优化设计论文例1

海绵城市理念在园林绿地建设中极具适用性，而园林优化设计又是打造海绵城市过程中不可或缺的重要内容。当前，园林的主要功用是观赏、休闲、娱乐，在人们日常生活中扮演着重要角色。基于海绵城市理念，对其进行优化设计，不仅能够提高水资源利用率，而且能够有效解决水污染问题，使城市空气及环境得到净化，经济效益与生态效益兼备。

2海绵城市理念、建设原则及规划目的

2.1海绵城市理念

海绵城市即充分发挥现代城市的弹性，使其对环境变化及自然灾害具备较好的应对能力。海绵城市极为舒适，呈现宜居性特征，具备较好的渗透性和净化功能。主要实现方法是充分发挥生态、自然排水系统功能，对雨水进行吸纳和缓释，有效缓解城市内涝问题，改善城市环境，解决水资源浪费问题。

2.2海绵城市建设原则

安全性原则。参考城市防洪排涝标准，进行海绵城市建设，使城市雨水控制系统更加安全、可靠，抵制自然灾害，保护人民群众的生命财产安全，保障城市供水，为人们提供一个安全的用水环境。生态性原则。生态问题是海绵城市规划及建设中考量的重要内容，将自然排水系统应用到公园、河流、绿地等海绵体中，使雨水能够自然排放和净化，对水资源进行充分利用，使其具备较强的自然修复能力。因地制宜原则。依据区域性地质情况和水文特征等，分析园林设计中的各影响因素，以对开发设施和系统等进行针对性选择。④统筹建设原则。将海绵城市理念应用到园林优化设计中，需各部门及专业共同参与及合作，该过程中要分工明确，对各项设计施工内容进行统筹安排，达到园林预期设计目标，并兼顾社会性、经济性和环保性[1]。

2.3海绵城市规划目标

首先，提高雨水利用率。以海绵城市理念为基础，对园林进行优化设计，能够对雨水资源进行合理应用，具体实现方法是集蓄和渗透，继而对地下水进行有效补充，以对径流系数进行有效控制，使排水压力得到有效缓解。与此同时，也可以通过池塘、湿地和自然水体等，对雨水进行科学调蓄和应用，使城市生态环境得到有效改善。其次，改善城市景观。在园林优化设计中应用海绵城市理念，能够对现有城市景观进行有效改善。公园、绿地等多处于生态敏感地带，其因自身独有的生态格局，极具休闲性。但是，要改变传统开发模式，既要实现自然资源保护，又要促进城市发展，依据城市水文地质及水环境特征，实现控制目标规划。与此同时，建设园林时，很容易污染水资源，需对降水径流污染进行严格控制。

3基于海绵城市理念的园林优化设计方法

3.1转变传统设计理念

城市园林设计中，设计人员很容易沿用传统设计理念，采用水泵、管渠等设计方式，园林道路面积相对较大。部分设计人员秉承末端集中排水原则，导致园林很容易在降雨天气出现雨水淤积。海绵城市更倾向于采用自然排水方式，选择下沉式绿地等影响相对较小的排水方法，注重源头分散控制。相较于传统园林设计理念，基于海绵城市理念的园林设计方式更具先进性及可行性，不仅有助于节约水资源，而且排水畅通。设计人员也要依据园林实际情况，改变传统设计理念，选择适用性较强的设计方法，以达到良好的园林设计效果，符合海绵城市建设要求。例如，园林优化设计中，可选用渗透技术，构建雨水花园、生物滞留带、渗井等，减少不必要的水资源浪费问题，确保雨水天气排水畅通；在绿地、广场等设置湿塘以及各类渗管渠等。

3.2科学选择海绵体

海绵园林的优越性主要表现在三个方面：对园林原有生态系统进行有效保护；对已破坏生态系统进行修复。低影响开发。然而，现阶段，城市海绵园林建设中仍然存在诸多问题，海绵体吸收能力较小或者使用过程中发生损坏等。产生该类问题的原因主要是工作人员的重视度不足，其并未依据地区实际情况，对外部环境进行全面考察、分析和论证，导致海绵体选择过于随意，以至于无法达到良好的园林优化设计效果。我国国土资源辽阔，各地区环境和气候有所不同，存在较大差异，城市降水量也有差别。为将海绵体的效用发挥到最大，设计人员要依据城市园林建设要求及区域状况，对海绵体进行合理选择，确保其适用性，并进行严格的质量检查。而施工单位也要依据工作人员的调查情况，将基础设施采购工作落实到位，达到预期园林设计效果。

3.3合理设计景观，低影响开发

依据地域特征及城市园林建设要求，既要确保基础设施建设工作，又要兼顾市政设施的稳定性。降雨之后，选择源头分散的控制方法，对雨洪进行低冲击开发利用。其中，控制参数包括排水量和径流系数，对各项技术进行合理应用和开发，设置透水铺装，将蓄水池、碎石沟、渗透渠等基础性海绵设施建设工作落实到位。小径流中，采用正确的方式，对观望承受的雨水压力进行有效控制，并合理建设排水网络，使其分布合理，既要确保各项基础设施建设的完整性，又要将其与市政设施进行完美融合。有效融合景观植物。设计施工单位要对园林土壤状况进行全面分析，对其具备清晰的认识，优选改良土壤，以实现径流量控制，并进行地下水补给。与此同时，也要依据区域状况及园林优化设计要求，对草、灌、乔等各类植物进行合理搭配，注重水生植物与陆生植物的协调性，增加园林中植物种类。对园林气候和水土特性等进行综合考量，优选植物群。该过程中，也要立体种植植物，依据植物特性，确保各品种之间搭配的合理性，并考量外部土壤、气候特征，使其与植物生长要求及规律等相符合，在园林优化设计中，实现多样化种植。在园林内部设置植物群落，以对地表径流进行有效控制，使水循环时刻处于良好的运行状况，使水资源得到充分利用，减少不必要的浪费问题。依据植物实际分布状况，考量生态效益的同时，适当种植乔木、草本植物等，达到防风固沙效果。树根经长期生长，蔓延到地下，用以保持水土。该过程中需要考量的相关内容比较多，需对公园和道路系统中的雨水节点、排水方向等进行严格考量，并划定排水分区，依据场地竖向，划定拟布局低影响开发设施汇水面，并测量其面积。选择低影响开发设施类型，并对其进行合理布局。

4结语

综上所述，将海绵城市理念应用到园林优化设计中极具适用性。市政及相关设计部门要结合园林设计及建设理念，对海绵城市概念具备清晰的认识，依据园林优化设计要求，改变设计人员的传统观念，合理选择海绵体，实现海绵园林建设目标，减少不必要的水资源浪费问题，实现环境保护，为人们提供良好的休闲、娱乐场所，提高我国城市园林建设整体水平。

优化设计论文例2

为建设黄壁庄水库副坝防渗墙，拟在副坝下游侧桩号2+000和3+750处的压坡平台上兴建2座产量200m3/h的大型混凝土生产系统，该系统含2个长×宽×高为60×60×8.4m一次储量7000m3的储料场和2座2×1.5m3的强制式机组的拌和楼见图1。由于副坝是整个水库工程存在隐患最多的部位，水库主管单位对在压坡平台上兴建工程严加限制：一不得深挖；二不得宽挖。保证在除险加固完成前副坝的安全度汛。在地形条件受限制的情况下，如何确保储料场按计划完成，关键在挡土墙设计。

如何在众多形式的挡土墙中选择一种适合现场条件的档土墙结构是当前必须研究的课题。档土墙作为一般拦土结构物，常用在闸坝的翼墙和渡槽、倒虹吸的进出口边墙及其他路堤挡土部位等。对这类工程的优化设计问题往往易被忽视。我们的实践表明，各类挡土墙的技术经济效益有着相当大的差别。本项研究，从工程实际出发，意图在如减压式挡土墙、重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等四种结构中进行双向优选，即进行本类的优选设计和各类之间的优选比较，最后确定一种技术、经济状况最优、现场适应性最好的挡土墙方案用于本工程。现将研究过程介绍如下。

1.2课题研究思路

该课题的研究思路分三步的研究思路。

第一步，首先确定方案比选的统一标准。过去人们的观点认为挡土墙形状各异，结构不同，各有优缺点，要比较相当困难。实际上任何形式的挡土墙功能都是挡土拦土，因此研究认为，它们的正常挡土状态就应当是一个统一标准，而这个正常的挡土状态正是现行的规范状态，在规范状态下这些参与比选的各类挡土墙是处在同一个设计水平上，因而可以比较。

第二步，确定优化设计的风险决策方法。众所周知，任何挡土墙的稳定性特征值都是挡土墙背填土物理力学特性的函数，同时又受地基结构特性的约束；对于挡土墙的经济造价，又与结构特征相关的工程量及市场物价相关的分析单价密不可分。显然，这些都是描述挡土墙特征的随机变量。鉴于挡土墙具有上述特点，因此可以认为每类挡土墙也是离散随机变量，采用数学期望准则和优势比较准则完全能够将含离散随机变量的各个方案进行优劣比较，按照定义，离散随机变量的一切可能值Xi与对应的概率P（ζ=Xi）的乘积之和称为数学期望，记为Mζ。如果随机变量只取得有限个值：X1、X2、X3、……Xi，而取得这些值的概率分别是P（x1）、P（x2）、P（x3）……P（xi）则

Mζ=X1P（x1）+X2P（x2）+X3P（x3）……XiP（xi）

运用到风险决策中来，以Mζ值最小为最优方案。

优势比较准则实际是将方案的技术效益或造价进行比较。当方案Ⅰ的随机变量S1、S2、S3、……Si与方案Ⅱ的随机变量S1、S2、S3、……Si对应相减，其值为“0”或“+”值，则方案Ⅰ有优势；若相减后其值为“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，则方案Ⅰ不存在优势。

第三步，选取拟比较的能反映方案特性的随机变量可能值。研究认为，方案的规范状态，挡土墙的墙基应力，墙基对围岩的扰动度参数——挡土墙的宽高比B/H和相对避扰度、工程造价及相对效益A等值，基本能描述挡土墙的特征，而且这些变量在分析过程中都能一一取得。故以它们作为研究比较的随机变量是合理的。

第四步，搜索各类挡土墙的规范状态并按数学期望准则和优势比较准则分别考核各个待选方案。选出最优秀方案。

2各类挡土墙的设计指标

2.1确定计算挡土墙的土压力理论

目前计算土压力的理论有多种，而各种理论又用各自不同的假设分析方法来求算土压力。根据初步筛选，除减压式挡土墙外，其余重力式挡土墙，悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙背墙顶与墙踵连线倾角均大于临界角εer，本工程εer=45-ψ/2。尽管一些方案的墙背可能出现第二滑裂面，尽管采用的计算公式可能出现误差，为方便起见确定统一采用郎肯主动土压力理论来计算各类挡土墙的主动±压力。初步分析估算，计算误差不会导致大方案比较结果出现错位。

有关郎肯主动土压力计算公式详见图2。

2.2现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性。

现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性见表1。

2.3四种挡土墙的现行规范状态的计算成果

根据前述2.1和2.2节确定的数学模型和物理力学指标，无论用手算方式还是计算机搜索都可得到现行规范状态下的挡土墙计算成果。详见图2、表2和表3。

表2中的“GF”是“规范”二字的汉语拼音缩写；“围岩相对避扰度”意思指“围岩避免扰动的相对程度”，此相对值越大表明围岩受扰动越小，反之则越大。

3挡土墙优化设计的风险决策

3.1按数学期望准则的风险决策

采用数学期望准则风险决策之前先将表2中的第（2）项和第（5）项、表3中的第（12）项集中到表4来，并认为表中所有随机变量X1、X2、X3的概率P（x1）、P（x2）、P（x3）值均为0.333，则可算出a、b、c、d各方案的数学期望Mζ值，详见表4。

由表4可见，减压式挡土墙Mζ值较小，而悬臂式挡土墙的Mζ值较大。比较结果表明，减压式挡土墙在这四种挡土墙方案中为最优方案。

3.2按优势比较准则的风险决策

在进行优势比较准则决策之前，先将表2中的第（3）项第（6）项和表5中的第（13）项集列成表5并进行优势比较。详见表5。

将表5中各个随机变量相互比较发现，减压式挡土墙对其他三类挡土墙比较均得到“0”“0”“+”“+”，表明减压式挡土墙方案比较优秀，为首选方案。重力式挡土墙和扶臂式挡土墙方案对悬臂式挡土墙，比较结果也显示“0”“0”“+”“+”，表明该两者也有一定优势，可作为备选方案。

总之，无论采用数学期望准则还是采用优势比较准则分别对减压式挡土墙，重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙进行分析，结果基本一致。在规范状态下，减压式挡土墙方案对围岩土扰动较小、较好地适应现场受限制的地形条件、工程量及造价较低，是被考核的四个挡土墙方案最具优势者。

4减压式挡土墙在黄壁庄水库除险加固工程混凝土生产系统中的应用。

4.1减压式挡土墙设计应注意事项

混凝土标号应为C20以上。进行配筋计算时宜取安全系数K≥1.4。并且墙底不得有虚土。

4.2减压式挡土墙的施工

注意墙体分段施工程序：先浇筑Ⅰ墙基底板——Ⅱ垂直墙体下半部分——Ⅲ减压平台以下的土方回填夯实——Ⅳ浇筑减压平台——Ⅴ浇筑垂直墙体上半部——Ⅵ减压平台以上回填。

4.3减压式挡土墙应用效果

在储料场的两端，总长4×40m=160m，墙高8.4m，墙基宽2.51m的减压式挡土墙于1998年11月建成投入运用。当储料7000m3时，减压平台以上储料高度h＞4m，墙顶变形2mm，墙基变形为0，运行正常。此种结构应用在储料场工程，减压平台可以代替部分混凝土硬化地面的工程量，一举两得，技术和经济效益明显。

5结语

本项研究采用数学期望准则和优势比较准则对不同类型挡土墙方案进行风险决策获得满意的效果，使工程实际中提出的问题得到解决，是对挡土墙结构优化设计的有益尝试。

减压式挡土墙是本项风险决策研究比选的出的优秀挡土墙方案。在黄壁庄水库工程应用结果表明，它的挡土效果与其他重力式挡土墙、悬臂挡土墙和扶壁式挡土墙相当，而工程造价仅为其他三类挡土墙的57%—81%、对围岩的扰动影响仅为其他三类挡土墙的41%—44%，对受限制的土基条件适应性较好，技术和经济效益明显。宜作闸坝翼墙及一般渠系建筑物进出口过渡段工程的选择方案。

本项研究的思路可供同类工程建设参考。

参考文献

优化设计论文例3

1引言

洁净室空调系统经典的方案是采用中央空调和三级过滤器集中送风，通过大型风道将已经处理的空气送至过滤器的接联管道，然后经高效空气过滤器（HEPAFilter）或者超高效空气过滤器（ULPAFilter）送到洁净室。而另一种方案是采用室内循环风就地冷却，利用干冷却盘管解决新风不能提供全部冷负荷的问题，同时利用风机过滤器单元来进行空气循环。每种方式各有一定的适用范围，风机过滤器单元（FFU）因其灵活性大,即可通过置换盲板来提高局部区域的洁净度、占用空间较少等优点得到越来越多的应用，尤其适合于旧厂房的改造及技术更新较快的工程。虽然FFU系统成本较高，而从综合投资角度，分析认为采用FFU方式在末端过滤器铺设率为25%－30%时较为有利【1】。

ISO5级（百级）洁净室属于洁净室用暖通空调系统耗能大户，通常采用吊顶满布高效过滤器的送风方式，运行能耗较大。有关洁净室运行费用的文献指出，在某些欧洲国家，能源消耗的费用已占洁净室运行、维护年度总费用的65%～75%【2】，其主要影响因素是洁净室的空气流量和采暖通风空调系统如何有效地向洁净室分布经过净化和温湿度调节的空气，所以在保证洁净污染控制的条件下，合理选择送风速度，布置末端过滤器、回风口、减少送风量以便节能是人们关注的焦点。

另外国外对一些ISO5级洁净室实测数据表明，大部分换气次数远低于建议的下限值【2】，而在设计中存在系统风量过大的倾向，这可能与对气流缺乏了解，担心系统运行可靠性的保守思想有关，说明提高节省能源的机会确实存在。随着计算流体动力学（CFD）技术自身的发展，已广泛应用于暖通空调和洁净室等工程领域，通过计算机求解流体所遵循的控制方程，可以获得流动区域的流速、温度、浓度等物理量的详细分布情况，是一种较好的优化设计工具。其优势在于利用CFD技术对设计方案进行模拟可以在施工前发现失误并及时更正，避免经济损失；可以迅速发现提高系统运行效率的可能性；另外，通过模拟可以得到一系列运行的备选方案，以便在寻找最经济方案时有所依据。

本文利用CFD软件，对拟采用FFU净化空调系统的某微电子洁净厂房的ISO5级洁净室进行计算机模拟，通过几个设计方案相比较，利用所得到的速度场，分析评价其性能，利用理论计算验证其平衡态的洁净度，并提出一些应用中的注意事项，为实际工程应用提供参考。

2数值模拟及分析

2.1数学模型

从流动的雷诺数Re来考虑，洁净室的气流均为紊流【3】，空气的流动满足连续性方程，动量方程和能量方程。对于工程问题，我们不需要关心紊流的精细结构及其瞬时变化，而只关心紊流随机变量的有关平均值，因此，本文采用数值计算三类方法中雷诺时均方程中的紊流粘性系数法，流动模型采用暖通空调广泛采用的标准k-ε二方程模型，k-ε模型通过求解紊流动能与紊流动能耗散率的输运方程得到紊流粘性系数。

控制方程的通用形式为【4】：

式中：ρ为空气密度(kg/m3)，V为气流速度矢量(m/s)，Γφ，eff为有效扩散系数(kg/ms)，Sφ是源项，Φ代表1，u,v,w,k,ε中的一项，u,v,w为三个方向的速度分量(m/s)，k为紊流动能(m2/s2)，ε为紊流动能耗散率(m2/s3)，Φ=1时通用方程变为连续性方程。

边界条件：墙体边界设为无滑移边界条件。送风边界条件，送风速度取过滤器面风速平均值，速度方向竖直向下。回风边界条件，回风口满足充分发展段紊流出口模型。由于室内热负荷较小，不考虑温度浮升效应对气流的影响。采用混合迎风差分格式对偏微分方程进行离散，基于有限容积法的SIMPLEST算法进行求解。

2.2物理模型及计算结果分析

方案一将风机过滤器单元（规格为1.2m×1.2m）成条型居中布置于天花板，满布比在25%，回风采用全地面均匀散布穿孔板作为回风口。物理模型平面图如图1。经模拟计算得到气流流场示于图3，由于送风口在Y方向呈对称布置，图中只给出一半流场。从图中可见，在送风口下方流线垂直向下，流线平行较好，而在送风口至墙体范围内有较大的涡流区，则主流区范围减少，不能使全室工作区达到较高级别。同时粒子也会被卷吸进入主流区，排除污染物的路径增长，增加污染的可能性。

图1FFU布置平面示意图（条型）图2FFU布置平面示意图（均匀）

图3FFU条型布置YZ截面流场图

图4FFU均匀布置YZ截面流场图

方案二将FFU（规格为1.2m×1.2m）散布于天花板，满布比仍为25%，过滤器面风速在0.45m/s，回风采用全地面均匀散布高架格栅地板作为回风口。物理模型平面示意图如图2，气流流场分布如图4。模拟计算显示，对于均匀布置FFU方案，工作区1.2m及0.8m高度断面平均风速分别为0.1545m/s、0.1516m/s，可见散布末端过滤器送风口可以减小速度的衰减。虽然在送风口之间上部存在反向气流，形成小的涡流区，但在工作区0.8m－1.2m范围内已形成竖直向下的流线，时均流线平行较好，由于此洁净室产热量较小，热气流对流线影响可忽略，不会产生逆向污染，因此上部的涡流不会对主流区产生影响。空气中的微粒在重力、惯性和扩散三种作用力下运动速度和位移是微小的，直径在1μm时，微粒跟随气流运动的速度和气流速度相差不会大于10－3【3】。此设计中新风处理机组设三级过滤器，FFU中过滤器为U15≥99.9995%＠MPPS，直径＞1μm的微粒可视为零，因此，工作区产生的微粒能完全跟随气流一起运动，直接排出洁净室。

当进一步减小满布比时模拟计算可知，除送风口正下方—定区域外，其余部分已根本不能保证气流接近垂直向下，过滤器之间存在一个从天花板到地面贯通的巨大涡流区，污染物极易被卷吸进入涡流区内而不易排出。

经过模拟计算及分析，我们认为在送风口满布比为25%，均匀分布FFU，采用全地面均匀散布穿孔板回风，过滤器面风速在0.45m/s，相应换气次数为147次/小时，由于FFU可达到较大的送风面风速，以及均匀散布穿孔地板回风口的均流作用，因为如果采用侧墙下侧回风，就会在洁净室中间下部区域形成较大的涡流三角区【5】，因此，洁净室内能够形成比较合理的气流流形，在主流区内能形成基本垂直向下的流线，但在靠近四周墙壁处，由于形成受限射流，出现涡旋，因此在布置设备时，应避免将设备靠墙壁布置，而应留有一定距离，这是洁净室施工完毕，开始投入使用时应加以注意的。另外，此设计中虽然不能形成如传统满布高效过滤器送风口而形成的全室平行气流，但美国标准IES－RP－CC012.1【6】中已认为ISO5级洁净室也可采用非单向流流型或混合流型。

3理论计算洁净度

洁净室的洁净度级别由通风系统和室内污染源所决定。可以通过数学公式对其进行计算。根据粒子平衡理论，进入洁净室的粒子有室外新风带入、循环空气带入及室内污染源。对于电子厂房室内污染源主要是工作人员的产尘，而设备产尘很小可忽略不计。从洁净室排出的粒子有回风带出及由于室内正压而渗出的粒子。可得如下方程【7】：

达到平衡状态时，浓度方程变为：

其中

以上式中：Q，送风量，m3/sq，渗出的空气量，m3/s；V，洁净室的容积，m3；x，循环风的比例，此处为1；c，洁净室的浓度，粒/m3；c0，洁净室的初始浓度，粒/m3；c∞，洁净室的平衡浓度，粒/m3；c1，渗出空气的浓度，粒/m3；cout，室外新风的浓度，粒/m3；t，时间；ηout，新风过滤器效率；ηrec，回风过滤器效率；S，室内污染源，粒/秒；ε,通风效率。

新风预过滤器为F5（η＝55%），中效过滤器为F9（η＝95%），高效过滤器为H12（η＝99.5%），FFU中过滤器为U15（η≥99.9995%＠MPPS）；新风含尘浓度天津地区取为3×107粒/m3(≥0.5μm)；身着洁净服的工作人员走动时的产尘量为1×104粒/秒·人(≥0.5μm)；设同时有3人在工作；通风效率取为90%；新风比为4.42%。计算得出此设计的洁净室稳定含尘浓度为2857粒/m3（即81粒/ft3），达到ISO5级100粒/ft3的设计要求。

4结论

通过本文的研究可得到如下结论：

1）针对电子厂房洁净室发尘量较低，室内人员较少，热负荷较小的情况，通过选择级别较高的过滤器，合理布置末端高效过滤器的位置，回风方式后，即使设计的室内换气次数、断面平均风速低于规范建议的下限值，仍可有效地滤除粒子，满足空气洁净度要求。

2）CFD是一种较好的优化设计工具，结合工程实际情况，借助模拟工具进行辅助设计是必然趋势。

参考文献

1.严德隆.全国室内空气净化工程与技术发展研讨会.2001:94～97

2.徐腾芳,杨耀祖.洁净与空调技术,2002(B12)：37～42

3.许钟麟.空气洁净技术原理.上海：同济大学出版社，1998

4.陶文铨.数值传热学（第二版）.西安:西安交通大学出版社,2001

优化设计论文例4

（1）方案主题结合当地的文化特色。每个城市都有自己的人文背景和民俗特色，喷泉方案设计时一定要结合当地民俗特点，挖掘当地历史背景，紧扣当地文化内涵。结合音乐喷泉构成元素，突出主题。首先，灯光配色方案要符合地方特色。如在内蒙古地区要体现出草原文化，用主题色选择绿色和蓝色分别呼应辽阔的草原和蔚蓝的天空；在延安地区就要展示红色文化，用红色作为主题色。其次，在水型搭配方面突出文化主题。在新疆玛纳斯红酒文化主题广场的音乐喷泉设计时，为了体现红酒主题，特别研制了红酒杯喷头，布成从内到外5层红酒塔，结合不用的灯光和角度照射，使其远看像一个装满美酒的木酒桶，近看像一个装满红酒的红酒杯。为当地主题公园的一个标志性水体，获得了极大的成功。再次，用音乐来呼应主题。喷泉是一个结合了视觉艺术和听觉艺术的综合体，音乐也是有生命的，或低吟，或倾诉、或欢唱。当音乐与水融合在了一起，共同表现出一个共同的主题。更容易抓住观众的眼睛，引起思想上的共鸣。

（2）了解喷泉景观周围的环境特点，使喷泉景观与周围环境融为一体。喷泉坐落的不同位置，选择水型、灯光搭配，音响配置都是不同的。在步行街、小区花园等场合，尽量选择高度比较低，水落点可控的造型，例如水母、雪松、涌泉、蒲公英等等。有人水互动要求的工程必须要充分考虑水的压力因素，防止由于水压过高和意外情况造成人身伤害危险。那些建设在河流胡泊中的喷泉景观，由于与观众的距离较远时，尽量选择一些粗壮、高大水型样式，体现水的力量和气势。例如百米高喷、擎天巨柱等。了解当地的气候环境因素。中国复原辽阔，环境差距特别大。北方多风的地区多选择一些抗风性比较好的水柱造型，并适当加粗出水口径；而南方相对风较小的地区多选择一些水膜，水幕电影方面的水型；针对水位稳定性比较好的地方可以选择雪松或者涌泉水型；水位变动大的地方选择跌水或者波浪脉动水型。

（3）根据景观工程的总体要求，制定切实可行的设计方案。不同类型的喷泉对应不同的功能性。是把喷泉做成一个点缀环境的喷泉小品，还是作为一台综合性的音乐喷泉演出盛宴；是全天候使用还是在主要用于夜间；在喷泉设计初期一定要有明确的意见。每一位喷泉设计师在收到设计任务后，都会根据景观的总体风格，结合考虑总体的投资额度，提出初步的方案，做出效果图和演示动画，模拟喷泉施工完成后的具体情况，给建设方提供直观的具体的印象，然后再酌情调整，最终定稿。喷泉工程实践中有种说法是“大投入大制作，小投入凑合做，不投入没法做”，这就是说对于喷泉工程的方案确定，一定要看菜做饭，切实可行。

（4）充分了解自身喷泉设备的特点。有句话叫“没有金刚钻，别揽瓷器活”，对本公司在喷泉工程设计施工中的优势和不足一定要有充分和客观的认识。在喷泉设备选择，电气管路设计安装、水型选择和搭配方面、控制系统确定方面一定要充分和本公司的专业人士充分论证，扬长避短。在遇到与建设方意见不一致的地方要做好解释工作。不能拍脑门硬上，给后期工作埋下隐患。

2喷泉方案优化设计中容易出现的问题

（1）效果图和效果动画夸张成分太多，脱离的实际。建设方在景观工程建设前的准备阶段，对喷泉效果期望值非常高，但是只停留在概念方面，并没有太具体的形象。而销售人员为了更好的取悦建设方，在效果图和效果动画的方案制作方面过分的夸张，脱离了水和光的变化的物理规律，造成工程建设完成后无法重现动画效果，影响工程整体的进度，也影响了公司信誉。

（2）片面追求方案汇报效果而放弃表演效果。在喷泉实践当中，我们经常遇到的情况是投资预算上封顶不能动，为了喷泉方案做的漂亮，就片面的增加水型组合数量，增加喷头数量，增加配套设备，表面工作做的特别漂亮。但是为了保证正常的利润水平，在一些不突出的地方减低配置水平，增加利润点。比如把通过计算最合理的喷头口径为Φ20，可是这样做的话明显超出预算，于是就把口径缩小到Φ15，进一步能减少水泵的功率、电缆型号、控制设备规格。这样尽管和谐了方案效果和预算投入问题，但是却严重影响了喷泉的艺术表现力。

（3）喷泉水型布局不合理，数量虽多但效果不突出。这个问题在几乎在每个喷泉工程中都有体现。我在喷泉效果编程经常遇到一个困恼：表面用于表现艺术效果的设备很多，可是具体使用的时候又总不够用。以河南南阳音乐喷泉为例，圆形喷泉中心三米的园内集中了飞碟，海鸥，高射三种造型，飞碟和海鸥都是摇摆的造型，占的空间比较大，高射水型对喷高的要求比较高。这三种水型两两干扰，同时打开时形成一片水雾，什么都看不出来，更别提各自的艺术性了。在喷泉表演时，只能有各自独立打开3种组合效果，如果在方案设计时把这三个水型的位置合理安排就可能出现3种独立组合效果+3种两两组合效果+加全开效果共7种组合造型，极大的丰富了表演元素，提升艺术效果。

优化设计论文例5

2数值算例

以正交各向异性对称铺设的四边简支方板［0°/90°/90°/0°］为例，方板长度为a，厚度为h，且层合板的每一层都具有相同的材料参数和厚度。表1中文献［9］是复合材料固有频率的有限元解，文献［10］是根据分层理论所求的解，都具有较高的精度。表1为JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的一阶无量纲固有频率结果对比。从表中数据可以看出，当跨厚比a/h=5时，JD的误差很大，YJJQ也有较大误差，而GJJQ相比于文献有较好的结果;当a/h=10时，JD误差减小，但仍有较大误差。此时，YJJQ和GJJQ具有较好的精度;当a/h=100时，JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的解都较为接近。由表中数据可知，GJJQ精度高，可靠性好。通常，弹性模量比(E1/E2)、跨厚比(a/h)的改变对复合材料层合板固有频率有影响。以数值分析中的方板为例，图1～图3分别是基于3种理论，层合板一阶无量纲固有频率与弹性模量比、跨厚比的关系。

3层合板固有频率的优化设计

1)优化模型建立及设计变量。基于高阶剪切变形原理，建立层合板固有频率等效模型，再将层合板固有频率等效为单层正交各向异性材料的材料属性。复合材料层合板的减振降噪性能通常受其固有频率影响，而有很多因素影响固有频率，如铺设角度、跨厚比、弹性模量比、湿热等等。对其进行优化设计，能提高层合板的性能。以上例中的层合方板为例，基于高阶剪切变形理论下，对层合板的固有频率进行优化，选择铺设角度作为设计变量。2)目标函数及约束条件。本文以上例材料参数作为层合板的初始参数，以层合板固有频率最大化作为优化目标，文中得到的(8)式则是固有频率的目标函数。铺设角取值范围∈［0°90°］。3)优化设计方法。文中以改进的适应度函数［11］遗传算法对目标函数进行优化。遗传算法引导搜索的主要依据就是个体的适应度值。也就是说，遗传算法依靠选择操作来引导算法的搜索方向。选择操作是以个体的适应度作为确定性指标，从当前群体中选择适应度值高的个体进行交叉和变异，寻找最优解。如果适应度函数选择不当，它直接影响到遗传算法的收敛速度、稳定性及能否找到最优解。本文选择种群规模(NIND)为20;遗传代数(GEN)为40;交叉概率(px)为0．7;变异概率(pm)为0．01;代沟(GGAP)为0．95，采用进化代数固定的终止策略。从图4看出，优化目标值随着遗传代数增加呈递增趋势，优化到第10代时找到全局最优解。优化结果为x=0．735，y=0．769，z=15．31;即θ1=44．5°，θ2=44．9°，为15．31。由表2可知，优化后的效果较明显，ω～11从12．40提高到了15．31。

优化设计论文例6

压气机过渡段主要由两部分组成，端壁（轮毂、机匣）与支板，结构如图1所示。其设计难点主要集中在如何通过改变流道端壁形状来达到端壁附面层、支板翼型损失的最小化。衡量其性能的主要参数为总压恢复系数（或总压损失系数）。叶轮机械传统的设计思路是由一些严重影响性能的一个或几个参数出发，参考实验或其他数据给出这些参数与设计要求的经验关系，通过大量统计结果给出设计规律，然后再进行实验或CFD验算。而本文的设计思路则是借助优化算法与气动评估方法的结合开展对参数化后的过渡段的设计优化工作。

一般来说，压气机部件设计大都采用三维优化，但三维优化需要给定优化参数的初值以及变化范围，变化范围太大会造成巨大的计算量，变化范围太小又不足以保证覆盖最佳方案。为了解决以上矛盾，本文将在过渡段初步设计的基础上进行全三维优化设计，设计流程如图2所示。

初步设计：通过求解二维子午平面上的速度梯度方程结合遗传算法对流道几何进行筛选，利用其计算快速的特点可以在参数化空间中进行大范围的搜索，得到最佳初步结果。三维设计：利用三维粘性N-S方程与优化算法的结合对三维参数化模型进行设计，计算耗时较长，但精度较高，直接对需要优化的参数进行计算，并借助神经网络与遗传算法对结果进行优化。初步设计为三维设计提供优化参数初值，以初值为基准，给定优化参数变化范围（比如正负20%），然后在此范围内进行三维粘性优化，得到最优解。

1参数化方法

过渡段参数化即是由自由参数确定过渡段几何形状的过程。参数化的标准是用尽可能少的自由参数覆盖尽可能大的样本空间。图3给出了本文的过渡段参数化方法。根据前人所取得的经验，过渡段流道沿流动方向面积分布对于控制流动损失至关重要，所以本文流道参数化由流道中线+流通面积两个要素来控制，流道中线由4点样条曲线确定，它决定了气流从低压压气机到高压压气机之间的流动方向变化，流通面积则通过流道沿流向的高度(如D1，D2)来控制，D1,D2在几何上已经考虑了支板厚度对于流通面积的阻塞作用。支板部分采取两截面构造支板，积叠线为直线，通过定位点、斜率控制位置。

过渡段造型的步骤为：首先由进口高度中点，出口高度中点，中线两控制点总共4点，通过样条曲线拟合为中线，并假设该中线即为流线，在两控制点处根据给定的准正交流动方向面积（也可以根据需要增加面积控制截面）确定该处对应的流道宽度D1,D2。流道宽度确定以后就可以沿着与中线垂直方向得到轮毂、机匣的两个位置，最后结合这两个位置以及进出口几何尺寸以样条曲线拟合成轮毂机匣端壁，采用的样条曲线为NURBS曲线，可方便地给定进出口几何参数。

2二维、三维计算评估方法

二维评估方法使用流线曲率法求解子午平面上的速度梯度方程来获得流场的初步参数。所求解的速度梯度方程如下：式中MV为子午分速度，l为准正交线长度，α为流线切线与轴向夹角，γ为准正交线与半径方向夹角，mR为计算节点处的曲率半径，r为节点半径，ρ为密度，G为质量流量，m为流线长度，mM为子午马赫数。为了考虑支板对于通道的阻塞作用，定义B为网格节点的阻塞系数，表达式为B=(2πr−支板数×节点处支板厚度)/2πr，κ为阻塞系数的影响因子，代表阻塞作用反映在子午平面上的强弱。

二维计算还需给定相应的损失模型，这里采用的是文献中推导并经实验验证的切应力损失模型。计算中首先由给定的总压损失初场求解速度梯度方程确定速度场，求出速度场后结合混合长度理论求出切应力τ，这里混合长度作为常数，然后由式(2)确定沿流线的总压损失，损失松弛后进入下一次计算，如此迭代可求得收敛的速度场，最后按质量平均计算出口的总压损失。

需要说明的是，以上方法只给出了端壁损失，并考虑了支板厚度对于端壁损失的影响，并没有将支板损失部分考虑进去。二维评估方法中计算结果难以同三维计算结果精度相提并论，但是可以肯定的是二维方法可以明显将局部曲率过大的流道筛除，可以快速得到流向扭曲均匀、面积无多峰值变化的相对好的初步设计结果。

三维计算使用商业软件NUMECA/FINE模块，计算定常流动下的带支板过渡段总体性能，待优化的参数为总压恢复系数。三维计算网格数、计算精度已经经过校验，这里就不详细列出。

3优化算法

初步设计采用的优化算法为单目标遗传算法，采用整数编码，包含有杂交、变异、反转算子。精英沉降策略。采用动态生存压力，算法初期给予较低的生存压力，确保样本多样性与全域搜索能力，后期给予较高的生存压力，可加快不良样本的淘汰。如式(3)通过对样本适应值进行变换，以达到加速进化的目的，其中生存压力为t三维设计使用遗传算法与神经网络结合的优化策略，用DOE得到的样本对神经网络进行训练，得到参数-性能的映射关系，然后运用遗传算法从该映射关系中发掘新的优良样本并对映射关系进行修正，如此迭代使最佳样本性能逐步提高达到最优解，如图4所示。

算例分析

为了检验上文所发展的设计方法，对一个算例进行了设计分析。给定的几何参数为R1h=0.6m，R1m=0.657m，H=0.11m，L=0.5m，R2m=0.394m，进出口面积比Ainlet/Aoutlet=1.0。支板数8个，支板翼型采用NACA642-015A，支板弦长0.3m,支板倾角90度。参数具体含义见图3。为了比较初步结果与三维结果的差别大小，在该算例中对三维优化参数赋予了较大的自由度，图5给出了经过参数化后的流道型线的变化范围。二维计算中流线设定为21条，计算站为11个，如图6所示。三维计算中，计算网格节点数为64万，如图7所示。湍流模型为S-A模型，边界条件为进口总压321200pa,总温400K，出口给定流量228Kg/s，近壁面Y+小于9，进出口延伸长度为通道高度的2.5倍。

优化的最终结果为：过渡段总压恢复系数0.993，总压损失系数0.04。优化之后的流道型线如图8所示。图8中还给出了二维优化的型线和不考虑支板的阻塞的等面积流道型线。可以看出，由于考虑了支板对流通面积的阻塞，二维、三维优化后的流道明显外扩，属于扩张-收缩型通道，并且初步设计结果同三维设计结果略有差异，说明初步设计的结果在一定程度上逼近了三维设计的结果，说明以后可以在三维优化中给予参数适度狭小的变化范围，提高设计优化速度。

图9中设计2为本算例三维优化结果的面积沿流向分布，如图可见，面积变化呈现先增大后减小的趋势，这与文献中优化后的的面积分布规律一致。当然这一变化趋势是在进出口面积相等的条件下得出的。一般认为，过渡段应该处于顺压梯度，这样的设计损失最小，不过考虑到支板的损失与气流速度有关，速度越高损失越大，所以过渡段前半段快速扩压有助于减小支板区的总体流速，进而减小由于支板造成的损失，但是这一扩压过程将造成端壁附面层的加厚，加重损失，所以存在最佳扩压度使总体损失最小。

前半段的面积扩张也给后半段的面积收缩创造了可能。为了说明面积变化规律对于流动损失的影响，下面给出了本算例三维优化结果（采用扩张-收缩面积变化规律，如图9中设计2）与采用收缩-扩张面积变化规律的设计方案（下文简称设计1，仅与设计2对比，非本文设计结果）的一些流场对比。

如图10所示为设计1(design1)与设计2(design2)的出口熵分布比较，可以看出相比设计1，设计2的高损失区域明显减小，附面层的熵最大值减小，支板造成的损失区域、损失大小都减小。图11给出了支板近壁面极限流线，可以看出设计1支板尾部接近轮毂区域出现了较强的二次流动，而设计2没有出现这种情况。

如前文提到的，在轮毂与支板后部交汇处存在着由于轮毂壁面凹曲率和支板翼型收缩造成的双重扩压作用，对于该处角区的低能气流最容易发生分离，设计2之所以没有出现分离，是因为流通面积的收缩抑制了这一双重扩压作用，如图12所示为50%支板高度流面的静压力分布，设计1沿流动方向的压力分布呈现高-低-高的变化，设计2则是低-高-低的变化，从支板中后部开始呈现顺压力梯度。这一变化可以明显减小支板损失部分，而对附面层发展部分影响不大。综上所述，沿流动方向扩张-收缩型通道在减小流动损失方面较为理想，在弥补了支板厚度带来的面积阻塞之后仍然呈现扩张-收缩型，说明压力沿流向低-高-低的变化方式才是最理想的。

结论

1)本文探讨了压气机带支板过渡段设计方法，并发展了相应的设计程序。针对一算例开展了设计工作。初步设计结果同三维结果之间略有差异，说明三维优化前的初步设计对提高优化速度是可行的，肯定了本文关于设计分两步走的方案。

优化设计论文例7

系统用户界面层相当于是整个系统的窗门，在该层面的用户可以通过相关操作对整个系统的运行进行控制。同时，系统也会将自身的运行情况和数据信息通过窗口的形式展现给用户，使用户能够对整个系统的运行情况进行详细了解，进而确保整个系统的高效、精确运行。

1.2系统应用服务层

在该层，用户可以对整个系统的具体运行情况和操作进行控制，进而实现对风电机组塔架进行快速设计，并对设计进行进一步优化。在该层面，对Pro/E5.0软件系统的交互集成，主要是通过Pro/ToolkitAPI来实现。

1.3系统数据存储层

在整个优化设计系统中，数据存储层是最重要的组层部分，是整个系统得以实现运行和操作的基础。数据存储层的主要作用，就是对系统运行过程中的相关数据进行存储。按照存储数据的不同，可以将整个数据存储层细分为四个数据库，分别是参数库、实例库、规则库以及模板库。

1.3.1参数库

参数库，顾名思义，其主要作用就是对风电机组塔架的设计参数进行存储，其中，主要包括风电机组本身的技术参数、塔架设计的基本参数、塔架材料参数、零部件几何参数以及塔架设计优化参数等。

1.3.2规则库

规则库所存储的主要是风电机组塔架优化设计中的装配约束关系，而这些装配约束关系数据，都是以固定的规则格式存储在规则库中，当系统运行需要时，直接对其进行调用。

1.3.3实例库

该数据库内存储的主要是已经设计成功的风电机组塔架设计优化案例，详细包括了整个塔架设计过程中所涉及到的相关数据、规则以及零部件配置信息等，主要作用是为了给风电机组塔架设计优化提供可供参考的设计依据。

1.3.4模板库

该数据库的主要作用是对塔架优化设计的模板文件进行存储，通过这些模板文件能够直接对塔架的整体骨架进行快速组装和设计。而这些模板文件都存储在指定目录之下，当系统设计需要时可以直接通过目录进行调用。

2风电机组塔架优化设计系统功能分析

2.1结构配置模块

首先，设计人员要在对风电机组塔架设计具体需求的基础上，对整个风电机组塔架的总体结构进行初步设计，并由企业管理人员对初步设计方案进行审查，确定设计方案满足要求之后存储方案继续进行下一设计环节。其次，在完成塔架总体结构设计之后，设计人员应该在塔架总体结构初步设计的基础上对整个塔架的零部件进行选择，同时，为了确保选择的合理性，设计人员应该从现有结构模型中进行选择，以确定所选零部件的性能属性能够满足塔架优化设计要求，确定没有问题之后，、对零部件选择方案进行存储。在此过程中设计人员还应该注意，不论是在接下来的设计中发现塔架总体结构设计中出现问题，还是企业要对塔架设计进行适当调整，设计人员都应该在原有设计方案之下对塔架的总体设计进行调整和修改，并将修改之后的方案进行存储。

2.2分析优化模块

该功能模块的主要作用是对塔架总体结构的设计进行分析，并对分析结果进行优化处理。在该功能模块，设计者需要先从结构配置模块中取出塔架总体结构设计的主要数据，并针对结构数据对初始参数进行准确设定。然后，再利用有限元分析软件建立起有限元分析模型，病通过求解器对塔架总体结构的静态强度和模拟形态进行详细计算和分析，得出优化结果。最后，根据优化结果对塔架总体结构进行优化设计，并再次将优化结果存储。

2.3参数化设计模块

在通过以上两个模块对整个风电机组塔架总体设计进行确定之后，就需要通过参数化设计模块对塔架总体结构的相关设计参数进行提出分析和构建零件三维模型。通过参数化设计模块，设计人员可以在对塔架总体设计结构的相关参数进行提出之后，利用Pro/E二次开发接口将所得参数层输送到参数化程序中，由该程序对整个塔架的总体结构进行计算分析和参数化，然后生成塔架零件的三维模型，为塔架零件的选择和构造提供科学有效的参考依据。

2.4设计输出模块

设计输出模块的主要作用是将确定整体设计塔架的结构转化成二维工程图进行输出，附带详细的总体结构图、部件图和零件图，并注明详细尺寸和材料具体要求，以确保整个塔架优化设计的顺利实现。

优化设计论文例8

与其他优化算法类似，ICA开始于在搜索空间内随机生成的一定数目的初始解。每一个初始解都被称为一个国家，由优化问题目标函数来评价这些国家的优劣程度。其中一定数目的最优秀的国家被视为帝国主义国家，其他国家被视为殖民地国家，并且被随机分配给帝国主义国家,一个帝国主义国家及其下属的殖民地国家组成一个帝国集团。在分配殖民地国家给帝国主义国家时，每个帝国主义国家分配到的殖民地国家的数目与它的优秀程度成正比。如果某殖民地国家向帝国主义国家移动后，其新位置比帝国主义国家更优秀，则需要互换该殖民地国家和帝国主义国家的位置。各个帝国集团之间会以竞争的形式争夺殖民地国家，从而壮大自身的势力。该过程如下：首先，计算每个帝国集团的总势力（该集团中帝国主义国家的势力与所有殖民地国家势力的平均值的一部分之和），然后，当前势力最弱的帝国内部的最弱的殖民地国家将被置为自由状态；所有的帝国集团通过竞争来获取该自由殖民地国家。势力越大的帝国集团，成功率也越大。随着竞争过程不断进行，势力强的帝国集团占有越来越多的殖民地国家，而势力弱的帝国集团逐渐失去其所有的殖民地。最终，失去所有殖民地国家的帝国集团将被覆灭。当算法迭代一定的次数之后，将只剩下一个帝国，该帝国中的帝国主义国家所代表的解即为算法找到的最优解。

1.2约束处理办法

ICA算法是针对无约束问题设计的，用来优化弹簧结构参数时，必须对问题中的约束条件进行处理。在此，我们假设每个可行解都要优于任何非可行解，人为赋予非可行解更大的目标函数值,同时假设违背约束条件越多的国家，其代表的解也越劣。在算法迭代过程中，检测每个国家与前述约束条件的符合程度。假设某个国家违背了N个约束，则将该国家的目标函数值设定为N*Mnumber.这里，Mnumber为一个数值很大的数，在我们的实验中，取99999。

2、求解实验及结果分析

为了检验本文提出的方法的可行性，并与其他方法进行对比，我们选用了文献中的算例进行优化计算实验和分析。算法程序在MATLAB环境下运行。初始国家数目设置为200，初始帝国数目设置为3，最大迭代次数设置为400次。对于片数为3和4两种情况，分别进行20次实验。由于文献中并未提供[σ]1和[σ]2的值。钢板弹簧片数取为3时，采用ICA算法得到的结果要优于文献中的结果，弹簧质量减少了约2.4%，同时，两种算法得到的应力[σ]2大致相等，但ICA得到的应力[σ]1降低了约23.2%；当钢板弹簧片数取为4时，文献中给出的参数结果并不能满足应力[σ]2的约束要求，而本文的结果满足许可应力的要求。同时根据文献中的数据，原设计中弹簧质量为40.9kg，本文得到的结果为35.3363kg，比原设计减少了13.6%。

优化设计论文例9

2实验

采用Crossright公司设计的APSYS对InGaAs红外探测器进行模拟计算。APSYS是一款2D/3D有限元分析软件，它包括了许多物理模型，例如热载流子输运、异质结模型、热分析等，拥有强大的模拟功能。这里我们基于漂移-扩散模型，通过求解自洽解泊松方程、电流连续性方程来得到较为精确的模拟曲线［7-9］，对器件进行优化及设计。首先在APSYS中建立器件结构模型，调用物理模型(泊松方程、电流连续性方程、光子波动方程、光子速率方程、光子增益方程等)，参考软件数据库设置详细的控制条件(各层载流子迁移率、载流子寿命、电压、复合速率等)，编辑输出命令集合(暗电流、光电流、光谱响应度等)，得到暗电流和光谱响应度的模拟结果。然后，通过调整盖层(P、N1、N2)厚度和载流子浓度等来使暗电流和光谱响应度的综合指标达到最佳。

3结果与讨论

3．1模拟结果与实验结果的对比

为了验证APSYS模拟PIN型延伸波长In-GaAs近红外探测器的可靠性，我们对InP盖层和InAs0．6P0．4盖层的InGaAs探测器进行了模拟，并与实验结果进行了对比。两种探测器衬底均为InP，掺杂浓度为2E18;缓冲层分别为100nm和80nm的In0．82Ga0．18As，掺杂浓度为2E18;吸收层分别为2．9μm和3．1μm的In0．82Ga0．18As，本征载流子浓度为3E16;盖层为0．9μmInAs0．6P0．4和3．1μmInP，掺杂浓度为2E18［10-12］。图1为模拟计算和实验测得的器件相对光谱响应度的对比，从图中可以看出二者较为接近。实验测得的相对光谱响应度略小于模拟计算出的值，这是因为模拟计算是在理想条件下进行的，而实验制作的器件要受到实际工艺技术水平的制约。另外，实验测得的相对光谱响应度在1．38μm和1．9μm处出现了波动，这主要是由于红外辐射中的一部分被空气中的CO2和H2O吸收所致。图2为模拟计算和实验测得器件暗电流的对比，由图可知二者极为接近。同样，实验暗电流略大于模拟计算所得暗电流，这是由实际工艺条件造成的。综合上面的比较，我们可以得出结论，用APSYS对PIN延伸波长探测器进行模拟计算是精确、可靠的。

3．2新型复合盖层InGaAs红外探测器优化设计

在验证模型之后，我们优化设计了一种新的结构:复合型盖层延伸波长InGaAs探测器。即盖层中采用PNN结构，以期提高器件性能。使用InGaAs盖层不仅容易生长而且可以减少与吸收层之间的晶格失配，减少位错，降低暗电流;而采用InAsP、InAlAs作为盖层，则会使In0．82-Ga0．18As材料的表面钝化，从而降低表面复合率。为了提高器件的量子效率，减少晶格失配带来的位错，我们用Vegard定律计算得到与In0．82Ga0．18As晶格匹配的两种盖层应为In0．82Al0．18As/InAs0．6P0．4。另外，本征的In0．82Ga0．18As吸收层相对于重掺杂的盖层和N型缓冲层与衬底来说是高阻层，可以有效抑制载流子热扩散电流，从而降低器件的暗电流，提高器件的灵敏度。根据Piotrowski［13］提出的理论模型，吸收层的厚度在2～3μm时，探测器的探测率［14］最大。因此，综合探测器的探测率和量子效率等各方面的因素，我们优化设计In0．82-Ga0．18As本征吸收层的厚度为2．5μm，这样可以在保证响应速度的同时尽可能提高量子效率。综上所述，计算中采用的模拟参数为:衬底为1μm的N型InP材料，载流子浓度为2E18;缓冲层为1μm的N型InxAl1－xAs(x=0．52～0．82)渐变组分缓冲层，载流子浓度为2E18;吸收层为2．5μm的Ⅰ型In0．82Ga0．18As材料，载流子浓度为3E16;在盖层的PNN结构中，P层为In0．82Al0．18As，N型分别为InAs0．6P0．4和In0．82Ga0．18As。PNN盖层各层厚度模拟计算数值如表1所示。在确定最佳厚度后，我们进一步调整载流子浓度取值范围，载流子浓度从1E16到2E18，每隔1E16(1E17、1E18)取一个值。通过比较暗电流和相对光谱响应度，我们得出优化后的器件结构如图3所示。图4所示为PNN复合盖层InGaAs探测器在最佳载流子浓度下的相对光谱响应度曲线。在外加反向偏压为0～0．1V时，优化后的器件暗电流密度为10－5数量级，比常规的(10－4)小一个数量级。图5为优化后器件的相对光谱响应度曲线，由图可知它的长波截止波长为2．6μm，短波截止波长约为0．9μm。相对光谱响应度的峰值出现在2．0μm处，比常规的PIN型InGaAs红外探测器峰值小10%，对器件性能影响不大。综上所述，图3所示的器件结构大大提高了InGaAs红外探测器的性能。

3．3暗电流机制的分析

为了探究暗电流机制，我们模拟计算了优化后的InGaAs探测器在不同工作温度下的暗电流。图6为暗电流随1000/T的变化关系。我们知道，产生-复合电流、扩散电流、界面复合电流和隧穿电流［15］为InGaAs红外探测器暗电流的4种机制。扩散电流［16］主要为耗尽层边缘的热激发产生的少数载流子从P区、N区向耗尽层扩散形成的电流;产生-复合电流［17］主要为热激发产生的载流子在电场的作用下由势垒区向势垒两边漂移而形成的电流;界面复合电流主要为由于材料体系的失配位错而产生的界面电流;隧穿电流主要为隧道效应而产生的电流，按照载流子穿越禁带方式的不同，分为带间隧穿电流和缺陷隧穿电流［18］。扩散电流和产生-复合电流都与1000/T成线性关系。所以在温度大于300K(图中Ⅰ区)时，暗电流主要为扩散电流和产生-复合电流;在250～300K区间(图中Ⅱ区)，接近线性变化，但斜率小于Ⅰ区，此时暗电流主要为带间隧穿电流;当温度低于250K(图中Ⅲ区)时，曲线几乎不变，此时暗电流主要为缺陷隧穿电流。

优化设计论文例10

施工组织设计是指导工程投标、签订承包合同、施工准备和施工全过程的技术经济文件。施工组织设计作为项目管理的规划性文件,提出工程施工中进度控制、质量控制、成本控制、安全控制、现场管理、各项生产要素管理的目标及技术组织措施。它既解决施工技术问题、指导施工全过程,同时又要考虑到经济效果。它不断在施工管理中发挥作用,而且在经营管理和提高经济效益上发挥着作用。每一项施工组织设计,都是保证工程顺利进行、确保工程质量、有效地控制工程造价的重要工具。

工程造价,即建筑安装工程的价格,从工程承包的角度出发,是指工程承包单位、施工企业按照承包合同约定,完成施工任务,业主应当付给的工程款即建筑安装工程价款。工程造价的确定,是以施工组织设计为依据,并综合考虑企业现有的人力资源、施工设备的配备情况、施工任务的饱满情况等诸多因素。合理地确定工程造价,有效地控制工程投资,尽量做到少投入、多产出,使有限的资源得到合理的运用,以尽量少的劳动消耗取得较高的经济效益。

2施工组织设计与工程造价相互确定的关系

施工组织设计与工程造价同等重要,但二者并非相互独立的,二者是密切联系,相互确定的关系。工程造价是由施工组织设计确定,工程造价的高低除了与预算知识有关外,其实很大程度上取决于施工方案的先进与否,不同的施工方案所反映的价格是不一样的。只有根据合理的施工方案和施工技术,才能做出正确的工程单价,确定的工程造价才合理。而工程造价的合理确定同样影响着施工方案的优化。要做出一个合理的施工方案,施工技术人员还必须借助于工程概预算知识,如在施工布置、设计合理而施工方案不同的情况下,除方案本身的优劣外,工程造价计算准确与否将直接影响施工方案的优选。笔者试就工程预算中基础单价与部分工程单价的确定,来探讨施工组织设计与工程造价之间相互确定的关系。

2.1基础单价

2.1.1材料预算单价

材料费一般占建安投资的60%左右。水利水电工程的外购材料如能选择合理的采购方案,将对保证施工进度、降低工程成本起到积极的作用。材料采购方案与运输方式的选择,必须以满足施工强度和有利于降低成本为原则,由施工组织设计分析比较确定。当材料采购方案一经确定,施工组织设计需进一步规划材料仓库的布置。材料仓库的布置以减少材料场内运输、减少材料场内二次转运,方便运输为原则。

2.1.2风、水、电预算单价

在充分理解招标文件、仔细勘察现场后,施工技术人员对工程的施工总布置就有了一个整体的规划,施工用电、水、风系统的整体布置就相应地确定下来。业主提供的高压电网接线点至现场各施工点最后一级接线点之间的电路布置,确定了施工用电的预算单价。施工用水价格的基本部分是基础水价。基础水价是根据施工组织设计所确定的高峰用水量所配备的供水系统设备,按台班产量分析计算的单位水量的价格。此价格与生产用水工艺要求及施工布置有关,如扬程高、水质需做沉淀处理等方案措施有关。施工用风可用固定式空压机或移动式空压机供给。根据预算单价的比较,前者单价低,后者单价高。但前者具有供风量大、可靠性高、成本低、易适应负荷变化的特点;后者具有机动灵活、管路短、损耗小、临建设施简单的特点。此时报价人员可建议施工技术人员在保证风压和风量的前提下可采用由多台固定式空压机组成的风厂为主,适量的移动式空压机为辅的集中供风方式。由此可以看出,在确定基础单价时,报价人员与技术人员需密切配合、不断沟通、及时交流、相互反馈信息。既有利于方案的优化,又有利于降低工程造价。

2.1.3砂石料单价

水利水电工程砂石料单价的高低,对工程造价有着较大影响,因此单价计算必须有可靠的地勘、试验资料。施工组织设计中对料场的规划、工艺流程的确定、加工系统的布置一定要合理、科学和先进。

2.2工程单价

水利水电概预算定额与施工组织设计是相互配套的,对于同一单项工程,如果采用不同施工方法,在概预算定额中就会有不同的人、材、机消耗与之呼应从而得出相应的项目单价。以土方工程为例,根据施工组织设计,选定土方开挖方法及运距,选用土方开挖机械设备的类型、容量及相配套的运输机械吨位,这些都确定后,即可套用相应的定额子目,从而算出土方开挖单价,在《水利水电建筑工程预算定额》(1986年版)土方工程中,不同容量挖掘机配备不同吨位的自卸汽车运输,单价是不相同的,这就需要工程预算的相关计算要看施工组织设计提供相关数据确定哪种方案比较经济合理,再结合施工企业机械设备装备情况,以提高机械的效率为目的选定最优的土方开挖施工方案。现以国内某一工程坝基土方开挖为例,分析比较不同的施工方法,产生不同的单价,分析可知相同容量的挖掘机配不同吨位的自卸汽车运土,吨位大的自卸汽车土方单价高;同样吨位的自卸汽车配不同容量的挖掘机运土,容量大的挖掘机土方单价低,这涉及到一个机械设备是否配套、机械效率高低的问题。施工组织设计根据工程工期进度、施工条件来配备施工机械,工程造价的相关计算又为优化施工组织设计提供可靠依据。

3优化施工组织设计对合理确定工程造价的意义

(1)保证施工组织设计的编制质量是合理确定工程造价的关键。施工组织设计编制质量的好坏是合理确定工程造价的关键,加强设计的编制质量对确定工程造价有很重要的作用。由于设计工作做得不够深入,对工程造价的确定带来很大的麻烦,同时也为合同的正常执行带来困难。因此,在施工组织设计的编制过程中,施工方案的选定不能简单地用行政命令的手段决定,而应当依靠集体的智慧,进行认真的比较讨论,从技术经济两个方面综合评定。

(2)优化施工组织设计是控制工程造价的基础。施工方案的设计是施工组织设计的中心环节,工程造价能否得到控制,首先取决于方案是否优良。在设计过程中,应对各种方案进行比较,在充分论证的基础上,从中选择最佳的设计方案。有时也可以博采众长,形成新的、更完善的方案。

(3)采用新技术、新工艺是降低工程造价的主要手段。在施工组织设计中应用新技术、新材料、新工艺、新设备,既可以提高生产力,又可以降低工程造价。比如:碾压混凝土筑坝,大体积混凝土通仓浇筑及用土工布、土工膜代替土石坝反滤料等新技术、新材料、新工艺,即可加快施工进度,节省材料消耗,减少设备数量,又可降低工程造价。在设计中,应大力应用先进的技术和设备,为降低成本提供主要手段。

4优化施工组织设计、合理确定工程造价的具体措施

优化施工组织设计、合理确定工程造价归根结底是工程造价管理的范畴,是经济与技术统一的管理过程。搞好施工组织设计是工程造价的一项重要内容,周密组织施工、施工方案优化、工期总进度计划安排、机械设备效率的提高、施工管理水平的提高从而使工程建设成本降低,所有这些都可以通过施工组织设计得以实现。具体的优化施工组织设计、合理确定工程造价的措施有:

(1)掌握准确的基础资料,熟悉定额涵盖的内容。