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极化码研究论文

发布时间:2024-07-03 06:27:14

极化码研究论文

11月5日,华为“2020华为欧洲创新日”在波兰华沙召开。华为高级副总裁、董事陈黎芳在开幕词中提及华为的人才培训计划。作为一个强大的 科技 帝国,华为每年与大学合作经费上投资超过3亿美金、赞助300多位教授从事研究、已经与全球900多所大学院校开展校企合作。她说,不能指望每个人生来就是哥白尼或肖邦,但是可以通过多种手段和途径培养更多高质量符合 社会 需求和产业发展的人才。 数字化转型面临的挑战之一是人才。据介绍,根据世界银行2017年的预测,未来十年全球将有1,000万ICT人才缺口。 陈黎芳说:我们不能指望每个人生来就是哥白尼或肖邦,但是可以通过多种手段和途径培养更多高质量符合 社会 需求和产业发展的人才。” 华为又是怎么做的呢? 华为认为人才培养不能仅仅依赖学校,企业的加入能够更加高效培养 社会 与行业需要的人才,并且推动科学研究从理论走向实践。 陈黎芳以5G为例,2008年土耳其教授Arikan发表关于“极化码”的论文;2010年华为该论文的潜力,并投入了大量的科研人员进行研究。2018年“极化码”成为了5G标准的重要组成部分。今天全球已经有超过9,000万5G用户,这离不开全球通信企业数万级的科学家和工程师的付出。反过来,在这个过程中也培育了非常多5G产业链人才。 截至2019年底,华为已经与全球900多所大学院校开展校企合作,我们每年在与大学合作经费上投资超过3亿美金,赞助300多位教授从事研究,并且没有知识产权要求。 而ICT人才队伍建设是一项长期而艰巨的任务,因此我们需要建立一个生态系统,要开放合作与世界交换能力,打造人才生态圈。人才要流动,思想要交流,这样碰撞出的火花无论被谁应用都是有利于贡献 社会 的。 人才的培养不可能仅靠一两家企业。当前,华为与全球培训合作伙伴合作,面向全球公众提供培训与认证服务,截至2019年底,华为授权培训合作伙伴全球分布已超过110家,还在全球与50多所院校合作设立了ICT学院。自2011年以来,华为在欧洲已经与英、法、德、罗马尼亚、波兰等12个国家与院校合作,成立华为ICT学院。这些ICT学院已培养100多名ICT学院讲师,每年约培养1,500名学生。 为此,华为从2008年起开始举行“未来种子”项目,这个项目旨在帮助培养本地ICT人才,目前已经有来自126个国家全球500多所高校的3万余名学生从中收益,华为“未来种子”项目承诺女性学生的比例将达到40%。 20年前,华为在瑞典开设了第一个研发中心,与产业界、学术界联合创新,迈出了欧洲发展的第一步。20年后的今天,华为的业务已经覆盖了欧洲所有国家,欧洲市场支撑了华为公司业务的全球化扩展,华为在欧洲的长期发展也助力了欧洲经济的繁荣。目前,华为在欧洲拥有万多名员工、23个本地研发中心。2019年,华为为欧洲贡献GDP达到164亿欧元。

对全人类来说,只有一种共同利益,那就是科学的进步——圣西门

现代社会最离不开的就是科技,科技的快速发展,是人类社会对未来的探索更上了一层楼。而这一切的一切都取决于在我们前方,努力工作的科研工作者们,是他们夜以继日的努力研究,像蜡烛一样的燃烧自己,奉献出自己宝贵的青春和时间,来使我们享受着科技进步的成果。

假使我们没有了科研工作者,没有他们的倾心研究,那我们的生活会变成什么样呢?我们不敢想象这样的我们会生活在什么样的生活环境中,失去了他们,就如同失去了生命中最重要的东西。

今天,我们就来讲一讲对我们生活有着巨大贡献的一位科学家——申怡飞,是他使中国的3项专利远超欧美,成为了世界瞩目。

自古英雄出少年

申怡飞1997年出生在河北邯郸市,小时候的申怡飞可以说是“神童”一枚。2岁可以认识五彩斑斓的世界,各种事物的名称都可以叫上名来。

3岁懂得了许多知识,认识简单的字和单词;4岁心算程度达到小学2年级的水平;5岁上一年级,开始步入了小学生活。

他不仅学习很好,学习能力也很强。8岁的时候学习二胡,4个月后,就可以拉出美妙的7级曲目。11岁的时候,就考入了邯郸市的第一中学的少年部,开始了他的初中生涯。真是“自古英雄出少年”啊!

步入初中生活的申怡飞并没有什么优异的成绩,但他却是一个“有心之人”。 声声入耳的“五四宣言”彻彻底底地打动了他的那颗热血少年心,他觉得,是时候该做些什么了。

所以,在高二的下半学期,年仅15岁的他成功考上了东南大学的荣誉学院吴健雄学院录取。看着照片中的申怡飞,浑身上下洋溢着“我辈岂是蓬蒿人”的精神气。

可想而知,这样的一个少年,会做出什么样的成绩来给我们众人惊喜,这使我们对他想象的进步空间大了起来。

可是,刚刚进入大学的申怡飞面对大学生活太过于新奇,大一可以边玩边学,成绩也可以保持在中上游水平,勉勉强强的可以跟上学习的步伐。

但是,到了大二上半学期,伴随着课程难度的增加,申怡飞渐渐力不从心了,考试成绩下来以后,申怡飞竟然有两门不及格,看着这样的成绩,让人不由得感到不安,是否一代“神童”的传奇之路就此终止了呢?

得知此情况的院团委书记还找了申怡飞聊天,在聊天之中申怡飞发现了自己的目标,认真思考了自己到底想成为一个什么样的人。所以,看着他此刻不着眼的成绩单,他深有体会,决定重新崛起,创造自己往日的辉煌。

从这次谈话后,他开始认真学习,上课认真做笔记,下课同学问他问题也毫不吝啬的倾囊相授,想着既可以向别人传递知识,也可以自己巩固知识,这样两全其美的事情,“何乐而不为呢”?

到了大三,“功夫不负有心人”,他的成绩已经变成了全面的飞跃。从两门不及格的成绩,变成了19门功课都在90分以上,其中还有8门是满分的绩点,这使他成为了十年来唯一一位成绩第一的少年生。

这样的经历,使得申怡飞再也不敢懈怠。而申怡飞真正的成就不在于此,而是在于5G技术的研究。

少年之崛起

2015年,申怡飞被保送了信息科学与工程学院的研究生,著名的5G专家组的组长尤肖虎就是他的研究生导师。而申怡飞的专业恰恰和中国芯片的发展有着巨大的联系,命运使申怡飞与中国芯片研究相遇。

众所周知,我们的“中国芯”产业的发展一直处于被动局面,和欧美国家来比的话,简直就是“小巫见大巫”。而中国为了改变现在的局面,在其中投入了大量的人力,希望有所发现。

而申怡飞在老师张川口中得知了中国芯片还处在发展的萌芽阶段,进展程度有限,便产生了着手研究的念头。

申怡飞认为,中国的青年应该担当大任,“天下兴亡,匹夫有责”,国家的富强安康是肩负在我们身上的重任,中国这样受制于人,我们就应该帮助祖国冲出迷障,这样才不愧为中国青年。

申怡飞有三项专利技术,超越了欧美国家,奠基了未来科技强国的基础。第一项就是17岁的申怡飞就开始研究的极化码技术。

申怡飞积极加入了移动通讯国家重点实验室,开始研究的方向是极化码技术,最初的科研任务是建造高效极化码平台。一开始,由于数据量巨大,运行一个程序往往需要好几天,弄得申怡飞头疼不已。

后来,他每天起早贪黑,尽全力投入到平台优化中。就这样,经历了十五次的失败,十六次终于成功了。从一开始的2秒钟运行1行数据,到现在1秒钟运行20万组数据。

第二项就是《一种分布式排序方法以及采用该方法构成CRC辅助极化码连续消除列表译码器的方法》,它公开了一种分布式排序方法。

本发明还公开了采用分布式排序方法构成CRC辅助极化码连续消除列表译码器的方法。本发明能够将计算复杂度从降低到将系统延时降低了。

第三项就是《 一种软件极化码的连续消除列表译码方法》,它公开了-种软件极化码的连续消除列表译码方法,通过建立参考矩阵井结合当前译码比特的位置。这三项技术使我国5G技术远远的领先于欧美国家,成为了世界的领头羊。

现在,申怡飞已经发表了重要的论文多篇,并获得了国际数字信号处理会议唯一的最佳学生论文奖。就这样,申怡飞成为了对5G技术有着重大贡献的年轻科学家,年仅22岁的他早已明白,什么是国什么是家,“有家才有国,有国才有家”。

今年,申怡飞实验室的方案被写入5G行业标准,研究被应用在5G平台,他发明的技术足以改变世界。目前,该团队全力以赴地让极化码更快、更广、更便捷地服务于我们的网络中。

遥遥未来,触手可及

“中国芯”的行业如今战果斐然,这个行业的各个青年才俊都勇于担当起了大任。我们的“中国芯”超车指日可待。如果我们每个人都可以像申怡飞一般,把国家的事情当做自己的事情,把国家的兴旺看做自己的荣辱,我们的国家就会日益兴旺。

“少年强,则国强”。申怡飞就是很好的例子,相信中国芯片的未来指日可待,也相信未来会越来越美好!

我认为这是一个很正常的事情,毕竟我国现在对科技的发展已经有了很大的突破,而且我们对这方面的事情都非常的在乎。

我觉得少年强,则中国强。申怡飞就是一个很好的例子。如果我们每个人都可以像申怡飞一般把国家的事情当做自己的事情,把国家的兴旺看作自己的荣辱,我们的国家就会日益兴旺。

电解质极化研究及应用论文

电介质的极化指,在静电场作用下,电介质显示电性的现象。 一般情形下,未经电场作用的电介质内部的正负束缚电荷平均说来处处抵消,宏观上并不显示电性。在外电场的作用下,束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性,在电介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷,这种现象称为极化,出现的电荷称为极化电荷。极化电荷真实存在,内部外部都有,但是内部的被抵消了,只剩下边缘附近抵消不了的就会表现出电性。

外电场作用下,电介质显示电性的现象。理想的绝缘介质内部没有自由电荷,实际的电介质内部总是存在少量自由电荷,它们是造成电介质漏电的原因。 一般情形下,未经电场作用的电介质内部的正负束缚电荷平均说来处处抵消,宏观上并不显示电性。在外电场的作用下,束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性,在电介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷,这种现象称为极化,出现的电荷称为极化电荷。这些极化电荷改变原来的电场。充满电介质的电容器比真空电容器的电容大就是由于电介质的极化作用。把电介质看成大量微观带电粒子组成的电荷体系,从电磁学的基本公式出发,利用矢量分析和电动力学的有关公式,通过定量计算得出单个原子在空间某处产生的电势相当于一个电偶极子的势,从理论层次说明分子或原子固有电矩的存在、电介质分子的分类、电介质在外电场中的极化模型及电介质极化的规律。①电子极化,是在电场作用下原子核与负电子云之间相对位移,它们的等效中心不再重合而分开一定的距离l形成电偶极矩pe=el(l由负电中心指向正电中心,e是电荷量,见电偶极子)。当电场不太强时,电偶极矩pe同有效电场成正比,pe=αeE,式中αe称为电子极化率。②离子极化又称为原子极化,是在正负离子组成的物质中异极性离子沿电场向相反方向位移形成电偶极矩pa。pa与有效电场成正比,pa=αaE,αa称为离子极化率,这两种极化都同温度无关。③偶极子转向极化,某些电介质分子由于结构上的不对称性而具有固有极矩p。在无外电场时,由于热运动,这些分子的取向完全是无规的,电介质在宏观上不显示电性。在外电场的作用下,每个分子的电矩受到电场的力矩作用,趋于同外场平行,即趋于有序化;另一方面热运动使电矩趋于无序化。在一定的温度和一定的外电场下,两者达到平衡。固有电矩的取向极化也可以引入取向极化率αd描述,当电场强度不太大而温度不太低时,,k是玻耳兹曼常数,T是热力学温度。这种极化同温度的关系密切。④夹层极化,由于电介质组分的不均匀性以及其他不完整性,例如杂质、缺陷的存在等,电介质中少量自由电荷停留在俘获中心或介质不均匀的分界面上而不能相互中和,形成空间电荷层,从而改变空间的电场。从效果上相当于增强电介质的介电性能。电介质的极化是这四种极化机制的宏观总效果。

论文研究极限

材料二:极限 在高等数学中,极限是一个重要的概念。 极限可分为数列极限和函数极限,分别定义如下。 首先介绍刘徽的"割圆术",设有一半径为1的圆,在只知道直边形的面积计算方法的情况下,要计算其面积。为此,他先作圆的内接正六边形,其面积记为A1,再作内接正十二边形,其面积记为A2,内接二十四边形的面积记为A3,如此将边数加倍,当n无限增大时,An无限接近于圆面积,他计算到3072=6*2的9次方边形,利用不等式An+1x0)无限趋近于点x0时,函数f(x)无限趋近于常数a,就说a是函数f(x)在点x0处的右极限,记作x→x0+limf(x)=a. 函数极限的性质: 极限的运算法则(或称有关公式): lim(f(x)+g(x))=limf(x)+limg(x) lim(f(x)-g(x))=limf(x)-limg(x) lim(f(x)*g(x))=limf(x)*limg(x) lim(f(x)/g(x))=limf(x)/limg(x) ( limg(x)不等于0 ) lim(f(x))^n=(limf(x))^n 以上limf(x) limg(x)都存在时才成立 lim(1+1/x)^x =e x→∞ lim(1+1/x)^x =e x→0 无穷大与无穷小: 两个重要极限: 1、lim sin(x)/x =1 ,x→0 2、lim (1 + 1/x)^x =e ,x→0 (e≈...,无理数) ======================================================================== 举两个例子说明一下 一、……=1? 谁都知道1/3=……,而两边同时乘以3就得到1=……,可就是看着别扭,因为左边是一个“有限”的数,右边是“无限”的数。 二、“无理数”算是什么数? 我们知道,形如根号2这样的数是不可能表示为两个整数比值的样子的,它的每一位都只有在不停计算之后才能确定,且无穷无尽,这种没完没了的数,大大违背人们的思维习惯。 结合上面的一些困难,人们迫切需要一种思想方法,来界定和研究这种“没完没了”的数,这就产生了数列极限的思想。 类似的根源还在物理中(实际上,从科学发展的历程来看,哲学才是真正的发展动力,但物理起到了无比推动作用),比如瞬时速度的问题。我们知道速度可以用位移差与时间差的比值表示,若时间差趋于零,则此比值就是某时刻的瞬时速度,这就产生了一个问题:趋于无限小的时间差与位移差求比值,就是0÷0,这有意义吗(这个意义是指“分析”意义,因为几何意义颇为直观,就是该点切线斜率)?这也迫使人们去为此开发出合乎理性的解释,极限的思想呼之欲出。 真正现代意义上的极限定义,一般认为是由魏尔斯特拉斯给出的,他当时是一位中学数学教师,这对我们今天中学教师界而言,不能不说是意味深长的。 几个常用数列的极限 an=c 常数列 极限为c an=1/n 极限为0 an=x^n 绝对值x小于1 极限为0 材料一:真正现代意义上的极限定义,一般认为是由魏尔斯特拉斯给出的,他当时是一位中学数学教师.所谓“定义”极限,本质上就是给“无限接近”提供一个合乎逻辑的判定方法,和一个规范的描述格式。这样,我们的各种说法,诸如“我们可以根据需要写出根号2的任一接近程度的近似值”,就有了建立在坚实的逻辑基础之上的意义。 举两个例子说明一下 一、……=1? 谁都知道1/3=……,而两边同时乘以3就得到1=……,可就是看着别扭,因为左边是一个“有限”的数,右边是“无限”的数。 二、“无理数”算是什么数? 我们知道,形如根号2这样的数是不可能表示为两个整数比值的样子的,它的每一位都只有在不停计算之后才能确定,且无穷无尽,这种没完没了的数,大大违背人们的思维习惯。 结合上面的一些困难,人们迫切需要一种思想方法,来界定和研究这种“没完没了”的数,这就产生了数列极限的思想。 类似的根源还在物理中(实际上,从科学发展的历程来看,物理可能才是真正的发展动力),比如瞬时速度的问题。我们知道速度可以用位移差与时间差的比值表示,若时间差趋于零,则此比值就是某时刻的瞬时速度,这就产生了一个问题:趋于无限小的时间差与位移差求比值,就是0÷0,这有意义吗(这个意义是指“分析”意义,因为几何意义颇为直观,就是该点斜率)?这也迫使人们去为此开发出合乎理性的解释,极限的思想呼之欲出。 是这个意思吧?你照着编吧

毕业论文的开题报告一般会涉及到题目的研究背景及研究意义等。该公式一般适用于*/∞型数列极限和0/0型数列极限的计算和证明问题。

极限 在高等数学中,极限是一个重要的概念

合金的阳极氧化研究进展论文

表面处理技术在模具发展中有着重要的作用。这是我为大家整理的表面处理技术论文,仅供参考!

显示器防护玻璃表面处理技术

摘 要:采用酸溶液湿法腐蚀和镀制增透、保护膜层的方法,对某型仪表用显示器防护玻璃表面进行了工艺处理,使得表面反射率降低到2%以下,产品可见光波段平均透过率达到86%,表面硬度提高到。产品性能检测和试用情况表明,防护玻璃具有较好的防眩、增透和抗划伤的作用,使用效果良好。

关键词: 防护玻璃;表面处理;反射率;硬度

中图分类号:TQ34 文献标识码:A

Display Protective Glass Surface Treatment Technology

WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin

(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)

Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.

Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness

引 言

显示器作为当今社会一种极为常见的数据和信息的显示方式,在电脑、手机、仪器、仪表等多种设备上具有广泛的应用。根据特殊使用环境的要求,一些仪器设备的显示器往往不直接暴露于外界环境之下,而是在其外部增加一层防护玻璃。防护玻璃的作用主要是保护显示器,防止损坏。针对室外使用情况而言,由于外界视场中光源的强光会在玻璃表面形成较强的反射,影响显示图像在人眼的视觉效果,因此保护玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等对玻璃表面结构、表征、测试和处理等方面技术的发展情况进行了报道[1],文献[2]中指出防眩有三种途径:表面刻蚀、喷涂小颗粒成膜和表面镀膜。在多种防眩处理方法中,化学蚀刻因其方法简单、操作容易、适合于大面积玻璃蚀刻和大规模生产特点而倍受关注[3]。

本文介绍了对某型仪表用显示器防护玻璃的表面工艺处理的工作情况,采取酸溶液化学腐蚀的方法对防护玻璃表面进行处理以增加表面粗糙度,通过条件调节控制表面光泽度指标,使产品达到防眩作用亦不影响人眼视觉效果。后续采用硬质膜料在产品表面制备光学增透膜层,提高产品在可见光波段的透射率和表面硬度。本文制备的防护玻璃具有防眩、增透、抗划伤的作用,达到了较好的使用效果。

1 防眩层的制备

工艺条件

经材料成分分析,防护玻璃基材是以SiO2为主体,包含Na、Ca、Mg、K等离子的非晶氧化物。文献[4]中报道了在玻璃表面上采用化学腐蚀方法制备折射率连续变化的非均匀膜,该薄膜是折射率渐变的多微孔性结构,在宽光谱范围内有低的反射率,是一种耐久力较好的减反射膜。罗春炼等通过溶液组分含量的调整,研究了提高防眩玻璃透光率的影响因素[5]。对于制备条件上的控制而言,则需要适宜的腐蚀处理条件(温度、时间、反应物成分等因素),才能使玻璃获得较高的透过率和雾度指标,以达到较好的防眩效果[2]。黄腾超等进行了应用于MOEMS器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[6]。

本文对玻璃所进行的湿法刻蚀,是采用氢氟酸和硝酸为腐蚀液,通过调节酸液比例、温度和时间参数,达到最佳腐蚀效果。腐蚀溶液是以1:1:2比例配比的氢氟酸、硝酸和水混合溶液,腐蚀温度为40℃,刻蚀时间为18~20min。刻蚀效果的评价指标为表面光泽度,即代表了表面反射率的指标高低。本文经试验制得的表面光泽度为50~51的保护玻璃,其性能符合产品性能要求的表面反射率小于2%的技术指标,达到对产品预定的刻蚀效果。

制备过程

按1:1:2的比例配比氢氟酸、硝酸和水的混合溶液,置于聚四氟乙烯容器瓶内。用水洗方法清洗玻璃表面,不需要腐蚀处理的一面用胶带纸屏蔽起来,将玻璃样片浸泡于混合液中,整体置于水浴恒温箱内,设置水浴恒温箱温度至40℃,保持时间18~20min。反应结束后立即取出玻璃样片,用蒸馏水清洗表面残留混合液,去除屏蔽层,并烘干表面水分。采用表面光学测定仪测量玻璃处理表面的光学反射特性,以保证样品质量。

2 增透、保护膜层的制备

膜层设计

根据防护玻璃产品的特点要求,需要在表面制备增透、保护膜层以增加光学透射和提高表面硬度。根据双层减反射膜设计原理,若限定镀制在折射率为ng的基底材料上的外层折射率为n1、内层折射率为n2的两层膜的厚度都是λ/4时,欲使波长λ0的反射光减至零,它们的折射率满足如下关系[4]

基底玻璃材料的折射率为,若外层膜选用折射率为的MgF2膜料,经(1)式计算可得n2值为,故内层选用折射率为的Al2O3膜料。在双层减反射膜的基础上构建三层减反射膜,在此两层膜中间插入半波长的ZrO2层,使得透射光谱平滑。在此基础上,对三层膜系结构进行优化,将厚度做了细微调节,使得平均透光率进一步提高,最后膜系结构为G/ 。膜系结构中采用了硬度较高Al2O3膜料,有助于提高防护玻璃表面硬度。

制备方法

文中所采用的镀膜设备为北京科学仪器有限公司生产的zzs-1100型光学真空镀膜机,有分子泵、行星转动装置、清洗离子源、光学膜厚监控仪的电子枪加热蒸发镀膜设备。镀膜前对防护玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干净,进腔后进行离子清洗以改善表面性质,后按照膜系结构进行薄膜制备。工艺参数如表1所示。

指标检测

对膜层的光谱、附着力、摩擦等环境适应性进行了测试,膜层光谱测试曲线如图1所示,膜层的在~μm可见光波段范围内的平均透过率达到99%以上。经试验检测,膜层可通过GJB 2485-1995光学膜层通用规范[7] 对附着力、摩擦、温度、湿热、清擦性、耐溶性和水溶性的检测项目,质量可靠。

3 表面处理效果评析

经过防眩层处理和薄膜镀制的防护玻璃样件制作完成后,对其进行了性能指标检测。通过UV-3600紫外、可见、近红外分光光度计对样件可见光波段光谱进行测试,透射光谱曲线如图2所示,平均透光率达到86%。采用显微硬度计对玻璃样片进行硬度测试,镀膜后表面硬度达到,高于玻璃基底的表面硬度,提高了玻璃表面硬度和抗划伤能力。将防护玻璃安装于仪表显示器上,对其实际使用效果进行测试。在显示器通电状态下,通过人眼观察,显示器表面呈现清晰的图像画面。在太阳光照射情况下观察,显示器图像画面依然清晰,反射太阳光较弱,对人眼没有造成图像不清晰或不适的感觉,整体使用效果良好。

4 结 论

本文对某型仪表用显示器防护玻璃表面进行工艺处理,采用酸溶液湿法腐蚀处理获得防眩层,后利用电子枪加热蒸发镀膜方法制备表面增透、保护膜层。防护玻璃经湿法腐蚀处理,表面反射率指标降低到2%以下,镀制增透、保护膜层后,在可见光波段的平均透过率达到86%,表面硬度提高到。通过性能指标、环境试验和产品试用的方法对产品工艺处理效果进行评析,结果表明,采用该工艺处理的防护玻璃具有较好的防眩、增透和抗划伤的作用,使用效果良好。

参考文献

[1] 王承遇,潘玉昆,卢 琪等. 玻璃表面工程的进展[J]. 玻璃与搪瓷,2003,31(5):45-50.

[2] 吴春春,杨 辉,袁 骏等. 抗静电防眩膜研究进展[J]. 材料科学与工程,2002,20(1):133-135.

[3] 胡沛然,韩文爵,王海风等. Na2SiF6和ZnCl2对玻璃防眩光效果的影响研究[J]. 化工新型材料,2009,37(11):84-95.

[4] 唐晋发,顾培夫,刘 旭等. 现代光学薄膜技术[M]. 杭州:浙江大学出版社,2006.

[5] 罗春炼,韩文爵,王海风等. 提高防眩玻璃透过率的主要影响因素[J]. 化工新型材料,2008,36(12):89-91.

[6] 黄腾超,沈亦兵,陈海星等. 应用于MOEM S器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[J]. 光学仪器,2004,26(2):151-155.

[7] 国防科学技术委员会. 中华人民共和国军用标准 光学膜层通用规范 GJB 2485-1995[B]. 中国标准出版社,1995.省略。

铝合金燃油箱表面处理技术

【摘 要】本文概述了铝合金的表面处理技术,通过试验验证了几种铝合金的表面处理技术,分析了铝合金燃油箱的表面处理可行性,对解决铝合金燃油箱表面氧化变暗问题,提升产品外观,延长油箱寿命等具有积极意义。

【关键词】铝合金;燃油箱;钝化;氧化;金属覆膜剂

前言

随着重卡轻量化的发展重卡上的铁质燃油箱逐渐被铝质燃油箱替代,燃油箱采用铝合金材料,不但自重减轻一半以上,内部不生锈,而且铝合金燃油箱以光洁的表面深受用户的青睐,因此这种燃油箱市场前景广阔,逐渐成为应用趋势。但是铝合金燃油箱顾客购买时外观鲜亮,色泽美观,使用大约1年左右铝合金燃油箱“黯然失色”,其表面被雨水、泥沙等腐蚀后,色泽发暗,局部产生白色粉状霉点、发黄,油箱整体色泽不一,严重影响顾客的满意度,见下图1,通过对国内规模化油箱生产企业的了解,发现铝合金燃油箱的表面腐蚀,变色各油箱生产企业都遇到过,各生产企业也在一直寻求铝油箱的表面处理技术,鉴于此笔者对铝合金燃油箱的表面处理技术进行了研究。

图1 腐蚀后的油箱

1 铝制品表面处理技术概述

铝合金燃油箱材料为铝镁合金5052,属于防锈铝,其表面自然形成一层极薄的氧化膜(),有一定的抗腐蚀能力。但这层氧化膜疏松多孔,不均匀,抗腐蚀能力不强,容易沾染污迹,因此铝合金制品通常要进行特殊的表面处理,铝合金的表面处理技术有:钝化、阳极氧化、电镀、喷涂等,这几种处理技术都比较成熟,在一些铝制品上均有应用。

电镀处理技术:铝合金燃油箱是封闭的空心容器,其重量轻,体积大,电镀虽然是一种成熟的处理工艺,电镀层外观漂亮、其耐腐蚀性也较好,但是在铝合金上直接电镀是相当困难的,因为铝表面的氧化膜使得电镀层对铝的附着力很差,因此铝合金电镀必须有特殊的表面预处理,再者铝合金的电镀成本较高,使得这种处理方式并不适合应用于铝合金燃油箱上。

喷涂处理技术:该技术的关键在于解决涂层与铝基体的附着力,因此喷涂前铝合金表面必须进行预处理,其表面预处理需要喷砂或拉毛,再加上磷化或钝化、氧化等形成喷涂底层后,才能形成良好漆膜。其工艺流程较多,喷漆成本较高,其漆膜颜色缺乏金属质感,一般顾客青睐铝合金金属的本色,因此这种处理技术也不适合铝合金燃油箱。若顾客对铝合金燃油箱的外观颜色有特殊要求,比如我公司根据客户的特殊要求也生产黑色的铝合金燃油箱,这种铝合金燃油箱必须经过预处理才能进行粉末喷涂,喷涂后的燃油箱经检测其外表面的耐腐蚀、耐侯性等性能都非常优良,只是产品成本较高。

阳极氧化、钝化、金属覆膜剂等处理技术:铝合金的表面处理技术中阳极氧化是应用最光与最成功的技术,也是研究和开发最深入与最全面的技术,经过阳极氧化处理其表面生成的氧化膜,耐蚀性、耐磨性、装饰性都有显著的提升,其表面可以生成透明的膜,也可以着色成各种彩色的膜。铝合金的钝化处理、金属覆膜剂处理等其工艺流程简单可以将铝制品直接浸入钝化液或者金属覆膜剂溶液中,也可以喷淋在铝制品上。这种处理技术属于化学转化处理,其表面形成的化学转化膜整体性能虽不及阳极氧化膜,但是这种处理技术经济、简便、快速、生产线简单,特别适合大批量零部件的低成本生产。

每种铝制品需要考虑多种因素,选择适合具体产品的处理技术,铝合金燃油箱的表面处理技术方面,目前国内对其研究的还较少,还没有成熟的处理工艺。为此笔者根据铝合金燃油箱的特点,对几种有可能应用的处理技术开展了工艺试验,探索最适合铝合金燃油箱的表面处理技术。

2 铝板表面处理技术试验过程

提供的试板情况

(1)阳极氧化膜试验,分别对铝合金板材进行了5um ,8um,12um的阳极氧化试验;

(2)透明钝化膜试验,与某钝化技术公司合作开展了铝合金的透明钝化处理试验;

(3)覆膜剂试验,与某化工公司合作开发的铝合金用金属覆膜剂,开展了相关工艺试验。

开展的试验如下

(1)耐柴油性试验

经各种表面处理的铝板,浸入柴油,经过120h浸泡,检验铝板表面膜层的完好性、附着力、厚度等都合格。

(2)耐泥浆试验

对各种表面处理的铝板经过240小时耐泥浆试验,试验结果全部合格,

(3)盐雾试验

进行了96h的盐雾试验,经处理的试板全部合格,随后再经过120h的盐雾试验,经处理的试板全部合格。

(4)耐灰浆(水泥)试验

第一次试验96h,第二次试验120h,试板经第一次96h水泥试验,未进行表面处理铝板不合格,其余铝板全部合格,第二次经120h水泥试验,透明钝化及金属覆膜处理的铝板合格,阳极氧化处理铝板有轻微腐蚀痕迹,清洗后留有白色痕迹。

试验结果分析

针对铝合金燃油箱的特殊性,笔者对成熟的几种铝板表面处理技术开展了相关工艺试验,对每种表面处理的铝板都进行了耐柴油性试验,耐泥浆试验,盐雾试验,耐水泥试验。从试验结果来看透明钝化表面处理技术,在铝板表面形成的钝化膜抵抗外界各种腐蚀的的能力较强,能够满足铝合金燃油箱的使用要求;阳极氧化表面处理技术,在铝板表面形成的阳极氧化膜,在耐水泥试验后表面存在轻微的腐蚀,通过对这种阳极氧化膜的深入分析,阳极氧化膜的膜厚及封孔质量是关键控制点,通过对本试验形成的阳极氧化膜检测,其封孔质量不达标,这种阳极氧化膜的其他性能满足使用要求,通过对5um、8um、12um阳极氧化膜的分析,考虑成本及阳极氧化膜的色泽与铝合金燃油箱的本色差别,5um、8um的阳极氧化膜可以应用于铝合金燃油箱的表面处理,需要注意控制阳极氧化膜的封孔质量。

表面进行金属覆膜剂处理,这种表面处理技术与透明钝化的处理技术类似,其优良的耐油、耐高温、防腐及操作方便性,在不改变金属现有外观情况下对各类易氧化金属表面可轻松实现长效防腐效果,是这几种处理技术效果最优的处理方式。

3 结论

本文针对铝合金燃油箱的使用要求开展了相关试验,通过试验验证了透明钝化、阳极氧化、金属覆膜剂表面处理技术应用于铝合金燃油箱的可行性。通过对铝合金燃油箱的适当的表面处理,不仅提高了铝产品外观,还改进了耐蚀、耐候性,满足了铝合金燃油箱的特殊使用要求,延长了产品使用寿命。

本文介绍的透明钝化、阳极氧化、金属覆膜剂表面处理技术,效果好,成本低,可以应用于铝合金燃油箱的工业化生产。

参考文献:

[1]朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

铝合金:一。用途铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的,如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能:易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类,各种类均有各自的使用范围,并有各自的代号,以供使用者选用。 铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点,制成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工,制成各种装饰板材、型材,作为装饰材料。 铝合金是应用最广的一种防锈铝,它的强度不高,不能热处理强化,在退火状态下有高的塑性,而蚀性好,焊接性好,切削加工性不良。用於制造要求高可塑性和良好焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件如油箱、油管、液体容器等;线材可制作铆钉。 二。铝合金概述(资料)以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。 铝合金分两大类:铸造铝合金,在铸态下使用;变形铝合金,能承受压力加工,力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。 铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金。[编辑本段]【纯铝产品】 纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成份Al表示,后者用汉语拼音LG(铝、工业用的)表示。[编辑本段]【压力加工铝合金】 铝合金压力加工产品分为防锈(LF)、硬质(LY)、锻造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及钎焊(LQ)等七类。常用铝合金材料的状态为退火(M焖火)、硬化(Y)、热轧(R)等三种。[编辑本段]【铝材】 铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材,包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材、型材等。[编辑本段]【铸造铝合金】 铸造铝合金(ZL)按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类,代号编码分别为100、200、300、400。[编辑本段]【高强度铝合金】 高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金,主要是压力加工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。[编辑本段]【铝合金缺陷修复】 铝合金在生产过程中,容易出现缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷。如何修复铝合金铸件气孔等缺陷呢?如果用电焊、氩焊等设备来修补,由于放热量大,容易产生热变形等副作用,无法满足补焊要求。 冷焊修复机是利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。由于冷焊热影响区域小,不会造成基材退火变形,不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高,补材与基体同时熔化后的再凝固,结合牢固,可进行磨、铣、锉等加工,致密不脱落。冷焊修复机是修补铝合金气孔、砂眼等细小缺陷的理想方法。[编辑本段]【不同牌号铝合金的典型用途】 合 金 典 型 用 途 1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管,各种软管,烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合,但对强度要求不高,化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件,例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔,热交换器 1199 电解电容器箔,光学反光沉积膜 1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭第一级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件 2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036 汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件 2218 飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力 2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01 工作温度小于等于100摄氏度的结构铆钉 2A02 工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片 2A06 工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的航空器结构铆钉 2A10 强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100摄氏度的航空器结构铆钉 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉 2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件 2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件 2A16 工作温度250~300摄氏度的航天航空器零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱 2A17 工作温度225~250摄氏底的航空器零件 2A50 形状复杂的中等强度零件 2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等 2A70 飞机蒙皮,航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等 2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件 2A90 航空发动机活塞 3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件,或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作,如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置,运输液体产品的槽、罐,以薄板加工的各种压力容器与管道 3004 全铝易拉罐罐身,要求有比3003合金更高强度的零部件,化工产品生产与贮存装置,薄板加工件,建筑加工件,建筑工具,各种灯具零部件 3105 房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管,薄板成形加工件,瓶盖、瓶塞等 3A21 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等 5005 与3003合金相似,具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮,并与6063合金的色调协调一致 5050 薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板,汽车气管、油管与农业灌溉管;也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等 5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度,用于制造飞机油箱、油管,以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等 5056 镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等;包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩,以及需要有高抗蚀性的其他场合 5083 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件;需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等 5086 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等 5154 焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐 5182 薄板用于加工易拉罐盖,汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件 5252 用于制造有较高强度的装饰件,如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜 5254 过氧化氢及其他化工产品容器 5356 焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝 5454 焊接结构,压力容器,海洋设施管道 5456 装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料 5457 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件 5652 过氧化氢及其他化工产品贮存容器 5657 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件,但在任何情况下必须确保材料具有细的晶粒组织 5A02 飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件 5A03 中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金 5A05 焊接结构件,飞机蒙皮骨架 5A06 焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件 5A12 焊接结构件,防弹甲板 6005 挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等 6009 汽车车身板 6010 薄板:汽车车身 6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材 6063 建筑型材,灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料 6066 锻件及焊接结构挤压材料 6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材 6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等 6151 用于模锻曲轴零件、机器零件与生产轧制环,供既要求有良好的可锻性能、高的强度,又要有良好抗蚀性之用 6201 高强度导电棒材与线材 6205 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件 6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件 6351 车辆的挤压结构件,水、石油等的输送管道 6463 建筑与各种器具型材,以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件 6A02 飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件 7005 挤压材料,用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构,如交通运输车辆的桁架、杆件、容器;大型热交换器,以及焊接后不能进行固熔处理的部件;还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒 7039 冷冻容器、低温器械与贮存箱,消防压力器材,军用器材、装甲板、导弹装置 7049 用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与导弹零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高 7050 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高 7072 空调器铝箔与特薄带材;2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材与管材的包覆层 7075 用于制造飞机结构及期货 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造 7175 用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高 7178 供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件 7475 机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件 7A04 飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等[编辑本段]【变形铝及铝合金状态、代号】 1.范围 本标准规定了变形铝合金的状态代号。 本标准适用于铝及铝加工产品。 2.基本原则 基础状态代号用一个英文大写字母表示。 细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示。 基本状态代号 基本状态分为5种 代号 名称 说明与应用 F 自由加工状态 适用于在成型过程中,对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品,该状态产品的力学性能不作规定。 O 退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品。 H 加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品,产品在加工硬化后可经过(也可不经过)使强度有所降低的附加热处理。 W 固熔热处理状态 处理状态 一种不稳定状态,仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效的合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。 T 热处理状态(不同于F、O、H状态) 适用于热处理后,经过(或不经过)加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字

城镇化极端降水研究现状论文

非常有意思的话题!针对“就地城镇化”,以下是我建议的拟定研究步骤和计划:

1. 确定研究问题:在开始研究之前,需要明确研究问题。例如,“就地城镇化”是否能够有效解决当前农村人口流失、城市人口过剩的问题,以及其对经济、社会和环境等方面的影响等。

2. 收集文献资料:对于这个话题,收集相关的文献资料非常重要。可以通过搜索学术论文、政策文件、新闻报道等途径来获得相关信息。

3. 设计研究方法:根据研究问题和文献调研结果,选择合适的研究方法。例如,可以采用问卷调查、案例研究或统计分析等方法。

4. 开展实证研究:按照设计好的研究方法进行实证研究。例如,可以对某些地区的“就地城镇化”项目进行调查和分析,了解其实施情况、效果和存在问题等。

5. 分析数据和结论:收集和整理所得到的数据,运用合适的统计学方法进行分析,得出相应的结论。例如,可以比较“就地城镇化”与传统城镇化的优缺点,并探讨其未来发展趋势等。

6. 撰写论文:将研究结果进行整合、总结和归纳,撰写出一篇具有学术价值的论文。

以上是我建议的大致研究步骤和计划,希望对你有所帮助!

(以上由“知否AI问答”回复,可以免费直接访问体验)

城市热岛的成因及控制

论文导读:“城市热岛效应”也称“大气热污染现象”,是指城市市区气温高于郊区气温,高温城区处于低温郊区的包围之中,在用等温线表示的气温分布图上,形成内高外低的岛屿形式,故称为“城市热岛效应”。环保专家认为,“热岛效应”80%的因素归咎于绿地和湿地的减少,城市热量的排放因素只占20%,所以城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。而卫星热红外遥感技术能有效、全面地探测到下垫面的温度特征,周期性、动态地监测城市热环境变化趋势,是研究城市热岛效应的有效手段。

关键词:城市热岛效应,城市热环境,成因,控制

一、城市热岛效应

“城市热岛效应”也称“大气热污染现象”,是指城市市区气温高于郊区气温,高温城区处于低温郊区的包围之中,在用等温线表示的气温分布图上,形成内高外低的岛屿形式,故称为“城市热岛效应”。

城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出1 ℃以上,夏季城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出6 ℃以上。在全球高速城市化的背景下,城市热岛已经成为影响城市环境的要素之一,对城市公共健康、空气质量、能源消耗等方面构成了严重威胁。

二、城市热岛效应成因分析

城市热岛效应的形成与许多因素有关,城市化是形成热岛现象的主要原因。

1、下垫面的变化

城市微气候的形成与城市人工构筑的下垫面有着密切的关系。由于城市与郊外的下垫面不同,形成各自的热环境和热平衡(图1、图2)。

图1郊外的热平衡图2城市内的热平衡

城市地表无机化,越来越多的地表被建筑物、混凝土和柏油所覆盖,绿地和水面的减少使蒸发作用减弱,大气得不到冷却;同时,这些人工构筑物热容量小,在相同太阳辐射条件下,比自然绿地、水面等升温快。

2、人工热源的影响

城市中大量的人为热排放也是产生热岛的重要原因。工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料,每天都在负外排放大量的热量。

3、城市中的大气污染

城市中的机动车,工业生产以及居民生活所产生的氮氧化物、二氧化碳和粉尘待排放物,这些物质会吸收城市中人工构筑物的热辐射,产生温室效应,从而引起大气进一步温升。在城市热岛现象的影响下,城区气温比周围郊区的农村高,城市地区的热空气上升,并在高空向四周扩散,周围郊区的较冷空气流入城区,这样就形成城市特有的热岛环流。城郊工厂排出的污染物可随热岛环流由低空吹向城区,使城市污染物浓度升高,进一步增强了城市的热岛效应。

4、城市建筑物密度和负荷

高密度的建筑物增加了太阳辐射的直接吸收和太阳辐射反弹吸收, 城市中高层建筑物林立,影响风的自然流动,也是导致城市热岛效应的原因之一。

5、城市能耗

城市大量的能耗增加了表面大气的温度,也使热岛效应增强。特别是夏季高温天气下的建筑空调负荷大大增强了热岛效应,反过来,城市热岛效应又增加了空调能耗,形成恶性循环。

此外,城市建成率、几何形状、城市规模和城市地理位置也与热岛效应存在明显的相关关系。

三、城市热岛效应的控制

绿地和水面是有效缓解城市热岛效应,调节和改善城市微气候环境的最有效因素。环保专家认为,“热岛效应”80 %的因素归咎于绿地和湿地的减少,城市热量的排放因素只占20 % ,所以城市热岛效应的控制重点是绿地和湿地的建设。

1、大力推广城市立体绿化

植物对太阳辐射的吸收率高,透过率低;植物可通过蒸腾作用带走大量热量,提高空气湿度;特别是树木通过遮挡阳光可以大量减少辐射热。植物对太阳辐射的反射率一般为10 %~20 % ,对红外线的反射率高达70 %以上。研究表明,当一个区域的绿化覆盖率达到30%,热岛强度明显减弱;绿化覆盖率大于50%,热岛缓解现象极其明显。植物因为进行光合作用,可以产生良好的环境效益,这对缓解全球温室效应,补救臭氧层空洞都会起到非常重要的作用。

在城市绿化中应进行合理的乔灌草搭配,尤其是乡土树种的种植。应舍弃一味种植草坪和名贵树木的不合理做法。论文参考网。由于城市用地紧张,城市绿化中除了进行水平方向森林规划外,应向立体绿化方向发展。城市有大量的水泥或混凝土屋顶、墙体、立交和边坡,这些裸露表面为立体绿化提供了可能。发展立体绿化是缓解城市热岛效应的重要方法。

建筑物的屋面是建筑与大气接触的重要界面。而城市中屋面的面积占去了整个城市面积的50 % 左右。增加屋顶绿地覆盖面积,不仅可以降低空调能耗, 而且还能调节室外气温.具有减缓城市热岛效应的作用,生态效益显著。

2、保护自然湿地,努力构建人工湿地

水体热容量大,水分蒸发多,增温降温缓和,城市内水面的存在,可在一定程度上缓解城市热岛现象。城市化导致大量的城市农田、水塘、湖泊、内河、沼泽等湿地减少或消失,不透水混凝土建筑、道路和广场,使大量的降水直接通过排水网流失。湿地的减少或消失,天然降水的白白流失,致使城市失去了通过蒸发带走城市热量,降低热岛效应的机会以及水通过促进林木生长,间接降低热岛效应的可能性。要在大力保护原有湿地的基础上(包括城郊湿地的保护),在城市进行人工湿地的构建,这是降低热岛效应的有效方法。此外,积极改善不透水下垫面层,利用透水性材料(透水砖等),有资料表明透水性水泥混凝土路面可降低路面温度约5℃,所以,城区中透水性铺装与城市水体蒸发及绿化体系的蒸腾作用一样,对改善城市市区热环境及形成局地风都有明显作用。

3、构建合理的城市规划结构

注重城市建设的合理布局,在城市规划方面实施可持续发展战略。

城市热岛效应与城市规模有一定的相关性。有学者认为城市扩展是城市热岛效应形成的主要原因。人口高密度区同时也是建筑物高密度区和能量高消耗区,不可避免地形成高气温区。据研究, 10万人口的城市热岛效应可达℃,100万人口的城市热岛效应可达℃。因此,必须对城市规模进行规划,将城市的人口数量控制在一定范围之内。同时,要控制市区人口密度和建筑密度和高度,选择通气流畅的地形进行城市建设,因地制宜,对城市的各个功能区进行合理布局,加大空气流动空间,尽量使主干道与夏季盛行风的方向一致。

4、降低设备能耗,合理规划城市能源

通过改进能源消耗设备构件,更新能源使用方法,提高能源使用效率,减少能源损耗。将城区分散的、低效率的小热源控制起来,大力推广集中供热,以提高能源利用率;尽可能考虑集中空调方式, 以减少建筑物HVAC 系统向空气的排热。可以通过改进建筑空调技术、积极探索和推广新能源利于技术(如地源热泵技术)、大力开展建筑节能,还应制定相应的政策法规,推动节能措施的落实。

在经济合理、技术可行的情况下,可以适当利用绿色能源,如风能、太阳能、生物能、地热等。不仅节约能源,将一部分太阳能转换为其他形式能源,减少了辐射能中直接转换为热能的能量,即减少了太阳辐射对城市热岛现象的影响。

5、发展“生态隔热”建筑表皮

建筑节能技术通常使用白色或浅色处理建筑表面的“反射隔热”、增大建筑围护结构的热阻的“热阻隔热”、采用人工材料构造的遮阳设施遮挡太阳辐射的“遮阳隔热”等,都是将太阳辐射热直接转移到室外,在满足建筑室内热舒适与建筑节能的同时,却带来了城市热岛强度的增加。所以,目前我们应弱化热岛控制中推行反射饰面材料等常规手段,采用绿色植被、水体介质等具有生态要素的复合体,将其置于建筑表面构成生态建筑表皮,将吸收的太阳辐射热经过物理、生化反应之后,通过蒸腾作用以水分蒸发方式散热。这样,就可以降低建筑表皮对周围环境的太阳辐射反射和热量转移,从根本上改善了建筑外部的热环境,减弱了城市的热岛效应。

6、规范城市交通系统

提倡公共交通,控制私人小汽车数量,逐步用清洁液化气取代石油作为城市公交车和出租车的主燃料。目前,国外已研制出以电力作为机动车动力的新技术,这将对城市热岛及城市气候环境产生积极的影响。同时,对城市大量交通进行有层次的划分,对车辆进行分流,促进城市大量集聚的热量、温室气体以及悬浮颗粒物分散,减少尘罩作用,降低热岛效应。

四、研究现状与建议

1.热岛效应的研究现状

多年来,众多学者对城市热岛现象做了大量的研究工作。国内外不少学者根据观测资料分析指出了城市温度场及城市热岛强度的影响因素,并提出了城市热岛强度与某些因子的相关模式。论文参考网。不少学者对城市能量平衡中的一些物理过程进行了广泛的探讨,取得一些有益的成果。近几年来我国研究人员从城市的人口密度、绿地数量和分布、建成区面积、人为热、大气污染、地形等方面研究了城市热岛的范围、强度与这些因素之间的关系,也针对城市热场分布与土地利用、覆被之间关系进行了研究。

常规的城市热岛研究以监测为主,根据监测结果分析影响城市温度场及城市热岛强度的因素。常规监测方法采用线路观测和定点观测相结合,由于观测不可能同步进行,观测点位的密度不高,这种方法不能全面、同步地反映地面热辐射状况。而卫星热红外遥感技术能有效、全面地探测到下垫面的温度特征,周期性、动态地监测城市热环境变化趋势,是研究城市热岛效应的有效手段。常用的热红外遥感技术有气象卫星NOAA AVHRR、陆地卫星(Landsat)TM等。相比气象卫星NOAA AVHRR 地面分辨率(1 km ×1 km),陆地卫星(Landsat) TM6 具有120 m ×120 m 的地面分辨率,对于要求精确分析的区域,TM6 是较好的选择。此外,日本九州大学城市与建筑环境实验室开发的城市热岛模拟软件——AU SSSM TOOL , 可对典型区域的热环境进行模拟,对城市的合理规划提供参考。论文参考网。

2.几点建议

首先,热岛效应的研究应从基础资料的调研、收集入手,实地监测城市不同地区热流方向及大小,对建筑气候小区进行划分。其次,在城市不同地区、不同建筑条件下,尤其是热岛现象显著地区建立监测站,进行测量,获得城市重点地区热岛现象的变化模式。这些实地监测数据对当地城市和建筑气候小区的数学模型的建立和修订是非常重要的。最后,根据实测数值,可以建立当地建筑和城市环境的能量平衡模型,包括建立模拟当地的城市气候小区、城市下垫面层、人工排热与热岛效应之间的有机联系模型。

五、结语

21世纪环境和能源问题影响着城市形态和人们的社会生活,热岛效应对城市热环境的影响亟待解决。通过对热岛效应的研究,把握城市热效应分布与城市发展的关系,对促进城市规划和生态环境建设,推进城市可持续发展,提高人居环境质量具有重要的意义。

现有统计资料显示,我国的城市化水平由1998年底的发展到2010年的45%,每年将以1%的速度递增。由于城市化速度的加快,势必将在环境方面带来一系列的问题和负面影响,包括从人口、经济、社会、地理环境、土地利用,以及废水、废气、固体废弃物到道路交通、交通噪声与放射性扩散等各个方面,正视和正确处理好这些问题,是中国城市化道路可持续发展的保证。我国城市环境保护目标按我国2000年环境保护规划纲要,到20世纪末,环境污染问题得到全面控制,一大批城市的环境质量得到改善,自然环境的继续恶化得到有效控制,基本实现良性循环。同时,还为我国城市环境保护提出如下目标:要按照城市性质及功能,划分若干功能区,严格按功能区的要求进行布局和建设,严禁在居民稠密区、风景游览区、水源保护区及城市上风向区建设有污染的工厂,已建成的要抓紧进行调整和搬迁;控制大气污染要采取综合防治措施及区域综合整治,以防尘土为重点;城市水环境保护重点是饮用水源和风景水面,城市污水要充分利用水体自净能力,发展中水技术,合理利用土地处理系统,要合理地因地制宜建设不同形式和不同等级的污水处理场;要实行固体废弃物的资源化方针。上述内容基本上是我国2000年前后的环保政策与要求,无疑也应该是我国城市化道路中环境保护的重点。但是,光凭这几点还远远不够。进入21世纪后,我国城市化道路中的环境问题,还必须要考虑到城市交通带来的城市噪声、道路交通安全等一系列新的问题,以及建筑工地的尘土污染与噪声污染等。不少地方在拉大城市框架的过程中,盲目追求宽马路、大广场,不合理地占用了有限土地资源,造成极大浪费。随着经济的迅速发展,城市人口增长速度加快,全国乡镇企业的崛起与发展,地区间横向经济合作越来越密切,势必将形成以特大城市或大城市为中心,中、小城市为外围,农村乡镇为腹地的城市带或城市群的经济区。这些经济区(城市群或带)的形成,在缩小城乡差别的同时,也将缩小城市与乡镇间的隔离带,随之而来的城市与城市、城市与乡镇、乡镇与乡镇之间的交叉污染将会更趋严重,使区域环境的污染问题突出,这也是2000年以来,中国城市化道路中一个值得关注的主要环境问题。我国城市环境状况我国城市的整体环境状况堪忧,加上管理不善,还有继续恶化的趋势。鉴于我国经济基础主要在城市,而城市又是人口最集中的地区等诸多因素,将城市作为环境保护的重点是理所当然的。通过统计数据可以看出,东部沿海地带城市经济普遍比较发达,环境污染也相对严重,但环境管理和技术力量较强,资金较为雄厚,控制污染的能力稍强;中部地带的大、中城市已有较重污染,如能源、原材料的开发利用,必将产生许多新的污染源;西部地带除个别城市污染较重外,一般来讲尚不突出,然而该地区的生态环境很脆弱,有些已遭到一定程度的破坏,如不引起足够的关注,将会影响到当今战略经济重心西移的方针和西部大开发的进程。随着以长江三角洲经济区、珠江三角洲经济区、东北经济区、黄渤海经济区及以山西为中心的能源基地等组成的全国一级经济区网络,以省会城市和一批口岸与交通要道城市为中心组成的二级经济区网络,以及省辖市为中心组成的三级经济区网络,正在逐步形成与发展,全国经济布局已形成东、中、西三个地带,而长江黄金水道横贯了东、中、西三个主要地带,对我国经济的全面振兴与持续发展起着举足轻重的意义,也应是环境保护的主要对象之一。长江水质状况也是沿江城市开发的重要制约因素,然而目前沿江特大城市、大城市,以及所有中、小城市的江段,均已受到相当严重的水体污染,尤以长江三角洲周围地区的城市江段最为突出,如不予以应有的关注,后果将不堪设想。因此,对长江沿岸的经济区及城市群、带的环境污染,必须加强管理,加快城市污水场的建设等。 城市化的生态环境问题我国城市化已进入快速发展和矛盾突出的关键时期。党的十六大提出走中国特色的城镇化道路,对于我国城镇化的健康发展,以及逐渐实现工业化和现代化具有重大意义。但在许多城市中,环境污染问题十分突出,生态与环境服务的功能普遍下降。世界上发达国家在近百年不同发展阶段出现的生态环境问题,在我国近20年的经济高速发展中就已集中体现了出来,其中最突出表现在以下一些方面。第一是大气污染严重威胁人体健康。据资料统计,在113个大气污染防治重点城市中,的城市和的居民生活在空气质量不适宜人类居住的条件中。大气污染还导致日趋严重的灰霭现象,遍及华北、中原、华南、华东的许多地区,尤其在城市密集地区频繁出现,这些除与城市区域间交叉污染有关外,也与城市大兴土木工程有一定的关系。第二是江河、湖泊和近海的有机物污染严重。大部分湖泊氮、磷含量严重超标;沿海海域赤潮频繁出现;流经城市的江、河中,有90%的水体受到污染,影响到城市饮用水的安全。这些与乡镇企业遍地开花,如一些造纸工厂等的废水未经处理就直接排入江、河有关。第三是固体废弃物迅速增加,无害化处理率低。全国城市生活垃圾累计堆存量已达60亿吨,并以年均的速度增长,已使近2/3的城市陷入垃圾包围之中。2002年全国城市生活垃圾无害化处理率不足15%。近千座垃圾填埋场中有90%属于简易堆放,极易引发水源污染,导致水质下降、土壤污染等一系列问题。第四是有毒有害污染物的危害日益凸现。在一些江、河、湖泊及土壤中,已检测到多达数十种的有毒有害污染物,其中公认毒性最大的二恶英化合物,已在水环境及土壤中析出,而且能通过食物链危害到人体健康。在一些沿海城市中进口的“洋垃圾”和“电子洋垃圾”中,也潜藏着甚多的有毒有害物质。第五是典型大城市与特大城市中交通拥堵、停车困难、交通事故繁多、汽车尾气和噪声污染严重。一些大城市中的交通拥堵呈现加剧趋势,城市中心区的行程车速仅为20公里/时左右,严重制约了城市经济和社会发展。关键所在是城市交通结构失衡,混合交通矛盾突现,城市道路系统资源利用不合理所致。城市交通结构缺乏有效的政策引导和合理整顿,呈现向小汽车和摩托车交通模式的演变,加剧了道路资源浪费和交通拥堵,同时使得机动车尾气和噪声污染呈上升趋势。再有城市道路系统的设计不合理,导致道路资源的低效使用,以及城市停车设施的供需矛盾激化。发达国家平均每辆车要~个停车位才能满足需要,我国百辆车的停车位尚不足35个,因而占路停车现象严重。公共交通部分,轨道交通滞后于城市的发展,大部分城市单靠地面的机动车交通,已无法承担日益扩大的交通需求。由于城市土地资源有限,可用于道路交通的土地紧缺,扩容难度很大,在今后若干年中,高强度、高密度的城市化开发模式,仍将继续维持,由此产生的交通需求,将会使交通供需矛盾进一步加剧。因此须大力发展公共交通,加快大城市轨道交通的建设。第六是城市化过程中的“天天挖沟”现象。现代城市道路下面埋设的管线繁多,一旦有问题便给道路“开刀”,挖了填,填了挖,造成“天天挖沟”的现象,老百姓形象称这种公路为“拉链公路”。这种“天天挖沟”现象,不仅增加维修成本,还影响市容,而且给大众出行带来极大的不便。最近,中国工程院钱七虎院士在“全国人防科研工作”会议上提出了建设地下城市管线公用隧道,也许是解决这一问题的良方。利用一条公用地下隧道,将自来水管、排污水管、电缆等线路均集中在一块,既可以节省费用,易于维修,又使市民少受干扰,还可减少城市交通拥堵现象。 第七是依托“人防”设施的合理开发,发展已有的地下空间,提高土地利用效率。例如,修建地下停车场,发展地下交通,可解决地面人车混杂问题,减少交通事故,提高地面车速,减轻市中心的交通拥堵的压力。还可以利用地下空间建立污水处理系统,消除污水处理过程散发的恶臭,并最大限度地减少污染。钱七虎院士也曾建议:在繁华的市区,将一些噪声大、污染严重的设施和企业搬迁到地下,如酒吧、歌城等深夜扰民行业集中到地下建筑内,而一些如展览馆、科技馆、博物馆等文化设施仍保留于地面,这样一来可以方便市民,二来可以营造整个城市的历史文化氛围,使城市环境建设更具特色。第八是城市环境的安全问题。我国城市环境防灾与减灾体系还十分脆弱,赶不上城市化的步伐,使得城市环境的安全面临严峻挑战。飓风(台风)、地震、洪涝、火灾、地面沉降、放射性扩散、突发性和传染性疾病等灾害,都会威胁到城市环境的安全。其中城市交通及电力、通讯、燃气、热力和给排水等“生命线工程”保障体系更为脆弱,极易产生停电、停水、煤气管道破裂、流行病蔓延和交通受阻等各种灾害延伸的连锁反应。例如,北方大雪和南方暴雨经常会造成城市交通受阻或洪涝灾害;大城市中大型建筑、道路建设损坏水、气、热等公用管线;城市规模的扩大使得电力系统经常超负荷运行,不得不采取拉闸限电等紧急措施。还有,在一些城市食品(粮食、蔬菜和水果)中,其化肥、农药等的遗留量往往高出世界平均水平2~3倍,这些食品安全隐患也都严重威胁着人们的身体健康。城市中的道路交通安全问题中国工程院副院长刘德培院士等在给有关部门提交的院士建议中,认为必须重视城市道路交通安全,建设生命保障体系已刻不容缓。道路交通安全实际上也是广大人民群众最关心、最现实、最直接的重大利益问题之一。自1896年来伦敦发生世界上第一例机动车致死事故至今,全世界道路交通事故死亡人数已逾3500万人。全球仅2000年中道路交通事故就死亡120万人,伤残5000多万人,总体损失超过任何一种自然灾害。我国是全球道路交通事故高发区,死亡人数连续十几年居高不下,2002年死亡人数高达万人,近年来整治交通后稍有下降,2005年死亡者仍近万人,平均每天死亡270人左右,占全国生产安全事故死亡人数的77%。但交通事故毕竟尚属人为,本应可以避免的。道路交通事故还会影响到经济和社会的发展,理应受到高度关注。国外的一些城市交通经验显示,汽车保有量的规模与道路交通事故死亡人数之间,固然有一定的关系,但车多并不意味着事故死亡人数一定会更多。必须指出,万车事故死亡人数与经济发展水平和道路交通安全管理及事故伤害人员救治水平密切相关。例如,美国、日本及西欧等的发达国家,近几十年来由于采取有效措施,大力加强道路交通管理,并提高对事故伤害人员的救治,使道路安全水平提高,事故死亡人数大幅下降。这些发达国家目前的机动车拥有量占全球70%左右,而交通事故死亡人数仅占全球15%。我国2005年万车死亡率为人,而2003年美国万车死亡率为人,德国为人。因此只要采取有效举措,是可以降低交通事故和减少死亡人数的。我国进入21世纪以来,城市中的机动车保有量增长迅猛,随着今后社会经济的持续发展和人民生活水平的提高,该趋势还将长期维持下去,因此必须采取强有力的交通管理措施,避免城市道路交通事故的发生和及时救治事故中受伤害的人,这就需要加快我国道路交通安全及生命保障体系的建设,并多借鉴国外的成功经验并使之适合我国的国情。应该说交通事故总会有一定的发生概率,但大量交通事故的伤亡是可以事前、事后预防的。通过建立坚强、高效的道路交通安全体系,在实际工作中按“零死亡率”目标去从严要求和实施,就一定能够在机动车数量不断快速增加的同时,大幅度提高我国道路交通安全水平。 总之,城市化是一个极其复杂的社会系统工程,在长期的历史发展过程中,几乎是所有自然科学和社会科学共同研究的对象,需要长期跟踪和不断地深入研究。走中国特色的城市化道路,必须以科学发展观作为指导,走符合中国国情、多样化和可持续发展的道路,必须与社会经济发展水平相适应,采取适度的发展速度,有指导、有控制地进行。同时,必须充分考虑到人口、资源、环境容量及条件,把建设“节约型城市”、“紧凑型城市”、“和谐宜居型城市”、“环境友好型城市”作为我国城市发展的基本目标。尽力促进能源和资源的高效利用,加强生态建设与环境保护及其修复与改善,努力建设和谐社会。

城市规模问题是一个长期争论的命题。我国历来强调控制大城市规模的政策(简称规模政策),但是实施的过程却往往与之背道而驰,大上海已经够大了,偏偏又划出了浦东开发区。进入90年代以来,各大城市无不进行城市规划的大调整,而其总用地规模、大体上与经济规模一样的翻一番。一些大城市的规划目标要进入特大城市行列,据说有20多个城市的规划目标是“国际化大都会”。还有为数不少的中等城市规划目标要进入大城市行列。因此,“规模政策”变成了一句空话。其实,推动城市规模发展的动力是当地经济发展的活力、区位优势的显现和投资环境改善的一种合力,是难以阻挡的客观现象,对于即将迈步进入小康社会的、有12亿人口的大国,尽管城市化的主渠道是走发展小城镇的道路,但在一个省区范围内有一、二个特大城市,有一批大城市和中等城市作为经济支撑点是十分必要的。当然也不能不顾客观条件,以不切实际的空想去代替科学的预测,更不能以大规划之名而行大肆炒卖土地之实,或叫做“吃祖宗老本,花子孙的钱”。科学的做法应该是弹性规划,留足余地,阶段明确,分期实施,集中建设,紧凑发展。 城市化过程有起点也就有终点,不可能无限止的发展。从总体而言,当一个地区的城市化水平达到70%左右,总的城市(城镇)用地规模也就变化不大了。因此,城市规划必须从区域着眼,分析各种规模级城镇吸纳人口的可能性,同时科学预测其相应实现的阶段性。这种规划还应该与基本农田保护规划相互匹配,而不是二张皮。所以,若讲控制规模实质必须付以明确的时空观念。时间应界定在我国城镇水平接近或达到70%左右,即将进入变化曲线的第二个拐点的时间,空间则应根据可持续发展的原则,既保证我国粮食的基本自给,又使城市可以弹性发展,进行平衡和布局,寻求可以拓展的备用空间范围。最近江苏省率先在全省范围内开展了把村镇建设规划区与基本农田保护区结合起来加以划定的工作,亦称“二区”划定工作,很值得各地借鉴。 布局问题。城市的布局应该有二层内涵。一是指大的地域空间内的城镇分布均衡性问题。随着地区经济发展条件优劣的变化,在全国范围内必然出现城市分布疏密差异的不均匀性。我国东部沿海省区工农业经济基础条件较好,加之较早获得改革开放的优惠政策,因此近年来城市化速度也较快,同时这些地区人口密度相对较高,因此城市分布密度和规模趋向高密也是必然的。现在在长江三角洲、珠江三角洲出现所谓都市绵延带的新课题也是必然的。而大西北地区由于地广人稀,经济发展也受一定条件制约,即使今后城市化水平较高时,城市的分布密度也还会是偏低的。因此并不存在必须在全国范围同步解决城市布局平衡的问题。如果实行大规模的移民政策和企业搬迁政策,强制调整人口分布密度,实践证明收效甚微,甚至是得不偿失的。随着发达地区本身产业层次的升级,低层次产业必然发生梯度转移,与这种转移相伴随的结果,或者可能在一定程度上缓解这种不均匀性。 就某一特定地区而言,确实存在一个城镇体系的合理布局问题。因为不同规模级的城镇发挥的能级作用是各不相同的。我们希望的是最大限度地综合发挥各级城镇的效益,因此,要寻求合理的分工,尽可能避免重复建设和效益的抵消。每个城市发展的规模,还受自然条件的制约,如水资源、土地资源——特别是基本农田保护政策的制约,环境容量的制约等。城镇与区域内可能形成的基础设施网络关系密切。如陆路、水路、航路等交通条件,通讯条件、电力供应条件等。还有城镇本身的特色产业、旅游资源、历史文化等等是否有优势条件等。所以,城镇处于特定的空间,赋予特定的发展目标,造就一个有机的、高效的、可持续发展的城镇体系,这就是加快城镇体系规划的意义所在。 城市的结构形态问题。如果讲实行城市“规模政策”难度较大,是由于很大程度上取决于客观经济推动力的作用,那么,城市的空间结构形态却是可以通过人的主观能动来加以引导的。我国很多大城市实际是在中等城市的基础上发展起来的,传统的扩展模式是以原有城市核心区为中心向周边不断辐射扩散,每隔若干年调整一次城市规划,不断的吃掉周边的郊区和农田,就像摊大饼一样,愈摊愈大。这种模式造成的后果是,一原有城市内部的基础设施每隔若干年就要扩建或更新,马路一扩再扩,房屋拆了建、建了拆,人行道“挖挖填填、填填挖挖”,旧的管线拆不了,新的管线不断挤进有限的地下空间,陷入一种低水平重复建设的循环之中。二,由于是一张大饼,周围开发度较高、效益较好的农田菜地必然不断被蚕食,即使到远郊去复垦地也难以收到原有的效益。三,人们成天穿梭忙禄在混凝土森林之中,与大自然愈来愈疏远。四,城市的历史文化在不断的拆拆建建之中逐渐泯灭,依稀可辨的也只能是在重重高楼包围之中茕茕孓立的个别古建筑或宅院,既不协调也毫无情趣可言了。五,不间断的旧城改造,容积率和密度不断地提高,致使城市不堪重负。特别是作为城市市区中心的黄金地段,被折腾的强度往往也是最高的,环境污染,交通阻塞,使人有窒息之感。 因此,城市发展能否寻求新的结构形态,而且体现在城市规划中去,是摆在城市领导者和规划工作者面前的重要课题。主张城市化道路以大、中城市的发展为主体的学者,特别强调城市的规模效应,而且城市愈大规模效应愈为突出。对这一命题也要辩证分析。在一定发展历史阶段,上述结论应该是对的,因为城市是集聚的产物,而规模效应与集聚机理是密切相关的。但作为城市发展仅仅是以传统的空间集聚方式为模式,那么,发展到极端必然会向其相反方向转化。因为这种连片空间的集聚必然构成愈来愈大的封闭体系,集聚所带来的正面效应逐渐为同时产生的负面效应所抵消,甚至后者超过前者。为克服这种现象,早在本世纪初,就有几位城市地理学和城市规划工作的先驱者,提出过改变城市结构形态的明智之见。例如俄国的彼得·克鲁泡特金在《田野·工厂和车间》一书中指出“新的快速交通和通讯手段的出现,以及地区的并网发电等,会使小的社区在主要技术设施和便利方面与过分拥挤的城市相媲美”。“小城镇里的人们可以直接接触,并享受城市和乡村两者的优点。”英国的埃比尼泽·霍华德最早提出的“花园城市”的构想,美国著名的城市与区域规划的先驱刘易斯·芒福德在评价霍华德时指出“他提出一种新的城市发展形式来医治城市市中心的脑溢血病和城市边远地区的瘫痪病。”“霍华德懂得,缓解城市的拥挤情况,不是靠大城市的郊外居住区所能解决的,而应该把城市的所有功能疏解开来。他拒绝向郊区发展这种临时性的过渡方式,而要寻求一种城市与乡村稳定持久的结合,而不是脆弱的连结。”如果在世纪之初城市规划的先驱者心目中的理想城市还难以变为现实,那是因为人类还缺乏足够的科学技术的支撑,还无力摆脱那种机械的、连片空间集聚的无奈。那么,面临新世纪的到来,特别是现代基础设施网络建设的高速发展,如高速公路网、高速铁路网、信息高速公路网以及门类齐全的各种服务网的建设已不是神话。网络时代和信息时代的到来使地球变小了,而人们的活动空间却变大了。城市规划工作的回旋余地和视野也就得以大为展开。单纯实行“规模政策”所难以达到的目标,完全可以通过城市结构形态的调控来加以实现。笔者认为理想的城市实际应该是区域内的城市群,它们依靠现代网络结构来加以支撑,各种适度规模级的城市和城镇合理分布的网络的结点上。形成城乡之间不仅协调,而且具有相对稳定的关系。各城市或城市组团的内部功能明确,配套齐全,与外部网络互为输出入系统。变封闭体系为开放体系(或称开敞体系)。如果讲控制规模,就应该着力控制老城市的中心区规模,改造旧城主要在城市质量上、文化底蕴上下功夫,而切忌盲目在数量上作打算。发展城市新的组团,要严格保护和合理调整周围的农田、果园和林地,城郊的农、林、牧业应该较早实现高效、高质,成为“都市农业”。这种形态,非但不被城市所排斥,恰恰是构成城市良好生态的有效组成。建设步骤上要集中力量逐个进行,使之建成一片、配套一片,发挥一片的效益.

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