gòu)相同的磚和砌塊，也可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。

外加圈梁-鋼筋混凝土柱加固方法。當(dāng)房屋的整體性不滿足要求時(shí)，在建筑專業(yè)許可的情況下，可采用外加圈梁-鋼筋混凝土柱加固房屋。該方法唐山地震后即由工程技術(shù)人員提出并應(yīng)用于砌體結(jié)構(gòu)加固工程中，施工便捷，加固效果易保證，只是對(duì)建筑立面有所影響。

隔震加固方法。當(dāng)對(duì)房屋加固后抗震性能要求較高時(shí)，可采用隔震方法進(jìn)行加固。隔震支座具有很大的豎向剛度和相對(duì)較小的水平剛度，在非災(zāi)害荷載作用下，隔震支座處于彈性狀態(tài)，變形很小，可以完全滿足上部結(jié)構(gòu)較高的加固目標(biāo)；在災(zāi)害荷載（大震）作用下，由于支座的水平剛度較小，支座發(fā)生較大的變形，進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的基本周期很大（相對(duì)于固定基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)受到的地震作用也相對(duì)很小。圖3為傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)地震時(shí)建筑物的反應(yīng)。事實(shí)上，隔震結(jié)構(gòu)體系在大震作用下，上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)類似于置于隔震支座上的剛體運(yùn)動(dòng)，整個(gè)上部結(jié)構(gòu)完全處于彈性狀態(tài)，可以達(dá)到結(jié)構(gòu)的正常使用或立即入住水平（見(jiàn)圖4）。該方法用于既有建筑抗震加固在美國(guó)、日本等國(guó)家已有成功的工程實(shí)例，不僅可用在砌體結(jié)構(gòu)中，也可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中。如美國(guó)對(duì)鹽湖城大廈、洛杉磯政府大樓等幾十棟建筑就是采用此法進(jìn)行加固；日本對(duì)一些辦公樓、機(jī)場(chǎng)等大型公共建筑也是采用此方法，效果都十分明顯。

鋼結(jié)構(gòu)。直接加固柱、梁、屋架構(gòu)件的方法。在盡量卸荷的情況下，直接對(duì)截面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如用鋼板或型鋼通過(guò)焊接或高強(qiáng)螺栓與原柱連接；在翼緣上加焊水平板、垂直板、斜板或型鋼等加強(qiáng)鋼梁正截面強(qiáng)度；在腹板兩側(cè)加焊鋼板增大鋼梁抗剪強(qiáng)度；增設(shè)支撐以減小柱的計(jì)算長(zhǎng)度；增設(shè)吊桿或下支撐構(gòu)件減小梁跨度；采用預(yù)應(yīng)力筋、撐桿構(gòu)架、構(gòu)件再分式等方法加固屋架。

改變結(jié)構(gòu)受力體系的方法。同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固措施一樣，通過(guò)在框架原有圍護(hù)墻及分隔墻位置增設(shè)支撐或剪力墻，使原柔性框架結(jié)構(gòu)改變?yōu)榭蚣?支撐結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，讓新增支撐或剪力墻成為主要抗側(cè)力構(gòu)件，從而大大減小原來(lái)框架所受的地震作用。卸荷方法。

消能減震方法。消能減震裝置是因兩端產(chǎn)生相對(duì)速度或相對(duì)位移而導(dǎo)致滯回變形或摩擦從而實(shí)現(xiàn)耗能，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度越快或位移越大，產(chǎn)生的阻尼力越大，耗能就越多。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)越高、越柔、跨度越大，耗能減震效果越顯著。所以耗能減震加固技術(shù)適用于多高層鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。尤其是屈曲約束耗能支撐，在受拉和受壓兩種狀態(tài)下都能達(dá)到屈服，克服了普通支撐受壓屈曲的問(wèn)題，是一種集抗側(cè)力和耗能為一體的消能減震裝置。在日本，每年有一半的屈曲約束支撐用于各類建筑抗震加固中，通過(guò)測(cè)算，屈曲約束支撐為抗震加固最為經(jīng)濟(jì)與便捷的加固手段之一。

地基基礎(chǔ)加固。在既有建筑物抗震加固和改造中，常遇到原有基礎(chǔ)面積不夠的問(wèn)題，若處理不當(dāng)會(huì)造成浪費(fèi)或不能保證上部建筑物的安全。為此，應(yīng)根據(jù)加固目的，結(jié)合地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，從預(yù)期效果、施工難易程度、材料來(lái)源和運(yùn)輸條件、施工安全性、對(duì)鄰近建筑和環(huán)境的影響、機(jī)具條件、施工工期和造價(jià)等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較，選定最佳的加固方法。

加大基礎(chǔ)底面積方法。該方法適用于當(dāng)既有建筑物的地基承載力或基礎(chǔ)底面積尺寸不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)的加固，可采用混凝土套或鋼筋混凝土套加大基礎(chǔ)底面積。加大基礎(chǔ)底面積的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)符合《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》JGJ123-2000第6.2.1條的規(guī)定。

當(dāng)不宜采用混凝土套或鋼筋混凝土套加大基礎(chǔ)底面積時(shí)，可將原獨(dú)立基礎(chǔ)改成條形基礎(chǔ)；將原條形基礎(chǔ)改成十字交叉條形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)；將原筏形基礎(chǔ)改成箱形基礎(chǔ)。該方法因施工簡(jiǎn)單，所需設(shè)備少，因而得到較多的應(yīng)用。

微型樁方法。微型樁一般是采用壓力灌漿的方式灌注水泥砂漿或水泥漿而成，一部分漿液滲入樁周土體（特別是對(duì)于粗顆粒土），與普通灌注樁相比，樁與樁周土體結(jié)合更緊密，因此，樁側(cè)阻力及樁端阻力均比普通鋼筋混凝土灌注樁要大得多。與其他方法相比，微型樁具有承載力高、沉降量小、所需施工場(chǎng)地較小、能穿透各種障礙物、適用于各種不同的土質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)樁孔孔徑小，對(duì)基礎(chǔ)和地基土幾乎都不產(chǎn)生附加應(yīng)力，施工時(shí)對(duì)原有基礎(chǔ)影響小，也不干擾建筑物的正常使用。

加深基礎(chǔ)法。該方法適用于地基淺層有較好的土層可作為持力層且地下水位較低的情況?？蓪⒃A(chǔ)埋置深度加深，使基礎(chǔ)支承在較好的持力層上，以滿足設(shè)計(jì)對(duì)地基承載力和變形的要求。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的降水或排水措施。

此外，還有石灰樁、注漿加固等方法，最為常用的是加大基礎(chǔ)底面積和微型樁兩種加固方法?？拐鸺庸糖把丶夹g(shù)研究

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展、建筑類型的多樣化，性能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，新建建筑如此，既有建筑的抗震加固更不例外，而且隨業(yè)主、使用功能的變更，其要求將更加迫切，這為性能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在抗震加固領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都已將基于性能的抗震設(shè)計(jì)概念應(yīng)用于建筑物加固中，我國(guó)也已開(kāi)展這方面的研究工作，中國(guó)建筑科學(xué)研究院現(xiàn)正在進(jìn)行“十一五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“基于性能的建筑抗震加固設(shè)計(jì)研究”工作。

1994年美國(guó)洛杉磯北嶺地震和1995年日本阪神地震的震害經(jīng)驗(yàn)為世人展現(xiàn)了建筑抗震技術(shù)的新出路，隔震和消能減震技術(shù)在大地震中經(jīng)受了考驗(yàn)，表現(xiàn)出對(duì)建筑物和工程設(shè)施極好的保護(hù)功能。人們從采用隔震和消能減震技術(shù)而幸免地震破壞、保持完好功能的建筑物和工程設(shè)施上，看到了這種技術(shù)的生命力和極其巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。因此，工程結(jié)構(gòu)隔震和消能減震技術(shù)已成為國(guó)際工程抗震界關(guān)注的熱點(diǎn)、前沿問(wèn)題。近十幾年來(lái)，我國(guó)在隔震和消能減震技術(shù)方面也開(kāi)展了廣泛深入的研究。廣州大學(xué)土木工程學(xué)院周云教授在基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合耗能減震加固結(jié)構(gòu)的特性，提出了基于性能的耗能減震加固結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)理論框架，給出了設(shè)計(jì)中各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的子框圖，較為清晰地展現(xiàn)了設(shè)計(jì)的基本過(guò)程，為以后的研究工作指明了方向。當(dāng)前抗震加固工作中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

當(dāng)前全國(guó)各地都在如火如荼地開(kāi)展中小學(xué)校舍抗震加固工作，由于量大面廣，任務(wù)重、時(shí)間緊，參與檢測(cè)、鑒定和加固設(shè)計(jì)的單位多，盡管這些單位和人員大都具有資質(zhì)和職業(yè)資格，但不少設(shè)計(jì)單位的技術(shù)人員對(duì)新建筑的設(shè)計(jì)熟悉，對(duì)抗震加固設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及加固施工中應(yīng)注意事項(xiàng)不清楚，之前很少甚或從未接觸過(guò)加固工程，故這里稍作說(shuō)明，以期引起重視。（1）仔細(xì)閱讀規(guī)范條文及說(shuō)明，弄清來(lái)龍去脈，準(zhǔn)確理解其真實(shí)含義，有針對(duì)性地采取對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小、施工便捷、工期短等易于實(shí)現(xiàn)的加固方法，經(jīng)濟(jì)合理，避免千篇一律大面積地加固。上世紀(jì)五、六十年代建造的裝配式鋼筋混凝土樓、屋蓋學(xué)校教學(xué)樓，抗震橫墻間距一般為9～11m，大于《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-2009表5.2.2規(guī)定的最大間距，但超過(guò)值均在4m以內(nèi)。鑒定、加固設(shè)計(jì)時(shí)，不一定要通過(guò)在原有預(yù)制鋼筋混凝土圓孔板上增加現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合層，將原來(lái)的裝配式樓蓋改變?yōu)檠b配整體式樓蓋，使橫墻間距滿足規(guī)范要求，而應(yīng)該根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，結(jié)合墻體等豎向構(gòu)件的加固，使結(jié)構(gòu)抗震能力滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求即可。對(duì)砌體房屋的樓、屋面預(yù)制板進(jìn)行大面積鑿毛是非常困難的，若處理不當(dāng)，將不但達(dá)不到預(yù)期的加固效果，反而適得其反降低了原結(jié)構(gòu)的抗震能力。

（2）抗震加固的內(nèi)涵是結(jié)構(gòu)加固而非單個(gè)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)，因此在加固設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮整體性結(jié)構(gòu)加固，盡可能地保留和利用原有構(gòu)件，減少不必要的拆除和更換，使加固措施發(fā)揮綜合效應(yīng)，避免“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的構(gòu)件加固。

（3）不應(yīng)存在局部加強(qiáng)或剛度突變而形成新的薄弱部位；同時(shí)，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)剛度增大而導(dǎo)致地震作用效應(yīng)增大的影響。

（4）把握關(guān)鍵，突出重點(diǎn)，新舊結(jié)合面的處理至關(guān)重要。加固設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)際施工方法緊密結(jié)合，采取有效措施，保證新增構(gòu)件和部件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，新增截面與原截面粘結(jié)牢固，形成整體共同工作；并應(yīng)避免對(duì)未加固部分以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件和地基基礎(chǔ)造成不利的影響。（5）嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。加固材料的性能和質(zhì)量應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于各類結(jié)構(gòu)的加固方法很多，這些方法各有其適用條件，這就要求必須結(jié)合工程的實(shí)際情況，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合分析，充分考慮各種方法實(shí)施的難易程度、施工影響面及投資等因素，優(yōu)化決策，采取最優(yōu)方案，使加固既能保證結(jié)構(gòu)安全，又經(jīng)濟(jì)合理。

性能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論將對(duì)工程抗震產(chǎn)生持久而深遠(yuǎn)的影響，深入研究性能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論在抗震加固中的應(yīng)用，具有明確的現(xiàn)實(shí)需求，會(huì)對(duì)抗震加固技術(shù)起到重要的理論指導(dǎo)作用。

隔震和消能減震技術(shù)是通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的途徑，減小結(jié)構(gòu)在地震中的振動(dòng)反應(yīng)，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部的設(shè)備、儀器、管線和裝飾物等不受損壞。盡管該技術(shù)仍處于不斷發(fā)展和完善的階段，但到目前為止，該技術(shù)在美國(guó)、日本、新西蘭及我國(guó)等許多國(guó)家已被應(yīng)用在多項(xiàng)新建和抗震加固工程上，有些已經(jīng)受到了實(shí)際地震的考驗(yàn)，表現(xiàn)良好，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，具有廣闊的發(fā)展前景。

文/中國(guó)建筑科學(xué)研究院 唐曹明

第五篇：仿生材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

仿生材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

摘要：仿生材料是材料學(xué)科的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，本文介紹了環(huán)境材料的研究現(xiàn)狀，指出環(huán)境材料的合理應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮的重要作用，并從仿生材料科學(xué)與工程以及凈化環(huán)境的觀點(diǎn)介紹了仿生材料材料的主要研究研究現(xiàn)狀及其環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景，并展現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的材料和系統(tǒng)的構(gòu)思。關(guān)鍵詞：仿生材料、環(huán)境材料、環(huán)境保護(hù) 前言：

材料是直接或間接利用自然資源來(lái)制造成有用物件的物質(zhì)[1],是人類社會(huì)文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，材料科學(xué)家把材料科學(xué)與工程定義為關(guān)于材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝與其性能及使用過(guò)程間相互關(guān)系的知識(shí)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)[2]。長(zhǎng)期以來(lái)，材料的生產(chǎn)—使用—廢棄過(guò)程，可以說(shuō)是一個(gè)提取資源，再大量地將廢棄物排回到環(huán)境之中的惡性循環(huán)過(guò)程。在這一過(guò)程中，人們?cè)诓牧显O(shè)計(jì)時(shí)很少注意到自然資源和生態(tài)環(huán)境對(duì)此惡性循環(huán)的承受能力?；诖?，曾漢民提出了促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的材料設(shè)計(jì)與自然資源密切關(guān)系的模式[3]，它充分反映出材料的設(shè)計(jì)、應(yīng)用與環(huán)境、資源的和諧、協(xié)調(diào)。他認(rèn)為化學(xué)組成、物理結(jié)構(gòu)是材料的2個(gè)基本要素，決定了材料的性質(zhì)、使用性能和制備工藝。同時(shí)，這些因素與環(huán)境及資源都緊密相關(guān)且相互作用。

所謂生態(tài)材料(eeomaterials)系指從生態(tài)學(xué)角度構(gòu)思與環(huán)境協(xié)調(diào)的材料。隨著社會(huì)的發(fā)展，資源消耗急速增加，大量廢棄物及有害物的排出，使周圍環(huán)境、地球環(huán)境日益惡化。21世紀(jì)世界人口將突破100億，為了解決資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)問(wèn)題，必定要在材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展中反映環(huán)境意識(shí)[4]。

在環(huán)境材料中有一類是仿生材料，它指模仿生物的各種特點(diǎn)或特性而開(kāi)發(fā)的材料。我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中接觸過(guò)許多動(dòng)物與植物，他們都屬于生物的范疇。在地球上所有生物都是由理想的無(wú)機(jī)或有機(jī)材料通過(guò)組合而形成，例如能夠跳動(dòng)80年都不停止的人類心臟，幾乎不發(fā)熱量的冷血昆蟲(chóng)。從材料化學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，僅僅利用極少的幾種高分子材料所制造的從細(xì)胞到纖維直至各種器官能夠發(fā)揮如此多種多樣的功能，簡(jiǎn)直不可思議。因此，仿生材料學(xué)的研究?jī)?nèi)容就是以闡明生物體的材料構(gòu)造與形成過(guò)程為目標(biāo)，用生物材料的觀點(diǎn)來(lái)思考人工材料，從生物功能的角度來(lái)考慮材料的設(shè)計(jì)與制作[5]。但是迄今為止該學(xué)科未開(kāi)拓的領(lǐng)域和未解決的問(wèn)題非常之多，可以認(rèn)為仿生材料學(xué)的學(xué)科體系還沒(méi)有完全形成。

1、生態(tài)材料的仿生領(lǐng)域 1.1仿自然材料

自然界中的物質(zhì)和生物經(jīng)數(shù)億年以上的進(jìn)化，迄今已具有最適宜的結(jié)構(gòu)。由生態(tài)材料的觀點(diǎn)考慮，這些生物消耗適度物質(zhì)和能量而生存，能適應(yīng)環(huán)境，當(dāng)其主要功能喪失后，轉(zhuǎn)變?yōu)樨踩淮嬖诘牟牧?。如?shù)苗吸收太陽(yáng)的能量、水分、CO2及土壤中的養(yǎng)分成長(zhǎng)為樹(shù)木。樹(shù)木死亡后細(xì)胞木質(zhì)化、心材化便得到可再生的資源，其材料化過(guò)程耗能430kWh/t，要比煉鋁的17000Wh/t和煉鋼的2700Wh/t小得多，而且廢木料燃燒時(shí)放出的熱能可再利用，在自然界中廢木料經(jīng)細(xì)菌作用可再循環(huán)。木材和人們關(guān)系密切，因它具有高絕熱性、容積比熱大可調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫；它的近表面的微粒子狀物質(zhì)的擴(kuò)散反射，能很好地吸收紫外線，反射率低適應(yīng)人眼的視覺(jué)；此外它為多孔性結(jié)構(gòu)，含有水分和空氣，而內(nèi)部的空氣層有吸音和隔音性能。

又如日常接觸的土壤具有許多優(yōu)異的功能。土壤是支撐動(dòng)、植物活動(dòng)的結(jié)構(gòu)材料，具有通透空氣和水并保持它們存在的功能；土壤中存在荷電物質(zhì)故有離子交換功能。

天然材料的自然循環(huán)特性是顯而易見(jiàn)的，如源于巖石的石材復(fù)合結(jié)構(gòu)中各種礦物經(jīng)水合、水解，相應(yīng)成分溶解使母材解體，而殘留于土壤中。這種天然物質(zhì)長(zhǎng)期的解體、再生的循環(huán)可于低負(fù)荷下進(jìn)行。模仿這種材料的自然循環(huán)性，研究與開(kāi)發(fā)了易解體材料。

實(shí)際上生物的形狀及構(gòu)成生物的骨和纖維等材料，其結(jié)構(gòu)能很好地適應(yīng)重力、風(fēng)和生物本身的運(yùn)動(dòng)。這和材料的微結(jié)構(gòu)、材料組成及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。例如在非洲南部灼熱氣候中生長(zhǎng)的稱為Fenstraria的植物，其主體埋于地下，僅葉尖露出地面，此葉端相當(dāng)于透明的窗，作為吸收光的入口，同時(shí)作為有害紫外線的濾光器，光通過(guò)葉內(nèi)部的透明質(zhì)均勻地在地下的葉壁分配。具有這種結(jié)構(gòu)的光能變換元件，其單位表面積的變換效率甚高，現(xiàn)正以此為模式設(shè)計(jì)三維集成化器件。1.2仿生過(guò)程 為有效地協(xié)調(diào)生產(chǎn)物與自然環(huán)境之間的生態(tài)平衡，人們研究與開(kāi)發(fā)了模仿生物功能的人工過(guò)程，茲舉例說(shuō)明。

(1)利用細(xì)菌過(guò)程。土壤受重金屬污染可用細(xì)菌處理，如人們從重金屬污染的土壤中分離出鎘耐性菌，將其在含50g/m3的培養(yǎng)導(dǎo)報(bào)基上培養(yǎng)20h，此菌可存貯27.3mg鎘，該量相當(dāng)于干燥菌體重的53%。亦有用六價(jià)鉻耐性菌和水銀耐性霉等吸收除去Cr和Hg的報(bào)道。此外利用微生物除去活性污泥中的金屬，這可能與微生物所含的多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等的官能基與金屬結(jié)合有關(guān)。迄今地球上存在的微生物僅很少一部分被利用。極限環(huán)境(高溫、強(qiáng)酸性、高堿性、高鹽性環(huán)境、深海底和地?zé)岬?下微生物的檢索、采集、培養(yǎng)與利用是很有意義的課題。

(2)生物吸著過(guò)程。生物吸著是指利用生物物質(zhì)吸著水溶液中的金屬離子使其濃縮的過(guò)程。吸著介質(zhì)可為特定的菌類和藻類，其吸著量可達(dá)33-72Omg/g。此藻類和菌類的細(xì)胞壁由蛋白質(zhì)和多糖類組成，其氨基、羧基、酰胺基和羥基能與金屬離子結(jié)合，故生物吸著機(jī)理是在細(xì)胞表面迅速產(chǎn)生離子交換反應(yīng)，隨之進(jìn)行擴(kuò)散與還原以及配位反應(yīng)等。調(diào)節(jié)藻類溶液的pH可改變其離子吸附特性。利用生物物質(zhì)可開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)的金屬回收方法，但需進(jìn)一步研究生物生與死時(shí)吸著機(jī)理的差異。1.3仿生科學(xué)與工程

旨在闡明自然過(guò)程的特征，且以人工的合成分子組成反應(yīng)裝置或機(jī)械，來(lái)模擬自然過(guò)程。以此構(gòu)思金屬的精制和金屬化合物的合成過(guò)程。下面介紹以細(xì)抱為基本單元的物質(zhì)傳遞控制功能，以啟迪仿生的思路。

(l)選擇性主動(dòng)傳遞過(guò)程。物質(zhì)經(jīng)細(xì)咆膜的傳遞過(guò)程與一般精制和分離過(guò)程迥異。前者是以分子或離電化學(xué)位為基礎(chǔ)的主動(dòng)傳遞現(xiàn)象，對(duì)特定分子和離子傳遞的選擇性特別受人注目。從細(xì)胞的分子生物學(xué)分析，K+在細(xì)咆內(nèi)的濃度比細(xì)胞外的濃度高約20倍，Na+的濃度則相反，這是由于輸運(yùn)體蛋白質(zhì)腺苷三磷酸酶(ATPase)將Na+向細(xì)咆外，而將K+向細(xì)胞內(nèi)主動(dòng)傳遞的結(jié)果。

為模仿細(xì)胞膜的這種選擇性的主動(dòng)傳遞過(guò)程，應(yīng)設(shè)計(jì)柔性的物理或化學(xué)載體，它可使膜在低濃度側(cè)選擇性結(jié)合特定離子；而在膜的高濃度側(cè)此離子脫離。(2)選擇性被動(dòng)傳遞過(guò)程。細(xì)胞膜由于具有離子通道開(kāi)閉的門(mén)功能，它的選擇性要比一般分離膜高得多。因此，仿照生體膜的離子傳遞體系，可將人工離子通道預(yù)埋于脂質(zhì)體中，進(jìn)行Co2+的選擇傳遞研究，開(kāi)發(fā)具有開(kāi)關(guān)功能的特定物質(zhì)傳遞器件或自動(dòng)控制物質(zhì)傳遞器件。

(3)利用人工微球過(guò)程。自1965年Bangham用磷脂質(zhì)制成了接近細(xì)胞膜的人工脂質(zhì)雙層膜以來(lái)：生體膜的物理化學(xué)發(fā)展甚快。如研究與開(kāi)發(fā)了微球狀封閉的雙層脂質(zhì)體，其大小可調(diào)節(jié)(由直徑25nm的微脂質(zhì)體到數(shù)μm大小的紅血球)。此外，模仿生體膜又制成直徑μm級(jí)的微囊，其內(nèi)部的芯物質(zhì)和外部環(huán)境隔離成微小容器。此芯物質(zhì)微粒子分散在連續(xù)介質(zhì)中，由界面聚合法成膜，膜厚可在nm到μm范圍調(diào)節(jié)。上述脂質(zhì)體和微囊類具有物質(zhì)傳遞控制功能。

(4)利用膜動(dòng)傳遞過(guò)程。細(xì)胞獨(dú)特的物質(zhì)傳遞是很有意義的現(xiàn)象。細(xì)胞內(nèi)外的蛋白質(zhì)、多糖等巨大分子通過(guò)細(xì)胞膜的變形、粘連、融合和分離可在細(xì)胞內(nèi)外出入，即細(xì)胞的內(nèi)攝作用和細(xì)胞排粒作用。仿照細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)傳遞過(guò)程雖有困難，但可啟發(fā)人們構(gòu)思選擇效率高的濃縮裝置[3]。

2、仿生材料在環(huán)境中的應(yīng)用 2．1人造生物纖維

最早開(kāi)始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纖維和人的皮膚的接觸感而制造的人造纖維。對(duì)蠶或者蜘蛛吐出的絲，人類自古就有很大的興趣，這些絲純粹是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，特別是蠶絲，具有溫暖的觸感和美麗的光澤。二十世紀(jì)以來(lái)，人們模仿蠶吐絲的過(guò)程研制了各種化學(xué)纖維的紡絲方法，此后又模仿生物纖維的吸濕性、透氣性等服用性能研制了許多新型纖維，例如，牛奶蛋白質(zhì)與丙烯晴共聚纖維(東洋紡)，商品名為稀苤的高吸濕性纖維(旭化成)等等。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)顯示了人類仿造生物纖維表面細(xì)微形態(tài)與內(nèi)部構(gòu)造取得了成功[6]。另外人們還對(duì)蠶的產(chǎn)絲體進(jìn)行了卓有成效的研究(日本農(nóng)業(yè)生物資源研究所)，并且對(duì)蜘蛛絲也進(jìn)行了研究(日本島根大學(xué))，研究者們期待著有朝一日能夠制造出與蠶絲完全一樣的人造絲。2．2抗污染表面圖層材料 “荷葉效應(yīng)”和“非光滑表面理論”的同時(shí)發(fā)現(xiàn)和相繼發(fā)展，展示了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在仿生學(xué)研究中的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。1971-1990年，Bonn大學(xué)植物學(xué)家Borthlott等[7]發(fā)現(xiàn)荷葉表面的乳狀突起構(gòu)型，研究其抗污染的自清潔效應(yīng)，并將模仿荷葉所制備的納米表面涂層材料應(yīng)用于汽車制造工業(yè)和建筑工程（圖1）。吉林大學(xué)任露泉等人20世紀(jì)80年代起開(kāi)始研究蜣螂、蚯蚓、螻蛄等所謂土壤動(dòng)物體表不被粘附的問(wèn)題。生物界存在著光滑和非光滑兩種界面。傳統(tǒng)上認(rèn)為，界面越光滑，阻力越小，越不被粘附。任露泉等[8]發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下，生物體的一定的非光滑表面具有減粘、脫附、降阻和耐磨效應(yīng)。他們開(kāi)發(fā)出仿生犁壁、推土板和不粘鍋等系列的減粘脫附仿生產(chǎn)品（圖2）。

圖1荷葉表面的乳狀突起和污染的自清潔效應(yīng)（仿Barthlott等，1997）.左：荷葉表面排污現(xiàn)象；中：荷葉表面的乳狀突起；右：仿荷葉涂料的自清潔效應(yīng)，其中左側(cè)為普通涂料，右側(cè)為仿荷葉涂料（4年后）2．3仿生材料對(duì)水體中POPs的富集

POPs是指持久存在于環(huán)境中，通過(guò)食物網(wǎng)積聚，并對(duì)人類健康及環(huán)境造成不利影響的化學(xué)物質(zhì)，具有持久性、生物累積性、長(zhǎng)距離大氣傳輸性和毒性。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外飲用水源水中發(fā)現(xiàn)存在持久性有機(jī)污染物[9-11]。檢測(cè)到的POPs在水體中濃度很低，甚至在ng/L~pg/L的濃度級(jí)[12-13],直接導(dǎo)致了監(jiān)測(cè)和有效去除的困難。所以開(kāi)發(fā)新型的富集材料來(lái)實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)和去除POPs就顯得非常重要。

在職業(yè)病毒理學(xué)和環(huán)境毒理學(xué)方面，皮膚一般被認(rèn)為是有毒物質(zhì)被攝入的通道。因此皮膚作為一種能夠吸收有毒物質(zhì)的膜受到了關(guān)注。早在1988年，Joy Houk和Richard H.Guy[14]在他們關(guān)于皮膚滲透研究模型回顧中詳細(xì)介紹了1988年以前在仿皮膚滲透膜方面取得的一些研究進(jìn)展。Huckins等設(shè)計(jì)了包含三油酸甘油酯的半透膜采樣器(Triolein-SPMDs)應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)[15]，是基于模擬生物、替代生物進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)構(gòu)思的基礎(chǔ)上加以設(shè)計(jì)的。低密度聚乙烯薄長(zhǎng)帶為半滲透膜，三油酸甘油酯涂布于帶內(nèi)，整個(gè)結(jié)構(gòu)為“三明治狀”層疊式。大多數(shù)的有機(jī)污染物分子通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散的方式進(jìn)入膜材料并在三油酸甘油酯內(nèi)得到富集。疏水性的聚乙烯薄膜表面對(duì)水分子的排斥作用導(dǎo)致溶解態(tài)的疏水性有機(jī)污染物通透能力差，減慢了富集速度。為此一系列以親水性的高分子膜內(nèi)嵌三油酸甘油酯的復(fù)合膜得到開(kāi)發(fā)。

包含類脂的取樣器件能夠長(zhǎng)期富集水體中的有毒有機(jī)污染物，適用于環(huán)境中低劑量的POPs富集分離檢測(cè)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。3展望

以上概要地介紹了生態(tài)材料的主要研究領(lǐng)域、現(xiàn)狀及今后的發(fā)展趨勢(shì)。先進(jìn)國(guó)家自由市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是以地球環(huán)境的破壞為代價(jià)的?，F(xiàn)今環(huán)境意識(shí)已逐步為人們所共識(shí)，技術(shù)與環(huán)境的協(xié)調(diào)將促進(jìn)文明。隨環(huán)境經(jīng)濟(jì)的提出，生態(tài)材料的研究與開(kāi)發(fā)刻不容緩地?cái)[在人們面前，實(shí)際上以仿生科學(xué)與工程為基礎(chǔ)的生態(tài)材料學(xué)的發(fā)展必將促進(jìn)材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展，無(wú)疑地將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并造福人類。參考文獻(xiàn)

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