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關鍵詞：路橋施工；預應力技術；混凝土

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通運輸有了更高的要求，為了確保路橋工程質(zhì)量，必須對其承載力和耐用性予以提高。近年來，預應力混凝土構件廣泛應用于路橋施工中，它具有高強度、高剛度等特點，對混凝土裂縫等能有效防止，但是其在路橋施工的應用還是存在一些問題，給路橋工程的使用功能造成不好的影響甚至有可能引發(fā)重大安全事故。所以，必須對路橋混凝土構件的施工組織設計予以高度重視，嚴格控制預應力施工質(zhì)量，從而有效保障整個工程質(zhì)量。

關于預應力技術的概述

預應力技術指的是預先將壓應力施加在即將要承受外荷載作用的受拉區(qū)域，使其結構性能得到有效改善。路橋工程中對其的應用主要體現(xiàn)在混凝土工程中對預應力技術的應用，具體而言，就是在外荷載作用還未施加在工程結構構件上時，讓預應力得以施加在受拉模塊中的鋼筋上，使構件剛度得以提高，這樣產(chǎn)生裂縫的時間就會推遲，有效增強構件的耐久性。在路橋工程中，預應力混凝土結構采用的鋼材和混凝土具有很高的強度，這樣預應力混凝土的抗裂能力、抗?jié)B性能等就會得到有效保障，還使材料得以節(jié)省下來，結構自重也有所降低，對混凝土裂縫能有效防止，從而確保路橋施工質(zhì)量，使其壽命得以延長。

關于路橋施工中預應力技術的應用分析

目前階段，我國路橋工程對預應力混凝土技術的應用，主要是對設計結構中的組成部分予以補強和改善，使現(xiàn)有路橋的承載能力和抗損害能力得以提高和恢復，路橋的使用期限也能得到有效的延長，使費用得以節(jié)約。改造技術主要有：對薄弱構件的抗力予以增強，并對輔助構件予以增加；對路橋預應力混凝土的結構體系予以改變，使曦臺得以加固等。加固方法主要有：對橋面路面補強層予以加固，針對路橋面的截面可以將其增大。在施工過程中，應當預先將一定的預應力施加在混凝土構件上，使其受壓區(qū)的拉應力和張力得以產(chǎn)生，讓壓應力在受拉區(qū)得以產(chǎn)生，這樣初彎矩的大力作用施加在路橋相關構件上時，拉應交和壓應變產(chǎn)生的幾率就會降低，使混凝土構件的應變增量能夠達到承載要求，對鋼筋的拉應力予以加固，充分發(fā)揮其性能作用。

路橋施工中預應力技術應用存在的一些問題

（一）波紋管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象

在預應力施工中常見的一個問題就是波紋管出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，具體指的是對路橋澆筑混凝土之后堵塞情況出現(xiàn)在波紋管中。波紋管堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)，會使得后期張拉預應力鋼絞線無法順利進行或無法通過穿柬，從而導致較大差異存在于預應力鋼絞線的實際伸長值與設計算值之間，不僅造成工期的延誤，還使得大量人力資源浪費在重復施工中。造成堵管現(xiàn)象的原因主要有：一方面，施工單位沒有嚴格依據(jù)施工規(guī)范和相關標準要求來對波紋管予以安裝，亦或是在對混凝土予以澆筑的施工過程中，振搗人員在對混凝土進行振搗時出現(xiàn)錯誤，使得波紋管局部出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，這樣波紋管中就會有混凝土水泥漿滲漏進來，導致其堵塞；另一方面，波紋管本身質(zhì)量有可能存在問題，從而使得波紋管被漏漿堵塞。

（二）在控制后張預應力結構張拉力方面的問題

預應力鋼筋混凝土施工過程中沒有依據(jù)正確程序進行規(guī)范作業(yè)，特別是沒有嚴格控制混凝土構件的張拉力。一般情況下，采用1.5級油壓來計量張拉力，會有誤差現(xiàn)象出現(xiàn)，在使用千斤頂時，在張拉之前沒有計量標定張拉力，加上實際操作過程中專業(yè)施工人員的匱乏，從而使較大誤差出現(xiàn)在施工中。彈性模量取值比較混亂，在實際張拉操作過程中，沒有依據(jù)相關規(guī)范規(guī)定對伸長量予以控制，使其不超出±6%的范圍，從而使得張拉力出現(xiàn)失控問題。

（三）預應力結構張拉前存在裂縫

從理論上來講，有些預應力B類構件在保證其質(zhì)量不受影響的前提下是可以有一定幅度的裂隙出現(xiàn)的。通常情況下，在張拉前裂隙的出現(xiàn)是自然原因引起的，例如干縮或者溫差。表面存在裂縫的情況有較大可能性，而且寬度不是很寬、分布比較不均勻，大多路橋的梁板類構件的分布都是朝著短方向的，在箍筋或者構件頂面都有可能存在，溫度裂縫有很多種類，有不同程度的，如表面的、貫穿的以及深進的等。

（四）預應力鋼筋孔道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象

在后張法構件中預應力鋼筋孔道堵塞問題比較常見，使預留孔道出現(xiàn)凹陷狀況或者預應力鋼筋穿過孔道的過程無法順利進行下去，對灌注工程質(zhì)量和張拉效果有很大影響。造成這種問題出現(xiàn)的主要原因是將芯過早地抽出來，水泥混凝土還未達到終凝狀態(tài)，其強度較低；或者是將芯抽出來的時間太晚，使得橡膠抽拔管被直接拔斷。

路橋施工中預應力技術應用存在的問題的應對措施

（一）堵塞及裂隙問題的應對措施

依據(jù)預應力筋的曲線坐標系，對漏漿孔道堵塞的位置予以準確標注，防止破壞發(fā)生，對梁的主筋位置盡量予以避開，沖擊鉆在開孔時要緩慢進行，將波紋管中的水泥漿塊清除干凈，讓鋼絞線穿過波紋管的過程暢通無阻，并且伸縮自由；在張拉完畢之后，利用高一等級的微膨脹混凝土對孔洞實行封堵?？梢圆扇∫韵戮唧w措施：在施工下料前對波紋管質(zhì)量予以仔細檢查，當波紋管存在缺陷時要及時發(fā)現(xiàn)并做好清理工作。在對混凝土進行澆筑之前對波紋管進行認真檢查，查看套管接頭情況，確保其連接是牢固的，其密閉性要達到相關標準要求；在對混凝土予以澆筑之時要保護好波紋管，不要讓振搗棒碰觸到它，有效防止破裂情況出現(xiàn)。管子表面出現(xiàn)溫度裂縫的主要原因就是構件存在較大溫差，所以應當盡量避免有較大溫差存在于構件內(nèi)外：當施工時間正好趕上夏季時，要對低水化熱水泥予以優(yōu)先使用；當溫度較低時應當采用取保溫形式恢復預制構件內(nèi)外溫度的平衡。模版的拆除時間不可太早，可以適當延長空心板等薄壁構件的拆模時間。在預制構件和臺座間涂上隔離劑，這樣底模熱脹冷縮作用就不會影響構件。在澆筑混凝土之前必須對隔離劑予以細心保護，有的構件的生產(chǎn)方法是長線法，針對這類構件應當對其應力筋予以及時放松，使其約束作用得以減少。

（二）對施工人員素質(zhì)予以提升

對施工人員開展技術培訓，加強其素質(zhì)的培養(yǎng)，使施工人員依據(jù)正確程序來進行作業(yè)，不能違反相關標準要求。同時，管理者應當對驗收機制予以合理制定，對正在進行的或者已經(jīng)完成的工作進行嚴格檢查。

（三）讓施工質(zhì)量得到有效保障

對施工過程予以嚴格控制，充分考慮各種因素，在混凝土灌注之后，要確保波紋管不會出現(xiàn)變形情況，盡量控制好一切影響波紋管的不利因素，使其不會出現(xiàn)滲漏和堵塞狀況，從而有效確保施工質(zhì)量。

總之，在路橋工程施工中預應力技術的應用有很重要的意義，對其的探索和創(chuàng)新使得預應力技術目前的發(fā)展較為成熟，但是不合適的張拉工藝、孔道以及錨具存在質(zhì)量問題等這些因素，使得施工過程中對預應力技術的運用存在一些問題，因此必須仔細研究這些情況，對問題予以及時發(fā)現(xiàn)，采取有效措施將其加以解決，從而使路橋施工質(zhì)量能夠有所保障。

參考文獻：

[1]劉偉.淺析路橋施工中預應力技術的應用[J].價值工程，2010(21)

[2]鐘天賜，宋明勇.路橋施工中預應力技術的應用[J].城市建設理論研究(電子版），2012(10)

[3]吳占海.淺析路橋施工中預應力技術的應用[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2011(6)

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【關鍵詞】可視化；一體化；公路路線設計；應用

隨著公路事業(yè)的飛速發(fā)展以及計算機技術的不斷進步，那么在公路路線的設計方面的要求也越來越高，由此就出現(xiàn)了很多關于公路路線設計方面的計算機輔助設計，國內(nèi)外的很多學者對于這方面都進行了大量的研究，也取得了很多的成果。這些研究成果很有效的解決了很多公路路線設計中的問題，尤其是其中的平、縱、橫一體化的設計理論，在很大的程度上提高了公路路線設計CAD系統(tǒng)的輔助設計水平。

但是在最初的發(fā)展階段，由于受到傳統(tǒng)的手工設計的影響很大，一體化設計的研究只是局限在路線的平、縱、橫設計的某一個方面，但是我們都知道，公路的路線是一個三維的空間實體，如果單獨的從平、縱、橫其中的一個方面來描述這個實體的話，無論是從哪一方面入手，都會對其他兩個方面產(chǎn)生一定的影響，

為此，就有的學者提出了要將三維的可視化技術一同來應用于上述的平、橫、縱一體化技術當中，這兩種技術的結合就可以使設計人員很輕松的在交互設計的過程中瀏覽到公路在建成以后的場景，從而可以給決策者和設計師一個很直觀的三維立體的印象，也為幾何線形評價，平、縱、橫設計的整體協(xié)調(diào)以及最終設計方案的優(yōu)選、環(huán)境影響評價等各個方面提供決策的依據(jù)。

一、公路路線設計中的一體化設計及應用

（一）數(shù)字地面模型（DTM）

隨著現(xiàn)代計算機技術的不斷發(fā)展和公路路線設計手段的不斷提高，尤其是三維數(shù)字地形圖以及三維數(shù)字地面模型在公路路線設計中的應用越來越廣泛，這些都為公路路線的設計工作實現(xiàn)野外實測工作與室內(nèi)公路設計的一體化進程提供了十分有利的條件。

那么，在公路路線設計一天化技術中，使用的最為廣泛的就是數(shù)字地面模型（DTM），這個模型是通過數(shù)字表達來描述地形的起伏狀況，是在經(jīng)過對地形表面取樣之后所得到的一組以x，y，z來表示取樣點的橫、縱、豎坐標的數(shù)據(jù)以及一套可以對地面地形提供連續(xù)描述的算法所組成的。也就是說，數(shù)字地面模型是按一定的結構有序的組織在一起的一個數(shù)據(jù)組，這個數(shù)據(jù)組代表的是地形特征的空間分布狀態(tài)。

（二）數(shù)字地面模型一體化設計在公路路線設計中的應用

我們知道，在數(shù)字地面模型中，設計人員可以充分的運用其具有數(shù)字化的特點，主要有以下幾個方面：

1、在三維立體的地面數(shù)字模型當中，進行公路線的選定。三維立體數(shù)字地面模型能夠很方便的給出所有可能的路線走廊，以供設計者進行選擇，設計者可以在其中選出所有的可能路線，然后初定較佳路線。

2、在數(shù)字地面模型的基礎上，再對之前初定的路線進行比較，并進行路線平面的空間優(yōu)化，最終確定出最佳的設計路線。

3、再通過CAD系統(tǒng)所提供的路線平面的逐樁坐標，通過在數(shù)字地面模型上進行插值求出路線的縱、橫斷面的地面線，并利用插值所得到的地面線進行縱、橫斷面的設計，最終生成設計路線的縱、橫斷面圖。

4、之后，就將設計好的路線與數(shù)字地形的三維模型進行疊加的處理并消影，然后再經(jīng)過渲染和動畫處理，從而可以得到整個路線的三維真實模型。

（三）數(shù)字地面模型在公路路線設計中的優(yōu)點

數(shù)字地面模型可以真實地模擬地形的表面狀況，并包含了真實的三維坐標數(shù)據(jù)，所以設計人員可以不用到踏勘的現(xiàn)場就可以利用數(shù)學模型在計算機上進行模擬，并最終完成對于公路設計路線的選擇。

這個模型還提供了可以進行任意樁號或已知平面坐標點的高程插值功能。操作人員可以在數(shù)學模型的邊界之內(nèi)輕松的獲得任意樁號以及坐標點的高程值，還可以通過任一個x，y的平面坐標，再通過程序搜索，確定出該平面點究竟是位于哪一個三角中，再通過插值計算之后，就可以得到該平面點在數(shù)學模型上的準確的投影高程值。

同時，設計人員還可以利用數(shù)學模型并不需要通過到現(xiàn)場放線、打中樁、測中平、測橫斷面就可以方便地獲得公路設計路線之上的縱、橫斷面的地面線數(shù)據(jù)，這樣既可以大大的節(jié)省外業(yè)測量所耗費的人力、物力資源，也可以提高勘察設計工作的效率和精度；除此之外，也可以使大范圍的公路路線設計方案的選擇和優(yōu)化成為可能。

二、公路路線設計中的可視化技術及應用

上面我們已經(jīng)提到，由于公路路線設計的三維場景十分復雜，往往不可能采用一種流形的曲面來進行一次性的描述整個模型，為此，我們就要采用分割-歸并的方法，來把整個公路的三維實體劃分成現(xiàn)狀的景物實體以及虛擬的景物實體兩大類，對其進行可視化的描述。

其中，現(xiàn)狀的景物實體主要是指現(xiàn)實中已經(jīng)存在的實體，比如說地形、地貌等等；而虛擬的景物實體則主要指的是正在規(guī)劃或設計中的實體，這其中主要包括路基、橋、隧、涵等結構設施，依我們據(jù)各個子實體的具體特點，分別的研究它們的三維實體造型，然后再將各個子實體拼合成一個整體，讓其成為一個可視的實體。其基本步驟是這樣的：

1、計算拼合交線

就是說將道路的橫斷面的坡腳點的前后進行連接，在路線及橋梁以及隧道的起、終斷面的地方進行封閉，形成若干個閉合環(huán)。

2、嵌入拼合交線

應用約束的Delaunay三角化算法將拼合交線嵌入到已生成的數(shù)字地面模型之中。

3、裁剪地形

在拼合交線所圍成的區(qū)域之中植入一個“程序”，該“程序”可以迅速的蔓延并吞噬掉交線區(qū)域內(nèi)的三角形。

4、拼合模型

將我們所建立的道路模型與裁剪后的地形直接的拼合成一個整體，形成整體模型。

結束語

一體化與可視化的設計是將來公路路線設計的發(fā)展方向，這些技術的應用可以十分有效的提高我國公路建設在勘察和設計階段的效率和質(zhì)量，從而為整個公路工程項目的順利實施打下良好的基礎，我們也有理由相信，一體化和可視化技術會在交通領域得到更加廣泛的應用。

參考文獻

[1]黃桂蘭.DTM在公路設計中的應用[J].武漢大學學報（信息科學版），1989，（3）：102-103.

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關鍵詞：綜合錄井；無線網(wǎng)絡技術；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸

一、前言

綜合錄井儀是錄井現(xiàn)場最重要的裝備之一，在油氣顯示識別及鉆井工程狀況監(jiān)測中發(fā)揮重要作用。工程數(shù)據(jù)和氣測數(shù)據(jù)是綜合錄井最重要的兩項數(shù)據(jù)，前者通過傳感器檢測得到，后者通過烴類氣體檢測系統(tǒng)分析得到。目前，綜合錄井儀傳感器系統(tǒng)多為有線傳輸方式，通過總線集合多個傳感器信號傳輸?shù)骄C合錄井儀，綜合錄井儀接收數(shù)據(jù)后進行存儲。這樣的傳輸方式電路連接繁瑣，要求電纜抗干擾性能好、防爆級別高[1]。此外，轉井過程中，頻繁的拆卸及安裝工作量大，線路連接穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器信號丟失的情況，增加了儀器操作人員的工作強度。近年來，得益于信息及通信技術的發(fā)展，油田數(shù)字化建設程度越來越高，綜合錄井在信息化建設方面也取得了長足進步。隨著傳感器技術及短距離無線通信技術的發(fā)展，錄井無線傳感器系統(tǒng)研制成功并得到了應用[2]，無線傳感器系統(tǒng)具有便于安裝及維護的特點，能夠大大降低儀器操作人員勞動強度[3]。此外，錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型多，有工程數(shù)據(jù)、氣測數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)及第三方數(shù)據(jù)（測井數(shù)據(jù)、lwd數(shù)據(jù)等），這些數(shù)據(jù)存儲呈分散狀態(tài)，不利于充分挖掘儲層信息，無法開展數(shù)據(jù)的綜合應用。只有以綜合錄井儀為中心，構建井場無線網(wǎng)絡，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，采集和存儲錄井現(xiàn)場各種類型數(shù)據(jù)，在此基礎上開發(fā)多種應用，挖掘工程及地質(zhì)信息，為隨鉆監(jiān)測、評價及決策提供依據(jù)。

二、無線傳感器技術

（一）傳感器無線網(wǎng)絡的選擇錄井現(xiàn)場傳感器有多個，分別安裝在井架、泥漿池、泥漿泵等處，能夠監(jiān)測扭矩、力壓、套壓、大鉤高度、轉速、懸重、流量、溫度、密度、電導率、池體積、泵沖等參數(shù)。根據(jù)鉆井現(xiàn)場布置情況，傳感器通常分布在幾十米范圍內(nèi)，不超過100m，短距離無線通信技術即可滿足需要。短距離無線傳輸方式主要有紅外、光波及無線電波3種，基于這三種傳播方式的無線通信技術有紅外數(shù)據(jù)傳輸、藍牙、Zigbee及無線局域網(wǎng)絡（Wi-Fi）等，紅外傳播的優(yōu)點是不會受到井場無線電干擾，但它屬于視距傳播，容易被鉆井設備及人為活動遮擋，影響數(shù)據(jù)傳輸；藍牙優(yōu)點是設備體積小、抗干擾能力強、傳輸數(shù)據(jù)量大，缺點是電池更換周期短，同時錄井傳輸數(shù)據(jù)量小，藍牙不是一種經(jīng)濟適用的傳輸方式[4]；無線局域網(wǎng)絡傳輸距離遠、速率高，但其功耗大，對于電池供電的無線傳感器來說難以保證長時間穩(wěn)定工作；Zigbee技術與藍牙技術類似，都是基于IEEE802.15.4標準的無線網(wǎng)絡技術，其傳輸速率相對較低、耗電量小，降低傳播速率可擴大覆蓋范圍，最大可達134m，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，適宜于多節(jié)點聯(lián)網(wǎng)布置，使用成本相對較低，傳輸速率滿足錄井小數(shù)據(jù)量傳輸要求，是最佳的傳輸方式。

（二）無線網(wǎng)絡結構基于ZigBee無線傳輸技術的網(wǎng)絡結構可以分為分布式和集中式，其中，分布式網(wǎng)絡結構中各傳感器節(jié)點實行分布管理，節(jié)點之間能夠相互通信，支持多跳轉發(fā)，具有能耗低的特點[5]。但由于錄井現(xiàn)場傳感器分布密集，相鄰傳感器節(jié)點間距離較近，采用分布式傳輸方式對網(wǎng)絡的抗干擾能力及能耗要求較高。集中式網(wǎng)絡結構中的各傳感器節(jié)點直接向控制中心發(fā)送檢測的信號，控制中心對檢查信號進行處理并發(fā)送。對于錄井傳感器系統(tǒng)而言，由于傳感器數(shù)量相對較少，傳感器安裝完成后不移動，傳感器屬于重復利用類型，節(jié)點之間不需要相互通信，節(jié)點與控制中心之間只是數(shù)據(jù)傳輸，不需要對節(jié)點進行控制，網(wǎng)絡覆蓋范圍較小，只需覆蓋井場即可。因此，錄井無線傳感器系統(tǒng)網(wǎng)絡設計應簡化，集中式無線網(wǎng)絡結構更適合錄井現(xiàn)場。

（三）無線網(wǎng)絡組建無線傳感器系統(tǒng)采用基于ZigBee協(xié)議的集中式網(wǎng)絡結構，具體如圖1所示。傳感器節(jié)點采用星狀網(wǎng)絡結構，傳感器作為前端采集終端，將采集的信號發(fā)送到井場處理系統(tǒng)，井場處理系統(tǒng)對信號進行處理后，發(fā)送到綜合錄井儀無線接收系統(tǒng)，然后將數(shù)據(jù)存儲到綜合錄井儀服務器數(shù)據(jù)庫中。在具體網(wǎng)絡組建時，首先布置一個可以覆蓋整個井場的中心節(jié)點處理器，該處理器能夠接收各傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)以無線傳輸方式發(fā)送到井場中心網(wǎng)絡設備，通過中心網(wǎng)絡設備將數(shù)據(jù)發(fā)送到綜合錄井儀，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲。

三、井場無線網(wǎng)絡應用

（一）井場無線網(wǎng)絡錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型多，不同類型數(shù)據(jù)呈分散存儲狀態(tài)，不利于對數(shù)據(jù)深入應用。為了開展對不同類型錄井數(shù)據(jù)的深入應用，挖掘儲層含油氣性等重要信息，需要在錄井現(xiàn)場建立無線網(wǎng)絡，能夠覆蓋整個井場，數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，網(wǎng)絡中心配置在綜合錄井儀器房，供電穩(wěn)定，無需考慮功耗問題。無線局域網(wǎng)絡（Wi-Fi）傳輸速率高、覆蓋范圍廣，在錄井儀器房不受功耗影響，滿足使用需求。同時，考慮到錄井現(xiàn)場地質(zhì)數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、綜合錄井儀數(shù)據(jù)、測井數(shù)據(jù)、地質(zhì)導向數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)大，對傳輸速率要求較高，無線局域網(wǎng)絡符合要求。

（二）井場無線局域網(wǎng)絡構建在錄井現(xiàn)場構建無線局域網(wǎng)絡，具體網(wǎng)絡布置如圖2所示，首先需要在綜合錄井儀器房布置一臺井場數(shù)據(jù)專用服務器，用于存儲錄井現(xiàn)場各種類型數(shù)據(jù)。然后將該服務器與綜合錄井儀路由器連接，實現(xiàn)對綜合錄井儀數(shù)據(jù)采集。同時，將該服務器與地質(zhì)房衛(wèi)星路由器連接，實現(xiàn)與地質(zhì)計算機連通，可以采集地質(zhì)數(shù)據(jù)。構建井場無線局域網(wǎng)絡的關鍵是在服務器上連接無線路由器，井場第三方的計算機通過無線網(wǎng)卡連接無線路由器，實現(xiàn)與井場服務器的連通，可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄畧龇掌魃希謾C用戶也可以連接無線路由，方便數(shù)據(jù)的瀏覽。通過構建井場無線局域網(wǎng)絡，將井場各方接入到無線局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸。

（三）數(shù)據(jù)的深入應用通過構建的無線局域網(wǎng)絡，井場數(shù)據(jù)服務器采集存儲多種類型數(shù)據(jù)，構建了標準的數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，開發(fā)多種應用程序，方便調(diào)用數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的深入挖掘。可以開展以下應用：①隨鉆數(shù)據(jù)。以報表形式地質(zhì)數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、地化數(shù)據(jù)、測井數(shù)據(jù)。以曲線形式工程參數(shù)、測井數(shù)據(jù)；②隨鉆成果圖。如隨鉆巖屑、巖心草圖、氣測評價圖、地化評價圖、測井評價圖等；③隨鉆解釋系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫基層上開發(fā)隨鉆解釋系統(tǒng)，實現(xiàn)儲層隨鉆解釋評價；④多井對比。開發(fā)多井對比功能，建立對比模板，調(diào)取鄰井數(shù)據(jù)進行對比，實現(xiàn)對地層對比及儲層預測；⑤工程應用。開展地層壓力預測及監(jiān)測、鉆頭效率評價、機械比能評價等，優(yōu)化鉆井施工。

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【關鍵詞】公路工程；路基；路面；施工技術

1、公路施工的質(zhì)量控制

要想做好公路工程的施工管理，就要加錢對公路工程施工過程中的重點問題和重點環(huán)節(jié)的控制。一般來說，可以從以下幾個方面進行：

1.1公路施工的質(zhì)量控制關鍵點設置依據(jù)

對公路施工過程中的中的重點和關鍵點進行設置主要依據(jù)的是這些工程環(huán)節(jié)是否是公路施工的薄弱部位、重要項目，以及是否存在一定的施工危險和施工安全隱患，另外，成本也是一個重要的評價依據(jù)。

1.2關鍵點的管理和控制措施

指的就是對這些已確定的關鍵點的管理實施辦法，一般來說包括：制定管理規(guī)范、實行責任負責制、進行定期檢查和詳細的施工質(zhì)量記錄。

1.3關鍵點的管理效果的評價

也就是說在實行了以上管理行為后所取得的管理效果，是否達到了有效管理的目的。

2、公路工程施工過程的技術應用管理

2.1公路施工中的路基施工技術

2.1.1加強對邊坡和排水的管理

（1）邊坡的施工控制。一般來說，在路基施工過程中，邊坡的施工重點主要在于對其高度的管理，也就是要避免由于邊坡過高導致的路基承載負荷加大，以及邊坡過低導致的無法起到攔阻作用的目的。

（2）排水的施工控制。所謂排水的施工管理，就是要結合當?shù)氐耐临|(zhì)環(huán)境和水文特點，設計流暢的排水管道布設，避免水的堆積導致的病害問題。

2.1.2路基施工過程中壓實度的控制

（1）加強對土層含水量的技術控制。路基材料中的拌合材料具有一定程度的含水量，因此含水量合適與否對于路基材料的壓實效果是有著十分重要的影響的，在對路基壓實的過程中，有關施工管理單位應該加強對材料的水含量的測試，并避免在雨天施工，避免造成水含量過高導致的壓實不達標。另外，要注意的是長時間的日光暴曬還會導致材料的含水量過低，同樣的不利于壓實施工。

（2）加強對碾壓施工的質(zhì)量控制。壓實效果的最重要的影響因素就是機械設備的選擇以及具體施工技術的操作，因此在碾壓施工過程中，有關管理部門應該適當加強對設備的管理，選擇最合適噸位以及施工要求的壓路機進行施工，而在操作上，應該任用專業(yè)的技術人員。此外，為了達到更好的碾壓效果，應該對一些接縫部位進行二次碾壓。

2.2路面施工中的技術控制關鍵點

2.2.1路面的墊層施工

所謂墊層，就是在路基上鋪設一定的材料以達到更好的路面同路基的密實效果，而在這個過程中墊層材料的選擇無疑對于施工質(zhì)量的影響是最大的。因此，有關部門應該嚴格材料的采買和儲存，避免由于潮濕等問題影響材料的使用效果。

2.2.2路面的底基層施工

在對路面的底基層進行施工時，必須要按照一定的分層鋪設和拌合方式對材料進行處理，避免由于材料的擱置時間過長導致的離析。從而影響材料的密實度。

2.2.3路面的基層施工

基層作為路面的核心施工環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量的好壞對于路面施工的效果起著決定性的影響，因此，有關管理人員應該加強對該環(huán)境的施工技術管理。在這個過程中，無論是材料的拌合、計量裝置的選用、材料的拌合還是材料的攤鋪碾壓都要做到精細化的管理，確保當下的施工環(huán)節(jié)完全按照施工計劃和施工規(guī)范進行操作，并在達到理想的施工效果后方能開展下一環(huán)節(jié)的施工。

2.2.4路面的面層施工

路面的面層施工具有兼具觀賞性和實用性的特點，因此在施工技術的管理中應該在強調(diào)質(zhì)量的同時，兼顧美觀性。下面筆者將從四個方面對路面面層的施工技術控制進行分析：

（1）在公路瀝青混凝土面層的施工過程中，所使用的拌和機的單臺產(chǎn)量需超過200t/h，一個拌站不能使用兩個拌和機。此外，在施工過程中所使用的攤鋪機，其幅寬必須是12m，并且可以滿足一次攤鋪要求。

（2）在面層施工過程中所使用的拌和機，必須符合每罐自動記錄的要求，并且可以打印出相應的用量、溫度以及材料，不允許手動。

（3）在面層施工過程中所使用的混合料，其溫度必須足夠高。礦料可以加熱至180～190℃，瀝青可以加熱至170～180℃混合料的出廠溫度應該控制在160～170℃左右，其出貯料倉的溫度必須高于150℃，在運到施工地點后，其溫度同樣要在150℃以上，在初碾時，其溫度應該在140℃以上，當終碾時，其溫度也要超過80℃。若需使用改性瀝青則必須經(jīng)過相應的試驗，以確保改性瀝青有足夠的溫度，在施工時，混合料應該實行高溫施工，超溫的混合料必須丟棄，禁止使用在面層施工中。

（4）瀝青面層施工應選擇在氣溫比較高的環(huán)境中進行，若氣溫達不到規(guī)定的標準，在進行碾壓時，必須采取有效的方法確保碾壓時的高溫度，比如在運料時可以在物料上面覆蓋一層保溫蓬布，或者可以加熱熨平板等等。

（5）在進行瀝青面層碾壓時，應使用重型壓路機，同時應進行相應的試驗。膠輪壓路機重為15～25t，鋼輪壓路機重為12～15t，振動壓路機重為8～14t。面層的壓實必須在高溫下實行，這樣不僅可以減少壓路機的數(shù)量，而且還可以減少面層碾壓的遍數(shù)。

3、結語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的繁榮，交通基礎設施的建設獲得了很大的發(fā)展，大量的公路工程正在興建，公路對于整個國民經(jīng)濟的發(fā)展起著十分重要的作用，是溝通各個地區(qū)的紐帶，公路工程質(zhì)量的好壞將會直接影響公路的質(zhì)量，最終影響經(jīng)濟的發(fā)展。因此要做好公路關鍵部位的施工工作，重視公路關鍵部位的質(zhì)量，對其進行嚴格的監(jiān)控。防止關鍵部位的施工存在隱患，保證使用的質(zhì)量延長其使用壽命。在公路工程的施工中，必須高度重視關鍵部位即路基與路面的建設，只有保證路基與路面的施工質(zhì)量，公路工程的整體質(zhì)量才有保障。上文中筆者從路基路面施工的具體環(huán)節(jié)進行了逐一分析，希望能夠為推動我國公路事業(yè)發(fā)展盡綿薄之力。

參考文獻

[1]沈隼，陸旭明.公路工程施工技術關鍵部位的研究[J].廣西質(zhì)量監(jiān)督導報，2008（04）

[2]劉曉陽.對公路路基施工相關技術和方法的探討[J].山西交通科技，2011（02）

篇6

【關鍵詞】加熱爐 節(jié)能 除垢 管理

1 前言

目前，第七采油廠建有各類燃氣加熱裝置134臺，其中真空加熱爐33臺，占加熱爐總數(shù)的27.97%。2009年全廠加熱爐總能耗為75756.8噸標煤，占全廠總能耗33.26%，其中消耗自產(chǎn)氣5161.0萬立方米、外引氣535.0萬立方米。第七采油廠目前在用加熱爐，普遍結垢嚴重，導致爐效偏低，是造成加熱爐能耗居高不下的一個重要原因，既浪費能源又具有一定的安全隱患。特別是真空爐，每年需酸洗一次，工作量大，而且存在施工安全隱患、環(huán)境污染、管線腐蝕、施工周期長等問題，已不能適應當前油田發(fā)展的的形勢，急需探索新的、安全可靠的除垢方式來解決加熱爐除垢問題，加強加熱爐的管理，尋求更好的除垢、防垢措施。

2 除垢、防垢措施現(xiàn)場試驗效果

第七采油廠近年已采取多種除垢、防垢措施，來應對加熱爐結垢嚴重，耗氣量居高不下等問題，下面將分類介紹、對比各種除防垢措施的實施效果。

2.1 應用低功耗高頻震蕩除垢防垢技術

2.1.1 基本原理

低功耗高頻震蕩除垢防垢技術是將超聲波直接作用于熱交換裝置內(nèi)部，從而實現(xiàn)在線防垢、除垢的純物理方法，超聲波除防垢技術是利用物垢剛而脆的機械特性進行除垢的，對硬垢作用效果極為顯著。當?shù)凸某暡ǔ拦冈O備激發(fā)的超聲波震蕩沿著熱交換設備的金屬構件傳遞至管束上。所以，這是一項通過對積垢持續(xù)不斷的高效剝落來達到除防垢效果的前所未有的高新技術。

2.1.2 現(xiàn)場試驗

2008年在第三油礦葡三聯(lián)合站脫水崗3臺真空加熱爐、第一油礦葡北1#轉油站3臺加熱爐、2009年在葡北13#轉油站2臺加熱爐安裝了低功耗超聲波除防垢儀的（功率0.1kw）。

測試安裝前和使用3個月后加熱爐的效率以及摻水泵的效率。檢測發(fā)現(xiàn)爐效和泵效均有所提高，平均加熱爐熱效率由74.65%提高到78.98%，提高了4.33%，泵效率由72.31%提高到76.46%，提高了4.15%，表明該設備確實有效。

2.2 加熱爐FHC-D紅外線節(jié)能涂料涂敷

2.2.1 基本原理

FHC遠紅外節(jié)能劑是一種涂刷于加熱爐爐膛內(nèi)壁的新型節(jié)能涂料，采用輻射吸熱原理，能夠提高加熱爐爐膛吸熱能力和加熱爐系統(tǒng)效率，節(jié)約天然氣。

2.2.2 現(xiàn)場試驗

2009年在第七采油廠55臺加熱爐推廣應用節(jié)能涂料涂敷，測試前后耗氣指標，節(jié)氣率達到6%以上，節(jié)能效果明顯。

2.3 電子除垢儀

2.3.1 技術原理

電子除垢儀的核心是一個調(diào)制信號發(fā)生器。采用先進的集成電路和信號處理技術，產(chǎn)生一種復雜頻率的調(diào)制信號，通過信號電纜將該調(diào)制信號加在管道上，在管道內(nèi)部產(chǎn)生一個分子力動態(tài)干擾場（ADDMF信號場），作用于管道中的流體和溶于其中的溶鹽分子，產(chǎn)生一種核化效應。

2.3.2 現(xiàn)場試驗

2009年10月，第七采油廠分別在應用了敖包塔聯(lián)合站二合一進口管線、敖四轉油站四合一進口管線安裝了兩臺高效電子除垢系統(tǒng)，2010年10月對可以錄取垢樣的敖包塔聯(lián)合站2#二合一加熱爐進行前后期垢樣對比，前期垢厚為7.18mm，運行一年后錄取垢樣，后期垢厚為3.22mm，除垢效果明顯。2套加熱爐高效電子除垢系統(tǒng)1-9月份節(jié)約燃氣5.06×104m3。

2.4 真空加熱爐空穴射流清洗技術

2.4.1 技術原理

放入管路中的清洗器，在流水的推動下，快速向前移動，清洗器上的金屬葉片產(chǎn)生高頻震蕩，清洗器被由此產(chǎn)生的急速旋轉的渦流所包圍，形成連續(xù)移動的低壓區(qū)，瞬時激射出強力的微射流，無數(shù)的微射流會聚成沖擊波，徹底粉碎沉積物。

2.4.2 現(xiàn)場試驗

（1）在加熱爐進口連接儀器投放裝置，投入清洗儀器，與水泥車相連接，水泥車與水罐車連接。

（2）在加熱爐出口連接儀器接收裝置，連接排污管線至空罐車內(nèi)；

（3）啟動水泥車推動清洗儀器在盤管中行進；

（4）觀察排垢情況，用接收顯示儀測定儀器進入接收裝置后，水泥車停止工作，取出儀器，單根管線清洗結束；

葡三聯(lián)脫水崗3臺真空加熱爐清洗前熱水溫度與外輸溫度相差25℃，清洗后20天內(nèi)的平度溫度差18℃，說明清洗后，盤管導熱能力增強，除垢效果明顯。

清洗前，葡三聯(lián)脫水崗3臺真空加熱爐同時運行，加熱溫度為65℃的平均耗氣量為11188 m3/d，清洗后，平均耗氣量為9357m3/ d，清洗后每天節(jié)氣1831m3，節(jié)氣效果顯著。

3 除防垢效果及經(jīng)濟性對比

從上述現(xiàn)場試驗可以看出：

（1）低功耗超聲波除防垢儀除垢及節(jié)能效果均較好，但單臺費用14.5萬元，一次性投入較高，投資回收期較長。

（2）FHC-D紅外線節(jié)能涂料具有耐高溫、輻射率高、降低煙垢和水垢生成速度的特點，但該材料的有效期僅為12個月，雖然降低了煙垢和水垢的生成速度，但不能阻止水垢生成，不適宜長期使用。

（3）電子防垢儀除垢防垢效果良好，但單臺費用太高，且安裝復雜，不易維護。

4 結論

通過對以上加熱爐除防垢技術的對比分析，可以看出空穴射流清洗技術無論是除垢效果還是經(jīng)濟性都要優(yōu)于其他除防垢技術，建議在今后的加熱爐清洗中推廣應用。我們今后應該加大管理力度，探索合理的管理措施，本文就管理措施方面提出以下幾點建議：

（1）完善加熱爐維修維護技術檔案，密切監(jiān)控加熱爐的運行狀態(tài)，嚴禁超溫、超壓、超負荷運行，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患。

（2）定期檢測加熱爐的運行情況，確保各項運行指標正常。

篇7

1醫(yī)療健康領域的需求現(xiàn)狀

在醫(yī)療健康領域,關注的熱點正在漸漸從最基本的疾病產(chǎn)業(yè)向保健產(chǎn)業(yè)轉變。這二者都是以健康服務為最終目的,但是前者主要是有針對性的“對癥下藥”,而后者則更傾向于為一般消費者提供更全面的保健解決方案。

美國著名經(jīng)濟學家保羅?皮爾澤(Paul Zane Pilzer)曾是花旗銀行最年輕的副總裁并出任布什、克林頓兩任總統(tǒng)的經(jīng)濟顧問,在他的《財富第五波》一書中指出:二十一世紀人類面臨嚴重飲食失衡,卻人人希望更健康、抗老化,預防勝于治療,從而開啟保健產(chǎn)業(yè)的兆億商機。這是繼第四波網(wǎng)絡革命后的明星產(chǎn)業(yè),相比疾病產(chǎn)業(yè)的被動性,保健事業(yè)是主動積極的產(chǎn)業(yè)。

世界衛(wèi)生組織(WHO)在2008年10月公開的一份檔案中提到:人口老齡化助長癌癥和心臟病病例上升;心血管疾病是全世界主要的死亡原因,聽力喪失、視力問題和精神障礙是最常見的殘疾原因。

龐大的老齡化群體和慢性疾病患者等群體的現(xiàn)狀(換言之,是社會需求和市場需求的現(xiàn)狀)使得疾病產(chǎn)業(yè)、保健產(chǎn)業(yè)中亟需發(fā)展應用新的技術和產(chǎn)品。

2.1 世界人口老齡化,對醫(yī)療護理產(chǎn)品提出了更高的要求。

隨著醫(yī)療水平的提高,世界平均人口壽命增加,世界和中國都面臨著人口結構老齡化的問題。如根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟社會部的研究數(shù)據(jù)(如圖 1),到2050年世界60歲以上的老年人將達20億,約占世界總人口的1/3,其中有79%生活在發(fā)展中國家;而中國國家人口發(fā)展戰(zhàn)略研究報告也指出,我國在2007年老齡人口為1.43億,占人口比重的11%,但是在2040年左右,這個數(shù)字將達到4.3億,占全國人口的30%。這些數(shù)字意味著屆時每4個人中將有1~2名老年人,同時也表明針對老年人護理的配套設施將會有很大需求。

近幾年來,中國社會老齡化趨勢日益明顯,也引起了各有關方面的關注。“人口老齡化將伴隨21世紀始終”。我國現(xiàn)在雖然還處于勞動力黃金時期,但60歲以上人口超過14%,65歲以上人口超過10%,按照國際社會標準,已經(jīng)跨進了老齡化社會的門檻。老齡化問題將從多方面給中國社會帶來巨大壓力和挑戰(zhàn),同時也會帶來新的機遇,其中最大的機遇就是老年人群消費所帶來的“銀發(fā)產(chǎn)業(yè)”發(fā)展。

我國老齡化的趨勢及特點如下:

(1)老齡化速度快于全國總人口增長速度;

(2)我國老齡化速度快于世界老齡化速度;

(3)我國老齡化速度快于經(jīng)濟發(fā)展速度,呈現(xiàn)了“未富先老”的特征;

(4)經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)率先進入老齡化;

(5)老年人生活質(zhì)量有所提高;

在目前我國經(jīng)濟發(fā)展水平尚處于世界中下水平時,老齡化程度卻己進入了發(fā)達國家的行列。老齡化的加速對經(jīng)濟社會都將產(chǎn)生巨大的壓力。

老人占全球人口的比例越來越高,這助長了與年齡有關的慢性病增加,在發(fā)展中國家尤其如此。在世界各地,護理人員、衛(wèi)生系統(tǒng)乃至整個社會均需作好準備,應付老人持續(xù)增長的需求。

1.2疾病特別是慢性病的威脅和困擾日益擴大化,以及家用保健產(chǎn)品需求的加強,對醫(yī)療保健產(chǎn)品的便攜程度提出了更高的要求。

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高,對一些多發(fā)性的慢性疾病、殘疾障礙、以及神經(jīng)功能失調(diào)疾病的治療需求越來越迫切。

心血管疾病是全世界主要的死亡原因,主要是心臟和血管疾病,可造成心臟病和中風。通過健康飲食、經(jīng)常性身體活動和避免使用煙草,可預防80%以上的心臟病和中風,而為了進一步減少威脅,這些病往往還需要長期的、經(jīng)常性的檢查和治療。

最常見的殘疾原因中如聽力喪失、視力問題和精神障礙等,其中許多障礙是容易通過電刺激設備進行輔助治療的(例如聽力喪失和白內(nèi)障)。這些疾患的總體罹患率較高,需要改善獲得治療的機會和方法,改善患者的生活質(zhì)量,使人們過上有意義的生活。

另外,神經(jīng)功能失調(diào)是一大類神經(jīng)系統(tǒng)疾病,高發(fā)病率而且重癥的帕金森病等運動障礙疾病、癲癇、頑固性疼痛等,導致病人明顯殘障,造成巨大的經(jīng)濟和社會負擔。傳統(tǒng)上,神經(jīng)功能失調(diào)疾病的治療有藥物方法和外科手術毀損方法。但是長期服用藥物副作用多且難以避免,而由于腦和神經(jīng)的復雜性和人類認識的局限性,不可逆的手術毀損具有不可預知的惡性后果。

進入21世紀后,隨著生活質(zhì)量的提高,人們健康意識也普遍增強。特別是在醫(yī)院內(nèi)“一次性治愈”目標很難實現(xiàn)的階段下,新的產(chǎn)業(yè)應運而生:除了醫(yī)院的醫(yī)生診斷,可家用的醫(yī)療及保健電子設備的需求明顯,如疾病預防和協(xié)助診斷、慢性病的長期監(jiān)測及治療、特別是老年人護理等。另外,包括慢性疾病的監(jiān)測和控制、治療在內(nèi),醫(yī)療保健需要同時實現(xiàn)在臨床上的診斷準確性和日常家用的普及性,以及建立以預防和早期診斷為導向的健康觀念。比如對于盲人、癲癇癥、糖尿病等患者,傳統(tǒng)醫(yī)療護理手段所帶來的長期的臨床生活是社會和病人都無法承擔的,而離開了醫(yī)院又會造成生活質(zhì)量的下降。于是醫(yī)療電子終端產(chǎn)品的普遍發(fā)展趨勢將主要是便攜式、穿戴式,某些特殊方面還向植入式發(fā)展,以實現(xiàn)“隨時隨地”的動態(tài)、連續(xù)的檢測和初步診斷。可以預見在不遠的將來,這些便攜、可穿戴或植入式的醫(yī)療及保健電子設備將給人類的生活提供極大便利,產(chǎn)生重大的影響。

1.3 世界醫(yī)用市場需求的迅猛發(fā)展,將成為半導體市場的重要推動力。

在世界范圍內(nèi),醫(yī)療電子市場連續(xù)25年增長,很有可能成為未來(半導體市場的)主要驅動。全球醫(yī)療保健費用每年5萬億美元,而中國的醫(yī)療保健則消耗了GDP的5%,平均每年增加38%。特別是從全球醫(yī)用半導體行業(yè)的收入來看,醫(yī)用半導體行業(yè)的幾個主要的部分預計在未來的5年內(nèi)年均復合增長率(CAGR)在10%附近。

而另一份來自Databeans (Sept. 2008)的數(shù)據(jù)則預計在未來5年醫(yī)用集成電路市場的年增長率將高達14%,甚至高于消費類集成電路(11%)和計算機集成電路(9%)的增長。可以看出,在21世紀醫(yī)用集成電路的重大革新將會像上世紀80年代的電子計算機、90年代的移動通信一樣,成為影響全球半導體市場的主要推動力。

世界范圍內(nèi)的醫(yī)療電子市場同時會帶動我國的醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)。比如現(xiàn)階段我國的“銀發(fā)產(chǎn)業(yè)”剛剛起步,根據(jù)中國國家老齡委提供的數(shù)據(jù),目前中國老年人用品市場的需求量為4000億元,到2010年將達到10萬億元,而現(xiàn)階段全國為老年人提供的產(chǎn)品不足10%,離市場需求差距巨大。而且隨著中國經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展,各方面因素將為“銀發(fā)產(chǎn)業(yè)”蓬勃發(fā)展提供更加強大的動力。在推動經(jīng)濟增長的同時,老年人生活質(zhì)量能夠提高、身心健康得到保障,借助產(chǎn)業(yè)發(fā)展也可以緩解老齡化問題給社會帶來的壓力。

2我國醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)面臨的機遇

醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)的涵蓋領域非常廣,包括超聲波成像、計算機斷層掃描等應用電子設備,以及電子血壓計、血糖儀等消費類終端產(chǎn)品都屬于醫(yī)療電子領域。在我國的電子信息產(chǎn)業(yè)中,醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)是很重要的一環(huán),是最貼近民生的電子信息產(chǎn)業(yè)細分行業(yè)之一。隨著2009年4月份《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》的出臺以及國家新醫(yī)改方案的公布,尤其是8500億元醫(yī)改的投入,我國醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)無疑面臨著廣闊的發(fā)展空間,這對我國的醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)將帶來積極的影響。而且政策別還強調(diào)了要加強在醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)領域自主創(chuàng)新能力的建設,這無疑為我國醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)帶來了很好的發(fā)展機遇。另外,醫(yī)療設備行業(yè)的高速增長也將刺激醫(yī)療電子市場的需求:據(jù)預測,當前我國醫(yī)療電子市場規(guī)模為250多億元,同比增速在16%以上,超過了全球市場的增長率。

為了更好的應對這個難得的發(fā)展機遇,要在如下兩個方面有所建樹:一方面是在醫(yī)療信息系統(tǒng)領域。這一領域迫切需要提高遠程醫(yī)療水平,以及其所依賴的信息傳輸和管理技術。另一方面是在醫(yī)療電子領域。這兩個方面的要求,需要在技術上關注網(wǎng)絡標準與便攜技術的走勢:第一是網(wǎng)絡互聯(lián)操作標準。幾年前一些著名國際企業(yè)包括思科、IBM、英特爾、三星電子等就成立了“持續(xù)健康聯(lián)盟”產(chǎn)業(yè)組織,以進行標準選擇、互用性指南的編寫等工作。ADI亞太區(qū)醫(yī)療事業(yè)部也認識到“為了適應醫(yī)療體系的網(wǎng)絡化建設,從長遠發(fā)展來看互聯(lián)的數(shù)據(jù)平臺變得非常重要”。第二是便攜醫(yī)療產(chǎn)品與技術。隨著人們健康意識、健康需求及相應支付能力的不斷提高,以預防為主和早診治的指導思想,以及醫(yī)療電子隨著集成電路技術的發(fā)展不斷涌現(xiàn)出小型化、集成化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化的趨勢,這些都將成為便攜醫(yī)療電子快速增長的催化劑。在便攜醫(yī)療產(chǎn)品中,電子血壓計、便攜血糖儀、電子助聽器等便攜式設備占到家用便攜醫(yī)療產(chǎn)品市場的90%,而便攜式多參數(shù)監(jiān)護儀、便攜式超聲診斷儀、便攜式胎兒監(jiān)測儀、便攜式心電圖儀位居我國醫(yī)用便攜設備市場前列。此外,基層醫(yī)療機構所需的低成本、高可靠性、操作簡單的X光機、超聲診斷儀、核磁共振設備和計算機斷層掃描設備的市場容量也將大幅提升。而這些產(chǎn)品所涉及的智能化、小型化、低功耗、高分辨率的技術都備受關注。

3集成電路技術應用的概要介紹

集成電路技術在醫(yī)療電子領域內(nèi)的應用非常廣闊且多樣化,大致可分為下述四種不同的應用類型:

(1)醫(yī)學影像――這一類型包括超聲波、計算機化的X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)、X射線、正電子發(fā)射斷層顯像等;

(2)醫(yī)療儀器――主要是實驗室配套電子設備、透析機、分析儀器、外科手術設備、牙科設備等;

(3)消費型醫(yī)療設備――偏重于患者(可家用,非臨床)使用的終端設備,包括數(shù)字體溫計、血糖計、血壓計、胰島素泵、心率計、輔助聽力(數(shù)字助聽)等;

(4)診斷、患者監(jiān)護與治療設備――協(xié)助醫(yī)生判斷的(主要是臨床使用)相應設備,都包括心電圖、腦電圖、血氧計、血壓計、溫度計、呼吸計、除顫器、植入設備等;

這四種類型基本涵蓋了醫(yī)療電子領域的各種應用。其中后兩類,特別是消費型醫(yī)療設備尤其需要通過先進的集成電路技術來達到智能化、小型化、低功耗、高分辨率等目標。

小型化、低功耗:通過這些便攜、可穿戴、或是植入式的設備,才可以實現(xiàn)人體相關體征信號的動態(tài)采集和連續(xù)監(jiān)測,在必要時還可以達到24x7的工作要求;

智能化、低成本:可醫(yī)院用、家庭用、其他非醫(yī)院環(huán)境用,并通過網(wǎng)絡接入等技術實現(xiàn)遠程醫(yī)療,從而更合理地配置醫(yī)療資源,提供更高水平的醫(yī)療服務,同時減緩醫(yī)院就診壓力。還可普及供大范圍內(nèi)的人群使用:如病人用來治療、健康人用來預防,或老年人用于輔助護理、年輕人用于鍛煉健身,可提供早診治的信息,對人體最小干預(無創(chuàng)/微創(chuàng)),等等。

世界上集成電路領域最權威的會議――國際固態(tài)電路會議(ISSCC)的技術專題委員會,圍繞以上四種類型的醫(yī)療電子應用中日益凸顯的關鍵技術問題,在2009年預測了在未來醫(yī)療電子應用領域中集成電路技術的研究熱點:

(1)人工輔助聽覺、視覺、無線肌肉刺激、神經(jīng)刺激:這類研究重點在于需要對人體安全無危害,包括和人體組織的電極接觸界面、泄漏電流檢測、過熱斷電等。同時還對系統(tǒng)的可靠性、外殼包裝、集成度和工作壽命等方面有要求;

(2)傳感量:生物分子檢測(如DNA等),神經(jīng)感知、集成核磁共振等;

(3)超小型:遙控或遠程診斷;

(4)自適應控制:場景分析、管理方法等;

(5)無線測量技術中的瓶頸:數(shù)據(jù)流壓縮、拓寬頻道等;

(6)帶有馬達和姿態(tài)控制的智能內(nèi)窺鏡膠囊;

(7)pH值的測量陣列(離子敏感的場效應管,ISFET);

(8)其他系統(tǒng)級需求。

在這些預測的研究熱點中,既有針對某一種具體應用提出了更進一步的功能研究(如用于腸胃內(nèi)窺鏡中的馬達和姿態(tài)控制),也有對從應用中提煉出的共性關鍵技術(如對于無線通信技術方面的瓶頸分析),還有對于生物醫(yī)療與集成電路的交叉學科發(fā)展趨勢(如需要更完善的知識結構和傳感技術完成生物分析檢測等)。

從技術實現(xiàn)的角度來看,上述醫(yī)療應用中有關的信息工程在醫(yī)療電子領域面臨的根本性問題可分為四個主要方面:

(1)數(shù)據(jù)采集:電子電路需要通過傳感器來感知物理世界。在實際世界中的各種物理量需要首先轉換成為電信號,之后才能夠由集成電路進行處理。采用適合類型的傳感器對適合的物理量進行采集,以及對傳感器的接口進行完善的交互控制就顯得尤為重要;

(2)數(shù)據(jù)處理:將外界物理量信息提取成電信號后,還需要做初步的信號調(diào)理和采樣、變換、濾波等預處理操作,并將原始數(shù)據(jù)進行存儲或是根據(jù)一定的算法做分析計算;

(3)數(shù)據(jù)傳輸:經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)還需要進行傳遞,通過由集總的控制設備進行數(shù)據(jù)融合后才能夠判斷?？煞譃榛鶐ㄐ藕蜕漕l通信,前者大部分是電信號有線連接或是通過人體組織等導電介質(zhì),后者主要是用無線電磁波通過空氣等介質(zhì);

(4)能量供應:對于一般的醫(yī)療電子設備而言,體積微型化和延長工作壽命是矛盾的,因為電源的體積往往與其可提供的能量大小成比例。這樣就需要在進行低功耗、低能耗設計研究的同時,開發(fā)出新的能量供應方式如能量恢復、光電池效應、壓電效應等,保證醫(yī)療設備(特別是便攜式、植入式)的續(xù)航能力。

接下來以幾個具體的研究課題項目為基礎,針對不同的應用例做更深入的分析,來介紹一下目前國內(nèi)在如下兩個研究方向上取得的一些進展:

1)對較為基本的物理量如溫度、脈搏等,待處理的數(shù)據(jù)量比較少,硬件系統(tǒng)的工作流程也非常類似,可以考慮采用一種具有共性的硬件結構進行實現(xiàn)。同時這些有共性的硬件系統(tǒng)還可以通過一種通信協(xié)議組成網(wǎng)絡,實現(xiàn)人體區(qū)域的傳感器網(wǎng)絡。

2)在另一些特殊的應用中如人工輔助的聽覺、視覺,以及智能內(nèi)窺鏡膠囊等,由于原始數(shù)據(jù)是語音和圖像,過程中會涉及到傅里葉變換、數(shù)據(jù)壓縮等更為復雜的算法,數(shù)據(jù)運算量相對于簡單的生命體征信號要大得多,成為制約低功耗的瓶頸之一。

4實例

4.1 用于體征監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡

無線人體區(qū)域傳感器網(wǎng)絡(Wireless Body Area Sensor Networks, WBASN)是一種能夠滿足前述應用要求的“通用”解決方案。它是進行人體生命要素信息采集與控制的小區(qū)域傳感器網(wǎng)絡,一般主要用于特定人群/人體的長時間健康狀況監(jiān)測、身體健康指標分析等。最典型的應用例為糖尿病患者、癲癇癥患者、神經(jīng)紊亂或衰弱患者,以及慢性心臟病患者等。通過這種網(wǎng)絡內(nèi)的可定制監(jiān)測,人們可以根據(jù)實際需要對身體的一個或多個相關數(shù)據(jù)指標做連續(xù)采集監(jiān)測,并通過良好人機交互界面進行控制。

1)WBASN的結構

WBASN通常由近人體區(qū)域的傳感子節(jié)點和基站主節(jié)點組成。近人體區(qū)域包括體表測量、體內(nèi)測量、探針測量和體檢測量等。完成這些測量的傳感子節(jié)點中包括前端的傳感器件/能量轉換器件,目標是由對有關健康狀況的數(shù)據(jù)進行測量、處理和交換。基站主節(jié)點隨時接受區(qū)域中每個傳感節(jié)點的數(shù)據(jù),并控制和調(diào)配這些傳感節(jié)點的采集狀態(tài)、休眠方案等,需要有能力做較大量的數(shù)據(jù)處理、累計、判斷及交換。所測量的數(shù)據(jù)信息也都是與人體密切相關的,如心電、心率、血壓、心音、肺音、血氧、呼吸、溫度、加速度等。不同種類的數(shù)據(jù)采集需要不同的傳感器件(能量轉化器件,簡稱換能器),如單導電極、熱敏電阻、惠斯通電橋、電流式傳感器和3軸加速度計等。所有傳感子節(jié)點的數(shù)據(jù)信息通過基站主節(jié)點進行統(tǒng)一的融合處理和分析判斷,實現(xiàn)WBASN的基本功能。

圖 3示出了簡要的WBASN結構示意圖。整個網(wǎng)絡的基本功能是由傳感子節(jié)點(位于體表或體內(nèi)的粘附或植入式裝置)完成的,如采集血壓、溫度等信息。這些信息由主節(jié)點(體外的便攜裝置,如PDA等)統(tǒng)一接收后進行數(shù)據(jù)融合,完成初步判斷和處理,還可以給出信息的實時反饋、超限數(shù)據(jù)的安全警告等。另外,主節(jié)點還可以作為“網(wǎng)關”接入到因特網(wǎng)、GPRS等廣域網(wǎng)絡中,將本地的數(shù)據(jù)上傳到遠程服務器供醫(yī)生遠程診斷,實現(xiàn)遠程醫(yī)療等。如果主節(jié)點初步判斷后認為需要完成進一步的操作,會再次采集相關信息、給出警告信息或進行干預操作――給藥、電刺激等,以實現(xiàn)慢性病護理或及時診治。雖然這一網(wǎng)絡的研究目前還處于實驗室為主的原型驗證,但是在一些應用中還是會或多或少的發(fā)現(xiàn)WBASN的影子:如前不久的“神七”宇航服中就實現(xiàn)了壓力、心率、呼吸等傳感器,采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到宇航員之外的接收設備上,然后再發(fā)回地面指揮中心進行分析。

2)WBASN的子節(jié)點系統(tǒng)結構框圖

一個典型的子節(jié)點系統(tǒng)結構框圖如圖 4,包括了傳感器和電刺激驅動模塊、模數(shù)轉換器、微控制器MCU、數(shù)據(jù)流的預處理(協(xié)處理)單元、存儲器和射頻(RF)收發(fā)機,其中MCU與傳感器模塊之間還可以實現(xiàn)可配置的多標準數(shù)據(jù)接口、電源可視情況采用電池或無線供能方式等等。各模塊連接后即可實現(xiàn)相應功能的子節(jié)點系統(tǒng)。若將圖 4所示的結構進行高集成度的電路實現(xiàn),就是片上系統(tǒng)(SoC)平臺芯片。一種較為簡單的平臺芯片實現(xiàn)中不含有傳感器模塊和RF收發(fā)機(但包含對應的接口),通過外接(1)不同類型、不同功能的傳感器件前端和(2)相同類型的射頻收發(fā)芯片后,就可以完成相應種類數(shù)據(jù)信息的采集,進行一些預處理,然后與主節(jié)點建立通信并傳輸數(shù)據(jù)、接收配置等。還有一種集成度較高的SoC平臺芯片中會帶有片上RF模塊,這樣每個子節(jié)點系統(tǒng)就只需外接一個傳感器芯片即可完成采集、組網(wǎng)等功能。SoC平臺的作用是在功能異構的WBASN各個子節(jié)點應用中作為一個基礎的“通用的”平臺。

3)WBASN的子節(jié)點系統(tǒng)的設計重點

上述分析表明WBASN的近人體子節(jié)點系統(tǒng)的整體設計實現(xiàn)中,應該以超低功耗和高度集成的(SoC)設計為重點。于是就要綜合系統(tǒng)的各方面需求,整合設計并實現(xiàn)出核心的數(shù)字微控制單元和電源管理單元,以便在達到功能上的靈活性、完備性的同時,實現(xiàn)系統(tǒng)的極低功耗。這些數(shù)字系統(tǒng)設計中的關鍵技術包括幾個方面:(1)在各個功能相異的節(jié)點休眠間隔不等的情況下進行接入;(2)醫(yī)療用途的緊急情況下“給藥”或“電刺激”的實時控制實現(xiàn);(3)星型網(wǎng)絡中單跳的組網(wǎng)方式對指令集的優(yōu)化;(4)無線方式的節(jié)點功能更替;(5)兼容多標準的傳感器器件接口;(6)電路級的低功耗技術如門控、多電壓、異步電路設計等。在我們的研究中,綜合考慮了上述方面進行了設計優(yōu)化。這樣還會帶來很多其他的好處,如設計成本低、系統(tǒng)擴充性好、針對WBASN應用開發(fā)的軟件/硬件效率高,等等。

下面針對上述子節(jié)點系統(tǒng)設計的幾個關鍵技術進行具體說明:

第一,在低功耗方面,通過對具體實例的分析發(fā)現(xiàn),“工作狀態(tài)”和“空閑狀態(tài)”的功耗一般相差20倍甚至更多,所以工作狀態(tài)下的低功耗優(yōu)化是首要任務。目前的絕大多數(shù)SoC實現(xiàn)方案基本上都是采用各種措施將工作時低功耗達到更低的指標。但是對于WBASN的具體應用而言,子節(jié)點通常都會處于非常低的工作占空比,也就是說在整個子節(jié)點壽命內(nèi)的絕大多數(shù)時間里,子節(jié)點是在空閑狀態(tài)的。如體溫測量可以每1分鐘測量一次,每次測量只需要幾個毫秒;心率測量也只需要每100毫秒測量幾個毫秒,等等。這樣,子節(jié)點的總能量消耗往往更多浪費在空閑時的狀態(tài)上。所以對于WBASN的優(yōu)化需要從工作時功耗和休眠時功耗協(xié)同考慮完成,目標是提高電池的能量使用效率。

第二,子節(jié)點的實時控制。在許多研究中廣泛采用了實時性操作系統(tǒng)(如TinyOS),其實只保證了子節(jié)點在工作狀態(tài)下處理器處理各個任務的實時性。還需要子節(jié)點保證網(wǎng)絡行為的“實時性”:如用于閉環(huán)施放藥物的子節(jié)點系統(tǒng),在接到主節(jié)點發(fā)來的“給藥”指令之后應該以最短的反應時間給出操作。這就與低功耗的指標相矛盾:為了更快的反應速度,應該在空閑時采用“偵聽”方案或者休眠間隔很短的方案――這樣同時增大了空閑時功耗;反之,為了避免該給藥子節(jié)點的電池能量大都浪費在空閑時狀態(tài),應該采用空閑時休眠的方案,并且該加大休眠間隔――這樣在主節(jié)點開始發(fā)送喚醒要求(大多數(shù)這種時候都是緊急情況)之后還要等到子節(jié)點的下次定時喚醒才能夠給出響應,最壞情況下的反應速度為子節(jié)點的定時喚醒周期。所以目前這一問題的解決方案就是空閑休眠間隔、偵聽時間的折中選取。以具體數(shù)據(jù)進行分析:在“國內(nèi)外研究動態(tài)”中的ADICOL項目中,胰島素施放操作的閉環(huán)控制是每3分鐘定時喚醒工作一次,以保證最壞情況下的給藥控制延遲不超過3分鐘。而保守情況下(按每天需施放胰島素10次估計推算)都至少有97%的喚醒是不需要做給藥的,這樣就浪費了子節(jié)點大量的電池能量,降低了有效用能量的使用效率。

第三是功能的靈活性。由于每個子節(jié)點系統(tǒng)的RF模塊和通訊協(xié)議都沒有差別,所以通常的設計都主要考慮傳感器接口模塊的靈活可配置等等。很多現(xiàn)有的傳感器件或芯片接口大致分為兩種:模擬量(需要SoC提供ADC進行轉換)和數(shù)字量(傳感器自帶ADC,僅需要滿足相應時序)。已有的相關研究大多是基于這兩類接口進行展開的。但是在不同功能的子節(jié)點系統(tǒng)內(nèi),除了傳感器件前端需要采集的物理量類型和接口不一樣之外,其軟件程序在操作順序、運算復雜度、處理方法等方面都有區(qū)別,SoC本身的軟件部分就需要根據(jù)具體子節(jié)點的功能進行調(diào)整。如果在每個子節(jié)點設備封裝前預先寫好軟件算法,還需要專門的“燒寫”設備。我們的研究中采用一種可由主節(jié)點遠程配置子節(jié)點軟件的協(xié)議,就可以在滿足“軟件靈活性”要求的同時不引入其他設備。

4)總結

如前述,WBASN的優(yōu)化重點在于子節(jié)點系統(tǒng), 而子節(jié)點系統(tǒng)的核心是SoC平臺。為了保證子節(jié)點SoC平臺的超低功耗、高集成度、靈活性、高效率、可靠性等,需要SoC平臺中的數(shù)字系統(tǒng)有完善的功能和異常處理能力、優(yōu)化的結構、良好的可靠性和能量管理等。

系統(tǒng)內(nèi)各個傳感器設備(或稱網(wǎng)絡內(nèi)“近人體節(jié)點”)的主要指標可以歸結為:系統(tǒng)集成度,小型化/微型化,低功耗電路設計,無線遙感鏈路和信號處理算法等。除此之外,其他一些指標如服務質(zhì)量、安全性、多傳感器數(shù)據(jù)融合和診斷支持等也都是世界上相關領域內(nèi)各研究組正在研究的課題。

4.2 帶有植入式處理器的電刺激器

電刺激治療方法是當今臨床和日常的物理康復最常用的、重要的治療手段之一,在心臟起搏器、人工聽覺、人工視覺、腦電刺激等許多領域中有著非常重要的作用。該方法通過將一定量的電流通過特制電極施加到人體組織,實現(xiàn)促進恢復正常的神經(jīng)傳導和調(diào)節(jié)功能等治療作用,不僅可起到鎮(zhèn)痛、消腫、消炎、脫敏、緩解肌肉痙攣等功效,有時甚至還可以修復、替代某些受損的人體組織和器官。一般的電脈沖刺激時采用無極性微分型指數(shù)波形,由電荷相等的正負脈沖波構成,負指數(shù)脈沖起神經(jīng)纖維去極化作用,正脈沖起電荷平衡的作用,可避免組織損傷。集成電路技術,特別是植入式的處理器控制應用在電刺激器中,可以完成復雜的信號處理,同時極大的保證操作的可靠性和無侵害性。

心臟起搏器是最早的醫(yī)用電刺激儀器之一,它發(fā)放電脈沖,通過與心內(nèi)膜相接觸的電極導線,刺激心臟使之激動收縮,以模擬心臟的沖動發(fā)生和傳導等電生理功能,起到治療由于某些心律失常所致的心臟功能障礙。心臟起搏器的結構包括脈沖發(fā)生器(pulse generator)和電極-導線(lead)兩大系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器由電池、釋放與調(diào)節(jié)電脈沖的電路和外殼構成。脈沖發(fā)生器控制起搏節(jié)律,猶如整個系統(tǒng)的“大腦”?，F(xiàn)在的脈沖發(fā)生器是非常小的,一種典型的尺寸為5cm x 5cm x 6mm,重量在30克左右。

在正常的聽覺系統(tǒng)中,聲音的機械震動通過外耳和中耳之后,會在耳蝸的各處與基底膜發(fā)生共振?；啄さ恼駝訋用毎w毛的振動,產(chǎn)生毛細胞的感受器電位,進而產(chǎn)生聽神經(jīng)的動作電位發(fā)放。腦的中樞聽覺系統(tǒng)能夠根據(jù)聽神經(jīng)中不同神經(jīng)纖維的發(fā)放情況判斷基底膜的振動情況,進而推斷聲音的頻率成分。在一些患有感覺神經(jīng)性耳聾的病人內(nèi),毛細胞由于多種因素如遺傳、疾病等而遭到損傷或者數(shù)量減少,無法正常地驅動聽神經(jīng)。而人工耳蝸的基本工作原理就是繞過毛細胞這一環(huán)節(jié),直接對聽神經(jīng)進行電刺激。于是這種電刺激的效果就好像是聽神經(jīng)被聲音通過正常的基底膜和毛細胞驅動一樣。

人工耳蝸只是一種聽覺假體,并不能“治愈”耳聾或其他聽覺障礙。人工耳蝸的工作是基于耳蝸的不同部分與不同聲音頻率之間一種規(guī)則的對應關系(頻率拓撲性質(zhì))。一般需要使用更加復雜的處理方法以避免造成組織、電極損傷等一些不良影響。

視覺假體技術也屬于功能電刺激的一種。大多數(shù)盲人的視覺通路中往往只有一部分發(fā)生病變,而其余部分神經(jīng)組織的結構和功能尚完好。于是就能夠對視覺通路的完好部位施加特定的人工電刺激,來興奮神經(jīng)細胞以模擬自然光刺激的效果,使盲人產(chǎn)生視覺感受。

視覺假體的工作原理與人工耳蝸相似。視覺假體系統(tǒng)包括一個位于病人體外的視頻采集設備(如小型攝像機),視頻處理模塊,電刺激編碼模塊和植入到視覺通路特定部位的多電極陣列。由視頻采集設備采集到的實時視頻圖像經(jīng)過處理,轉化為驅動多電極陣列的信號。多電極陣列對視覺神經(jīng)組織施加一定幅度、波形和頻率的電流刺激,興奮視覺神經(jīng)元,從而使病人產(chǎn)生視覺感受。

人工視覺刺激器主要包括視網(wǎng)膜刺激器、視皮層刺激器和視神經(jīng)刺激器。其中視網(wǎng)膜刺激器發(fā)展最快。視網(wǎng)膜刺激器是在視網(wǎng)膜下或視網(wǎng)膜表面植入不同微電極,使外界光線轉換成電流,通過微電極刺激并激活視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞及其網(wǎng)絡,而產(chǎn)生光感。這種裝置可使失明或接近失明的眼重新獲得部分有用視力。其優(yōu)點是可以產(chǎn)生較準確的視覺感知,而且所需電流強度較小,玻璃體有利于熱量的散發(fā),以及可直接觀察到植入刺激器及植入后的反應。至今已有較多實驗表明視網(wǎng)膜前或膜下芯片植入方法可行,有較好的生物相容性及長期穩(wěn)定性,達到預期效果。

目前全世界范圍內(nèi)已經(jīng)接受植入的病人較之佩戴人工耳蝸的病人要少得多。而且目前美國食品藥品監(jiān)督局(FDA)也尚未批準任何類型的視覺假體的臨床應用。

下面以人工聽覺的具體系統(tǒng)為例,詳細介紹一下帶有植入式處理器的電刺激器:

帶植入式處理器的雙模人工耳蝸系統(tǒng)

人工耳蝸就是通過電刺激末梢神經(jīng)系統(tǒng)的方式來修復聽覺的一種醫(yī)療電子裝置。它把外部的聲音轉換為聽神經(jīng)需要的電刺激,將這種刺激通過植入電極刺激聽覺神經(jīng),幫助傳感性耳聾患者恢復(人工制造出)聽覺。它是迄今為止治療極重度耳聾唯一有效的方法,也是唯一被商品化的感官神經(jīng)修復技術。目前各種人工耳蝸產(chǎn)品在設計上細節(jié)不盡相同,但它們的基本硬件構成和工作原理卻是一樣的。

1)人工耳蝸的硬件構成

人工耳蝸的基本硬件構成如圖 6所示,主要分為體外和體內(nèi)兩個部分,其工作原理和流程如下:

(1)體外的麥克風首先把采集到的機械聲音信號轉換成模擬電信號;

(2)模擬電信號經(jīng)過模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字電信號;

(3)數(shù)字信號處理器(DSP)對數(shù)字聲音信號進行分析并決定如何驅動埋植于耳蝸內(nèi)的電極去刺激聽神經(jīng),形成刺激指令序列;

(4)刺激指令序列經(jīng)過調(diào)制后以無線電波的方式發(fā)送給體內(nèi)部分;

(5)體內(nèi)的解調(diào)器從無線電波中獲取體內(nèi)電路工作所需的能量,并對刺激指令序列進行解析;

(6)體內(nèi)的刺激器對解調(diào)出來的指令序列進行譯碼,然后根據(jù)指令要求在電極上產(chǎn)生相應的電流,刺激聽神經(jīng)產(chǎn)生聽覺。

2)新型全植入系統(tǒng)的應用

在當前植入式電池不足以支撐數(shù)字式全植入人工耳蝸系統(tǒng),而模擬式全植入系統(tǒng)又存在著諸多缺陷的情況下,新型全植入系統(tǒng)的設計思路除了繼續(xù)降低數(shù)字系統(tǒng)本身的功耗外,還可以在結構上進行調(diào)整,降低系統(tǒng)對電池的使用量?；谶@些考慮,我們提出了帶植入式處理器的可雙模工作的新型人工耳蝸系統(tǒng),如圖 7所示。

該系統(tǒng)在體內(nèi)集成了一套完整的語音信號采集、處理電路,以及與體外的無線接口,同時配有植入式電池。所謂“雙?！?是指該系統(tǒng)既可以工作在不帶任何外部輔助裝置的體內(nèi)單機模式下,如圖 7(b)所示,也可以工作于體外語音信號采集電路與體內(nèi)處理電路協(xié)同的聯(lián)機模式下,如圖 7(c)所示。從技術可行性的角度上講,聯(lián)機模式下的系統(tǒng)在當前的電路技術條件下是可以實現(xiàn)的,而單機模式則受制于電池容量和安全性等非電路因素。

這種系統(tǒng)的意義在于,通過兩種模式的交替使用可以很大程度上減少對植入式電池的使用量。而且該系統(tǒng)包含了一個完整的全植入數(shù)字式子系統(tǒng),對該系統(tǒng)的研究可以涵蓋下一代全植入式系統(tǒng)的關鍵技術難點。也就是說,該系統(tǒng)的很多關鍵技術將可以直接應用到下一代全植入系統(tǒng)當中。實際上,在植入式電池的容量和安全方面的性能提升到一定程度之后,這個系統(tǒng)可以自然而然地轉換成一個全植入式系統(tǒng)。

3)植入式數(shù)字信號處理器的低功耗設計

在雙模系統(tǒng)中,最大的技術難題就在于植入式數(shù)字信號處理器(DSP)的設計(圖 8),因為它幾乎是整個系統(tǒng)里功耗最大的部件。傳統(tǒng)人工耳蝸中的DSP 處在體外,對功耗的要求還可以寬松一些,畢竟體外的電池可以隨便更換。而在新系統(tǒng)中,無論是哪一種工作模式,對DSP 的功耗要求都是非?？量痰?。在體內(nèi)單機模式下,DSP 的功耗直接影響著植入式電池的壽命,而植入式電池又不可以隨便更換,所以這種情況下DSP 功耗的重要性自不待言。在聯(lián)機模式下,由于無線能量傳輸效率低下,DSP 的功耗將會被嚴重放大,這比DSP 在體外時的情況要惡化很多。

實際的設計和測試結果表明,基于開放源代碼硬件的專用指令集處理器(OSH-ASIP)設計方法有助于提高效率并降低成本,同時可以有助于去除通用處理器中存在的冗余,從而提高處理器的執(zhí)行效率、降低功耗。通過綜合運用指令集簡化、等待模式、循環(huán)暫存、存儲器切割、操作數(shù)隔離和時鐘門控等多種低功耗設計技術,在0.18μm CMOS 工藝下設計實現(xiàn)的一款人工耳蝸專用的低功耗DSP實際測量結果為:在10MHz 的時鐘頻率下執(zhí)行連續(xù)交織采樣(CIS)算法的功耗小于2mW,低功耗效果顯著。

4)總結

就當前的技術水平來講,數(shù)字式全植入的人工耳蝸系統(tǒng)仍然因為能量供應不足(功耗大而電池容量小)的緣故無法實現(xiàn)。但是除了功耗外并沒有其他理由可以阻礙數(shù)字系統(tǒng)的進一步發(fā)展,況且相比于模擬系統(tǒng)中那些固有的缺陷,功耗實際上是一個會隨著微電子設計和制造水平的提高而逐步得到解決的問題。因此,從長遠看數(shù)字式全植入系統(tǒng)才是人工耳蝸系統(tǒng)最優(yōu)的選擇方案。

4.3 智能內(nèi)窺鏡膠囊

傳統(tǒng)醫(yī)用內(nèi)窺鏡(如胃鏡和腸鏡)需要使用光纖或電纜插入人體體腔內(nèi)拍攝病征圖像以供醫(yī)生診斷,這些連接線會給病人帶來很大不適,而且診斷存在盲區(qū),并可能會有消化道傷損等并發(fā)癥。智能內(nèi)窺鏡膠囊的出現(xiàn)給消化道疾病的診斷帶來了便利,克服了上述缺點。如圖 9所示,病人在吞服了膠囊內(nèi)鏡以后,膠囊依靠消化道的蠕動在其中緩慢移動。移動的過程中會采集人體內(nèi)消化道的圖像并以無線的方式發(fā)送至體外記錄儀,并可以上傳至基站以供醫(yī)生診斷病情。膠囊內(nèi)鏡不會給病人帶來不適,在檢測時病人也可活動,而且它可以完成全消化道的檢測,掃除了傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡存在的盲區(qū)。

1)智能內(nèi)窺鏡膠囊的發(fā)展歷史

智能內(nèi)窺鏡膠囊(消化道膠囊內(nèi)鏡)的概念最早于2000年由以色列科學家提出并實現(xiàn),之后Given Imaging公司生產(chǎn)出第一款商用的膠囊內(nèi)鏡產(chǎn)品Pillcam。最近的幾年里各國的工業(yè)界和學術界相繼開始對這種產(chǎn)品的研發(fā),一些新產(chǎn)品和新技術陸續(xù)面世:日本的奧林巴斯公司推出的EndoCapsule產(chǎn)品在日本也開始商用;日本NORIKA Syaka RF lab正在研發(fā)用無線供能,代替電池供電的技術,以及控制膠囊內(nèi)鏡姿態(tài)的控制技術;韓國研究機構推出了以人體作為導體來直接傳輸信息的技術,用以代替射頻收發(fā)機,目前也已成功地利用到膠囊內(nèi)鏡產(chǎn)品中。在可預見的將來還將出現(xiàn)集診斷、活檢、給藥及消化道行走等各種功能于一體的產(chǎn)品。

2)膠囊內(nèi)鏡的結構

完整的口服式智能內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)由膠囊內(nèi)鏡、體外便攜式記錄儀和工作站三部分構成。膠囊內(nèi)鏡是整個系統(tǒng)最為重要的部分,也是設計難度最高的部分,在集成電路設計時尤其要注意功耗等問題。外殼內(nèi)的電路系統(tǒng)主要由五個部分組成,如圖 10所示,包括一個商用CMOS圖像傳感器、白色發(fā)光LED、一個商用射頻收發(fā)機芯片及天線、一塊用于控制和數(shù)據(jù)處理的專用集成電路和兩節(jié)鈕扣電池。

商用的CMOS圖像傳感器位于整個膠囊的一端,負責采集消化道中的彩色圖像數(shù)據(jù)。支持多種圖像分辨率,最高速率可達30fps。高亮度的白光LED均勻地排布在圖像傳感器鏡頭座外的環(huán)形PCB上,在采集圖像時提供照明光線。高性能、低功耗的商用射頻收發(fā)機位于膠囊的另一端,保證膠囊系統(tǒng)的無線通信。射頻收發(fā)機工作在433MHz的ISM頻段,采用FSK的調(diào)制方式,有效碼率最高可達500kbps。兩顆1.5V的鈕扣電池串聯(lián)后為整個電路系統(tǒng)提供所需的能量。它們位于膠囊的中部,在圖像傳感器和射頻收發(fā)機之間。用于控制和數(shù)據(jù)處理的專用集成電路位于圖像傳感器與電池之間,它將系統(tǒng)各部分的功能組合起來,形成完整的電路系統(tǒng)。

專用集成電路是膠囊內(nèi)鏡的控制核心(圖 11),它由數(shù)字基帶、電源管理單元和無線喚醒子系統(tǒng)三部分組成。其中數(shù)字基帶部分主要實現(xiàn)通信控制和圖像壓縮兩大功能。電源管理單元可將電池電壓轉換為系統(tǒng)各個部分所需的電源電壓。無線喚醒子系統(tǒng)可以對密封在膠囊中的電路系統(tǒng)進行開啟、關閉、復位和配置操作,提高了系統(tǒng)可靠性,也便利了產(chǎn)品的組裝和生產(chǎn)過程。

3)膠囊內(nèi)鏡的低功耗實現(xiàn)

在膠囊內(nèi)鏡的電路系統(tǒng)中,射頻部分消耗的能量一般超過總能量的60%。為了在不增加射頻電路功耗的前提下縮短有效的射頻傳輸時間,在系統(tǒng)的數(shù)字基帶中引入了信源編碼――圖像壓縮。這樣大大減少了射頻收發(fā)機發(fā)送一幀圖像的數(shù)據(jù)量,也就相應地減少了每幀圖像射頻部分的能量,并且有利于進一步減小系統(tǒng)工作的占空比,延長電池的工作時間。

引入圖像壓縮功能實際上是使用數(shù)字電路的能量去換取射頻部分的能量,而且數(shù)字電路的低功耗技術比較容易實現(xiàn),使得降低數(shù)字電路的功耗相對于降低射頻電路的功耗更為容易。因此,只要對圖像壓縮的計算復雜度做出仔細的評估,電路系統(tǒng)整體能量的降低不難實現(xiàn)。

目前智能內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)還沒有正式的產(chǎn)品國家標準,但一般包括如下幾個重要指標:

1)工作時間:至少為8小時,因為一般膠囊內(nèi)鏡通過人體消化道的時間為8小時。

2)尺寸:為方便病人吞服,膠囊尺寸一般直徑為10~12mm,長度為20~30mm。

3) 圖像幀率和分辨率:目前產(chǎn)品的圖像幀率一般為2fps。當然,在滿足基本工作時間的條件下,圖像幀率和分辨率都是越大越好。

4)總結

基于上述膠囊內(nèi)鏡的結構,可以對其應用需求做出細致的分析,對系統(tǒng)的供電方式、體積尺寸、通信方式、工作時間、可靠性等要求進行綜合考慮。分析和測量結果表明,在系統(tǒng)級設計上采用了圖像壓縮、雙向通信和無線喚醒等功能能夠滿足性能要求,而且這些技術的應用對于有類似的大數(shù)據(jù)量、高碼率的植入式電子醫(yī)療集成系統(tǒng)也具有參考價值。

目前國內(nèi)有清華大學、中科院合肥智能機械研究所、重慶大學、重慶金山科技集團等單位都在分別從事這方面的研究。

5 結語

本文從醫(yī)療健康領域的社會需求、市場需求現(xiàn)狀入手,對我國醫(yī)療電子產(chǎn)業(yè)面臨的機遇進行了分析,并對其中的關鍵技術――集成電路技術應用做了基本介紹。多方面的數(shù)據(jù)分析表明,醫(yī)學微電子系統(tǒng)研究設計的核心發(fā)展趨勢可以歸結為小型化/微型化、集成化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化。最后還通過幾個在研項目實例進一步闡釋了集成電路技術在醫(yī)療健康領域的應用。

篇8

【關鍵詞】鍋爐；鋼結構；工藝；技術分析

【 abstract 】 the power station boiler structure of early relatively simple, only apply to the small production power production activities, boiler equipment can continue to use of the short life. Industrial technology development after, steel structures in boiler tectonic played an important position, the size of the form of steel structure assemble new boiler, and improve the efficiency of the actual burning coal raw materials. In order to make steel structure performance normal play, this paper analyzes the boiler steel structure manufacturing technology application problems.

【 key words 】 boiler; Steel structure; Technology; Technical analysis

中圖分類號：TU391文獻標識碼：A 文章編號：

科學技術是推動工業(yè)生產(chǎn)模式改革的根本動力，先進工業(yè)科技指導下鍋爐設備的改造技術日趨成熟，為火電廠建設提供了科學的指導方案。未來社會用電需求量持續(xù)增多，火電廠鍋爐運行承受的荷載越來越大，鍋爐鋼結構制造階段必須注意工藝方案的改進。

一、傳統(tǒng)鍋爐運行存在的弊端

鍋爐是現(xiàn)代電力工業(yè)生產(chǎn)的重要設備，融入了機械技術、電氣技術、液壓技術等三大核心要素，共同組建了自動化鍋爐燃燒作業(yè)系統(tǒng)。對于火力發(fā)電廠而言，鍋爐對企業(yè)的生產(chǎn)水平均起到了決定性的作用。實際生產(chǎn)應用中，鍋爐常會受到人員操作的影響，特別是誤操作對鍋爐造成了性能上的損壞，違背了電力生產(chǎn)的可持續(xù)原則。

1、結構受損?；痣姀S是現(xiàn)代電力生產(chǎn)的常用方法，其原理是運用原始燃料在鍋爐內(nèi)充分燃燒產(chǎn)生熱能，經(jīng)過能量之間的轉換變?yōu)殡娔芄褂?。因技術、物資等方面條件的限制，鍋爐在燃燒期間缺少足夠的支撐體系，導致鍋爐結構受損程度過大，減弱了鍋爐內(nèi)部的燃燒性能。如：爐膛內(nèi)鋼結構應用少，燃燒時無法承受高溫刺激而損壞爐膛結構，鍋爐整體性能受損。

2、耗損過大。工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級階段，客戶對電力產(chǎn)品質(zhì)量的要求更加嚴格，重點強調(diào)了發(fā)電廠成品或半成品的質(zhì)量標準。鍋爐操作時出現(xiàn)錯誤，對企業(yè)生產(chǎn)電能的質(zhì)量水平會造成不利[1]。因缺乏專業(yè)的理論知識，鍋爐在生產(chǎn)時操作不規(guī)范，原料燃燒的熱能產(chǎn)量與期望值不一致，熱耗損偏大給后期火電廠發(fā)電生產(chǎn)造成了很大的困難，阻礙了電能生產(chǎn)效率的提升。

3、人員不足。優(yōu)越的培訓體系是企業(yè)培養(yǎng)各類人才的基本條件，也是帶動電力生產(chǎn)活動持續(xù)進行的保障。我國中小型規(guī)模的火電廠建設，因人力資源不足而降低了現(xiàn)場作業(yè)的效率，部分單位培訓方法不科學也阻礙了采煤的順利性。其中，最為突出的問題則是工人不熟悉新型鍋爐的功能特點，實際操控作業(yè)發(fā)出了錯誤的程序指令，鍋爐誤操作導致了意外事故的發(fā)生。

二、鍋爐鋼結構制造的前期準備

火電站建設初期需加強鍋爐鋼結構的優(yōu)化改造，使鍋爐設備組裝后的功能得到全面升級。前期準備是鋼結構制作的必要條件，通過材料質(zhì)量檢查或者結構性能測試，為組裝設計人員提供了有效的指導，編制出的工藝流程更符合電力生產(chǎn)的應用要求。

1、選材。選擇合適的鋼筋材料是保證鍋爐結構性能的基本要求，鍋爐鋼結構制造應使用型號、性能等指標相符合的材質(zhì)，這樣才能實現(xiàn)較高的強度性能。設計人員根據(jù)鍋爐型號及性能改造的要求，采用力學特點、化學成分等相匹配的鋼材，鍋爐結構承載能力得到體現(xiàn)，為鍋爐設備的生產(chǎn)操作創(chuàng)造條件。從成本角度考慮，保證性能達到鍋爐裝配前期下盡量購入廉價的鋼材。

2、試驗。試驗是為了檢測出不同型號鋼材的性能，判斷其是否符合鍋爐設備的結構特性。我國行業(yè)標準規(guī)定，燃燒鍋爐焊接使用的鋼材都要接受復試驗收，及時發(fā)現(xiàn)鋼材的性能缺陷，提前換用高性能鋼材進行組合制造。如：質(zhì)檢人員可隨機性抽取某一批鋼材，進行強度、溫度、拉力等多方面的測試，重點掌握材料的抗溫、抗裂性能，鋼板不同組合方式下性能的變化特點等。

三、鋼結構拼接的技術要點

對于燃燒鍋爐而言，理論上在制造鋼結構時應避免拼接，盡可能一次性完全組裝成套結構。但實際制造過程常遇到多種問題需要進行鋼結構拼接處理，以組裝成性能趨于完善的鍋爐設備。若鍋爐設備鋼結構制造必須拼接處理，則需注意一些相關事項且選用合適的拼接技術，其重點表現(xiàn)與焊縫技術、對稱技術等兩個方面。

1、焊縫技術。鋼結構焊縫大小對其日后使用性能有較大的影響，焊縫過大易造成瞬間性斷裂問題，鍋爐燃燒利用面臨著潛在的安全隱患。需拼接時，應在下料前充分看清圖紙，認真排料，保證拼接焊縫之間的錯開距離或拼接焊縫與相鄰焊縫之間的錯開距離符合標準的要求：錯開距離應≥200[2]。梁、柱或板梁上的拼接焊縫與托架或隔板的焊縫應錯開，錯開距離應≥100。

2、對稱技術。顧及到鋼結構整體力學作用的均衡性，為防止受力荷載過大而引起的異常變形，必要時采用對稱技術進行加強處理，增強拼接位置的抗裂性能。如：型鋼拼接部位必須裝焊加強板，加強板的規(guī)格尺寸應按照有關標準的要求進行。由于裝焊加強板增加了鍋爐設備的自重力，焊接時盡可能使加強板的裝配位置保持對稱，讓鋼結構均衡地承受重力荷載。

3、開坡技術。型鋼是鍋爐鋼結構制造的主要材料，憑借其獨特的結構性能得到了普及應用。制造工藝里添加開坡技術，能夠維持型鋼具有適宜的坡面度，方便了后期的焊接處理，維持了良好鋼結構性能。如：型鋼的拼接部位應開坡口以利于焊透，加強板的覆蓋部位，其余部位應開型對稱雙面坡口，如：坡口角度一般采用32.57±2.5，鈍邊1±，坡口氣割面應修磨光滑[3]。

四、鋼結構裝配的技術要點

裝配是把制作好的鋼結構與鍋爐設備組裝起來，使其應用到鍋爐設備運轉的支撐結構中。鋼結構裝配與制造工藝是密切相關的，所有裝配工序均是根據(jù)制造工藝方案而定，技術人員必須控制好鋼結構裝配技術的應用。鋼結構裝配工藝需注意裝配前、裝配中、裝配后等三個方面的要求。

1、裝配前。鍋爐鋼結構裝配工藝設計是一個系統(tǒng)性的流程，裝配前是制作工藝的首要步驟。具體措施：①校驗。已經(jīng)制作成形的小型結構需經(jīng)過校驗處理，保證其結構性能與鍋爐設備相配套。如：應確保型鋼與鋼板的扭曲度、旁彎度、直線度均已校正至符合標準要求。②清理。及時清除細小雜質(zhì)是保證裝配質(zhì)量的前提，裝配前需把待焊處的油、銹等污物清理干凈，防止鋼結構裝配出現(xiàn)細小的空隙。

2、裝配中。裝配過程是執(zhí)行鋼結構制造方案的關鍵，裝配質(zhì)量基本上決定了鍋爐設備外在的使用性能。具體措施：①組裝。組合件中相鄰零件上的拼接焊縫錯開距離，梁和柱的裝配必須在平臺或等高定位架上進行，同一梁或柱的兩根型鋼基準端面必須對齊[4]。注意型鋼長度，允許拼接的接頭數(shù)最短拼接長度。②固定。裝配時應將型鋼可靠固定，斷面尺寸符合圖紙和標準要求后裝焊工藝支撐，裝焊工藝支撐后應再次測量斷面尺寸。

3、裝配后。完成鍋爐鋼結構裝配并不意味著工作已結束，裝配后期還需進行必要的結構維護，以充分提高鍋爐的鋼材性能，這也是制造工藝中重點提及的內(nèi)容。具體措施：①調(diào)試。特定條件下啟動鍋爐進行調(diào)試，觀察鋼結構是否處于穩(wěn)定的狀態(tài)，有異常情況要檢查裝配構件的組合程度。②維護。定期檢查維護鋼結構，如：焊接縫連接情況，鋼構件變形情況等，出現(xiàn)異常問題及時維修處理。

結論

總之，火力發(fā)電是現(xiàn)代電能生產(chǎn)的主要方式，其利用熱能、機械能、電能等三者之間的轉換，最終產(chǎn)出電能供應給客戶使用。鋼結構是鍋爐設備的核心構成，合理地應用鋼結構制造工藝技術是保證其結構性能的重要條件。既能增強鍋爐燃燒的抗溫、抗裂、抗變形等性能，又能保證企業(yè)正常的熱能產(chǎn)量。

【參考文獻】

[1]謝文斌.分析我國電力工業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)鍋爐的性能缺陷[J].西北電力技術，2010，23（14）：29-31.

[2]權銀平.談鍋爐鋼結構制造前期需要準備的重點內(nèi)容[J].鍋爐制造，2011,30（7）：33-35.

[3]唐國宇.鍋爐鋼結構制造工藝技術的應用研究[J].科技資訊，2011，22（16）：8-10.

篇9

    攝影藝術在文化層面主要體現(xiàn)在紀錄性,科學性,開放性,超越性,直觀性。

    一、攝影與生俱來的紀錄性

    當世界上第一張照片《窗外》呈現(xiàn)在眾人面前的時候,攝影就宣示了它無與倫比的優(yōu)勢:紀錄性。繪畫再細致逼真,也比不得攝影更真實。盡管起初拍一張肖像照片,需要幾分鐘才能拍成,被拍照的人必須在攝影機前保持一動不動。但與繪畫相比,速度還是相當快的,而且是原汁原味的。攝影從誕生那天起,無論是膠片時代還是數(shù)碼時代,無論是平面攝影還是電視攝影,都延續(xù)著它的根本特性:紀錄性。沒有那個技術或藝術的形式,比攝影的紀錄性更直接更方便。而和攝影的紀錄性直接對接的攝影門類就是紀實攝影。并不是其他攝影門類就沒有紀錄性,而是紀實攝影是尤其以紀錄性為特征的一個攝影門類。說起紀實攝影就自然要提到布列松,這個拿著相機在街頭閑逛的法國老頭,創(chuàng)立了“決定性瞬間”的理論,而且以身作則,給我們留下了許多紀律性很強的精彩照片。

    攝影的紀錄性也包括“光學無意識”的特點,它可以把人眼看到的任何事物,任何角落,通過光學鏡頭,準確無誤的紀錄各種細節(jié)和信息。這將保存大量的歷史文獻。特別是數(shù)碼時代,攝影機進入千家萬戶,可以方便快捷的拍攝紀錄生活中的圖像,而且成本很低,不用支付高額的沖洗膠卷的費用?？梢姅?shù)碼時代的到來,攝影在其紀錄性方面得到更充分的發(fā)揮,就紀錄性而言攝影具有其它藝術門類無可匹比的優(yōu)越性。

    二、攝影發(fā)明與發(fā)展過程中的科學性

    攝影術從發(fā)明時的專利技術,經(jīng)歷了韋奇伍德的實驗、日光攝影法、銀版攝影法、“卡羅式”攝影法、濕版火棉膠攝影、干版的發(fā)明等等,從起初的大箱子相機到膠卷相機再到現(xiàn)在的數(shù)碼相機,從“萊卡”單反照相機、“哈蘇”單反照相機到尼康FM相機、佳能EOS專業(yè)相機。攝影術自身是一個不斷發(fā)展的進程,隨著科學技術的不斷前進而發(fā)展和完善。這就把攝影和科學捆綁在了一起?？茖W的發(fā)展促進了攝影的發(fā)展,反過來,攝影也推動了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展。攝影技術的發(fā)達和攝影文化的繁榮象征著一個國家或地區(qū)的文化發(fā)達的程度。

    攝影藝術的發(fā)展體現(xiàn)了科學精神。攝影科研、攝影理論以及新聞攝影、廣告攝影、電視攝影等應用領域,無不體現(xiàn)著攝影的科學精神。對于新聞攝影來說,科學精神就是一絲不茍地紀實,不受任何先入為主的觀念形態(tài)的制約,對于藝術攝影創(chuàng)作來說,科學精神就是充分尊重拍攝客體、真實表現(xiàn)創(chuàng)作主休,不搞嘩眾取寵或獻媚邀寵的偽藝術,如此等等。特別值得一提的是,在攝影文化中,科學發(fā)現(xiàn)與藝術創(chuàng)作是具有同樣的審美價值的。這一點是與其它文化圈截然不同的。在攝影中,每一種捕捉光線的新器具,每一種再現(xiàn)影像的新程序,都可能帶來全新的視覺形象,帶給人一種全新的藝術享受,如全息攝影、航空攝影、立體攝影、水下攝影等等。在攝影文化里,發(fā)現(xiàn)就是創(chuàng)作,創(chuàng)作也即在發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造是一對親兄弟,互相爭先,彼此有著血緣關系。

    三、攝影文化的開放性

    沒有一種技術和文化像攝影具有這么廣闊的胸懷,橫跨了科學、技術、理論思辨、新聞、藝術、商業(yè)服務、歷史、哲學、美學、司法、心理學等種種領域?？梢哉f攝影從發(fā)明那天起,先天就是一個完全開放的模式。攝影藝術是“平民的藝術”,攝影不斷的發(fā)展,相機操作越來越方便,沖印越來越快捷,攝影向著最廣大的社會階層開放。

    婚禮攝影、兒童攝影、畢業(yè)攝影、生日攝影、會議攝影等等,具體從事攝影的人數(shù)要遠遠超過藝術門類,如文學、戲劇、繪畫等?？梢哉f攝影是創(chuàng)作應用最為龐大的文化活動。

    對攝影來說,沒有技術的界限,買了相機就可以拍;也沒有觀賞的禁地,一切感受,一切領會,如人的眼睛,只要能看見,那么攝影就為你敞開,隨意的去看,去想。

    攝影文化開放與普及,超越了語言的障礙、國家的界限、民族的隔膜。攝影藝術溝通了人類的視覺直觀感受和心靈的交流。實際上攝影沒有國家、民族、文化、意識形態(tài)的區(qū)別,是整個世界共通的語言。一如音樂,不需要翻譯就能被領會。因此,攝影藝術是具有開放性的,而攝影的活力也正式在于它沒有禁區(qū),在于它的不斷發(fā)展努力開拓的精神。

    四、攝影藝術跨越時空的超越性

    隨著時代的發(fā)展,相機開始進入家家戶戶,特別是數(shù)碼相機操作方便、即時回看、直接拷貝,攝影文化已經(jīng)和家庭聯(lián)系在一起,親戚朋友在一起合影留念,外出旅游考察拍照留念。尤其是現(xiàn)在手機上集成了照相功能,拍照就像說話一樣輕松方便,從彩信到現(xiàn)在的微信,從博客到微博,看圖時代的到來,攝影文化融入到每個人的日常生活中。

    攝影是人類視覺的延伸,攝影能夠將任何感光的空間形象紀錄下來并傳播開來?？梢哉f物質(zhì)借助攝影超越了其時空的確定性,變得超越了時空。而人類的視覺也超越了時空,分布在世界各個角落的人們,可以隨意觀看“過去的”和“遙遠的”事物,某種意義上,人類超越了空間和時間的限制。借助于攝影藝術跨越時空的超越性,地球上的人們同時感知著世界上的各種變化。通過電視,通過網(wǎng)絡,通過手機,人們使用著各種在線視頻,觀看各種即時圖像。人類的感知范圍空前地拓展了,這種拓展所具有的超越屬性和未來屬性,是過去任何一個時代都難以想象的。

    攝影藝術跨越時空的超越性,讓人類的視覺無限延伸,不再受空間和時間的限制,在空前廣大的層次上形成了全人類共同的感性體驗。

    五、攝影的客體決定了攝影藝術的直觀性

    肖像繪畫可以看著模特,但沒有模特也可以畫得逼真。而肖像攝影是肯定要有模特在場。攝影藝術是必須有客體在現(xiàn)場的。攝影藝術的直觀性意味著攝影對象的物質(zhì)存在,這是攝影文化的根本,沒有客體的存在,也就無法攝影,離[ lunwen.1KEJIAN.COM]開了被攝體,攝影自然就中斷了。可見,攝影藝術是一種客體必須參與的文化,區(qū)別于文學、繪畫、雕塑等。這就在攝影美學和攝影社會學上給我們一個提示,攝影藝術表現(xiàn)的是客體,沒有對客體的認真研究,必然是攝影理念上的不完整。

    攝影藝術的直觀性也決定了攝影者必須親眼目睹、必須親自到達現(xiàn)場。不管是高山還草原,無論有路的還是沒路的地方,獲得照片的唯一途徑就是攝影者到達現(xiàn)場。這是其他藝術文化形態(tài)所不同的。攝影者創(chuàng)作者同時也是見證者,攝影藝術是一種創(chuàng)作主題實感化的文化。無論拍攝內(nèi)容是具象的還是抽象,都是攝影者自身的真切感受,對題材的追求、靈感的出現(xiàn)、以及在具體的影調(diào)、色調(diào)、色彩反面的處理,都是攝影者的直觀體現(xiàn)。

    攝影藝術的直觀性還表現(xiàn)在對攝影作品的觀賞。無論是沖印的還是數(shù)碼的攝影作品,都是供人直接用視覺加以感知的。攝影的主體不僅僅是攝影者,而且也包含觀賞者。觀賞者對攝影作品的鑒賞,是對攝影作品的再創(chuàng)作。同樣的攝影作品,在不同的觀賞者眼里,有著不同的視覺感受和情感體驗。

    六、結語

    攝影文化就是指一切與攝影相關的物質(zhì)與精神現(xiàn)象,它是一個集合概念,帶有整體性、宏觀性、不可分解性。攝影作品反映的是時代的特征,通過一副攝影作品我們可以看到那個時代最形象的特征。而攝影工作者的文化素養(yǎng)的深厚,決定著攝影作品的內(nèi)涵和藝術品位。所以一個好的攝影家首先應是一個文化人。所以追求文化根基,應成為提高攝影水平的根本選擇。人的文化素質(zhì)為文化能力奠定了基礎,而文化能力又是得到文化理性認識的必然過程,最終理解、認識和創(chuàng)造出獨特的文化哲學,為攝影的瞬間選擇奠定深厚的文化根基。

    參考文獻:

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關鍵詞：薛曉璐 情懷 藝術魅力

沒有情懷的文學作品是庸俗的，沒有情懷的企業(yè)是無價值的，沒有情懷的電影是沒有藝術魅力的。何謂情懷？“情懷是感情融入于胸懷的化境”。人們通過這種精神的化境，流露出自己內(nèi)心高于感情的一種情感。然而，在電影作品中，導演往往將這種情懷貫穿在電影中，為影片注入新的靈魂，讓觀眾從中產(chǎn)生共鳴亦或思考，從而體會到影片的藝術魅力和價值。薛曉璐電影向來以情懷著稱，正是這種對于電影情懷的堅持和追求，才使她的影片具有獨特的風格。在其執(zhí)導的《海洋天堂》、《北京遇上西雅圖》和《北京遇上西雅圖之不二情書》三部影片中，無論是對題材敏銳性的捕捉和人物特殊化的選擇還是情感的真摯表達，都從不同角度展現(xiàn)了情懷在影片中的藝術魅力。

一、題材敏銳性的捕捉

2010年薛曉璐首次執(zhí)導的《海洋天堂》是一部關于自閉癥題材的影片，這部溫情的影片是薛曉璐根據(jù)自己為自閉癥群體做志愿者的經(jīng)歷進行創(chuàng)作的，作為中國首部反映自閉癥的電影，不僅引起了人們對自閉癥群體的關注，同時該影片在2011年第18屆北京大學生電影節(jié)上獲得了人文關懷獎。《海洋天堂》把題材聚焦到了自閉癥這一弱勢群體，通過自閉癥孩子大福和父親王心誠之間的感人故事，讓更多的人了解到他們作為弱勢群體生活的艱難和心酸，他們同樣需要社會的關愛和幫助。影片傳遞的溫暖不僅引起了大家對自閉癥的關注，同樣也給這些弱勢群體的家庭帶來了繼續(xù)生活下去的勇氣和希望。時隔三年，國產(chǎn)愛情影片《北京遇上西雅圖》的上映，引起了大家的爭議，影片聚焦了當下社會最尖銳的敏感話題。眾所周知，郭美美、馬諾的價值觀選擇在網(wǎng)絡上成為了大家備受熱議的話題，導演薛曉璐再次將這種具有話題性的題材加入了自己的作品，在影片中作為女主人公的文佳佳就是現(xiàn)實的寫照，她拜金、追求物質(zhì)生活、甘愿做小三等，通過一系列的情節(jié)敘事展現(xiàn)了她在面對現(xiàn)實生活時的一種價值觀選擇。最近由原班人馬打造的《北京遇上西雅圖之不二情書》（以下簡稱《不二情書》）以一個全新的故事將游走在賭場上的焦姣（湯唯飾）這種“壞女孩”帶著灑脫和不世故的純真形象表現(xiàn)得繪聲繪色。薛曉璐作為新生代的女導演，她更多的關注特殊人物的的生活，她創(chuàng)作中的主人公與當下社會密切相關，無論是自閉癥患者，“小三”還是游走在賭場上的人物等，都顯示了薛曉璐關注人生、正視現(xiàn)實的勇氣和力量，尤其是拜金女、婚外情、代孕等尖銳話題，使她的影片具有了一種震撼人心的力量。

二、情感的真摯表達

（一）堅守的父子情

作為2010年的情感電影《海洋天堂》，父親王心誠（李連杰飾）和自閉癥兒子大福（文章飾）之間平凡卻偉大的父子情打動了我們每一個觀眾。由于父親得知自己患有肝癌并且已經(jīng)到了晚期，他擔心自己去世后兒子的生活無法繼續(xù)，原本相依為命的父子倆的生活就這樣被病魔打破了，父親在他為時不多的時間里，盡自己所有的能力去幫助兒子。他耐心地教兒子大福怎樣開門、打煮雞蛋、買東西識別錢幣、坐公交車牢記上下站的站臺標志等一系列生活中的事情，偉大的父愛傾盡在大福生活的點點滴滴中，后來兒子大福慢慢地學會了照顧自己。在整個影片中，薛曉璐導演并沒有刻意去刻畫或者渲染感動觀眾的場景，而是在一些細節(jié)的輕描淡寫中又酣暢淋漓的把父子生活的困窘、親情的壓抑和智障家庭的悲重呈現(xiàn)出來了。比如影片中父親說：“可有些事，我還是想讓大福弄明白，要不我不放心”，聽到這話時生生地被觸動了，平靜的語言里更多的是把父親對兒子的這份擔心牽掛和不舍詮釋出來了。作為一個父親，生活中的小細節(jié)在大福身上注入了滿滿的愛，父親一針一線的在大福的衣服上縫補上兒子的個人信息，生怕兒子走丟，心思細膩，考慮周全，對兒子的擔憂與難以割舍之情再次通過細節(jié)演繹的真實和感人。正如我國著名導演陳凱歌所說：“電影是細節(jié)的藝術”。影片中作為細節(jié)呈現(xiàn)的意味形式，從父子兩個人生活的依賴和陪伴中所表達出的最平凡的親情就是感動點，她給觀眾留下更多的是思考，是回味。

“陪伴是最長情的告白，依賴是最溫暖的守候”，親情也如此。在影片中，父親和兒子的相依相守和相伴成為了彼此的依賴。兒子第一次離開父親的狂躁、緊張和哭泣，在見到父親時抱著他哭得稀里嘩啦的場景在影片中讓我們感同身受?！按蟾?，有一天爸爸不陪你了，你會想我的，是吧？”兒子的一句“你會想我的，是吧”，這看似是在模仿重復父親的話，卻似乎是兒子最想再次聽見父親的心聲，父親連聲“我會想你的，我會想你的”的回答，傳遞了父親內(nèi)心難以割舍的復雜心情。父親對大福的陪伴亦或是大福對兒子的依賴，這種親情的力量父愛不僅成全了重病的父親，而且也成全了自閉癥兒子，同樣也感染了我們身邊的每一個人。

（二）浪漫與永恒的愛情

在其導演的三部影片中，《北京遇上西雅圖》和《北京遇上西雅圖之不二情書》這兩部影片的成功為薛曉璐導演貼上了“西雅圖”系列的標簽，都在影片中表現(xiàn)的別具一格，給觀眾留下了深刻的印象，在這兩部影片中，尤其是對愛情的捕捉和詮釋，更流露出一種浪漫的情懷。正是這種簡單、純粹的愛情打動了無數(shù)有過美好愛情的人的心靈。

“也許他不會帶我去坐游艇吃法餐，但是他可以每天早晨都為我跑幾條街去買我最愛吃的豆?jié){和油條”，這句經(jīng)典浪漫的臺詞正是影片《北京遇上西雅圖》留給觀眾最真摯樸實的回憶，讀到臺詞，我們會回憶起電影中文佳佳和弗蘭克的浪漫愛情故事。世界著名電影大師安德烈?巴贊說過，“電影是特殊的愛的藝術。”影片中文佳佳與Frank的愛情都是彼此經(jīng)歷了一次愛的洗禮。文佳佳拜金，她甘愿做小三，只為追求各種名牌包包等一些物質(zhì)，當有了孩子之后，她才重新找回自我，找到屬于自己的真愛；弗蘭克為了孩子放棄了一個在國內(nèi)比較優(yōu)越的職業(yè)跑到西雅圖，成為了一個“落魄叔”的形象，直到文佳佳的出現(xiàn)和改變也讓弗蘭克重新找回了自己。在影片中導演的精心安排，讓兩個經(jīng)歷頗多，認清現(xiàn)實重新開始的兩個人有了一個美好的結局。在這期間，也有許多浪漫的情節(jié)為兩個人的愛情做了鋪墊。第一個情節(jié)是文佳佳與法蘭克第一次相遇時的雨與重逢時的雨，這種雨中相遇的浪漫情節(jié)恰似為男女主人公的情感發(fā)展埋下了伏筆；第二個是地點安排的情節(jié)，在異域的帝國大廈上面兩個人遇到真愛的場景，從側面展現(xiàn)了兩個人對愛情的向往，給人留下一種溫暖的浪漫的感覺。

《北京遇上西雅圖之不二情書》不是《北京遇上西雅圖》的續(xù)集，而是一個全新的故事。影片中湯唯飾演的一位賭場公關，每天混跡于賭場，每天看慣欲望金錢，看起來像是過著聲色犬馬的生活，其實這種帶著灑脫和不世故的純真的“壞女孩”，卻與小有名氣的加州房產(chǎn)經(jīng)紀人羅大牛（吳秀波飾）因為《查令十字街84號》這本書走到了一起，兩人通過電子郵件進行交往，透過種種誤會和波折，最終發(fā)現(xiàn)彼此是自己的靈魂伴侶?！安欢钡暮x也代表了在愛情上的信念和堅守。在影片《北京遇上西雅圖之不二情書》中，焦姣與羅大牛的愛情，或者說是注定相愛的命運，就應該永遠封存在書信中，因為它太過浪漫和美好，讓人不敢輕易去觸碰和嘗試。《查令十字街84號》意外的出現(xiàn)，讓兩個素未謀面的人通過書信往來擁有了情懷間的聯(lián)系。拋開現(xiàn)實中的種種，信中的兩個人就像純潔美好的天使一般，彼此互換著孩童般的呢喃，心與心的交流敲醒了兩個人對幻想中情懷的向往，情懷是對一種精神的特定堅持，在影片中“愿得一人心，白首不相離”般的美好愛情在銀幕上給觀眾呈現(xiàn)了出來。也許兩個人的書信往來不太現(xiàn)實，太過柏拉圖，但誰又能阻止每個人心中都有一個理想國呢，作為文藝電影，重要的是情懷。

影片中看似平淡卻又浪漫的一對老人夫婦之間的感情給我們留下了深刻的印象和感觸。影片中爺爺在開車的時候，把剎車當成油門，并與考官發(fā)生爭吵，而在一旁的奶奶不但沒有生氣，像孩子般的可愛還一邊用手掩面一邊偷笑，這一幕流露了奶奶似乎對爺爺?shù)倪@種固執(zhí)和逞強早已欣賞，他們讓人默默而又深刻地感受著愛的氣息。影片中爺爺和奶奶的愛情雖說沒有什么甜言蜜語，但對愛情的堅守和表達又字字珠璣、引人落淚。電影中教堂里爺爺和奶奶舉辦七十年婚禮時表白的場景感動了我，愛情，也許在爺爺心中就是湯顯祖筆下一往而深卻無以可考的情愫，也許在奶奶心中就是每天的拌嘴吵架，是每頓的柴米油鹽，沒有儀式化的語言卻用行動證明了什么是愛，什么是相守，這也印證了都市眾人都擁有一個人的情懷，而愛，終其是兩個人的。

三、結語

總之，薛曉璐導演的成功之處不僅在于它對題材的敏銳觀察和挖掘，更重要的是她對“情懷”的擁有和把握。縱觀目前我國國內(nèi)市場電影，我們的電影不缺票房，缺的是情懷，好看的電影都是有“情懷”的。薛曉璐作為導演，將“情懷”貫穿在她的每一部電影中，為影片注入了新的靈魂，讓觀眾從中產(chǎn)生共鳴亦或思考，傳遞了影片的藝術魅力和價值。

注釋

[1] 趙軍.情懷是電影的血肉[N].中國電影報，2015-8-19.