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铁酸镧强化卡马西平胁迫下厌氧消化研究

铁酸镧强化卡马西平胁迫下厌氧消化研究

作者：杨俊伟齐鲁工业大学

学位级别：硕士

厌氧消化(Anaerobic digestion,AD)是从有机固体废物/废水中回收甲烷的一种有着巨大应用潜力的技术,有助于实现污水处理厂、垃圾填埋场和工业园区碳中和。AD的性能和运行稳定性受到多方面影响,但是药品和个人护理产品对AD的潜在影响往... 详细信息

厌氧消化(Anaerobic digestion,AD)是从有机固体废物/废水中回收甲烷的一种有着巨大应用潜力的技术,有助于实现污水处理厂、垃圾填埋场和工业园区碳中和。AD的性能和运行稳定性受到多方面影响,但是药品和个人护理产品对AD的潜在影响往往被忽视。卡马西平是一种典型的抗癫痫药物,在污水污泥中具有较高的检出率,已经被列为城市标志性污染物,但其对AD的影响尚未得到系统的探究。尽管铁基添加剂已经被证实能够提高AD稳定性和性能,但不同种类的铁基材料对AD有着不同的作用方式。因此本研究系统性地探究了城市污染标志物卡马西平对AD的影响,同时制备了新型铁基材料铁酸镧纳米粒子(Lanthanum-iron oxide nanoparticles,LaFeO NPs)以强化卡马西平胁迫下的AD性能,具体研究内容如下:(1)卡马西平会严重干扰厌氧消化的甲烷(Methane,CH)产率,当卡马西平剂量从0 m M增加至0.14 m M时,CH产率从275.12下降到182.04 m L/g乳酸。为了更好地了解该药品对厌氧消化全部过程的影响,对水解、酸化、产乙酸和产甲烷四个阶段进行了模型试验。模型试验结果表明,卡马西平可促进接种泥增溶,从而释放多糖和蛋白质。但水解阶段却受到了严重限制。酸化的增强和产乙酸与产甲烷的减弱共同导致了挥发性脂肪酸的积累,最终导致CH产率显著下降。卡马西平对厌氧消化的干扰程度如下:产乙酸>产甲烷>水解>酸化>溶解。高通量测序结果显示,Chloroflexi的相对丰度从21.5%增加到26.7%,是挥发酸积累的主要原因。乙酸型产甲烷菌Methanosaeta的相对丰度从59.86%下降到44.78%是CH显著降低的主要原因。氢营养产甲烷菌Methanobacterium和Methanomassiliicoccus的相对丰度分别从28%、0.5%增加至37.9%和4.1%。虽然CH的回收率有限,但从含卡马西平有机废水或污泥中回收挥发性脂肪酸更值得推荐。(2)通过简单的溶胶凝胶法制备了LaFeO NPs并对其性质进行了表征,并研究了其对两相厌氧消化产酸相和产甲烷相的影响。当LaFeO NPs为25 mg/L时,CH产率从空白组的717.42增加至800.62 m L/g葡萄糖。LaFeO NPs对产酸相有着更好的促进作用,当LaFeO NPs为100 mg/L时达到最高H产率,为289.8 m L/g葡萄糖,比对照(196.3 m L/g葡萄糖)高47.6%。Firmicutes的相对丰度从54.2%增加到67.5%。LaFeO NPs的大比表面积为Firmicutes的固定繁殖提供了足够的位点,增加了细菌对营养物质的获取。此外,LaFeO NPs逐渐释放的La提高了微生物的跨膜转运能力,提高了糖酵解效率和铁利用率,提升了辅酶F420活性,增加了氢化酶含量,使丁酸途径得到了强化,以获得更多的H、挥发酸和CH。(3)随着LaFeO NPs的剂量从0 mg/L增加到200 mg/L,卡马西平的吸附去除率从0增加到44.30%,这为生物强化提供了必要的前提。吸附降低了卡马西平与厌氧菌直接接触的概率,部分缓解了卡马西平对微生物的抑制作用。LaFeO NPs(25 mg/L)介导的最高CH产率为226.09 m L/g乳酸,与控制组相比增加了30.06%,回收率为正常甲烷产率的89.09%。尽管LaFeO NPs能够恢复正常的厌氧消化性能,但由于卡马西平的抗生物降解性,其生物降解率仍低于10%。生物强化主要反映在溶解性有机物生物利用度的提高,细胞内的LaFeO NPs通过与腐殖物质结合增加了辅酶F420的活性。在LaFeO NPs的介导下,成功构建了以Longilinea和Methanosaeta为功能菌的直接种间直接电子转移系统,相应的电子转移速率从0.021 s加速至0.033s。LaFeO NPs最终以吸附和生物强化的方式恢复了卡马西平胁迫下的厌氧消化性能。

关键词：卡马西平厌氧消化铁酸镧纳米粒子诱导响应氢气和甲烷

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煤矿井下搬运机器人设计及智能控制研究

煤矿井下搬运机器人设计及智能控制研究

作者：艾俊伟中国矿业大学

学位级别：硕士

搬运机器人是一种集自动行走、识别、抓取、搬运和码放多功能于一体的复合型机器人,由于其研究难度大、研发周期长,目前在煤矿领域的研究和应用尚处于技术薄弱和产品空白阶段。近年来,随着国家大力推进煤矿智能化建设和加快发展煤矿机... 详细信息

搬运机器人是一种集自动行走、识别、抓取、搬运和码放多功能于一体的复合型机器人,由于其研究难度大、研发周期长,目前在煤矿领域的研究和应用尚处于技术薄弱和产品空白阶段。近年来,随着国家大力推进煤矿智能化建设和加快发展煤矿机器人技术,井下搬运机器人作为研究的重点被提上日程。通过在煤矿井下应用搬运机器人,一方面可以解决转载过程中用工多、效率低等问题,另一方面也可以优化井下搬运模式,加快煤矿辅助运输系统连续化和智能化发展。本文面向煤矿井下巷道特殊场景,基于标准化辅助运输理念,主要从机器人结构设计与轨迹规划控制等层面开展了煤矿井下搬运机器人设计及智能控制关键技术研究。首先基于“井下巷道间转运”与“工作面最后1km搬运”两种典型搬运场景以及综采工作面日常物资消耗,制定了机器人井下标准化搬运策略,设计了与搬运机器人配套使用的标准化载物平台与装载容器。其次,根据容器的结构特点,从机械臂、铲叉和底盘三个方面对搬运机器人进行机械结构设计,并利用有限元方法对关键部件的刚度与强度进行了分析与校核。再次,根据巷道间转运工况与采煤工作面最后1km路况,制定了搬运机器人自主行走的行车策略,设计了机器人自主行走路径规划系统方案;针对传统A*算法搜索点多、路径不平滑问题,分别使用指数函数加权与B样条曲线平滑处理,提出了基于“改进A*”的全局路径规划算法,仿真结果表明:改进后的A*算法搜索效率得到了提升、规划出的路径更加平滑;针对全局算法无法避障的问题,引入DWA算法用于局部路径规划,制定了基于改进A*与DWA局部规划的组合式路径规划策略;在实验室,搭建搬运机器人模型车和模拟巷道场景,开展了机器人自主行走试验,结果表明:在两种模拟井下典型搬运场景下,搬运机器人均能稳定地自主行走和自动避障,实现了无碰撞安全抵达目的地,验证了路径规划组合算法的可靠性。最后,分析煤矿井下狭窄巷道空间内的物料转运特点,制定了搬运机器人井下自主搬运策略;设计了机器人自主转运系统方案,提出了基于S型曲线插补与圆弧轨迹平滑自主转运轨迹规划算法;在仿真时,为简化运算量,预先设计了矩形装卸载轨迹,并用S型曲线进行轨迹插补,仿真结果表明:整个轨迹插补的运动速度、加速度均能无突变且被控制在合理范围内;进一步,在实验室搭建模拟巷道典型转运场景,按照预设轨迹调整试验参数,开展了搬运机器人自主转运模拟试验,结果表明:机器人在装卸过程中运动平稳,轨迹符合预期,实现了稳定可控的自主转运,验证了S型平滑插补算法的可靠性。该论文共有图79幅,表20个,参考文献99篇

关键词：搬运机器人煤矿井下结构设计行走路径规划空间轨迹规划

基于动态主题模型的学科研究趋势与学者研究主题的关系研究——以计算机学科为例

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基于动态主题模型的学科研究趋势与学者研究主题的关系研究——以...

作者：刘俊伟华东师范大学

学位级别：硕士

在当今快速发展的科技环境下,研究主题的数量呈现出指数级的增长,这为学术研究带来了新的机遇和挑战。在研究人员的职业生涯中,他们可能会探索各种科学问题,研究主题会随着时间和科技的推进而发生改变。对于寻找一个好的研究主题,研究... 详细信息

在当今快速发展的科技环境下,研究主题的数量呈现出指数级的增长,这为学术研究带来了新的机遇和挑战。在研究人员的职业生涯中,他们可能会探索各种科学问题,研究主题会随着时间和科技的推进而发生改变。对于寻找一个好的研究主题,研究者必须考虑的复杂性因素非常多,其中学科中的主题研究趋势方向也会对研究人员是否选择研究主题产生重要影响。在进行学科领域研究趋势分析时,现有的研究集中在学科层面,对学科领域的研究前沿热点或者新兴主题进行分析。探究学者研究主题与学科研究趋势的关系的研究较少,评估学者的趋势追踪能力依赖于学者自我评价或他人的评价,结果较为主观。为此,本研究通过拓展动态主题模型,并设计研究趋势和学者跟踪趋势度相关量化指标,提出了量化学科研究趋势与学者研究主题的方法。本研究基于AMiner平台上计算机学科中机器学习、计算机网络和理论计算机科学三个子领域2006年至2017年的学者论文数据,进行学者研究趋势与学者研究主题关系量化的实证研究分析,探究了研究趋势指标和追踪度指标的分布和相关性情况,利用聚类算法确定了5种主题类型和6种学者类型,并分析了主题与类型的分布情况,了解学者的选题等行为特征。以及主要包括以下结论:(1)基于主题的研究趋势分析:机器学习领域的三个研究趋势方向相关性高,长期的研究方向与当前的热点方向有较高的重叠度,而另外两个领域相关性高较低,研究重点在不同时间段内发生了变化。按照主题的三个趋势方向,对所有主题聚类为主流主题、上升主题、下降主题、非主流主题和爆发主题5种类型。非主流主题、下降主题和增长主题是主要的研究主题类型。(2)基于论文的追踪度分析:三个领域的论文短期热度追踪度波动很大,同时主流方向和长期方向的相关性比其他指标更明显。非主流主题在三个领域的占比都较高,但是非主流主题贡献论文较低,即非主流主题在大多数论文研究中处于边缘位置。而主流主题的占比较低,贡献论文率比其他类型的主题高。(3)基于学者的追踪度分析:三个领域的主流追踪度平均值比其他追踪度高,表明学者更喜欢已经成为主流或经典的现有主题,而不是探索短期或长期的热点。从三种追踪度、持久度和论文数量共五个维度对学者进行聚类,归纳出6个类别:一般学者、坚持不懈者、先驱者、追随者、生产者和水手。一般学者、水手、生产者是常见的研究人员类型。在被引方面,不同类别中学者的质量和产出水平存在差异,追随者类别中低被引学者的占比最高,更倾向于开展常规研究和基础研究;而生产者和坚持不懈者两类群体中高被引学者的占比最高,更倾向于追求创新和开拓性的研究方向。长期热点和短期热点与被引量呈现很强的正相关性,而主流追踪度和持久度与被引量相关性较低。

关键词：研究趋势研究主题动态主题模型

运城市公共基础设施建设中PPP模式应用研究

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运城市公共基础设施建设中PPP模式应用研究

作者：康俊伟山西财经大学

学位级别：硕士

由于税收收入的有限性所以政府部门无法仅凭财政款项将足够的资金支撑提供给公共设施建设。也正因如此,社会资本开始不断融入到公共设施的建设领域,从而致使公司共同经营的形式,即PPP模式出现。在落实PPP模式过程中,由于政府和私营企业... 详细信息

由于税收收入的有限性所以政府部门无法仅凭财政款项将足够的资金支撑提供给公共设施建设。也正因如此,社会资本开始不断融入到公共设施的建设领域,从而致使公司共同经营的形式,即PPP模式出现。在落实PPP模式过程中,由于政府和私营企业未能明确项目风险分担相关的规则,导致项目推进依旧存在诸多不足。只有彻底厘清项目风险,明晰公私双方责权利关系,才会有更多的私营企业参与到公共基础设施项目的建设当中,也才能进一步缓解政府在公共基础设施建设方面所承担的巨大压力,公共事业的发展才能更上一层楼。本文以协作治理理论、公共产品理论和新公共管理理论等理论为基础,尝试全面分析运城市公共基础设施建设中PPP模式的应用现状并总结归纳存在的问题及改进策略。首先,本人整理并归纳了运城市公共基础建设的相关资料和一系列数据,运用文献研究法、实地调查法等方法,阐述了运城市目前在运城市公共基础设施PPP模式运营现状、存在的问题和原因,其中存在的问题具体包括:总体水平不高、规划建设不具备较高的协同性、运营管理不具备较高的效能等。其次,本文参考了相关学者在此方面的研究成果,明确造成运城市公共基础设施PPP项目运营管理存在问题的原因,并对国内外城市运用PPP模式解决公共基础设施建设问题的优秀经验加以借鉴。最后,结合第三章的问题和原因分析,结合国内外经验的基础上,从健全项目前期管理、完善项目资金管理、健全运营管理体系以及优化政府监管体系四个方面提出完善运城市公共基础设施中PPP模式的措施和建议。通过本文论述,以期对运城市在城市公共基础设施PPP运营模式的优化和完善有一定的理论和实践指导意义,同时对其它城市在完善城市运营管理方面有一定的借鉴和参考。

关键词：公共基础建设 PPP模式应用对策与建议

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分段式半导体热电转换单元性能优化研究

分段式半导体热电转换单元性能优化研究

作者：赵俊伟华中科技大学

学位级别：硕士

半导体热电转换具有无污染、可靠性高、没有噪音、响应速度快等优点而受到广泛关注。不同半导体热电材料的优势温度区间不同。分段式热电转换装置(Segmented thermoelectric generator,STEG)可通过组合不同优势温区的热电材料序列,进而... 详细信息

半导体热电转换具有无污染、可靠性高、没有噪音、响应速度快等优点而受到广泛关注。不同半导体热电材料的优势温度区间不同。分段式热电转换装置(Segmented thermoelectric generator,STEG)可通过组合不同优势温区的热电材料序列,进而改善其能量转换性能。本文针对分段式热电转换单元,系统地探究了不同构型下热电臂材料序列对热电转换性能的影响,并基于不同优化目标对材料序列进行了优化研究。首先,研究了具有四对热电材料的七层热电转换单元的性能。不考虑接触阻抗的影响下,计算了在不同热电材料组合下STEG的输出功率与能量转换效率。基于机器学习构建了材料序列与性能指标之间的关系。通过分析各层的温度分布、电阻、ZT值和电压,揭示了其背后的物理机制。在600 K和293 K之间运行时,STEG的功率和效率分别提高了86.14%和31.19%。其次,考虑材料接触表面上接触热阻和接触电阻的影响,研究了具有三对热电材料的五层STEG的性能。计算了不同热电材料组合和不同接触电阻下的STEG的输出功率与能量转换效率。基于机器学习构建了不同接触热阻和接触电阻下材料序列与性能指标之间的关系。基于遗传算法分别获得了在不同接触阻抗组合下最大输出功率和能量转换效率下的最佳材料序列。系统分析了不同优化条件的总电阻、输出电压、ZT值和温度分布。在较小接触阻抗下,分段设计可以显著改善热电转换性能。最后,考虑了接触阻抗和热电单元形状的影响,探求了在不同接触阻抗、热电臂角度和不同热电材料组合下的五层环形STEG性能。在不同的优化目标下,基于机器学习和遗传算法获得了不同热电臂角度下的最佳材料序列。最佳材料设计序列和最佳热电臂角度比受接触电阻和热阻的影响较大。最大功率和能量转换效率均随着热电臂角度比的增加,先增加后减少。为获得较高的能量转换效率和输出功率,热电臂角度比应位于2/3～1之间。

关键词：热能利用分段式半导体热电转换接触电阻接触热阻机器学习

LDPC码分层ADMM译码算法研究与硬件实现

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LDPC码分层ADMM译码算法研究与硬件实现

作者：张俊伟华中师范大学

学位级别：硕士

在通信系统模型中,信道的编译码技术保证了信息传输的可靠性,低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码编译码技术简单,且具有接近香农极限的性能,在现代通信编码领域中受到广泛关注。置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法... 详细信息

在通信系统模型中,信道的编译码技术保证了信息传输的可靠性,低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码编译码技术简单,且具有接近香农极限的性能,在现代通信编码领域中受到广泛关注。置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法和基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multiplier,ADMM)译码算法是LDPC码的两种常用译码算法。BP译码算法在低信噪比下拥有优异的译码性能,且算法复杂度低,因此受到广泛的研究与应用。但BP译码算法在高信噪比下存在错误平层,译码性能急剧下降。ADMM译码算法在高信噪比下无错误平层,且具有最大似然保证,具有极大的研究价值。奇偶校验多胞体投影是ADMM译码算法中最复杂的部分。很多研究学者对其展开了深入的研究,提出了割查找投影算法、线段投影算法、以及本实验室最新提出的三角形投影算法。在译码算法的调度方式中,分层调度方式可加快译码收敛速度,减少迭代次数,具有提高译码器效率的优异特性。译码算法应用于实际的关键在于硬件实现,本文基于三角形投影算法和分层ADMM译码算法开展硬件实现研究,进行了以下工作:1、基于三角形投影算法进行算法优化,消除算法分支、合并中间变量、进行中心对称化处理、进行浮点型数据的定点量化处理。对三角形投影算法进行硬件设计与实现。本文所实现的TPA硬件模块在性能上与精确投影算法CSA一致,译码效率提升了58.5%,LUT资源与FF资源分别减少了39.8%和81.7%,DSP资源消耗减少了50%。2、针对分层ADMM译码算法进行算法优化,对分层ADMM-TPA硬件译码器进行设计与实现,对译码器的各模块进行了详细地介绍与功能仿真测试。在现场可编程门阵列(Field Programmable logic Gate Array,FPGA)平台搭建了完整的硬件译码器,本文实现的分层ADMM-TPA硬件译码器能够正确译码并成功进行板级验证。迭代次数比泛洪ADMM-TPA硬件译码器减少了40%左右,译码效率提升了18%左右。

关键词：低密度奇偶校验码交替方向乘子法三角形投影算法分层调度算法硬件实现

基于混合算法的污水处理过程关键参数软测量建模与优化

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基于混合算法的污水处理过程关键参数软测量建模与优化

作者：柴俊伟兰州理工大学

学位级别：硕士

伴随着我国经济飞速发展和工业体系逐渐完善,企业和居民用水量快速攀升,污水量也迅速增加,污水的排放过程面临诸多问题,污水未处理或未达标就已经排放,没有统一的污水排放地点,没有实现污水的循环利用。故对现有水资源循环利用,就显得... 详细信息

伴随着我国经济飞速发展和工业体系逐渐完善,企业和居民用水量快速攀升,污水量也迅速增加,污水的排放过程面临诸多问题,污水未处理或未达标就已经排放,没有统一的污水排放地点,没有实现污水的循环利用。故对现有水资源循环利用,就显得举足轻重。活性污泥法作为污水处理常用的方式之一,过程中常常伴随着复杂的生物反应及化学反应,具有非线性、强干扰、大迟滞等特点,使得传统控制方式难以适应不同复杂工况。此外,污水处理过程中的诸多生化反应过程具有时变性和复杂性,其中部分关键水质参数测定方法单一且准确性得不到保证,但对污水处理结果有着直接影响,严重影响了污水处理智能化、自动化的提高。随着对新型群智能算法和神经网络等方法的研究,为污水处理建模,参数优化,关键参数软测量建模提供了新思路。(1)深入研究海鸥搜索算法(seagull optimization algorithm,SOA)的初始化方式及搜索策略之后,提出一种改进海鸥搜索算法(improved seagull optimization algorithm,ISOA)。首先,针对标准海鸥算法的随机初始化方式造成的初始位置分散不均匀等问题,采用ICMIC混沌映射代替海鸥搜索算法的随机初始化方式,使算法初始解分布的更加均匀。然后引用标准天鹰优化器(aquila optimizer,AO)的搜索机制改进海鸥算法的搜索机制,提高了算法寻找全局最优解的速度,避免陷入局部最优。最后,选择了几种优化算法与本文算法在标准测试函数上进行对比实验,证明了本文算法的优越性。(2)针对活性污泥1号模型(active lucky model 1,ASM1)应用在不同环境时模型精度下降的问题,将改进海鸥搜索算法应用于模型参数的优化。首先,通过研究ASM1模型与相关资料,挑选出在不同工况环境下容易发生变化的模型参数。然后,将模型输出值与实际值以最小二乘关系建立目标函数。最后,通过ISOA算法优化ASM1模型参数,寻找最佳目标函数对应的最优模型参数,增强了模型应对不同环境的适应能力。(3)针对污水处理关键参数软测量建模时,输入特征变量过多,导致预测模型计算量变大,精度下降等问题。本文基于ISOA算法提出一种优化支持向量机(support vector machine,SVM)的特征选择方法,结合随机森林(random forest,RF)的重要性选择,选择出相关性高的输入特征作为模型输入。首先,针对SVM模型性能易受核参数及惩罚因子影响的问题,利用ISOA优化SVM的核参数、惩罚因子及数据的特征,选择相关性较高的特征变量。然后,结合两种特征选择方法选取出相关性更高的特征。最后,经过公开数据集检验了算法的性能,并完成了污水处理关键参数软测量模型输入变量的特征选取。(4)化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)浓度作为活性污泥污水处理过程关键参数之一,对其实现准确测量对污水处理水质达标有较大的影响。故建立一种基于ISOA算法优化深度极限学习机(deep extreme learning machine,DELM)的化学需氧量浓度软测量模型。该方法通过使用ISOA算法优化DELM模型参数,提高了模型预测精度与效率。然后,采用两个不同的公开数据集检验模型性能。最后,将模型应用于实际污水处理厂数据的化学需氧量浓度预测,结果表明,模型预测误差较小,有很好的跟踪精度。(5)针对污水处理过程生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)在线测量困难,测量精度波动较大等问题,建立一种基于ISOA算法改进长短期记忆神经网络(long-short term memory,LSTM)的BOD软测量模型。首先,利用ISOA算法对LSTM的超参数迭代寻优,找出最佳网络超参数。然后,利用ISOA算法得出的最佳网络超参数建立LSTM软测量模型。最后,采用IWA提供的数据于对本文提出的软测量模型进行验证,并应用于实际污水处理数据的BOD浓度预测,结果证明了该模型的优越性。

关键词：污水处理过程 ASM1 海鸥搜索算法参数估计特征选择软测量模型

“股权投资+施工总承包”建设模式实践及探讨

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建筑经济 2023年第6期44卷 14-20页

作者：李俊伟云南省滇中引水工程有限公司云南昆明650051

近年来,国内一些大中型建设项目采用“股权投资+施工总承包”模式,文章阐述其基本概念和与PPP模式的异同点,厘清关于垫资施工、招标公正性、不合理限制条件等几项争议;并以滇中引水工程为例,介绍其“股权投资+施工总承包”项目实施情况... 详细信息

近年来,国内一些大中型建设项目采用“股权投资+施工总承包”模式,文章阐述其基本概念和与PPP模式的异同点,厘清关于垫资施工、招标公正性、不合理限制条件等几项争议;并以滇中引水工程为例,介绍其“股权投资+施工总承包”项目实施情况,总结具体实践经验,针对性提出投资控制、资金管控、激发承包人积极性等建议。

关键词：滇中引水工程 PPP模式股权投资施工总承包

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大型生活区模块转运的结构强度分析研究

科技创新与应用 2018年第13期8卷 74-75页

作者：郭俊伟大连中远海运重工有限公司辽宁大连116113

大型生活区模块在整体建造完工后如总装厂距离较远,则需进行远距离转场运输作业,文章主要介绍通过运用有限元计算方法校核在转运过程中模块结构的强度,确定模块本身结构是否满足要求,以保证转运过程中的安全性及转运后模块的完整性。

关键词：大型生活区模块转运有限元分析