全球工程前沿2020.pdf-资料库

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工程　与工程领域报告内容提要　　工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿是工程科技未来方向的重要指引。把握全球工程科技大势，瞄准世界工程科技前沿，大力推动工程科技创新发展，有效地应对全球性重大挑战，实现人类社会可持续发展，已经成为世界各国的战略选择。2017 年以来，中国工程院连续组织开展“全球工程前沿”重大咨询研究项目，旨在按年度分析全球工程研究前沿和工程开发前沿，研判全球工程科技演进变化趋势。本书为 2020 年度“全球工程前沿”项目研究成果，由两部分组成——研究概况和领域报告，描述和分析了机械与运载工程、信息与电子工程、化工冶金与材料工程、能源与矿业工程、土木水利与建筑工程、环境与轻纺工程、农业、医药卫生和工程管理 9 个领域的工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。　　本书为“全球工程前沿”系列丛书之一，适合各相关领域的科研人员、工程技术人员、高校师生以及政府相关部门的公务员阅读。　　图书在版编目（C I P）数据　　全球工程前沿 . 2020 / 中国工程院全球工程前沿项目组著 . -- 北京 : 高等教育出版社 , 2020.12 　　ISBN 978-7-04-055297-3 　　Ⅰ . ①全… Ⅱ . ①中… Ⅲ . ①工程技术－研究 Ⅳ . ① TB 　　中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2020) 第 232866 号全球工程前沿 2020 QUANQIU GONGCHENG QIANYAN 2020 策划编辑黄慧靖　　　　责任编辑　黄慧靖　　　　封面设计　李树龙　　　　版式设计　张　杰责任校对　　　　　　　　责任印制　　　　　　　　　址北京市西城区德外大街4号出版发行高等教育出版社社邮政编码 100120 印开印字购书热线 010-58581118 咨询电话 400-810-0598 刷本张数 850 mm×1168 mm　1/16 14.75 440 千字址 http://www.hep.edu.cn http://www.hep.com.cn 网网上订购 http://www.hepmall.com.cn http://www.hepmall.com http://www.hepmall.cn 版印定次次价年月第 1 版年月第次印刷 150.00 元本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换版权所有侵权必究物料号 55297-00 2

全球工程前沿 Engineering Fronts 目录引言第一章研究方法 1 工程研究前沿的遴选 1.1 论文数据的获取与预处理 1.2 论文主题挖掘 1.3 研究前沿的确定与解读 2 工程开发前沿的遴选 2.1 专利数据的获取与预处理 2.2 专利主题挖掘 2.3 开发前沿的确定与解读 3 术语解释第二章领域报告一、机械与运载工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读二、信息与电子工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读三、化工、冶金与材料工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读四、能源与矿业工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 12工程研究前沿发展态势 1.2 Top 4工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 12工程开发前沿发展态势 2.2 Top 4工程开发前沿重点解读 1 3 3 4 4 4 5 6 6 6 6 9 9 9 9 13 19 19 24 30 30 30 34 42 42 47 53 53 53 56 65 65 69 76 76 76 80 91 91 95 I

102 102 102 106 115 115 119 126 126 126 130 137 137 142 149 149 149 153 163 163 167 174 174 174 179 185 185 191 200 200 200 204 214 214 219 229 全球工程前沿 Engineering Fronts 五、土木、水利与建筑工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读六、环境与轻纺工程 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读七、农业 1 工程研究前沿 1.1 Top 11工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 9工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读八、医药卫生 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读九、工程管理 1 工程研究前沿 1.1 Top 10工程研究前沿发展态势 1.2 Top 3工程研究前沿重点解读 2 工程开发前沿 2.1 Top 10工程开发前沿发展态势 2.2 Top 3工程开发前沿重点解读总体组成员 II

全球工程前沿 Engineering Fronts 引言工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿是工程科技未来方向的重要指引。当今时代，世界面临百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革持续深化演进，工程科技创新前沿加速交叉融合、不断衍生突破。把握全球工程科技大势，瞄准世界工程科技前沿，大力推动工程科技创新发展，有效地应对全球性重大挑战，实现人类社会可持续发展，已经成为世界各国的战略选择。中国工程院作为国家工程科技领域最高荣誉性、咨询性学术机构，肩负着发挥学术引领作用、促进工程科技发展的历史使命。自 2017 年以来，中国工程院连续组织开展“全球工程前沿”重大咨询研究项目，旨在按年度分析全球工程研究前沿和工程开发前沿，研判全球工程科技演进变化趋势。 2020 年度全球工程前沿研究项目，主要依托中国工程院 9 个学部及中国工程院《工程》系列期刊开展研究工作。项目研究以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得 93 个工程研究前沿和 91 个工程开发前沿，并重点解读 28 个工程研究前沿和 28 个工程开发前沿。为提高前沿研判的科学性，在前三年实践经验的基础上，2020 年度的研究工作进一步加大了数据与专家的交互力度，领域专家与图书情报专家深度参与数据准备、数据分析、图表制作、报告撰写等环节，专家智慧与客观数据在多轮迭代中不断融合，提升了研究的专业性和前瞻性。本书为 2020 年度“全球工程前沿”项目研究成果，共两章：第一章为研究方法，主要说明项目研究采用的数据和研究方法；第二章为领域报告，包括机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生和工程管理共 9 个领域分报告，分别描述和分析了各领域的工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。在研究过程中，项目研究团队聚焦全球工程科技发展的热点和难点问题，将前沿研究、学术论坛与期刊建设紧密结合，相互促进，逐步探索出一条别具特色的研究路径。工程前沿研究得到了来自我国工程科技界各领域、各机构上千位院士和专家的支持，在此向所有指导工程前沿研究的院士、所有参与工程前沿研究的专家表示感谢！ 1

全球工程前沿 Engineering Fronts 第一章研究方法工程前沿指具有前瞻性、先导性和探索性，对通过专利地图解读、专家研讨、问卷调查等方法逐步工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育工程科技创新能力的重要指南。根据前沿方向的侧重点是工程科技的理论研究还是应用开发，工程前沿分为工程研究前沿和工程开发前沿。本研究中，工程前沿基于公开数据和专家研判得出，不涉及非公开领域。 2020 年度全球工程前沿研究继续在以专家为核心、数据为支撑的原则下，采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法，实现了专家研判与数据分析的深度融合，共遴选出 2020 年度 93 个工程研究前沿和 91 个工程开发前沿，并重点解读了其中的 28 个工程研究前沿和 28 个工程开发前沿。 9 个领域的前沿数量分布如表 1.1 所示。前沿研究按数据准备、数据分析、专家研判 3 个阶段分步实施。在数据准备阶段，领域专家和图书情报专家对初始论文、专利数据进行修订，明确数据挖掘的范围；在数据分析阶段，通过共被引聚类方法获得文献聚类主题和专利地图；在专家研判阶段，筛选确定前沿，并结合前沿在论文或专利数据上的表现进一步调整 Top 10 前沿列表、完善前沿命名。为弥补因数据挖掘算法局限性或数据滞后所导致的前沿性不足，鼓励领域专家对定量分析结果查漏补缺，提名前沿。研究实施流程如图 1.1 所示，其中绿色部分以数据分析为主，紫色部分以专家研判为主，红色方框为专家与数据多轮深度交互的过程。 1　工程研究前沿的遴选本报告中，工程研究前沿的基础素材主要来自以下两种途径，一是科睿唯安基于 Web of Sci- ence 核心合集的 SCI 期刊论文和会议论文数据，通过共被引聚类方法获得文献聚类主题；二是专家提名备选工程研究前沿。两种途径获得的前沿经过专家论证、提炼得到备选工程研究前沿，再经过问卷调查和多轮专家研讨，遴选得出 9 个领域 93 个工程研究前沿。表 1.1 9 个领域前沿数量分布领域机械与运载工程信息与电子工程化工、冶金与材料工程能源与矿业工程土木、水利与建筑工程环境与轻纺工程农业医药卫生工程管理合计工程研究前沿 / 个工程开发前沿 / 个 10 10 10 12 10 10 11 10 10 93 10 10 10 12 10 10 9 10 10 91 3

第章　图 1.1 全球工程前沿研究实施流程 1.1 论文数据的获取与预处理科睿唯安将 Web of Science 学科与中国工程院 9 个学部领域建立映射关系，获得每个领域对应的期刊和会议列表，经领域专家修订与补充，确定 9 个领域数据源共计 11730 种期刊和 41734 个会议。此外，对于 Nature 等 70 种综合学科的期刊，采用单篇文章归类的方法，即根据期刊内单篇文章的参考文献主要归属的学科来定义这篇文章的领域学科。在此基础上，检索得到 2014—2019 年上述期刊和会议收录的论文，论文引用时间截至 2020 年 2 月。对于每个领域，科睿唯安综合考虑期刊和会议的差别、出版年等因素，对上述文献列表进行检索和数据挖掘，筛选出被引频次位于前 10% 的高影响力论文，作为研究前沿分析的原始数据集，如表 1.1.1 所示。类主题。对于平均出版年在 2018—2019 年的聚类主题，按照核心论文的数量、总被引频次、常被引论文占比依次筛选，获得 25 个不相似的文献聚类主题；对于平均出版年在 2018 年之前的聚类主题，按照核心论文的数量、总被引频次、平均出版年、常被引论文占比依次筛选，获得 35 个不相似的文献聚类主题。其中，如果各领域聚类主题有交叉，则递补不交叉的聚类主题。此外，对于没有聚类主题覆盖的学科按关键词进行定制检索和挖掘。最终筛选得到 9 个领域 800 个备选研究热点，如表 1.2.1 所示。 1.3 研究前沿的确定与解读在论文数据处理与挖掘的同时，领域专家基于对其他数据如科技新闻、各国战略布局等的综合分析，提出研究前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 1.2 论文主题挖掘在数据准备阶段，图书情报专家将领域专家提通过对上述 9 个领域前 10% 的高影响力论文进行共被引聚类分析，得到每个领域的全部文献聚出的研究前沿问题转化为检索式，这是初始数据源的重要组成部分。在数据分析阶段，针对没有文献 4

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