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基于深度卷积神经网络的人员疏散时间快速预测方法

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系统工程理论与实践 2024年第4期44卷 1376-1388页

作者：赵思琪陈娟王巧夏钤强卢紫嫣马剑西南交通大学交通运输与物流学院成都610031 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都610031 香港理工大学土木与环境工程系中国香港999077

预测人员疏散时间是大规模人群管控、建筑平面布局优化的关键.现有研究关注人员疏散理论模型的建立,忽视了疏散模型的时间和空间复杂度高难以实现快速预测的这一问题.复杂建筑空间环境以及人员的空间分布是决定疏散时间长短的决定性因素... 详细信息

预测人员疏散时间是大规模人群管控、建筑平面布局优化的关键.现有研究关注人员疏散理论模型的建立,忽视了疏散模型的时间和空间复杂度高难以实现快速预测的这一问题.复杂建筑空间环境以及人员的空间分布是决定疏散时间长短的决定性因素,本文提出以建筑空间环境和人位置分布图像为输入的疏散时间快速计算方法.设计不同空间布局、不同疏散人数、不同出口个数及宽度的疏散场景,使用人员疏散元胞自动机模型(CA)开展模拟计算构建样本数据库.构建疏散时间快速预测模型FastEvacNet,训练标定该深度卷积神经网络模型,测试模型预测疏散时间的可靠度与效率.结果表明,在整个测试集上的MAPE值为8.21%,模型整体预测精度良好,泛化能力强.模型对疏散时间的预测用时几乎不依赖于疏散场景的复杂度,计算效率相较于CA模型提升三个数量级;当以数据流的形式传入网络进行批量预测时,可提升四个数量级.

关键词：疏散时间卷积神经网络元胞自动机计算效率

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智能网联汽车多目标预测优化换道决策方法

同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1109-1117页

作者：程硕夏新 NAKANO Kimihiko 东京大学生产技术研究所东京153-0041日本加州大学洛杉矶分校土木与环境工程系洛杉矶90095美国

换道决策是智能网联汽车的核心难题之一,其面临着高动态、复杂交通场景下需要综合考虑行驶安全及效率等目标的巨大挑战。提出一种多目标预测优化的换道决策方法,主要包括动力学矩阵建模及多目标预测优化问题解算。基于智能网联汽车的通... 详细信息

换道决策是智能网联汽车的核心难题之一,其面临着高动态、复杂交通场景下需要综合考虑行驶安全及效率等目标的巨大挑战。提出一种多目标预测优化的换道决策方法,主要包括动力学矩阵建模及多目标预测优化问题解算。基于智能网联汽车的通讯大数据信息构建交通流矩阵模型,然后分别设计表征车辆换道安全、行驶效率的动力学模型,通过多目标综合预测优化方法,求解条件约束下预测优化问题从而优化出最优换道决策指令。结果表明,所提出的预测优化换道方法较其他方法提高了智能汽车的行驶安全性和效率。

关键词：智能网联汽车换道决策多目标优化预测优化

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混凝土自复位墙结构地震全过程损伤分析

建筑结构学报 2024年第2期45卷 189-204页

作者：鲁懿虬 HENRY Richard S 周颖 RODGERS Geoffrey W 杨群顾安琪同济大学土木工程学院上海200092 奥克兰大学土木与环境系新西兰奥克兰1010 坎特伯雷大学土木与自然资源工程系新西兰基督城8140

后张法预应力混凝土自复位墙是一种有效的可恢复功能结构。虽然自复位墙自身在地震中损伤较小,但其与周边构件的变形不协调可使结构损伤严重。为控制结构层面的损伤,设计了1个框架-自复位墙结构,对自复位墙底、梁柱节点、墙梁节点、墙-... 详细信息

后张法预应力混凝土自复位墙是一种有效的可恢复功能结构。虽然自复位墙自身在地震中损伤较小,但其与周边构件的变形不协调可使结构损伤严重。为控制结构层面的损伤,设计了1个框架-自复位墙结构,对自复位墙底、梁柱节点、墙梁节点、墙-基础连接、柱-基础连接以及墙-板连接开展损伤控制设计,并对设计的结构进行足尺振动台试验。结构共经历了39次不同设计工况下不同烈度的地震激励,峰值加速度最大达1.0g,位移角最大达3.3%。对结构在历次地震作用下整体、局部构件和节点的损伤发展进行全过程定量分析,结果表明:自复位墙-开槽梁结构在地震作用下的损伤能够得到有效控制,其中多遇、设防地震作用下结构基本无损伤,罕遇地震作用下墙底损伤仅限角部剥落且面积仅为400 cm2,楼板有开裂且裂缝最大仅为1.2 mm,梁端剥落可忽略;自复位墙-开槽梁结构可使整个结构在不同设计位移角下实现多遇、设防地震不坏,罕遇地震小修甚至不修的抗震性能目标;设计的连接方式解决了结构中构件之间的变形不协调问题,提高了自复位墙结构层面的可修复性。

关键词：自复位墙开槽梁墙板连接振动台试验结构损伤

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页岩油气开采对地下水污染研究现状与动向

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 796-804页

作者：邹佳婕代朝猛韩跃鸣胡佳俊张亚雷刘曙光周烺同济大学土木工程学院上海200092 上海大学生命科学学院上海200444 同济大学环境科学与工程学院上海200092 德克萨斯大学奥斯汀分校土木、建筑和环境工程系奥斯汀TX 78712

页岩油和页岩气开采过程产生的大量废料,如果不经过处理,将对地下水造成污染。首先,介绍了页岩油气的分布和赋存机理,以及地面干馏、水平钻井和水力压裂等开采技术;然后,阐述了页岩油气在现场准备、钻井压裂、采油采气等不同开采环节中... 详细信息

页岩油和页岩气开采过程产生的大量废料,如果不经过处理,将对地下水造成污染。首先,介绍了页岩油气的分布和赋存机理,以及地面干馏、水平钻井和水力压裂等开采技术;然后,阐述了页岩油气在现场准备、钻井压裂、采油采气等不同开采环节中的主要污染源;进而讨论了页岩油气开采中主要的地下水污染物,分别是有机污染物、重金属和放射性物质,同时阐述了其带来的地下水污染长期性、隐蔽性和差异性的特点;最后,从技术改进和废料处理等方面对页岩油气开采对地下水污染的防治手段进行了展望。

关键词：页岩油页岩气地下水污染水力压裂水平钻井

各向异性砂土渗流潜蚀流体动力学-离散元流固耦合分析

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岩土力学 2024年第1期45卷 302-312页

作者：周闯钱建固尹振宇同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 香港理工大学土木与环境系中国香港

针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦... 详细信息

针对具有初始各向异性的间断级配砂土细粒潜蚀问题,引入可以考虑颗粒投影面积影响的Ganser拖曳力计算模型,实现非球形颗粒的计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元(discrete element method,简称DEM)的双相耦合。通过与单颗粒下沉试验的对比,验证了该数值方法在解决异形颗粒与流体相互作用时的适用性。在此基础上,生成具有不同沉积方向和不同细粒含量的初始各向异性试样,模拟向上渗流潜蚀试验,并在试验中监测细粒流失量、强弱力链组成以及颗粒组构变化等宏微观特性,研究不同充填状态下(欠填充和过填充)不同组构各向异性土体渗流潜蚀特征。之后,对受潜蚀前后的试样进行了排水三轴试验,探究渗流对土体强度弱化的影响。结果表明,过填充试样质量损失随着颗粒沉积角度的增大而增大,而欠填充试样质量损失随沉积角度先增大后减小;欠填充试样细粒损失主要来源于低连通性细颗粒,而对于过填充试样,潜蚀则会导致低连通性和高连通性细颗粒数量同时减小。此外,三轴试验表明,潜蚀致土体峰值强度发生显著弱化,且峰值强度随沉积角度的变化也会受到土体充填状态的影响。

关键词： CFD-DEM 渗流潜蚀异形颗粒拖曳力模型各向异性微观组构

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厌氧膜生物反应器研究与应用概述(代序言)

环境工程学报 2024年第5期18卷 1233-1239页

作者：郭广泽李倩李玉友日本东北大学土木与环境工程系仙台980-8579 西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室西安710055

在污水资源化及双碳目标驱动下,开发节能、低碳、资源回收型处理技术是污水和废弃物处理领域的重要发展方向。将厌氧消化与膜分离结合的厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)具有能耗低、可回收能源以及处理水质较好... 详细信息

在污水资源化及双碳目标驱动下,开发节能、低碳、资源回收型处理技术是污水和废弃物处理领域的重要发展方向。将厌氧消化与膜分离结合的厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)具有能耗低、可回收能源以及处理水质较好等优势,在过去40 a已经在工业废水、有机固体废弃物以及城市污水的资源和能源化领域开展了广泛的研究。与传统厌氧消化技术相比,厌氧MBR通过膜分离过程延长了污泥停留时间,维持反应器中高生物量,促进了物质分解及甲烷转化,极大提高了厌氧消化的效率。为了推进厌氧MBR技术的工程化应用并提供技术与理论的支撑,《环境工程学报》编辑部邀请李玉友、盛国平、李倩3位教授组织了“厌氧MBR技术与有机废水资源化”专题,综述了厌氧MBR的发展历程、主要研究团队、在有机废水资源化中的应用及最新研究热点,作为该专题的代序言。

关键词：厌氧MBR 厌氧消化有机废水资源化

波浪入射角度对圆端形桥墩模型水槽试验阻塞效应影响

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中国公路学报 2024年第1期37卷 81-90页

作者：魏凯邢少一秦竟熙杨雄欣西南交通大学土木工程学院四川成都610031 加州大学洛杉矶分校土木与环境工程系加利福尼亚洛杉矶CA 90024 上海市政工程设计有限公司上海200000

模型水槽试验是开展桥梁墩柱结构波浪作用研究的常用手段之一,当桥墩模型尺寸较大时,阻塞效应对桥墩模型波浪作用的影响不可忽略。桥墩常用的圆端形截面非中心对称,其波浪荷载受波浪入射角度影响大,但波浪入射角度对模型试验阻塞效应的... 详细信息

模型水槽试验是开展桥梁墩柱结构波浪作用研究的常用手段之一,当桥墩模型尺寸较大时,阻塞效应对桥墩模型波浪作用的影响不可忽略。桥墩常用的圆端形截面非中心对称,其波浪荷载受波浪入射角度影响大,但波浪入射角度对模型试验阻塞效应的影响尚未完全清楚。因此,开展了不同尺度、不同波浪入射角度下圆端形桥墩波浪荷载水槽试验,分析了波浪入射角度对阻塞效应的影响;建立了基于雷诺时均(RANS)方程和k-ε湍流模型的三维数值波浪水槽,采用质量源造波,揭示了不同阻塞比下波浪力的变化规律,探明了不同波浪入射角度下的临界阻塞比;考虑不同波浪入射角度的影响,提出了阻塞效应影响下的圆端形桥墩模型波浪力修正方法,并结合数值模拟验证了方法的合理性。研究结果表明:①阻塞效应会增大圆端形桥墩受到的正向波浪力;②波浪入射角度会对圆端形桥墩的阻塞效应产生影响,从而导致不同波浪入射角度下的临界阻塞比不同,但临界水槽宽度为6倍桥墩阻水宽度时便可有效避免阻塞效应的产生;③以正向波浪力峰值为研究对象求得了修正系数,并提出了圆端形桥墩在任意波浪入射角度下受阻塞效应影响的波浪力修正公式,且修正效果较好。相关研究成果对跨海桥梁波浪作用水槽试验、波浪荷载计算等具有参考价值。

关键词：桥梁工程圆端形桥墩水槽试验波浪作用阻塞效应波浪入射角度修正公式

氮掺杂对环境空气中TiO_(2)纳米催化剂抗甲醛光催化矿化的影响

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 303-323页

作者： Dae-Hwan Lim Aadil Bathla Hassan Anwer Sherif AYounis Danil WBoukhvalov Ki-Hyun Kim 汉阳大学土木与环境工程系韩国首尔国立科技大学环境工程系巴基斯坦伊斯兰堡埃及石油研究所分析与评估部埃及开罗南京林业大学材料物理与化学研究所理学院江苏南京乌拉尔联邦大学物理与技术研究所俄罗斯叶卡捷琳堡

通过氮掺杂TiO_(2)(N-TiO_(2))浸渍蜂窝过滤器构建了一系列原型光催化空气净化器(AP(N_(x)-C_(y)))系统,并用于在UV-LED光(1 W)照射条件下光催化分解0.5-5 ppm甲醛(CH_(2)O)蒸汽.在上述催化过滤器系统中,Nx和Cy分别代表N/Ti摩尔比(0-20)... 详细信息

通过氮掺杂TiO_(2)(N-TiO_(2))浸渍蜂窝过滤器构建了一系列原型光催化空气净化器(AP(N_(x)-C_(y)))系统,并用于在UV-LED光(1 W)照射条件下光催化分解0.5-5 ppm甲醛(CH_(2)O)蒸汽.在上述催化过滤器系统中,Nx和Cy分别代表N/Ti摩尔比(0-20)和N-TiO_(2)浓度(2-20 mg mL^(-1)).光催化分解实验结果表明,AP(N_(10)-C_(10))的性能最好,其催化CH2O转化为CO_(2)的转化率最高,循环反应10次后CO_(2)产率仍达到89.2%,在干燥空气中的清洁空气输送速率为9.45 L min^(-1).N10-C10的电荷载流子寿命(τa:1.70 ns)优于其他样品(如纯TiO_(2)的电荷载流子寿命为1.37 ns),这表明N缺陷(No)有助于降低带隙(3.10 eV)和产生氧空位OVs-Ti^(3+),这与密度泛函理论(DFT)模拟结果一致.采用原位漫反射红外傅里叶变换、电子顺磁共振和DFT分析等多种方法研究了CH_(2)O的光催化氧化途径.结果表明,氧化过程涉及多个能量有利的中间步骤(例如CH2O以CH_(2)O_(2)的形式在TiO_(2)-OV{110}表面的桥连O/OH基团上发生放热共价吸附,随后通过催化脱氢/氧化反应直接生成CO_(2):CH_(2)O_(2)/HCOO^(-)+•OH→H_(2)O+CO_(2)).这些步骤与具有N杂质的{101}表面上化学活性Ti原子的态密度计算结果一致.预计No缺陷和OVs的存在将通过降低活化能垒来影响反应能量和中间产物,从而在加湿条件下实现有效的矿化.综上,本文为设计和构建先进的光催化系统,并用于环境空气中醛类挥发性有机物(VOCs)的有效矿化提供了新思路.

关键词：光催化蜂窝过滤器甲醛氮掺杂TiO_(2) 密度泛函理论计算催化反应途径空气净化

高摩阻超静定土工格栅在粗粒土夹层中的剪胀作用研究

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岩土力学 2024年第1期45卷 141-152页

作者：崔新壮姜鹏王艺霖金青陈璐山东大学土建与水利学院山东济南250061 重庆大学土木工程学院重庆400045 香港科技大学土木与环境工程系中国香港滨州学院建筑工程学院山东滨州256603

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG)与砾石的... 详细信息

在加筋土工程中,采用异型格栅和设置粗粒土夹层可以有效增强筋土相互作用。然而粗粒土夹层厚度的确定方法仍有待进一步研究。基于一种带有凸起节点结构的高摩阻超静定土工格栅(high resistance hyperstatic geogrids,简称HRHG)与砾石的直剪试验结果,建立了剪切硬化筋土界面的剪胀本构模型,并进一步研究了筋土剪胀应力在土体内引起附加应力的分布规律。通过开展不同法向压力(30、50、80 kPa)下的直剪试验,研究了不同粗粒土夹层厚度(60、100、140、180 mm)对筋土相互作用的影响,并与筋土界面剪胀应力的分布规律进行了对比分析。结果表明,筋土界面剪胀本构模型可以有效计算剪缩位移和剪胀位移,且最终剪胀位移随法向压力增加而减小。由界面剪胀应力引起的粗粒土中附加应力随着与筋土界面距离的增加而降低,但是剪胀范围逐步增大。粗粒土夹层厚度的增加可以有效提高界面剪切强度,但存在最优夹层厚度使界面剪切强度的增幅迅速降低。最优夹层厚度随着法向压力的增加而减小。通过对比分析最优夹层厚度与剪胀应力比之间的关系,提出了基于筋土界面剪胀本构模型的确定最优夹层厚度的半经验公式,可为HRHG在工程中的设计或应用提供参考。

关键词：超静定土工格栅筋土相互作用直剪试验剪胀应力粗粒土夹层