時間：2023-04-06 18:35:33
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1.1相變材料的選用
微膠囊壁的厚度、彈性、拉伸及壓縮強度、耐熱性以及與芯材的相容性直接影響MEPCM的可應用性，因此，壁材應選用無毒、不熔、不溶、密封性好、有較高拉伸及壓縮強度的樹脂。常用于囊壁的材料有尿素-甲醛樹脂(UF)［7］、聚氨酯(PU)［8］以及耐高溫性能較好的三聚氰胺-甲醛樹脂(MF)、尿素-三聚氰胺-甲醛樹脂(MUF)等。同時，壁材與芯材的質量比對MEPCM的相變焓與調溫效率有直接影響，一般芯材的質量分數在60%～80%之間［9－10］。有研究選用MF樹脂包覆復合高級醇類芯材制備相變溫度接近人體體溫且粒徑分布均勻的MEPCM，實驗測定其芯殼比例為4∶1時，MEPCM的相變焓較高且具有良好的調溫能力［11］。最新報道顯示，實驗室制作MEPCM的芯材質量分數可實現(xiàn)87%以上［12］，熱焓值可達200kJ/kg［13］。未來應用于紡織品的MEPCM研究重點應由單純增大相變材料芯材的質量分數來提升相變焓，轉變?yōu)閮?yōu)化芯殼比例，提高蓄熱調溫智能紡織品的蓄熱密度和調溫效率，提升MEPCM綜合應用性能。
1.2乳化劑的選用
油溶性有機相變材料作為MEPCM芯材，需先高速分散形成水包油(O/W)或油包水(W/O)體系的乳狀液，再與壁材發(fā)生聚合反應進而形成微膠囊。乳液液滴的直徑分布越小，在溶液中分散越均勻，制得的MEPCM熱學性能越好［14］。影響乳化效果的因素有:親水親油平衡值(HLB值)［15］、臨界膠束濃度(CMC)、乳化時間、乳化溫度、乳化機轉速、乳化劑種類、乳化劑質量分數、乳化劑分子質量［14］等。其中，CMC和HLB是表征乳化劑性能和乳化效果的主要參數。HLB值低表示乳化劑的親油性強，易形成W/O型體系;HLB值高則表示親水性強，易形成O/W型體系;HLB值居中為6～8時，通過強力攪拌可分散形成乳狀溶液，適合用作潤濕劑，因此HLB值是影響乳化效果的關鍵因素［16－17］。常用的乳化劑主要有陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型，其中陰離子和非離子型乳化劑適用于O/W型乳液。用于分散相變芯材的乳化劑主要有苯乙烯-馬來酸酐共聚物(SMA)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉(OBS)、失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚(Tween)和失水山梨醇脂肪酸酯(Span)等。實驗室研究應用不同成分乳化劑對相變芯材進行乳化處理，表2匯總了目前已報道的相變芯材及其選用的乳化劑。而基于乳化劑HLB值和基團相容性對相變材料分散性的理論研究還較為淺顯。閆麗佳［18］對比SDS和OBS陰離子型乳化劑對正十八烷的分散能力發(fā)現(xiàn):SDS的分散能力雖強，但其制備的微膠囊壁材易黏連，芯材質量分數低導致MEPCM熱焓值降低;OBS熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性較好，且乳化制得的MEPCM的相變溫度和相變焓均高于同等條件下SDS制備的MEPCM。顏超［8］對比陰離子和非離子乳化劑的乳化效果發(fā)現(xiàn):使用陰離子乳化劑SDS的石蠟體系乳液在剪切停止后立即分層;而Tween-80、OP-10和平平加O3種非離子乳化劑的乳化效果較好。這是由于石蠟/水體系乳化所需的HLB值為11～13，SDS不能提供適宜的HLB值，而上述3種非離子乳化劑的HLB值均在11左右，因此具有較好的乳化效果。其中，平平加O乳化劑中疏水鏈段的脂肪烴對石蠟具有更好的相容性而有助于提升乳化效果;2種不同種類非離子乳化劑混合得到的復配乳化劑在使用時發(fā)生的協(xié)同效應有利于乳化效果。對不同Span-Tween復配乳化劑種類和用量下的乳液穩(wěn)定性也進行了相關研究［19］。復配乳化劑可根據實際應用要求而確定最優(yōu)HLB值及乳化參數。
1.3MEPCM的制備方法
微膠囊的制備方法分為物理法、化學法和物理化學法。目前應用于紡織品的MEPCM主要采用化學方法制備。國內外學者對使用界面聚合法［27－28］、原位聚合法［11，29］等易操作方法制備包含不同相變材料的微膠囊研究較多。這2種方法制備的MEPCM結構見圖1［3］。界面聚合法既適用于制備水溶性芯材也適用于油溶性芯材的微膠囊，其特點是將形成壁材的2種單體分別溶解在不相溶的2種溶液中，2種單體分別從兩相內部向芯材乳液液滴界面移動并在相界面發(fā)生聚合反應，使聚合物包裹芯材形成微膠囊，其工藝流程見圖2［27］。原位聚合法與界面聚合法的區(qū)別是，壁材單體先發(fā)生預聚形成預聚體，沉積在已經分散為小液滴的芯材表面，在交聯(lián)和聚合反應下形成微膠囊外殼。相較之下原位聚合法成球較容易，壁材厚度和芯材質量分數可控。此外，也有通過乳液聚合法［30］、懸浮聚合法［20］和復合凝聚法［21，31］等方法制備MEPCM的研究報道。
2MEPCM在紡織品中的應用
在紡織應用領域，MEPCM通過直接紡絲法和織物表面整理法等加工方式附加到紡織品上，制成蓄熱調溫紡織品。
2.1相變纖維
美國Outlast、TRDC公司一直致力于MEPCM在熔融紡絲工藝中的研究和應用。目前Outlast已成功研制出包含MEPCM的聚丙烯腈纖維、粘膠和聚酯短纖維并正式應用于服用紡織品［32］。圖3示出Outlast研制的蓄熱調溫纖維截面形態(tài)［32］。國內外研究學者對采用熔融紡絲和濕法紡絲等直接紡絲工藝制備添加MEPCM的蓄熱調溫纖維進行了深入探討。其中對應用熔融紡絲法的研究較多，因濕法紡絲流程長、污染大、產量低，并且微膠囊的理論添加量受限，相關研究較少。
2.1.1熔融紡絲
用熔融紡絲法制備蓄熱調溫纖維是將紡絲高聚物與MEPCM共混制成切片，將切片加熱到高聚物熔點以上成熔融態(tài)，再通過噴絲孔射出到空氣中冷凝成絲條。由于熔融紡絲液的溫度較高，紡絲速度快，微膠囊在紡絲液中易破損和升華，因此熔融紡絲法對微膠囊芯材和壁材的耐熱性要求很高。為了增強紡絲過程中MEPCM的耐熱性，F(xiàn)an等［14］在十八烷相變芯材乳化液中添加一定量環(huán)己烷并對MEPCM進行耐高溫改性處理。微膠囊在160℃條件下加熱30min使環(huán)己烷升華，其壁內產生預留膨脹空間，提高了膠囊粒徑分布均勻性，實驗測得膠囊耐熱溫度最高可達270℃。Han等［33］認為導致熔融紡絲工藝中MEPCM熱焓效率低的原因有2類:一是囊壁包裹不均勻的微膠囊在高溫下容易破裂;二是在熔融紡絲過程中摩擦力和剪切力導致部分微膠囊發(fā)生破裂。本文對紡絲工藝與相變性能、熱效率及力學性能和耐熱性能的關系進行研究后發(fā)現(xiàn)，聚合物的玻璃化轉變溫度和熔融溫度隨微膠囊質量分數的增加而升高，而纖維的斷裂強度和伸長率隨著MEPCM的質量分數升高而降低。有研究發(fā)現(xiàn)MEPCM質量分數為20%時丙烯腈基初生纖維的力學性能可達到服用要求［34］。
2.1.2濕法紡絲
用濕法紡絲法制備蓄熱調溫纖維是將MEPCM和高聚物配制成紡絲溶液，將紡絲液從噴絲孔中壓出后射入凝固浴形成絲條。該方法的紡絲速度低且溶液溫度低，因此對微膠囊損傷較小。制備以聚丙烯腈、粘膠等聚合物基體的蓄熱調溫纖維均適用濕法紡絲法，具有廣泛的實用性。張興祥等［35］將MEPCM與聚丙烯腈-偏氯乙烯共聚物混合經溶液紡絲制成MEPCM質量分數達30%的腈氯綸纖維。該纖維具有較好的可紡性、熱穩(wěn)定性和熱焓效率，但力學性能較差。為了提高濕法紡絲制備相變材料纖維的力學性能，于海飛等［36］通過改變紡絲凝固浴中NaSCN的質量分數測試其對纖維強度的影響。通過濕法紡絲工藝制備含聚酰胺包覆石蠟相變材料的蓄熱調溫聚丙烯腈纖維，MEPCM質量分數為16.7%，當紡絲凝固浴中NaSCN質量分數為10%時，MEPCM在纖維中的熱焓效率達到78.4%，同時纖維斷裂強度為1.35cN/dtex。對比研究表明，在濕法紡絲凝固浴中添加適量NaSCN制備的含MEPCM聚丙烯腈纖維能夠獲得良好的力學性能和蓄熱調溫性能。通過直接紡絲法制備的蓄熱調溫纖維中微膠囊分布均勻，織物調溫性能優(yōu)良，但融入MEPCM紡絲液的直接紡絲工藝難度較大，纖維斷裂強度和伸長率較低導致其可紡性較差，因此，直接紡絲法制備相變材料纖維仍有很大的研究空間?？蓢L試以聚乙烯醇和熱學、力學性能優(yōu)良的芳砜綸為主體纖維用濕法紡絲制備蓄熱調溫纖維。用熔融紡絲法制備蓄熱調溫纖維可向多功能方向發(fā)展，如與可降解聚乳酸結合制備生物醫(yī)用材料，纖維中添加MEPCM與遠紅外粒子產生協(xié)同作用增強織物保溫效果等。
2.2基于相變材料微膠囊的織物整理
用相變材料微膠囊整理織物是將MEPCM添加到整理液或涂層劑中，通過織物后整理方法，依靠黏合劑的作用使相變材料黏接在纖維或織物上，從而獲得蓄熱調溫紡織品。采用后整理技術得到的蓄熱調溫紡織品的耐水洗性和耐久性的報道較少，且關于織物的組織結構、織物密度、微膠囊質量分數、涂層密度對蓄熱調溫性能的研究不夠深入。相比直接紡絲法，通過后整理方法附著在織物表面的微膠囊理論上易磨損和脫落，因此，整理液中涂層劑的選擇需與微膠囊壁材和纖維的化學成分結合性均好。在紡織應用領域，一般通過浸軋法和涂層法將MEPCM附加到紡織品上制成蓄熱調溫紡織品。常用的PU、丙烯酸類黏合劑對MEPCM具有良好的粘接性和成膜強度。通過選用適當比例的整理液配方［18］，及后整理技術得到的織物具有較好的平整度和調溫性能，但織物表面的涂層易形成薄膜覆蓋紗線及中間空隙從而影響織物透氣性。司琴等［37］嘗試在MEPCM浸軋整理前先將棉織物浸入聚醚改性氨基硅油進行柔軟整理，再經微膠囊附加整理，所得織物具有較好的調溫性能，且毛羽、柔軟性能和透氣性有不同程度的改善。目前關于含MEPCM整理液的研究報道中選用的黏合劑見表3?；跀抵的M的MEPCM對紡織品調溫性能模型的研究認為，相變材料微膠囊附加織物的調溫過程常常伴隨纖維吸濕，其保溫體系包含:纖維、濕空氣、相變材料，使得熱濕傳遞和相變過程耦合在一起，基于數值方法則可以較為便捷、靈活地模擬相變材料調溫過程。因此，Li等［38］在其前期研究的基礎上發(fā)展了基于控制體積法和有限差分法的熱濕傳遞數學模型。模型將單一芯材的相變過程考慮為一個移動邊界問題，將相變溫度考慮成一個點，并討論了PCM質量分數對織物中熱濕傳遞的影響。He等［39］針對復合相變材料指出其相變過程不是發(fā)生在一個恒定溫度點，而是一個溫度范圍，該相變溫度范圍對PCM能量調節(jié)過程有重要影響。李鳳志等［2］研究了MEPCM半徑及質量分數對織物熱濕性能影響，基于織物熱濕耦合模型，對相變問題采用顯熱容法處理，模擬結果發(fā)現(xiàn)MEPCM質量分數越大，半徑越小，延遲織物內溫度變化的幅度越大，但延遲時間越短。
2.2.1浸軋法
采用浸軋方式可使MEPCM均勻分布于織物表面并深入紗線內部，獲得均勻的調溫效果。Alay等［22］制作以正十六烷為芯材的不同質量分數、粒徑分布于0.22～1.05μm之間的MEPCM。將與微膠囊和纖維的結合性均好的聚甲基丙烯酸甲酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯作為黏合劑，分別通過一浸一軋方式將MEPCM均勻整理到純棉、純滌、滌/棉織物上。實驗證明經過微膠囊整理的不同織物的熱焓值明顯提升，且熱學性能較好。用浸軋法經過MEPCM整理后織物的調溫性能有顯著提高，然而透氣性能會受到微膠囊固著量和涂層劑的涂覆量影響。一般來說，微膠囊整理劑的固著量與織物的熱焓正相關，與透氣性負相關，焙烘溫度和時間對微膠囊的耐洗性能影響較大。林鶴鳴等［41］采用二浸二軋整理法分別將2種納米膠囊整理到純棉針織物上，測得織物溫變速率明顯減緩且透氣性降低約10%，但對織物的舒適性影響不大。顏超等［8］嘗試在保證浸軋法整理聚氨酯型MEPCMOutlast/蠶絲織物的調溫性能的同時改善織物的透氣性。實驗結果顯示，MEPCM固著量為13g/m2的Outlast/蠶絲織物的相變焓和相變溫度均有明顯上升，從宏觀上驗證了通過MEPCM浸軋整理的Outlast/蠶絲織物具有良好的調溫效果。Salaün等［25］探究了織物調溫性與透氣性的最佳效果，發(fā)現(xiàn)隨著涂層劑的增加，織物在吸熱過程中的吸收峰溫度逐漸升高。實驗得出最適合蓄熱調溫紡織品的涂層劑與MEPCM用量比值在1∶2～1∶4之間，織物可獲得良好的調溫性能并且不影響其透氣性。通過浸軋法將MEPCM整理到織物上要求整理液黏度低、分散均勻方可實現(xiàn)膠囊深入織物內并均勻分布。目前報道中鮮見關于MEPCM在整理液中分散性能的優(yōu)化配方。由于浸軋輥處理織物時易導致膠囊破裂而降低調溫效果、破壞蓄熱調溫體系;同時浸軋法適用于織物密度較低時的雙面整理，難以實現(xiàn)MEPCM在高密或多層織物內的均勻分布;在某些需要微膠囊單面處理的應用場合，浸軋法無法控制膠囊的合理分布，因此，目前研究重點應著眼于優(yōu)化MEPCM在浸軋整理液中的分散均勻度和提高MEPCM的質量分數;合理控制微膠囊芯殼比與軋輥壓力的關系，降低微膠囊的破壞率。
2.2.2涂層法
通過涂層加工的方式可將相變材料黏接在織物上，目前多采用直接涂層和泡沫涂層2種涂層方法，其他涂層方法因對微膠囊自身的耐熱性和抗拉、壓縮性能要求較高而受限。受涂層劑的濃度和涂層厚度的影響，涂層織物的透氣性和柔軟性均比浸軋整理織物差。Onder等［21］研究發(fā)現(xiàn)微膠囊的熱焓值與芯材的相變溫度成正比。將添加質量分數為9.5%～22.5%MEPCM的聚氨酯基涂層劑分別涂覆在純棉織物上，通過測試不同織物的熱焓值發(fā)現(xiàn)，經MEPCM涂層整理的織物比未經涂層的儲熱能力提高了2.5～4.5倍。Fallahi等［42］測定了MEPCM涂層對延遲織物溫度變化的影響。將普通織物和2種經MEPCM涂層的織物在50℃的溫度下放置18min，發(fā)現(xiàn)未經微膠囊涂層整理的滌綸/粘膠(65/35)混紡平紋織物與經質量分數為0.6%微膠囊涂層織物的相對溫度變化高于10%，而微膠囊質量分數為10%的織物相對溫度變化低于10%，說明MEPCM質量分數對溫度變化延遲效果非常顯著。研究結果表明，MEPCM涂層織物適用于外界溫度變化劇烈的防護紡織品。劉向等［28］分析了涂層整理劑在織物表面形成的聚合物薄膜增加紗線及織物強力和延展性，因此使得織物的斷裂強力升高，斷裂伸長率增大;但涂層后織物透氣性下降，抗彎剛度增大。相比于等濃度無微膠囊成分的涂層劑，含微膠囊涂層劑的黏度較低，同時粉末狀態(tài)的微膠囊可以降低絮集問題，因此微膠囊與乳液相結合后的外觀黏度比等量固體濃度的乳液的表觀黏度低。閆飛等［43］發(fā)現(xiàn)通過超聲波震蕩伴隨攪拌可以降低MEPCM的體均粒徑和在涂層液中的分散程度。MEPCM比原始芯材相變材料的裂解溫度提高了70℃，耐熱性能也明顯提高。通過測試發(fā)現(xiàn)附加MEPCM整理的蓄熱調溫織物在升溫曲線和降溫曲線上都存在明顯的拐點，從而說明其具有較好的智能調溫作用。然而Alay等［44］對比含MEPCM聚氨酯涂層對織物透氣、透濕性能的影響發(fā)現(xiàn)，微膠囊和聚氨酯涂層填充了織物組織的孔隙，易使織物的透氣性減弱，含MEPCM的聚氨酯涂層織物的透氣性低于未整理織物和不含MEPCM聚氨酯涂層織物。同時，不含MEPCM聚氨酯涂層織物因聚氨酯涂層本身具有的良好吸濕性而促進了織物的透濕性，添加微膠囊后雖然涂層的吸濕性好，但是微膠囊顆粒阻塞了織物孔隙導致透濕性降低?？椢锝浥菽繉诱砗?，化學試劑的增量僅為織物干態(tài)質量的2%～3%，涂覆量低，涂層輕薄且不影響織物手感和透水透氣性［45］，以泡沫為依托的微膠囊在涂層劑中的分散更均勻。Shim等［40］利用暖體假人測試經過微膠囊泡沫整理的織物從暖環(huán)境到冷環(huán)境再到暖環(huán)境的熱量流失。通過泡沫整理涂覆1層和2層MEPCM的聚酯纖維織物與未經整理的織物進行對比發(fā)現(xiàn)，涂覆1層MEPCM的織物在冷環(huán)境中釋放熱量可以幫助暖體假人的熱量流失平均降低6.5W，而涂覆2層的織物平均減少13.2W。通過涂層法對織物進行MEPCM整理的弊端有:刮刀刮涂易致微膠囊破損，需平衡刮涂力度與微膠囊的承受能力和涂層厚度的關系;MEPCM的顆粒狀特性以及涂覆在織物上的涂層整理液都會降低織物的柔軟性和透水、透氣性，因此，配制高濃、低黏整理液在紡織品MEPCM后整理的研究中顯得尤為重要。與直接涂層工藝相比，泡沫涂頭的刮涂力度柔和，涂層過程中對MEPCM的損傷小;與浸軋整理相比，泡沫整理微膠囊適用于織物單面涂覆且不易滲入到織物內部破壞保溫體系，是目前較為理想的微膠囊織物整理技術之一。
2.2.3浸軋法與涂層法比較
研究人員對通過浸軋法與涂層法附加微膠囊整理織物的性能做對比。曹虹霞等［46］將MEPCM涂層整理液分別通過二浸二軋和干法涂層整理到棉織物上并對比2種織物發(fā)現(xiàn)，通過涂層整理比通過浸軋整理得到的蓄熱調溫織物的相變溫度低，但涂層整理比浸軋整理得到織物的相變焓高，且織物的相變焓隨MEPCM質量分數的增大而升高，蓄熱調溫性能明顯增強，但同時涂層織物增厚，織物手感和應用受到限制。劉元軍等［47］采用乳化固化法制備殼聚糖/石蠟MEPCM，同樣對比二浸二軋法和直接涂層法對牛仔布熱性能的影響發(fā)現(xiàn)，涂層整理對牛仔布增重率高于浸軋整理，而毛效則低于浸軋整理。此外，單面涂層整理的牛仔布比浸軋整理的牛仔布手感硬。透濕性和透氣性均低于同等條件下浸軋整理的布樣。作者分析這可能與微膠囊粒徑大小及在布樣上的增重大小有關。目前，相變材料微膠囊也被研究用于纖維紡織品之外的服用材料。IzzoRenzi等［48］嘗試將MEPCM通過干法涂層和濕法浸軋的方式將其整理到皮革表面，觀察2種整理方式下微膠囊的分布情況，發(fā)現(xiàn)皮革的多孔結構限制了微膠囊涂層對皮革的調溫性能的影響，涂層工藝對皮革的斷裂強度和伸長率也沒有明顯影響。比較浸軋法和涂層法對織物進行MEPCM整理:在技術方面，浸軋法和涂層法均需綜合考慮MEPCM的物理化學性能參數，研究配方合理、分散均勻、微膠囊質量分數較高的涂層整理液，同時基于MEPCM易碎的芯殼結構，需對軋輥和涂頭的整理力度進行優(yōu)化設計;在調溫效率方面，通過浸軋法和泡沫整理比通過直接涂層法得到的織物更輕薄，有利于提高蓄熱和放熱反應的靈敏性;在應用方面，涂層法可以更好地控制微膠囊在織物表層和內部的分布，可根據實際應用設計涂層層數和微膠囊在織物上的分布密度，擴展產品的應用范圍。
3結語
關鍵詞：加德納；多元智能；個性培養(yǎng)；啟示
一、多元智能理論及其所蘊涵的個性培養(yǎng)的理念
（一）多元智能理論的基本內涵
美國著名心理學家加德納針對傳統(tǒng)的智能一元化理論，于20世紀80年代提出了多元智能理論。加德納認為，人是具有多種智能的，個體的智能不是以整合的方式而是以相對獨立的方式存在的。在他看來，傳統(tǒng)的智能理論過于強調個體的語言和數理邏輯能力，而忽視了個體運用知識解決實際問題的能力，用傳統(tǒng)的智能理論無法說明現(xiàn)實生活中智能的多元性和創(chuàng)造性，因此，他在批判性地繼承傳統(tǒng)智能理論的基礎上，對智能的概念作了全新的界定，即智能是在某種社會和文化環(huán)境的價值標準下，個體用以解決自己遇到的真正難題或生產及創(chuàng)造出有效產品所需要的能力。在此基礎上，加德納提出了自己對智能結構的認識。他認為人的智能是多元的，每個人智能的類型和特點雖然各不相同，但至少具有九種智能，即言語—語言智能、數理—邏輯智能、視覺—空間關系智能、音樂—節(jié)奏智能、身體智能、人際交往智能、自我反省智能、自然觀察者智能和存在智能，每個人都是以各自獨立的方式把自己的各種智能組合在一起，形成與他人相區(qū)別的智能組合。
(二)多元智能理論所蘊涵的個性培養(yǎng)的理念
1.尊重差異、各盡其能的學生觀
多元智能理論所倡導的學生觀是一種積極、樂觀、平等的學生觀。加德納認為，人與人之間的差別，主要在于人與人所具有的不同的智能組合。雖然每個人都同時擁有相對獨立的九種智能，具有完整的智能結構，但由于受遺傳、環(huán)境、教育和個體努力程度等因素的影響和制約，不同的人便形成了不同的優(yōu)勢智能和弱勢智能的組合。每個學生都有自己的優(yōu)勢智能領域，有自己的學習類型和方法，學校里不存在差生，全體學生都是具有自己的智能特點、學習類型和發(fā)展方向的可造就人才。因此，加德納反對忽視這些差異，反對要所有的學生用同樣的方法學習同樣的內容，主張在尊重了解學生智能的差異性和特殊性的基礎上，使教育適應學生，以最大程度的個別化教育來進行教育，從而使學生的智能強項得到加強，弱項得到禰補，獲得個人的最優(yōu)化的發(fā)展。
2.個性化的課程觀
多元智能理論認為人的智能具有可開發(fā)性。既然每個人都在不同程度上同時擁有九種類型的智能，因此，每個學生學習的課程應該根據各自的智能差異而有所不同。加德納是通過采用項目學習來作為實施個性化課程的主要途徑。他認為，項目學習可以擺脫過去言語—語言智能、數理—邏輯智能所強調的以測驗為本的學習傾向，促使學校和教師去發(fā)現(xiàn)和開發(fā)每個學生的智能強項，從而為實施體現(xiàn)個性化教育的教育提供了可操作的方法。該課程的實施項目包括：在小學階段實施重點學習項目，每天學生除了上讀、寫、算等學校主課外，還要參加計算機、音樂和體育等活動，“每天都要激發(fā)每一名學生的多元智能”；初中階段結合斯騰伯格的智能三元論開展學校實用智能項目，將學業(yè)智能與人際關系智能和自我認識智能結合，促使學生校內校外表現(xiàn)出色，獲得成功；高中階段實行藝術推進，促使藝術教育的有效實施。
3.多樣化的教學觀
多元智能理論所倡導的教學觀是一種“對癥下藥”的因材施教觀。加德納認為，不同的智能領域都有自己獨特的發(fā)展過程，并使用不同的符號系統(tǒng)。在教學中，他特別關注學生智能特征的差異性對教學的意義，提出了“為多元智能而教與學”、“以多元智能來進行教與學”的主張，強調根據每個學生不同的智能特點、學習類型和發(fā)展方向創(chuàng)設與學生相匹配的教學策略，“對癥下藥”地來進行，從而體現(xiàn)個性化教育。否則，向不同的學生用同樣的方法來教授相同的內容只會扼殺學生的個性和潛能。同樣的一門課程，可以根據學生的不同的智能結構，采用適合學生所擅長的智能優(yōu)勢的方式來教學。如數學課程既可以采用數理邏輯方式來教學，也可以采用語言和空間等方式來教學。
4.多元化情境化的評價觀
多元智能理論認為，傳統(tǒng)的以測驗為本的評價只片面關注言語一語言智能和數理一邏輯智能，忽視了對其他同等重要的各項智能的評價，從而產生出大量的失敗者和少量的成功者。在加德納看來，既然學生的智能類型多種多樣，他們的各項智能發(fā)展水平也存在著較大的差異，他們在學習中的具體需求也不盡相同。因此，教師在教學中就不能用單一的標準(如用傳統(tǒng)的智能測驗的標準)衡量所有的學生，而應當對不同的學生提出有差別的評價標準，并在多種不同的實際生活和學習情境下來進行，從而真正體現(xiàn)評價方式的多元化和情境性。只有這樣，他認為才能促使教師在教學中更加關注學生的個性差異和成長的軌跡，使教學過程成為促進學生個性全面和諧發(fā)展的過程。
二、多元智能理論對個性培養(yǎng)的啟示
(一)尊重學生個體的智能差異，發(fā)展學生潛在的智能
多元智能理論以全新的視角闡釋了智能在學生個體身上的存在的方式和發(fā)展?jié)撃?，超越了以往只關注言語—語言智能和數理—邏輯智能而忽視其它智能發(fā)展的做法。它提醒我們不能忽視學生的智能差異，也不能假設每個學生都擁有相同的潛在智能。“不僅要認識到學生的差異，而且要尊重學生的差異。差異不僅是教育的基礎，也是學生發(fā)展的前提，應視為一種財富而珍惜開發(fā)，使每個學生在原有的基礎上都得到完全自由的發(fā)展”。因此，教師要清楚認識地到學生個體的智能差異和在不同領域中認知發(fā)展的不同步性，尋找發(fā)現(xiàn)學生的智能強項和優(yōu)勢領域，開發(fā)學生的潛能，為學生創(chuàng)造多種多樣的展示各種智能的情境，給每個人以多樣化的選擇，使其揚長避短，從而激發(fā)每個人潛在的智能，充分發(fā)展每個人的個性。無論何時，教師都應該樹立這樣一種信念：每個學生都具有在某一方面或幾方面的發(fā)展?jié)摿?，只要為他們提供合適的教育，每個學生都能成為社會所需要的不同類型的人才。
(二)構建適應學生個性發(fā)展的課程體系
學校的傳統(tǒng)課程，側重于發(fā)展學生的言語—語言智能和數理—邏輯智能，課程設置單一、封閉和滯后。通過這種課程培養(yǎng)出來的學生，不僅片面發(fā)展，而且沒有個性和創(chuàng)造性，欠缺實踐能力。而多元智能理論關照下的課程，基于每一個學生的智能都有自己的特點和獨特的表現(xiàn)方式，每一個學生都有自己的智能強項和弱項的認識，則要求教育教學圍繞九種智能展開，通過發(fā)揮不同智能活動的作用來提高教育教學的效果。學生個體智能的多樣性，要求學校必須有與之相適應的多樣化課程，以使每個學生學習的課程能根據各自的智能差異而有所不同。因此，學校在完成國家規(guī)定的統(tǒng)一課程，使學生普遍達到某種基本要求的同時，應根據學生的需要，大力開發(fā)校本課程和地方課程，建立和完善以發(fā)展學生個性、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力為目標，以必修課程與選修課程、學科課程與活動課程、顯性課程與隱性課程并舉的課程體系。同時，開展豐富多彩的課外活動，并力求有創(chuàng)意、有特色，使整個課程計劃和內容具有均衡性、創(chuàng)造性、靈活性與多樣性，從而促進學生個性的發(fā)展。
(三)注重個性化教學，突出學生個性發(fā)展的主體地位
傳統(tǒng)的教學以相同的方式對待每一個學生，學生以相同的方式學習不相同的學科，最后以統(tǒng)一的標準化測試甄別學生。這種一元化的教育看似公平，實則漠視學生的個別差異。多元智能理論提示我們，既然每個學生都擁有不同程度的多種智能，并且都有一種或數種優(yōu)勢智能，那么教學的開展就應該考慮學生的智能強項而不是忽視或否定這些強項，以適應學生的學習風格。多元智能的這種個性化教學設想便是依據各種智能的特點，提出適應性的教學方式，強調學校教育應當為每一個學生提供發(fā)現(xiàn)、展示和強化優(yōu)勢智能的平臺。教師的職責就在于了解每一個學生的學習風格，發(fā)現(xiàn)他們的智能特長，從而確定最有利于他們學習的教學方法，力求給更多學生以機會，讓每個學生的主體性都得到充分的發(fā)揮，使他們都能在積極參與的教學活動中有所進步和提高。同時，教師要鼓勵和幫助學生將自己優(yōu)勢智能領域的特點遷移到弱勢智能領域中去，從而使自己的弱勢領域的智能也得到最大限度的發(fā)展。
(四)建立多元化情境化的評價體系
傳統(tǒng)的學校教育，單純依靠用紙筆的考試來考察教學效果，其評價只注重學業(yè)智能，特別是言語—語言智能和數理—邏輯智能兩種，對其他智能，如人際交往智能、自我反省智能等均有所忽略。即使是對學業(yè)智能的評價，也忽略了知識、理解、技能的情意基礎——動機與態(tài)度。這種評價方式是靜態(tài)的一次性操作，不利于將評價和教學過程結合起來。多元智能理論強調培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，這些能力超越了傳統(tǒng)教學評價的范圍。因此，我們建立的評價體系應該超越過去靜態(tài)的傳統(tǒng)評價標準，用動態(tài)、情境和社會化的評價體系衡量教育教學質量。要改變以言語—語言智能和數理—邏輯智能唱主角的單一的評價方式，評價內容要涵蓋各個智能領域，并在多種不同的實際生活和學習情境下進行，確實考察學生解決問題的能力和創(chuàng)造出精神產品及物質產品的能力，即創(chuàng)新能力和實踐能力。教師應該更加關注學生的個性差異，從多方面觀察、評估和鑒定每一個學生的智能強項和弱項，并把這些資料作為培養(yǎng)學生的出發(fā)點，以此為依據選擇和設計適宜的教學內容和教學方法，使評價成為促進每一個學生智能發(fā)展的有效手段。
參考文獻：
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1．1加上環(huán)境溫度，進水溫度，水壓，水流量［3］的變化影響，出水溫度將滿足下列函數關系式。其中λ為溫度影響因子，Q為水流量，P為水壓。在恒溫控制系統(tǒng)中，為了可以減少整個溫控系統(tǒng)的延時性，在系統(tǒng)輸出誤差絕對值較大時，采用飽和輸出的工作方式。同時，為了防止系統(tǒng)過大的超調量，在系統(tǒng)誤差的絕對值在小范圍時，采用增大積分系數的辦法，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。因此本系統(tǒng)所采用的智能PID算法是一種非線性算法，可以顯著改善恒溫系統(tǒng)的動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)精度。該系統(tǒng)的執(zhí)行機構為電動流量調節(jié)閥，其開度控制是通過接通時間的長短來進行的，因此在引入PID控制時使用增量式。
1．2首次閥門開度技術系統(tǒng)會預先設置好4組PID參數，為了使水溫能夠快速且準確的達到設定溫度，在進行PID調節(jié)時，系統(tǒng)會根據3號溫度傳感器采集到的環(huán)境溫度T3，與設定溫度T3s(用戶設定，默認值為20℃，參數設定范圍為－15℃～45℃)和設定參數ΔT3s(用戶設定，默認值為15℃，參數設定范圍為5℃～30℃)之間的關系來確定首次閥門的開度。若T3T3s－ΔT3s，則系統(tǒng)選擇PID1的設定參數;若T3s－ΔT3s＜T3＜T3s，則系統(tǒng)選擇PID2的設定參數;若T3T3s，則系統(tǒng)選擇PID3的設定參數。這樣可以保證水溫能快速穩(wěn)定的達到目標溫度。
1．3溫度斜率參與控制技術為了提高空氣能熱水器出水溫度達到60℃以上，有效防止溫度超調量過大，采取溫度斜率參與控制來提前控制溫度的快速上升。針對溫度上升階段，當閥門開度逐漸減小時，溫度上升曲線的斜率為遞增趨勢，這樣容易造成溫度超調量大，導致機組溫度過高而保護停機。在溫度上升階段加入斜率參與控制技術，當溫度的上升量大于設定值時，即當每10s溫度上升大于0．6℃時，閥門停止關閥動作，這樣能控制溫度上升的曲線斜率為遞減趨勢，給水溫變化留有合理的緩沖時間，防止超調量過大導致機組保護停機。
1．4閥門跟蹤技術在低溫情況下，系統(tǒng)加入了閥門跟蹤技術，即在閥門已經接近處于全關位置，但是水溫還沒有達到設定溫度，這時就啟動閥門跟蹤，使閥門停在現(xiàn)在的位置，等著溫度上升，而不再進行關小閥門繼續(xù)調節(jié)，這樣既能達到目標溫度，又能防止在水溫接近目標溫度時，閥門頻繁動作［9］。同時在PID調節(jié)的同時加入閥門位置跟蹤，也有利于防止閥門關死導致機組壓力過大而停止工作。從首次開閥進入PID調節(jié)到T1(出水溫度)達到Tsp(目標溫度)的這一溫度上升時段內參與，即當信號到來時從全開位置開始記錄單片機累計向閥門發(fā)出的脈沖個數n。當n=b時，則暫時屏蔽單片機向步進電機輸出脈沖，此后待T1溫度每10秒鐘上升幅度小于設定值時，并且T1＜Tsp則輸出脈沖屏蔽暫時退出，切入PID調節(jié)。此時閥門跟蹤繼續(xù)參與，若在T1＜Tsp時，出現(xiàn)了b=N5(N5定義為閥門的最大開度)，則再次屏蔽輸出脈沖，使T1每10秒鐘上升幅度小于設定值時，則本次閥門位置跟蹤結束。
1．5自適應計算參數系統(tǒng)一共有4組PID控制參數，通過3號溫度傳感器采集到的環(huán)境溫度可以確定不同的地區(qū)和不同的季節(jié)。同時將采集到的出水溫度和用戶的設定溫度進行比較計算出偏差，系統(tǒng)可以自動選擇前3種PID控制參數，同時系統(tǒng)還會通過2號溫度傳感器采集到水箱溫度T2。若系統(tǒng)正式進入PID調節(jié)15分鐘后，檢測到T2SP－10℃且T260℃時(SP=T1s－ΔTLs)，則系統(tǒng)自動轉入PID4的調節(jié)狀態(tài)。所以本系統(tǒng)具有一定的自適應能力，可以適應不同地區(qū)和季節(jié)的恒溫出水。
1．6復合智能控制系統(tǒng)流程復合智能控制系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化設計結構，具有自適應能力，可以根據環(huán)境溫度，進水溫度和水箱溫度自動切換到合適的PID參數組。在智能PID算法的基礎上輔以首次閥門開度技術，溫度斜率參與控制技術，閥門跟蹤技術形成了復合智能控制算法?？朔讼到y(tǒng)的調節(jié)滯后，響應緩慢，難以控制等問題。其流程圖如圖2所示。
2測試結果與分析
系統(tǒng)經過前期方案論證和軟硬件設計，在某型號熱泵熱水器上實際運行，獲得了滿足工業(yè)控制要求的控制曲線，由此可以證明復合智能控制算法所提出的控制策略和程序實現(xiàn)方法符合實際控制要求。以下分別給出傳統(tǒng)數字PID控制算法和復合智能控制算法的恒溫系統(tǒng)控制曲線。其中環(huán)境溫度為20℃，目標溫度為60℃，圖3為采用傳統(tǒng)數字PID測試曲線，圖4為采用復合智能控制算法測試曲線。從圖3可知當設定溫度為60℃時，溫度需要經過13分鐘的時間才能達到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，輸出溫度約為58．5℃，溫度的超調量約為6℃。從圖4可知當設定溫度為60℃時，溫度需要經過5分鐘就能達到穩(wěn)定輸出狀態(tài)，輸出溫度約為59．5℃，溫度的超調量約為1．5℃。比較測試曲線可以看出，這種算法可以獲得滿足工業(yè)控制要求的控制曲線，能減小調節(jié)時間和超調量，能夠在較短的時間內達到用戶設定的出水溫度。
3結束語
關鍵詞：智能混凝土研究發(fā)展
隨著現(xiàn)代材料的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發(fā)展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環(huán)境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發(fā)事故。為了有效地避免突發(fā)事故的發(fā)生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的“健康”監(jiān)測，并及時進行修復?，F(xiàn)有的無損檢測，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現(xiàn)實時監(jiān)測。因而對結構內部狀態(tài)的監(jiān)測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統(tǒng)的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現(xiàn)代向智能化的發(fā)展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現(xiàn)代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發(fā)具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節(jié)、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發(fā)展趨勢[1]
1智能混凝土的定義和發(fā)展歷史
智能材料，指的是“能感知環(huán)境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統(tǒng)，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環(huán)境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節(jié)、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節(jié)混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現(xiàn)；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。
1.1損傷自診斷混凝土
自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。
1.1.1碳纖維智能混凝土
碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學性能也有明顯的改善，可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發(fā)現(xiàn)水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)對結構工作狀態(tài)的在線監(jiān)測[2].在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監(jiān)測。試驗發(fā)現(xiàn)，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發(fā)現(xiàn)，無論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發(fā)生不可逆的降低。因此，可以應用這一現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進行監(jiān)測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為管理的智能化提供材料基礎。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩(wěn)定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現(xiàn)對建筑物內部和周圍環(huán)境變化的實時監(jiān)控；也可以實現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。
碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養(yǎng)殖場的電熱結構等。
1.1.2光纖傳感智能混凝土
光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化，并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂紋及擴展等損傷進行實時監(jiān)測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環(huán)境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態(tài)的變化。因此人們發(fā)現(xiàn)，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出現(xiàn)了光纖傳感技術。近年來，國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究，開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發(fā)生與發(fā)展等內部狀態(tài)的光纖傳感器技術的研究，這包括在混凝土的硬化過程中進行監(jiān)測和結構的長期監(jiān)測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態(tài)進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監(jiān)測和整體評價和維護。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為BeddingtonTail的一雙跨公路橋內部應變狀態(tài)監(jiān)測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監(jiān)測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監(jiān)測和蕪湖長江大橋長期監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)等。
1.2自調節(jié)智能混凝土
自調節(jié)智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能?；炷两Y構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節(jié)的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現(xiàn)的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。在混凝土中埋入形狀記憶合金，利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能，在混凝土結構受到異常荷載于擾時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力，從而提高混凝土結構的承載力。
電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態(tài)。在混凝土中復合電流變體，利用電流變體的這種流變作用，當混凝土結構受到臺風，地震襲擊時調整其內部的流變特性，改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現(xiàn)穩(wěn)定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統(tǒng)及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節(jié)環(huán)境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環(huán)境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節(jié)環(huán)境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際需要的自動調節(jié)環(huán)境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優(yōu)先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。
1.3自修復智能混凝土
混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的?；炷廉a生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發(fā)生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發(fā)生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現(xiàn)實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統(tǒng)組分中復合特性組分（如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經系統(tǒng)，模仿動物的這種骨組織結構和受創(chuàng)傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的，使材料損傷破壞后，具有自行愈合和再生功能，恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發(fā)生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的CarolynDry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上CarolynDry還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發(fā)劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優(yōu)異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發(fā)生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。
2智能混凝規(guī)究現(xiàn)狀和應注意的
前面所述的自診斷、自調節(jié)和自修復混凝土是智能混凝土的初級階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡化形式。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發(fā)揮智能混凝土作用，人們正致力于將2種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自凋節(jié)和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列，以實現(xiàn)混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。
智能混凝土具有廣闊的應用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實際工程，還有很多問題需要進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩(wěn)定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優(yōu)排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的產生深遠的。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：
（1）開發(fā)應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發(fā)生惡化和結構發(fā)生破壞等現(xiàn)象，考慮不同的智能方法，如針對這些現(xiàn)象，設想開發(fā)出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發(fā)出相對最適應的方法是必要的。
（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發(fā)相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩(wěn)定性，要有利于安全使用，不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質，并能大量應用而且成本較低。
（3）設計應具有綜合性。采用智能化，雖然可以提高材料的耐久性，但也會帶來負面作用。如由于使用了某種材料雖然能對某種惡化現(xiàn)象進行控制和改善，但是否會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必須在判斷和設計時進行綜合考慮和權衡。
未來的信息網絡將朝著寬帶化、個人化、智能化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的單一媒體的話音業(yè)務或數據業(yè)務已逐漸不能滿足人們的要求，人們希望能夠通過多媒體的方式進行信息交互。這些多媒體業(yè)務包括寬帶視頻會議、VoD以及B-VPN等。多媒體業(yè)務的特點是對QoS要求較高，需要較高的帶寬，一般都涉及多用戶、多連接、多媒體。目前，實現(xiàn)多媒體業(yè)務的方式基本上是一種平臺，一種業(yè)務的資源很難為另一種業(yè)務所共用。所有這些造成多媒體業(yè)務使用成本高，業(yè)務的靈活性較差，所以盡管寬帶多媒體業(yè)務具有潛在的巨大市場，但是由于使用價格昂貴，普通用戶不敢使用，造成市場拉動缺乏，限制了它的發(fā)展。
寬帶智能網就是研究在以ATM為基礎的寬帶網絡上利用智能網技術如何開發(fā)各種多媒體業(yè)務。寬帶智能網不是簡單地將多種業(yè)務集成，它的目的是要實現(xiàn)一個可編程的業(yè)務平臺，實現(xiàn)業(yè)務的靈活加載、擴展和新業(yè)務的增加。與以往的業(yè)務提供方式不同，寬帶智能網能夠在一個平臺上提供多種業(yè)務（寬帶智能網能支持的業(yè)務如表1所示），實現(xiàn)不同業(yè)務之間的資源共用，這樣可以有效地降低多媒體業(yè)務的運營成本，使用戶更容易接受；寬帶智能網使得業(yè)務的擴展更加靈活，這樣能適應不斷增長和變化的客戶化需求。由此可見，寬帶智能網能有效地解決當前寬帶網絡提供多媒體業(yè)務的瓶頸問題。
表1寬帶智能網能支持的多媒體業(yè)務類型業(yè)務舉例連接方式
會話型業(yè)務可視電話點到點
檢索型業(yè)務視頻點播多點到點
會議型業(yè)務視頻會議遠程教學遠程醫(yī)療點到多點或多點到多點
消息型業(yè)務多媒體郵件點到點
分配型業(yè)務廣播式電視點到多點
二、寬帶智能網的體系結構
1、體系結構
如圖1所示，給出IN與以ATM為骨干交換機的寬帶網絡綜合的體系結構。
圖1中，B-SSP由ATM交換機擴展而成，除了接續(xù)功能外，B-SSP上有基本的呼叫狀態(tài)模型，它能向B-SCP提供詳細的呼叫事件，這些呼叫事件作為DP點的形式出現(xiàn)。按照業(yè)務的需要，B-SCP可以在基本呼叫狀態(tài)模型中設置需要上報的DP點。呼叫狀態(tài)模型監(jiān)視每個呼叫的狀態(tài)，將觸發(fā)的DP點事件上報給B-SCP，使B-SCP能夠實現(xiàn)對整個呼叫過程的監(jiān)控。
B-SCP作為業(yè)務控制點，包括SCF和SDF功能實體。B-SCP的主要功能是完成業(yè)務邏輯的執(zhí)行。對于每個業(yè)務，B-SCP都有一個業(yè)務輪廓文件，用于記錄業(yè)務、用戶相關的信息。B-SCP可通過監(jiān)測B-SSP上報的呼叫事件對B-SSP控制，從而達到控制呼叫過程的目的。業(yè)務過程中，B-SCP可以通過B-IP進一步收集用戶信息，以確定業(yè)務邏輯如何進行。根據業(yè)務需要，B-SCP能在網絡中尋找合適的B-IP來提供特殊資源。此外，B-SCP還能實現(xiàn)計費等多種功能。B-SCP通過B-INAP協(xié)議與各個實體交互信息，協(xié)調各個功能實體。
-IP有兩個功能：一是與用戶的交互，收集用戶信息，上報給B-SCP；二是提供特殊資源，以適合不同的寬帶多媒體業(yè)務。B-IP提供的特殊資源有：視頻會議橋、導航菜單、協(xié)議轉換器等。B-IP是在傳統(tǒng)的智能外設基礎上引入寬帶的能力，包括寬帶連接、多媒體應用等。在寬帶環(huán)境下，B-IP功能大大增強，要求它包含一定的業(yè)務邏輯和處理能力，即在B-IP中也引入智能。
B-INAP協(xié)議建立在NO.7信令之上，通過NO.7信令傳輸。它主要定義了IN中各個功能實體之間的相互作用的操作、參數和差錯等。B-INAP支持寬帶網絡中新增加的能力，如多方呼叫提供，修改呼叫連接配置特征，協(xié)商連接特征，多方連接支持，第三方呼叫控制建立等。
有關UNI和NNI信令在其它文獻中有詳細的介紹，這里就不再贅述了。
2、業(yè)務實現(xiàn)
在寬帶智能網的體系結構下，可同時支持多種多媒體業(yè)務。視頻會議是一種由多方用戶參與，會議過程中使用聲音、圖象和文本等多種媒體的復雜業(yè)務。作為一種具有代表性的業(yè)務，它的實現(xiàn)會為其它業(yè)務的實現(xiàn)有所啟發(fā)。下面介紹通過寬帶智能網實現(xiàn)視頻會議業(yè)務的方法。如圖2所示，B-SCP中有一個視頻會議的業(yè)務輪廓文件，可對整個業(yè)務過程進行控制。B-IP作為視頻會議的服務器提供視頻、音頻、數據的橋接功能。B-SSP負責接續(xù)，各終端通過B-SSP連接到B-IP上。會議的過程如下：
1）會議的準備階段
每個參加者都必須主動地撥入一個預先決定了號碼（包括會議標識）來建立連接。這個號碼是對外公布的，參加會議各方的地位平等。參加會議的各方通過撥號連接到B-IP上，進行注冊會議的聲明。B-IP通過B-INAP信令上報信息給B-SCP，在B-SCP形成全局業(yè)務輪廓文件。會議業(yè)務的激活可以有兩種方式。一種是預先設置啟動會議的時間；一種是統(tǒng)計要求加入會議者是否到達預定的數量。當條件滿足時，B-SCP按照業(yè)務邏輯命令B-SSP向已經注冊的用戶一個接一個地發(fā)出呼叫，會議處于進行狀態(tài)。
2）會議進行過程
在會議注冊以后，若會議開始，B-SCP首先發(fā)命令將B-IP上會議實例激活，B-SCP將業(yè)務輪廓文件交給B-IP，B-IP根據業(yè)務輪廓文件初始化。會議過程中，B-IP負責基本的會議功能控制，并能實現(xiàn)會議的高層管理，包括監(jiān)視會議和記錄用戶等。會議結束后，B-SCP關閉會議實例。正常情況下應該由系統(tǒng)拆除連接，即B-SCP拆除會議連接，B-IP整理信息（如與計費相關的呼叫、連接情況）上報給B-SCP。
用IN思想實現(xiàn)視頻會議與傳統(tǒng)的方法不同，具有以下優(yōu)勢：
1）信息傳輸與業(yè)務控制相分離，當通信平臺演進時，采用IN方式可以平滑過渡不會影響用戶接口，同時使得業(yè)務控制的管理和維護更加方便。
2）IN對網絡資源的動態(tài)分配可以大大提高資源利用率。
3）業(yè)務提供方式靈活，系統(tǒng)可以根據用戶的要求和網絡的變化進行調整。
4）面向公網為接入用戶提供業(yè)務，網絡建立后，可以在一種體系下提供多種業(yè)務，而不是為某一特定用戶，特定業(yè)務所設計。
三、國內外研究動態(tài)
當前，提供基于窄帶增值業(yè)務的智能網技術已有相當大的發(fā)展，但是對于提供寬帶多媒體業(yè)務的寬帶智能網技術尚不成熟。IN與寬帶網絡的綜合是當今電信界研究和討論的熱點，此項研究剛剛起步，在國外也未形成定論，還沒有成熟的產品出現(xiàn)。
1、IN的標準化進程
1992年ITU-T正式推出INCS1標準，定義了許多基于PSTN的智能業(yè)務；1997年ITU-T推出INCS2標準，該標準主要研究智能網的網間互連網間業(yè)務，實現(xiàn)智能業(yè)務的漫游。目前ITU-T正在積極研究INCS3和INCS4的標準，INCS3和INCS4主要研究內容包括網、Internet與智能網綜合方面的研究。預計1999年初推出INCS3標準，而寬帶智能網作為INCS4的主要內容正在加緊研究中。
2、國外研究情況
歐洲和北美各大電信組織，都在積極開展寬帶智能網的研究，其中影響比較大的有：ACTS的INSIGNIA計劃、以及EURESCOM的P506（或P607）計劃。ETSI也成立了一個聯(lián)合工作組以研究智能網與寬帶網絡的一體化問題。
P506和P607計劃的目標是從現(xiàn)有的IN和寬帶網絡的體系結構出發(fā)，研究各自如何適應對方的體系結構，最終得到一個IN和B-ISDN綜合的統(tǒng)一功能結構。具體方法是從研究寬帶視頻會議、寬帶廣播電視、寬帶VoD和寬帶虛擬專用網四個業(yè)務的實現(xiàn)方法入手，每個業(yè)務都按需求分析、靜態(tài)模型的動態(tài)模型建立過程進行研究。
INSIGNIA計劃的目的是在ATM平臺上實現(xiàn)并演示智能網與寬帶ATM信令綜合。INSIGNIA計劃側重于實現(xiàn)方面，它是采用智能網技術在歐洲跨國的寬帶網試驗床上實現(xiàn)寬帶視頻會議、寬帶VoD和寬帶虛擬專用網等多媒體業(yè)務，推出了寬帶智能網的試驗網。INSIGNIA計劃的目標是要定義、實現(xiàn)、演示在ATM平臺上智能網與寬帶網絡的信令綜合，在跨越歐洲的ATM網絡各國的主機平臺上提供寬帶業(yè)務。
3、國內研究情況
北京郵電大學國家重點實驗室從1992年開始智能網的研究，于1995年底開發(fā)出嚴格遵照ITU-T標準的CIN01智能網系統(tǒng)，經過一年多的實用化工作和產品更新，CIN01已升級為CIN02，并已在網上運行，可提供基于PSTN的多種話音增值業(yè)務。進而，于1996年開始對基于CS2的移動智能網進行了研究與開發(fā)，目前，移動智能網的試驗網已經在廣東肇慶試運行成功，能提供包括預付費、移動VPN等多種業(yè)務，下一步工作是完善系統(tǒng)和加速成果的產品化進程。
在國家自然科學基金重大課題的支持下，北京郵電大學于1997年啟動了寬帶智能網的研究。我們的試驗系統(tǒng)是基于北京郵電大學自行研制的BTC-9500AATM交換機，對中國智能網CIN02相關功能實體SCP、IP、SDP等進行增強和改造，并研究寬帶網絡環(huán)境下B-INAP的定義，支持視頻會議、VoD等多種多媒體業(yè)務的提供。研究的主要內容包括：
1）研究寬帶多媒體新業(yè)務的業(yè)務規(guī)范的統(tǒng)一形式化描述方法及業(yè)務流程、信令系統(tǒng)。
2）研究統(tǒng)一功能結構模型的改進與完善。
3）研究支持寬帶多媒體新業(yè)務的基本呼叫狀態(tài)模型。
4）研究寬帶智能網下的B-SSF、B-SCF、B-SRF的功能擴展。
5）研究IN與寬帶網絡綜合的演進途徑。
四、寬帶智能網的問題
作為一種新技術，寬帶智能網的發(fā)展也面臨著許多問題。主要概括如下：
1.超前沒有標準。ITU-T把寬帶智能網放在INCS-4的研究范圍，但是標準何時出臺還沒有期限。雖然沒有標準，我們也決不能消極等待，應該積極研究寬帶智能網技術，并向ITU-T提交建議草案，影響標準的制定。
2.Internet的威脅。近幾年里，Internet發(fā)展勢頭強勁，但是Internet在近期內還不可能圓滿地解決多媒體業(yè)務的QoS問題，而ATM面向連接的信元交換方式能保證多媒體業(yè)務QoS，并具有完整的信令協(xié)議，所以ATM在骨干網方面有優(yōu)勢。ATM的缺點是協(xié)議復雜，在實現(xiàn)上困難很多。為了克服協(xié)議復雜性的缺點，現(xiàn)在有關方面也正在提出輕型的ATM協(xié)議。
3.缺少“殺手”應用（KillerApplications）。雖然寬帶智能網提供的視頻會議、B-VPN等業(yè)務有一定的前景，但是由于使用價格昂貴，應用范圍主要是大公司或國家機關，所以還應該開發(fā)出能為廣大用戶所易于接受，樂于使用的多媒體業(yè)務，這對于刺激需求、帶動相關領域的研究都有重要意義。
4.寬帶智能網仍然是通過集中的SCP提供業(yè)務，SCP成為業(yè)務提供業(yè)務的瓶頸，這可能帶來可靠性以及性能等若干問題。所以如何提供一種分布的IN體系結構，對于IN的發(fā)展也很重要。
在過去的幾年里，我國通信網絡事業(yè)發(fā)展迅猛，取得了很大的成績。經驗告訴我們，我們既應引進、吸收和借鑒國外的先進技術與經驗，同時也應結合中國的實際情況走一條適合我國的寬帶智能網發(fā)展的道路，并有所創(chuàng)新。我們認為：
1.中國的寬帶智能網應該發(fā)展而且必須發(fā)展，利用寬帶智能網提供多媒體業(yè)務具有巨大的潛在市場。如果不抓緊研究，我們又會在這一領域落后于國外水平?，F(xiàn)在國外也只是在作原型系統(tǒng)，還沒有產品出現(xiàn)。在國外產品占領中國市場之前，我們必須擁有自己的產品，并占領相當的市場份額，以防止國外技術的壟斷。
2.在研究開發(fā)過程中，還應該緊跟標準和國外重大的研發(fā)計劃，保護技術上的領先。同時應密切注意新興技術對這一領域帶來的沖擊和影響。
3.穩(wěn)步發(fā)展寬帶網絡基礎設施。寬帶智能網需要寬帶網絡基礎設施的支撐，但是我國寬帶網絡基礎薄弱，究竟將來采用什么樣的技術組建寬帶網絡還需要論證，所以必須采取漸進的方式。因為寬帶網絡投入巨大，如果一擁而上，容易造成人力物力的浪費。
五、結語
關于指紋的密鑰量計算，有不同的計算方法，但密鑰量十分巨大是共同的。1910年，法國巴黎大學教授勃太柴就按照人完整指紋上有平均100個的特征點（實際75個-175個），且每個特征點存在4種特征類型計算，構成的排列總數為4100=1.6069×1060，這顯然是一個天文數字，完全可以保證全人類都不可能有相同的指紋。實際上現(xiàn)代對指紋密鑰量的計算還遠遠高于勃太柴的大致計算，因為勃太柴沒有將100個特征出現(xiàn)部位的變化計算進去，如果包含位置的變化，兩枚指紋所有特征都相同的概率只有1.684×10-114。這樣高的密鑰量是目前其他個人識別特征無法比擬的。而且，指紋細節(jié)特征的特異性并不受遺傳基因的制約，即使是孿生關系，也不可能存在相同的指紋。
二、指紋細節(jié)特征穩(wěn)定不變，能夠保證經濟活動憑證的識別長期有效
指紋紋線細節(jié)特征取決于真皮的結構，胚胎發(fā)育完成以后，人的一生不會發(fā)生實質的變化，外界的摩擦損傷只要不傷及真皮層，就不影響外表指紋的細節(jié)特征。如果真皮受到局部損傷，所形成的疤痕組織只限于傷痕的部位，并不會影響指紋其他部位的特征。在指紋識別中只要避開受傷變化的部分，就能夠正確進行指紋的鑒別。如果指紋數據庫得到充分的開發(fā)應用，個人完整的指紋信息資料建檔以后，指紋識別就可以調用檔案中的樣本指紋進行比對，指紋受傷變化就完全不會影響個人的識別了。指紋的這種穩(wěn)定特性對經濟活動憑證識別的長期有效具有重要的作用。
三、指紋反映明顯、外在，在經濟活動中方便易行
指紋特征比較宏觀、明顯，作為個人識別標記直觀清楚。而且，指紋隨時隨身“攜帶”，留痕方法簡便，效果容易掌握，不受文化程度的限制，作為最為有效的個人識別手段，非常方便。現(xiàn)代指紋的留痕和采集主要有油墨捺印和電子掃描，油墨捺印是商業(yè)活動中進行留痕的主要方式，油墨捺印的指紋特征清晰，便于觀察。電子掃描是目前收集樣本指紋的方法，在商業(yè)活動中，需要鑒別某份文件上指紋的時候，可以很方便地進行指紋取樣，特征清楚，不會污染手指。
四、指紋成熟的自動化識別技術為經濟活動提供了快速有效準確的手段
指紋在經濟契約中的應用由來已久，但在近代并沒有呈現(xiàn)不斷發(fā)展的景象，而且目前有些使用指紋的場合甚至比民國或解放初期還有所減少，如全國解放以前，我國東北解放區(qū)頒發(fā)的身份證就需要有指紋印記，而現(xiàn)在我國的身份證卻沒有指紋標記。另外在契約文件中使用指紋的也少于以往。筆者認為其中重要的原因之一就是指紋的鑒識技術比較復雜，需要專業(yè)技術人員使用一定的設備才能進行準確的識別，一般人憑肉眼只能作大概的判斷，然而，在指紋識別中，大概的比對只能做一些排除，是無法進行認定的。因此，雖然人們能夠充分認識指紋的個人識別能力，但受到方法手段的制約，使指紋的廣泛運用受到限制。隨著計算機指紋識別技術的發(fā)展，指紋鑒定進入了自動化識別階段，計算機可以對指紋進行快速、準確的自動比對，使指紋的廣泛運用有了關鍵的物質基礎。因此，現(xiàn)代的計算機技術使傳統(tǒng)的指紋技術煥發(fā)了新的生命力，指紋技術在商業(yè)領域的應用有了技術保證，現(xiàn)代的商業(yè)活動中，使用指紋技術進行個人識別是完全具有可行性的。
五、指紋信息系統(tǒng)的建立可以為經濟活動提供信息支持
隨著指紋識別在社會生活許多方面的應用不斷擴大，指紋數據信息系統(tǒng)建設也得到了蓬勃的發(fā)展。目前，有的國家建立了專門的指紋數據庫，為社會許多領域提供指紋信息查詢。我國現(xiàn)有的指紋信息系統(tǒng)主要由公安機關建立并管理使用，主要服務于公安機關偵查破案。按照目前計算機的軟硬件發(fā)展水平，建立更大范圍乃至全民的指紋數據庫是完全可行的，如果全民的指紋數據庫得到建立，將能夠在更大的范圍內服務社會，更好地發(fā)揮指紋信息的作用。指紋數據庫的建設也取決于社會的需求，如果在社會廣泛的商業(yè)活動中能夠更多地使用指紋作為個人識別的標記，將會在很大程度上推進指紋信息系統(tǒng)的建設。
六、指紋應用悠久的歷史，為在現(xiàn)代商業(yè)活動中發(fā)揚光大打下了堅實的基礎
我國古代距今二千七百多年前就有在借據、契約上留“指模”的記載，雖然，限于當時的科學技術水平，古代的指模識別主要是以指紋的紋型特征為識別根據的，但在指紋應用的性質上和當代是一致的，都是作為識別人身的方法，只是現(xiàn)代的指紋識別是建立在細節(jié)特征基礎上的，現(xiàn)代指紋識別實現(xiàn)了從種類識別到個體識別的質的飛躍，體現(xiàn)了繼承發(fā)展的強大優(yōu)勢。
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廣東省電力系統(tǒng)包括21個地市電網，現(xiàn)有最高運行電壓等級為500kV，珠江三角洲地區(qū)已形成500kV環(huán)網，并以500kV電壓與廣西聯(lián)網，以400kV和110kV電壓分別與香港和澳門聯(lián)網。此外，廣東電網還向湖南宜章和臨武兩縣以及江西贛南地區(qū)供電。
粵中(珠江三角洲地區(qū))地網是廣東電網的核心，也是全省最大的負荷中心，該電網與廣西、香港等電網互聯(lián)，除了向珠江三角洲地區(qū)提供電力外，還擔負著電力交換任務。在粵中地區(qū)建設一個強大的500kV電網，對保證廣東電網乃至香港電網以及澳門電網的安全運行有著重大意義。目前廣東500kV電網東已延伸至汕頭西翼，江門——茂名500kV輸變電工程正加緊建設，2000年前可望投入使用。
廣東省的電力工業(yè)已經步入了大電網、高電壓和大機組時代。隨著整個電網變得越來越復雜，電網規(guī)劃中以往那種人為臆斷和局部最優(yōu)的規(guī)劃方式會給電網運行、發(fā)展帶來隱患，資金盲目使用的可能性加大。結合目前理論的發(fā)展，我們認為電網規(guī)劃是一個受到多種條件約束的、以電網總效益為最終目標的多目標的系統(tǒng)工程。對于這樣一個系統(tǒng)，我們認為適宜以控制論為基礎，結合信息論、運籌學和系統(tǒng)工程等理論來研究。
從控制論角度來看，電網是一個巨維數的典型動態(tài)大系統(tǒng)，它具有強非線性、時變且參數不確切可知、含大量未建模動態(tài)部分的特征。另外，電力網絡地域分布廣闊，大部分元件具有延遲、磁滯、飽和等復雜的物理特性，對這樣的系統(tǒng)實現(xiàn)有效決策控制是極為困難的。另一方面，由于公眾對新建高壓線路的不滿日益增強，線路造價，特別是走廊使用權的費用日益昂貴，以及電力網的不斷增大，使得人們對電力網絡的決策控制提出了越來越高的要求。正是由于電網具有這樣的特征，一些先進的控制論思想和技術被不斷地引入到電網中來。下面將闡明綜合智能控制技術引入電網規(guī)劃中的必要性和可行性。
1綜合智能控制技術
1.1智能控制的概念
迄今為止，智能控制尚無統(tǒng)一的概念，文獻［1］有如下歸納：
a)最早提出智能控制概念當推傅京孫教授，他通過對人-機控制器和機器人方面的研究，將智能控制概括為自動控制和人工智能的結合。他認為在低層次控制中用常規(guī)的基本控制器，而在高層次的智能決策，應具有擬人化功能。
b)Saridis在傅京孫工作的基礎上，提出了三元結構的智能控制理論體系，他認為僅有二元結合無助于智能控制的有效和成功應用，必須引入運籌學，使其成為三元結合，并提出了其遞階智能控制的理論框架。
c)國內蔡自興教授在研究了上述理論結構以后，從系統(tǒng)的整體性和目的性出發(fā)，于1986年提出了四元結構價格體系，將智能控制概括為控制理論、人工智能、運籌學和系統(tǒng)理論4學科交叉。
總之，智能控制是多學科知識的結合，除了從控制論出發(fā)來研究它，還可以從信息論、生物學以及社會科學角度來討論和研究。
1.2綜合智能控制技術
綜合智能控制一方面包含了智能控制與傳統(tǒng)方法的結合，如模糊變結構控制，自適應模糊控制，自適應神經網絡控制，神經網絡變結構控制等；另一方面包含了各種智能控制方法之間的交叉綜合，如專家模糊控制，模糊神經網絡控制，專家神經網絡控制等。
2一個國外的電網規(guī)劃專家系統(tǒng)
目前為止，在電網規(guī)劃方面較成功的綜合智能控制技術系統(tǒng)不是很多，其中比較好的有加拿大魁北克水電公司(Hydro-Quebec)的“直流/交流輸電網絡設計專家系統(tǒng)”。
在80年代末期，隨著人員的退休和長期不用，一些60年代和70年代加拿大電網高速發(fā)展時期由工程師們獲得的大量有關電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的專門知識逐漸被人遺忘，這引起了加拿大電力部門的關注，魁北克水電公司將專家系統(tǒng)技術看成是表達和保存某些目前在人類專家頭腦中的專門經驗和知識的潛在方法。他們認為在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計領域里，專門知識的損失非常明顯，尤其是在電力系統(tǒng)增長緩慢的時期。這些專門知識來自于各門學科，在多層次的電力系統(tǒng)設計決策過程中起著重要的作用。一些選擇決策，如發(fā)電類型、發(fā)電廠位置、輸電類型(交流/直流)、電壓等級、輸電線路的數量型號和補償設備的數量型號的選擇必須根據一些準則仔細權衡，包括可靠性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、費用和環(huán)境狀況的準則等。基于此，魁北克水電公司的專家們開發(fā)了一個用于輸電網絡初步設計的專家系統(tǒng)，該專家系統(tǒng)具有以下特點。
2.1目標和預期效益
主要目的是研究使用專家系統(tǒng)(ES)來模仿人類專家在AC/DC輸電網絡初步設計中的行為的可能性。系統(tǒng)地確定和表達進行一項合格設計所必須的知識，包括符號和數字數據，以及指導該項設計的原理、規(guī)則、準則折衷方法和數學模型。合格的設計基于費用、環(huán)境狀況、穩(wěn)定性、可靠性和設計靈敏度或魯棒性等準則。ES原型還應指導用戶通過完成設計所需的各步驟，使用戶與知識庫交互作用，并提供達到每一中間步驟后相應推理路徑的解釋。預期的主要效益是：
a)專家知識能夠保留和傳授給未來的工程師；
b)知識可以用更加具體的形式加以表達，而不是一些不明確的、沒有根據的判斷；
c)將獲得得更一致的結果；
d)與人類專家相比，ES可以檢查、比較更多的方案，得到更經濟的設計；
e)借助于推理解釋功能，ES可以作為未來專家的教學和訓練工具；
f)作為一種“咨詢”手段或者一個對已有設計進行評價和改進的工具，ES對專家將很有幫助；
g)ES將充當進行各種電力系統(tǒng)設備設計的專家系統(tǒng)家族的先驅，作為一種模型，從中抽取更加一般的設計方法論；
h)ES起到收集常常分散在整個設計機構中的知識的作用。
2.2領域專家和知識工程師的交互作用
知識工程師應當具有電力系統(tǒng)分析和設計領域以及人工智能(AI)領域的經驗，已經證明兩種知識的混合對于從領域專家處抽取和濃縮專家知識非常有效。專家知識來自于電力系統(tǒng)規(guī)劃工程師，他們具有多年的規(guī)劃、設計和調試大型工程項目的經驗。
2.3對設計的評價因素一個候選的設計必須滿足下述條件：
a)DC系統(tǒng)最小故障恢復特性；
b)容許的無線電和諧波干擾要求；
c)故障后的最小穩(wěn)定判據；
d)穩(wěn)定電壓和無功電源的極限；
e)甩負荷后的暫態(tài)過電壓極限；
f)可靠性所要求的最小設備冗余度；
g)必須對輸入數據變化不敏感(魯棒性)；
h)必須滿足某一最大費用要求；
i)必須適合現(xiàn)有技術。
魁北克水電公司的“直流/交流輸電網絡網絡設計專家系統(tǒng)”已經成功地應用了近十年，并在不斷地發(fā)展、完善。隨著模糊技術和人工神經網絡等的迅速發(fā)展，綜合智能控制技術在電網規(guī)劃中的應用前景愈來愈廣闊。
3電網規(guī)劃決策系統(tǒng)的分解及協(xié)調
電網的建設是資金和技術密集型的工程，線路和設備的經濟使用壽命長達數十年之久，所以網絡的結構合理與否，對電網的技術性能和經濟效益將產生長期的影響。一次規(guī)劃失誤的損失，若干年難以挽回。隨著廣東省電網的不斷發(fā)展，如何合理地布局電網已是當前電網乃至整個電力工業(yè)發(fā)展的重要課題之一。
電網規(guī)劃需要確定的決策是大量的，而這些決策在時間和空間上是相互影響的。目前，限于各方面條件，無法將其統(tǒng)一在一個模型中考慮。只能將其分解成相對簡單的子問題，再通過子問題間的迭代進行協(xié)調。按照問題劃分，電網規(guī)劃可分為：負荷預測，網架規(guī)劃，無功規(guī)劃，穩(wěn)定性分析，短路電流分析。
4結束語
電網負擔著將電源與用戶連接起來的任務。此外為了得到最大的供電可靠性和經濟性，它還擔負著與鄰近地區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)系起來的任務。由于電網設備投資需求大，并且設備壽命長達數十年，從而導致電力系統(tǒng)強烈地受“過去權重”的制約，因此，尋求最佳的電網投資決策以保證整個電力系統(tǒng)的長期優(yōu)化發(fā)展，是電網規(guī)劃所要達到的目標。
結合本文的論述可以看出，電網這一巨維數的典型動態(tài)大系數，具有強非線性、時變且參數不確切可知、含大量未建模動態(tài)部分的特征，而我們所要達到的控制效果是一種多目標、滾動優(yōu)化的動態(tài)非量化指標(電網的工程效益)，在這個過程中知識的表示和處理占了較大的比重。這樣就需要利用綜合智能控制技術去有效地組織有關電網規(guī)劃的大量知識，進行選優(yōu)運算，得到優(yōu)化的決策。目前廣東省電力工業(yè)局聯(lián)合華南理工大學電力學院共同開展了“電網規(guī)劃專家決策系統(tǒng)”的有關理論研究工作，并有望在2000年開發(fā)一個有效的基于綜合智能控制技術的電網規(guī)劃決策系統(tǒng)，它的使用將對廣東省電網的建設起到積極的促進作用。
參考文獻
1黃蘇南，邵惠鶴，張鐘?。悄芸刂频睦碚摵头椒ǎ跩］．控制理論與應用，1994(4)
