同济大学学报(自然科学版)杂志

同济大学学报(自然科学版)杂志2021年第3期

• 矩形截面高层建筑立面上面风压极值的尺度折减系数

  全涌，王翔，张正维

  通过一系列刚性模型测压风洞试验，研究了矩形截面高层建筑立面面风压极值的变化特征，并与我国建筑结构荷载规范GB 50009—2012中的相关规定进行了对比，分析了受压面的面积、水平尺度及竖向尺度的影响，给出了更合理的尺度参数。试验结果表明，随受压面尺度的增加，面风压极值逐渐减小，当足尺面积达到50 m2时，面风压正极值的尺度折减系数在0.9左右，而负极值的尺度折减系数在0.8左右。我国建筑结构荷载规范对围护结构风荷载的尺度折减方法将导致面风压极值的低估，尤其是面风压正极值。以作用面面积、对角线长度和宽度作为尺度参数描述面风压极值折减系数的变化规律都不合理，建议采用以受压面的水平尺度b、竖向尺度h和整个建筑迎风面宽度B确定的综合尺度参数（b0.85h0.15/B）来描述建筑立面上面风压极值的尺度折减系数的变化规律。

• 木结构钢插板螺栓连接节点刚度及力-位移关系数学模型

  刘应扬，舒佳佳，林长胜，于丹，张继鲁，赵杨，钱辉

  为研究木结构钢插板螺栓连接节点的力?位移关系，对24个顺纹试件进行了单调加载试验，考虑了螺栓直径、木材厚度以及两者比值的影响。试验结果表明，节点的变形能力较强，加载过程中经历了线性阶段、弹塑性阶段、塑性发展阶段和破坏阶段。基于曲线拟合，节点的力?位移关系可归纳为承载力、弹性刚度的两参数力学模型；通过理论分析，提出了节点承载力、弹性刚度的理论计算公式。最后，通过理论公式和力学模型，对钢插板螺栓连接节点的力?位移关系曲线进行了计算，理论计算曲线与试验曲线吻合较好。

• 软、硬地层中局部堆载对隧道横向变形影响的试验研究

  梁发云，方衍其，袁强，李家平

  通过缩尺模型试验研究了局部堆载位置对软、硬地层中隧道横向变形的影响机理，考虑不同堆载位置和隧道穿越土层性质，测量了分级加?卸载过程中隧道管片的椭圆度、接头张开量和附加土压力的变化情况。试验结果表明，当荷载大小相同时，随堆载偏心距增加，隧道椭圆度先迅速减小然后趋于平缓，堆载导致软土层隧道的椭圆度大于硬土层隧道，并且增加偏心距后软土层隧道椭圆度的减小更明显。增加堆载偏心距可以有效减小隧道接头的张开量，正上方堆载时变形主要发生在隧道左右肩部与顶部接头，偏心堆载时变形主要发生在荷载对侧的肩部与顶部接头。堆载作用下砂土层隧道土压力分布较均匀，而软土层隧道土压力主要集中于水平方向，随着偏心距增加，土压力逐渐减小且主要集中点向荷载对侧的斜截面转移。最后，采用有限元模拟进行了主要影响因素的参数分析，对运营隧道上方堆载与保护提出了相关建议。

• 论多规合一村庄规划的实用性与有效性

  季正嵘，李京生

  乡村的空间多元、价值多元、治理多元，导致“多规合一”的村庄规划必然面临多元困境。为了避免失实、失效和失衡规划，在乡村振兴的背景下乡村地区国土空间治理必须兼顾实用性与有效性。实用的村庄规划要做到指标系统实用、治理策略实用和实施路径实用；有效的村庄规划要做到刚性传导有效、规划组织有效和蓝图动态有效。注重因地制宜的乡村建设实践，注重因时制宜的乡村治理重构，注重因人制宜的乡村新型经营组织培育，建构多元共生的空间系统并为乡村社会注入再生产能力才是注重实效的村庄规划。

• 浅析中荷历史中7个典型理想城市的水城关系发展

  廖凯，杨云樵，黄一如

  如今城镇洪涝问题日益严重，国内涉水视角的城镇设计实践（如海绵城市）暴露出一定的局限性。以“水城关系”为线索，通过对中国历史上3座理想城镇及荷兰近现代4个城镇建设实践的抽象结构模型提炼和辨析，提出“离”、“间”、“合”三大策略及其形成的内因和外因，进而辨析不同时代城市面临的水问题及其宜居性改造策略。从中可见，成功的涉水视角城镇设计实践多是在“水城关系”的结构模型逻辑下各种设计策略的综合运用。

• 豪华邮轮空间体验感知的影响因素分析

  蒋旻昱，杨秀，陈健，徐博亚

  针对邮轮这个新兴的休闲娱乐空间载体，使用者的感官和体验促成空间价值的体现，传统研究多在空间装饰层面推进，而忽视游客的空间综合感知，进行邮轮空间体验感知分析。选取我国本土乘客作为研究对象，在“威尼斯号”邮轮上进行邮轮空间体验问卷调研，运用探索性因子分析和结构方程模型方法构建体验感知模型，探讨邮轮空间中影响体验感知的因素以及与满意度之间的关系。由模拟路径拟合结果可知，主效应中物理环境、美学感知、认知感受、空间属性和总评价均呈现正向显著，并有着递减趋势，同时，得出邮轮空间体验与总体满意度、空间的喜爱程度以及再次登轮意愿有着非常重要的影响。研究在我国邮轮产业刚刚起步阶段进行，为未来本土邮轮空间的规划和改进提供思路和方向。

• 考虑驾驶员模糊感知的深度学习跟驰模型

  李林波，李瑞杰，邹亚杰

  为模拟驾驶人记忆效应以及模糊感知特性，设计了基于模糊感知时间窗的深度学习跟驰模型。提取highD数据集跟驰轨迹，以0.2 s最小时间间隔，连续3 s本车速度、前后车速度差、车头间距的时序数据作为模型输入，模拟驾驶记忆。训练深度学习跟驰模型，得出单层32个输出维度的门控循环单元（GRU）网络可以很好拟合实际数据。在每次输入模型的时序数据中，用模型预测值替换部分真实跟驰状态值，作为驾驶员对场景的估计，即模糊感知。实验得出对同一场景的不同模糊感知，可产生不同跟驰行为，模拟了驾驶行为的异质性，可为异质交通行为仿真提供方法。

• 基于Inception卷积神经网络的城市快速路行程速度短时预测

  唐克双，陈思曲，曹喻旻，张锋鑫

  为了高效捕捉城市快速路复杂的交通拥堵特征，提升短时行程速度预测的准确性，以卷积神经网络为基础，结合Inception模块，构建行程速度短时预测模型。将行程速度信息按照时空关联关系组织为二维数据矩阵，以图像为特征学习对象，自动提取交通数据高维特征并学习多粒度复杂交通拥堵模式，通过系统的网络设计与测试训练得到模型最优结构参数和优化参数，结合回归分析方法与梯度幅度相似性偏差指标，综合评价模型性能。实证结果表明，模型提取行程速度数据时序特征和时空演化特征能力较强，预测准确性较高，可进一步应用于其他交通参数的短时预测。

• 基于有色Petri网的点式-基于通信的列车控制系统切换实时性分析

  汪小勇，董德存，欧冬秀，纪玉清

  点式?基于通信的列车控制（BM-CBTC）多模列控系统的模式切换时延对城市轨道交通运营效率有着较大影响。分析点式?基于通信的列车控制（BM-CBTC）系统模式切换功能及过程，建立基于有色Petri网（CPN）的模式切换模型，研究不同点式（BM）控制系统设计运行间隔下的系统切换实时性。实验表明，切换时延随着BM设计运行间隔增大而增加，当BM设计运行间隔为2 min时能将列车运行晚点时间控制在5 min以内。建立的CPN模型亦可为其他配置的多模列控系统切换的实时性分析作为参考。

• 基于通信的列车控制系统数据安全影响分析

  陈宇佳，曾小清，袁腾飞

  为在设计阶段验证交互数据在系统中的安全特性，基于有色Petri网与失效传播模型提出了一种对系统模型自动分析得到输入数据失效最小割集的安全影响分析方法。首先，建立系统的有色Petri网模型，通过对库所数值离散化处理得到用例，对变迁进行单元测试得出失效行为函数，获得具有失效行为变迁的失效传播有色Petri网；然后基于有色Petri网模型的状态空间，通过失效空间生成算法与变迁回溯法，实现由模型状态空间到失效状态空间，再到失效状态树的转换，并通过失效状态树的合并与计算，获得系统失效最小割集。最后通过实验，比较不同数据安全保障措施下系统的失效最小割集变化，验证了安全保障措施对系统安全的作用，实验结果证明了该分析方法的正确性与有效性。

• 离缝修复条件下无砟轨道板温度翘曲变形特征

  许玉德，缪雯颖，严道斌，祝文君，徐伟昌

  根据高速铁路无砟轨道离缝修复工艺，基于双线性内聚力模型理论，采用内聚力单元模拟层间粘结界面，建立考虑多界面粘结的CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型。计算分析了无砟轨道板在温度梯度-50 ℃·m-1~+100 ℃·m-1、温升温降-30 ℃~+30 ℃作用下的翘曲变形，结果表明：离缝修复条件下，在计算范围内温度荷载作用时，轨道板翘曲变形模式和最值与正常状态一致，说明离缝修复使无砟轨道板温度翘曲变形得到恢复。

• 钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗共存预测方法验证

  周宇，王钲，卢哲超，梁旭，李骏鹏

  采用小比例轮轮滚动接触疲劳试验再现钢轨裂纹萌生和磨耗过程，根据钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法结合试验条件建立相应的预测模型，分别对试验和仿真预测的钢轨试样磨耗、裂纹萌生寿命和启裂角度等进行比对，从而验证钢轨裂纹萌生和磨耗共存预测方法。研究发现：当试样萌生裂纹时，有53.8%的试样经历了2个磨耗阶段，平均磨耗发展率约为5.83 μm·10-4次-1；预测的试样在萌生裂纹前经历了2次磨耗阶段，平均磨耗发展率约为5.18 μm·10-4次-1，较试验结果低约11.1 %；试验中试样裂纹萌生寿命在6×104 ~ 14×104次范围内，且裂纹长度在荷载循环次数在11×104 ~ 12×104次时达到极大值，预测的裂纹萌生寿命为11.1×104次，基本与试验结果中裂纹萌生时出现极大值的试样所对应的荷载作用次数接近。试验观测到试样表面裂纹开口与滚动方向的角度平均值约为45°；仿真预测的裂纹开口与滚动方向的角度平均值基本与观测到的裂纹开口与滚动方向的角度一致。

• 有轨电车路基板-疏桩基础长期沉降现场实测与数值分析

  徐正良，刘磊，王浩然，俞剑，黄茂松

  有轨电车路基板?疏桩基础的目的在于避免长期轮压循环荷载造成软土路基显著沉降。为掌握其长期沉降特性，基于南方某实际有轨电车工程开展长达两年的工后沉降监测。结果表明：在运行初期路基沉降发展迅速，运营约一年后沉降速率变缓并于两年后趋于稳定，且绝对沉降量远小于容许值。该研究又基于土体累积应变显式模型提出了黏土中路基板?疏桩基础的长期循环累积沉降等效有限元分析方法，经与监测值对比验证其合理性，并采用等效有限元探讨路基板?疏桩基础的承载力机理。

• 串联生产系统维护在线决策与缓冲分配联合优化

  陆志强，张之磊

  针对生产系统的退化状态不能在线获取的问题，提出了设备维护在线决策与缓冲分配的联合优化模型。以隐马尔科夫退化系统的工件质量指标为决策依据，提出了设备维护的在线决策策略；推导了串联生产系统工件加工时间与完成时间的递推式，建立了在有限缓冲容量下的缓冲分配模型。以最小化总成本为优化目标，建立了以执行设备维护的质量阈值与缓冲分配为联合决策变量的数学模型。以基于设备跃迁过程的蒙特卡洛仿真算法估计系统期望成本，采用禁忌搜索算法对模型求解，并提出元胞自动机制邻域规则优化搜索过程。数值实验表明提出的联合优化模型及算法的有效性。

• 柔性作业车间调度的精确邻域结构混合进化算法

  王家海，李营力，刘铮玮，刘江山

  为解决现有基于关键路径的邻域搜索存在无效移动多、盲目性大以及仅优化单一目标的问题，设计了更加明确精准有效的邻域结构，包括同机器移动和跨机器移动两步操作；在此基础上，给出相应的关键工序精确移动条件，并将其从优化最大完工时间推广到多目标优化；为兼顾算法局部搜索和全局搜索，将其与进化算法进行混合，实现局部与全局的优势互补，并给出相应的混合算法框架；最后，通过两个国际通用的案例集进行测试，并将测试结果与成熟的算法进行对比，验证了所设计算法的有效性和高效性。

• 基于近岸系列分层竖井的海底地下水排泄及其营养盐输入研究

  吴自军，王富康，崔振昂，高龙，Aliya Zidan，朱虹霓，王一清

  以广西北海市近岸系列分层竖井为研究对象，通过现场地下水监测和采样分析，结果显示竖井含水层整体上为靠近海边咸化明显，其中I承压水咸化程度较大，咸化程度差异主要受海水入侵及海水高位养殖影响。地下水SiO3-Si由于受“盐效应”影响导致其自内陆向海岸浓度升高，而低含量的PO4-P含量可能是铁氧化物的吸附清除作用引起的；潜水层中的NH4-N和NOx-N含量整体高于承压水的，高位养殖池塘水的下渗造成NH4-N在近海岸的潜水层含量最高，而NOx-N受反硝化过程影响，导致自内陆至海岸明显减小。研究区地下水氮磷比（N/P）平均值为595.85，高N/P比值地下水排泄进入海洋，将促进浮游生物营养盐结构由N限制转向P限制。

• 渤海湾盆地渤中19-6气田凝析气成因研究

  李威

  为了研究渤中19-6凝析气藏的成因类型，利用同位素、轻烃参数、金刚烷参数等方法，系统分析渤中19-6凝析气藏，深入研究其形成机理，认为：渤中19-6气田天然气干燥系数较低，碳同位素偏重，成熟度分布在1.50 %左右，综合判断属于偏腐殖型高熟气；渤中19-6气田凝析油双金刚烷含量较高，生物标志化合物含量较低，指示渤中19-6气田凝析油为高成熟原油，且计算原油裂解程度低于20 %，对天然气的贡献量有限，渤中19-6气田天然气主要为干酪根裂解形成。