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1、ISBN 978-7-5499-8712-29 787549 987122定价：7.53元亲临其境、亲自动手、亲身体验是本栏目的宗旨。这里的一系列精彩项目将使我们经历激动人心的操作实践，使我们感受到技术实践的特有乐趣，感悟到技术世界的丰富多彩。工程设计基础 FoundationforEngineeringDesign通用技术选择性必修070Foundation for Engineering Design任务一 认识工程设计方案的评价和决策在工程设计过程中，方案选择是经常遇到的问题，如总体方案选择、结构方案选取、实施方案确定等。方案选择的合适与否常常会对设计结果有很大影响，因此工程设计方案的评
2、价与决策在设计中起到很重要的作用。工程设计方案的评价评价是评价者根据一些表征评价对象各方面特性的指标或评价对象中相互联系的多个指标所构成的具有内在机构的指标体系去分析、比较备选方案的过程。通过对各种因素全面、综合的评价或分析，才能确定每种方案评分或排名，即确定方案的优劣。图书馆改造工程方案评价滨江高级中学收到三家竞标公司提供的学校图书馆改造工程设计方案：方案A 对图书馆进行简单装修，门厅为开放式，阅览区与借阅区、藏书区不分割；着滨江高级中学成立了图书馆改造工程方案评审专家组对竞标公司提供的工程设计方案进行评选。在方案讨论过程中，有的专家认为A方案虽然装修简单，但是为师生提供了借阅的新技术。有的
3、专家认为B方案比较合理，新增的新风系统不仅使得图书馆环境宜人，还有利于书籍的保存，不仅如此，工程造价也较为合理。有的专家认为C方案比较好，图书馆外墙设计和校园环境很协调，还配备了微型图书馆，方便师生在教学楼借还书，增加了书本的流动性专家们的意见不一，最终究竟该如何决策呢？一、工程设计中的评价 与决策每节有 24 个相互联系的任务。我们将在完成一个个任务的过程中，建构积极价值观、必备品格和关键能力，形成核心素养。基于学生生活经验和技术学科基本特点的情境，带领我们走进真实的技术世界，发现复杂而真实的技术问题，进入富有意义建构的学习过程。工程设计基础 FoundationforEngineering
4、Design通用技术选择性必修070Foundation for Engineering Design任务一 认识工程设计方案的评价和决策在工程设计过程中，方案选择是经常遇到的问题，如总体方案选择、结构方案选取、实施方案确定等。方案选择的合适与否常常会对设计结果有很大影响，因此工程设计方案的评价与决策在设计中起到很重要的作用。工程设计方案的评价评价是评价者根据一些表征评价对象各方面特性的指标或评价对象中相互联系的多个指标所构成的具有内在机构的指标体系去分析、比较备选方案的过程。通过对各种因素全面、综合的评价或分析，才能确定每种方案评分或排名，即确定方案的优劣。图书馆改造工程方案评价滨江高级中学
5、收到三家竞标公司提供的学校图书馆改造工程设计方案：方案A 对图书馆进行简单装修，门厅为开放式，阅览区与借阅区、藏书区不分割；着滨江高级中学成立了图书馆改造工程方案评审专家组对竞标公司提供的工程设计方案进行评选。在方案讨论过程中，有的专家认为A方案虽然装修简单，但是为师生提供了借阅的新技术。有的专家认为B方案比较合理，新增的新风系统不仅使得图书馆环境宜人，还有利于书籍的保存，不仅如此，工程造价也较为合理。有的专家认为C方案比较好，图书馆外墙设计和校园环境很协调，还配备了微型图书馆，方便师生在教学楼借还书，增加了书本的流动性专家们的意见不一，最终究竟该如何决策呢？一、工程设计中的评价 与决策学习目
6、标会使我们明确学习的方向，为进入学习过程做好心理准备。随着科学技术突飞猛进的发展，技术日益成为我们生活中几乎无时不在、无处不在、无所不在的客观存在，成为引起社会变化、塑造社会变化和应对社会变化的重要因素，也成为实现中华民族伟大复兴的重要支柱。因此，技术素养是当代青少年的基本素养。通用技术课程是普通高中学生人人必须修学的课程。通用技术是指当代技术体系中较为基础、在日常生活中应用较为广泛、育人价值较为丰富并与专业技术相区别的技术，是学生适应社会生活、高等教育和职业发展所必需的技术。普通高中通用技术课程，以提高学生的学科核心素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征，是一门立足实践、注重创造、体现科
7、技与人文相统一的课程。它的学习过程是同学们主动建构知识、不断拓展关键能力、铸造积极价值观和关键品格的过程，是一个富有生机、充满探究、方式多元的活动过程。相信通用技术的学习一定会成为同学们高中时光中夯实基础、练就素养、挑战自我、享受创造与发展乐趣的美好生活的一部分。第二章 工程的设计工程设计基础通用技术027026选择性必修 3请根据图书馆改造工程的功能结构图，试着填写实现相关功能的设施。形成构思方案 功能结构是实现工程方案的基础，它规定了工程系统应具有的基本要求。在形成构思方案过程中，首先要为每个子功能找到尽可能多的选项功能，其次为每个选项功能找到尽可能多的办法或策略来实现其功能，最后围绕工程
8、目标将解决问题的办法或策略进行综合分析，形成构思方案。系统化设计系统化设计是20世纪20年代在德国发展起来的一种高度结构化的设计方法。系统化设计把所有技术系统作为与其外部联系的转换器。该系统通过转换能量流、物质流和信息流与用户和使用环境交互。技术系统以转换器为模型，是因为它在使用环境中采用已知的方式对各种信息流进行响应。基本功能相关设施采光良好窗户、窗帘、灯光、书架高度、摆放密度安全防护摄像头、门禁、消防、防盗门存取方便工程设计人员围绕滨江高级中学图书馆改造工程的方案展开了头脑风暴，提出了多种构思方案（以下主要以平面布置的草图形式呈现方案）。方案A方案B滨江高级中学图书馆改造的功能目标，可按照
9、以下方式进行功能划分：以下是天地人工程建设公司根据滨江高级中学师生对图书馆的需求，列出的图书馆的功能结构。你认为滨江高级中学图书馆改造工程还要实现哪些功能？在功能分解的基础上，需要根据工程的最终目的将各子功能模块按照一定技术逻辑和功能关系组成整体系统功能结构，为制订工程设计方案奠定基础。滨江高级中学图书馆改造的功能结构能力，大胆提出各种想法。功能分解与组合 一个完整工程所具有的系统功能可以分解成一系列子功能，每一个子功能还可以根据需要进一步划分为更小的子功能或要素。书刊借阅纸质书刊借阅电子书刊查阅藏储装置书刊归类通风采光温控安全防护办公区办公设施书刊藏储环境控制管理 借阅查询存放设施纸质书刊取
10、放方便显示终端电子书刊查阅方便采光良好通风良好温度控制安全防护办公设施办公区满足读者需求环境等因素工作人员读者滨江高级中学图书馆改造的功能划分第二章 工程的设计工程设计基础通用技术025024选择性必修 3滨江高级中学图书馆工程设计任务书（部分）滨江高级中学师生就图书馆的建设需求与工程设计方案开展了充分的讨论和交流，经过分析论证，确立了如下工程设计任务：1.项目名称滨江高级中学图书馆改造工程。2.建成后应达到的预期效果环境怡人，能够满足纸质图书借阅和电子图书查询、下载的需要。3.施工周期40天。4.设计依据符合现行国家、行业、地方法律法规及标准。5.主要技术指标（部分）名称性能、参数单位数量吸
11、顶空调5匹冷暖吸顶式中央空调/新风系统风量范围1001500m2/h，噪音：2240dB/空气动态消毒系统每小时250m2的换气量/线路改造照明、插座横截面积2.5mm2铜线，空调横截面积4mm2铜线/开关单控开关/灯LED光源/插座五孔插座/上下水改造PPR冷热水管/带门书柜AAA级胡桃木木皮贴面，木皮厚度不小于0.4mm/密集型书柜优质冷轧钢板/圆形阅读桌AAA级胡桃木木皮贴面，木皮厚度不小于0.4mm/图书管理系统图书查询借阅一体机，支持多种操作平台/图书扫描一体机多页扫描，激光彩打/图书证制作设备红、蓝、白、黄四色卷帘背景布、专业相机/讨论：滨江高级中学图书馆设计方案还缺少哪些技术指标
12、？请分组讨论完善补充。提出初步设计概念（方案）确立了工程设计目标后，需要收集并综合分析各种设计信息，在此基础上进行功能分解，建立功能模块，提出初步设计概念或方案。这个阶段通常也是最具有挑战性的环节，需要工程师充分发挥想象能力和思维任务一 探究工程设计的一般过程工程设计是为实现生产和生活目的而进行的一种构思活动，是以综合应用各类技术因素和非技术因素来满足人们某种需要和特定目的的工程规划过程。工程设计过程通常分为概念设计、具体设计和详细设计三个阶段。本书主要以小型建设项目图书馆的改造设计来探究工程设计的一般过程。概念设计概念设计是工程设计的开始阶段，主要任务是在明确需要解决问题的基础上，通过收集和
13、分析信息形成初步概念，并提出一系列可能的备选方案，然后再从众多方案中确定一个最佳方案。确立设计任务 工程设计是为了满足用户需求而进行的创造性的问题解决过程。其首要任务是充分了解用户需求、明确设计要求。在工程设计中，通常利用设计任务书将工程设计的具体需求与目标确立下来。这既是进行工程设计的起点，又是落脚点。设计任务书主要包含以下内容：工程内容、投资规模、经济技术指标、质量要求、建设进度等。天地人工程建设公司在滨江高级中学图书馆改造工程招标会上中标。该公司对项目需求进行了分析、研究，并对拟建工程现场进行了全面考察。在此基础上，工程师团队着手对滨江高级中学图书馆的改造进行工程设计。结合生活经验和自己
14、对工程的初步认识，说一说设计任务书还应包括哪些内容。学习目标1 通过典型的工程设计案例分析，理解工程设计的一般过程。2 理解工程设计中应考虑的典型要素，并能对简单工程设计案例进行分析。3 经历简单工程项目的设计，体验工程设计的一般过程。一、工程设计的一般 过程与基本要素任务一探究工程设计的一般过程任务二探析工程设计的基本要素一 工程设计的一般过程与基本要素二 工程设计的分析方法与面向X的设计（DFX）唐朝诗人杜牧对恢宏壮观的阿房宫曾这样描述：“骊山北构而西折，直走咸阳。二川溶溶，流入宫墙。五步一楼，十步一阁；廊腰缦回，檐牙高啄；各抱地势，钩心斗角。盘盘焉，囷囷焉，蜂房水涡，矗不知其几千万落！长
15、桥卧波，未云何龙？复道行空，不霁何虹？高低冥迷，不知西东。”阿房宫的恢宏壮观，体现了建造者非凡的设计和独具匠心的“营造法式”。从古至今，我国劳动人民创造了无数璀璨的工程文明。第二章工程的设计第一章在平台中完成自我测试测试成绩存在的主要问题评价内容达成情况优良合格不合格能通过典型工程案例的分析，说出工程发展的简要历史与分类（TA、ET）能结合典型工程案例，阐述工程的价值（TA、ET）能结合生活和生产实践描述工程的特性（TA、ET）能结合生活和生产实际，感受工程的重要价值与丰富的文化内涵（TA、ET）能结合具体工程实践案例描述工程师的特点（TA、ET）能结合具体工程实践案例，认识工程团队建设的作用
16、（TA、ET、ID、CM）说明TA技术意识，ET工程思维，ID创新设计，TD图样表达，CM物化能力工程设计基础 FoundationforEngineeringDesign通用技术选择性必修070Foundation for Engineering Design任务一 认识工程设计方案的评价和决策在工程设计过程中，方案选择是经常遇到的问题，如总体方案选择、结构方案选取、实施方案确定等。方案选择的合适与否常常会对设计结果有很大影响，因此工程设计方案的评价与决策在设计中起到很重要的作用。工程设计方案的评价评价是评价者根据一些表征评价对象各方面特性的指标或评价对象中相互联系的多个指标所构成的具有内在
17、机构的指标体系去分析、比较备选方案的过程。通过对各种因素全面、综合的评价或分析，才能确定每种方案评分或排名，即确定方案的优劣。图书馆改造工程方案评价滨江高级中学收到三家竞标公司提供的学校图书馆改造工程设计方案：方案A 对图书馆进行简单装修，门厅为开放式，阅览区与借阅区、藏书区不分割；着滨江高级中学成立了图书馆改造工程方案评审专家组对竞标公司提供的工程设计方案进行评选。在方案讨论过程中，有的专家认为A方案虽然装修简单，但是为师生提供了借阅的新技术。有的专家认为B方案比较合理，新增的新风系统不仅使得图书馆环境宜人，还有利于书籍的保存，不仅如此，工程造价也较为合理。有的专家认为C方案比较好，图书馆外
18、墙设计和校园环境很协调，还配备了微型图书馆，方便师生在教学楼借还书，增加了书本的流动性专家们的意见不一，最终究竟该如何决策呢？一、工程设计中的评价 与决策了解本书章节和任务的构成，能使我们总揽全貌，形成关于课程学习的宏观架构。节一 工程设计的一般过程与基本要素二 工程设计的分析方法与面向X的设计（DFX）唐朝诗人杜牧对恢宏壮观的阿房宫曾这样描述：“骊山北构而西折，直走咸阳。二川溶溶，流入宫墙。五步一楼，十步一阁；廊腰缦回，檐牙高啄；各抱地势，钩心斗角。盘盘焉，囷囷焉，蜂房水涡，矗不知其几千万落！长桥卧波，未云何龙？复道行空，不霁何虹？高低冥迷，不知西东。”阿房宫的恢宏壮观，体现了建造者非凡的设
19、计和独具匠心的“营造法式”。从古至今，我国劳动人民创造了无数璀璨的工程文明。第二章工程的设计第一章章选用学习目标将本章所学内容与本学科其他内容、与其他学科知识、与自己已有知识和经验综合起来，可以提高综合能力，领略学习的最高境界。对学习过程和学习结果作一回顾总结和反思，有助于学习目标的真正实现，有助于核心素养的有效形成。生动活泼、形式多样的作业，使我们所学的内容得以巩固，同时也打通了与课外活动结合的通道。在学完一章后，以思维导图形式，对学习内容进行概括和归纳，有助于我们学会学习和自我建构。穿插在课文之中、形式多种多样的活动使我们所学的知识与技能得到及时的巩固、应用和内化，也是我们学会技术学习的有
20、力工具。技 术 试 验 是在技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性的实践活动，使我们的实践才能和创新能力得到展示。本栏目富有典型意义的范例、素材、话题是学习中对话的平台，使我们享受到由丰富的技术感性走向深刻的技术理性的快乐。这些是我们技术学习中拓宽视野、深化认识、铸造精神、品味技术信息的“美味佳肴”，不要错过哟。基于关键的技术问题，立体化地加以呈现，这是我们思维互联、智慧众筹、头脑风暴的广阔天地。第四章 工程的决策与管理工程设计基础通用技术075074选择性必修 3层次分析评价法利用层次分析法分析研究一个有层次结构的决策问题时，需要根据问题的性质和要达到的目标，将其分解为不同的
21、组成因素，并按照各因素之间的相互关联影响和隶属关系将所有因素按若干层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，并在此基础上进行定性和定量分析，然后进行决策。层次分析结构模型一般可以分为目标层、准则层和方案层。2.剪枝决策：比较两个方案并剪去期望收益较小的方案枝。判断矩阵在确定各层次各因素之间的权重时，如果只是定性的结果则常常不容易被人接受。层次分析法的信息基础主要是人们对每一层次各因素的相对重要性给出的判断，这些判断用数值表示出来，写成矩阵形式就是判断矩阵。判断矩阵是层次分析法工作的出发点，构造判断矩阵是层次分析法的关键一步。讨论：1.判断以上工程项目是否开工。2.想一想这种工程决策方法在图书
22、馆改造工程中还可能有哪些运用，试举例说明。概率分枝方案一开工方案二不开工概率分枝14 00018 00030 0000.6-10 0000.4-1 0000.6-1 0000.4-4 000-600-400-1 000自然状态点自然状态点决策点图4-7 图书馆墙面翻新维修工程决策树模型目标层Z（图书馆书架选择）准则层A1成本A2材质A3存储量B1甲书架B2乙书架B3丙书架A4高度A5方便管理方案层图4-8 图书馆书架方案决策层次分析结构模型决策树决策树是一种在不确定条件下支持决策的图形化和数学化方法。在必须连续做出一系列决策，并且每个结果的概率是已知或者可估时，决策树结构是一种很重要的方法。由
23、于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干，故称决策树。一个决策树包含三种类型的节点：决策节点（通常用矩形框来表示）、概率分叉点（通常用圆圈来表示）、终结点（通常用三角形来表示）。决策树的通常画法如图4-6所示：1.先画一个方框作为出发点，又称决策节点。2.从出发点向右引出若干条直线，这些直线叫作方案分枝。3.在每个方案枝的末端画一个圆圈，这个圆圈称为概率分叉点，也叫自然状态点。4.从概率分叉点引出代表各自然状态的分枝，称为概率分枝。5.如果问题只需要一级决策，则概率分枝末端画三角形，表示终结点。采用决策树进行方案决策示例事件：在学校图书馆墙面翻新维修工程项目中，施工管理人员要根据天气状况决定开工
24、方案。如果开工后天气好，可以创收30000元；如果开工后天气差，将带来损失10000元；如果不开工，将带来损失1000元。已知开工后天气好的概率是0.6，开工后天气差的概率是0.4。第一步：将题意表格化方案状态天气好天气差0.60.4开工30000元期望收益（300000.6）-10000元期望收益（-100000.4）不开工1000元期望损失（10000.6）1000元期望损失（10000.4）第二步：绘制决策树1.计算期望收益并标注在决策树上。开工方案下预期收益值：300000.6+（-10000）0.4=14000（元）不开工方案下预期损失值：10000.6+10000.4=1000（元
25、）决策节点概率分叉点（自然状态点）方案分支概率分枝概率分枝概率分枝概率分枝损益值损益值损益值损益值方案分支概率分叉点（自然状态点）132图4-6 决策树模型终结点终结点终结点终结点通用技术第三章 工程图样与建模061060选择性必修 3工程设计基础定每个零件的基本形状和它们之间的位置关系，然后通过条件约束和关联完成产品开发的装配设计，其零件之间的连接是静态的。运动仿真是指利用计算机辅助设计软件中的仿真功能，以满足产品设计目标中的运动（动态）要求，能对所开发的产品进行测试和评估。机构运动仿真功能在仿真时模拟各构件产生的宏观的刚体运动和构件之间的位置变化，但不考虑构件各自受力（含惯性力）产生的变形
26、。图3-24 虚拟装配图3-25 机构运动仿真图3-26 起重机悬臂有限元分析有限元分析是一种更加贴近真实世界的仿真，它是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。随着计算机技术的不断发展，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的应用。例如，从起重机悬臂的有限元分析（如图3-26）中可以看出，图中的不同颜色代表这根杆不同部位的受力情况。颜色越靠近红色代表应力越大，反之则越小。图中悬臂的右端为悬伸端，在分析图中呈现红色，说明这部分受力大。0.00250.00500.001000.00750.00Typ
27、e:Total DeformationUnit:mmTime:1201355 23:306.0252 ax5.35574.68634.01683.34732.67792.00841.33890.669470 inXZY展示模型展示模型可以在建筑竣工前根据施工图制作，也可以在工程完工后按实际建筑物去制作。它的要求比标准模型更严格，对于材质、装饰、形式和外貌要准确无误地表示出来，精度和深度比标准模型更进一步，主要用于教学陈列、商业性陈列（如售楼展示）等。展示模型按制作内容分为单体展示模型、室内展示模型和规划展示模型三种。图3-20 单体展示模型图3-21 室内展示模型图3-22 规划展示模型计算机
28、仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及相应领域的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，被称为除理论推导和科学实验之外的人类认识自然、开发和利用自然的第三种手段。要进行计算机仿真，仅靠二维图样是不够的，有时还需要计算机辅助设计中的几何建模、虚拟装配、运动仿真和有限元分析等技术提供支持。几何建模是一种通过计算机表示、控制、分析和输出几何实体的技术，用于计算机辅助设计和计算机辅助制造等系统中，为结构分析、工艺规程生成、加工制造提供基本数据。利用几何建模技
29、术，可以在计算机内制造出和真实参数相似的虚拟零件。虚拟装配是利用计算机已经建立好的零件的几何模型群，在虚拟化的环境中进行装配。这种先确任务二 体验工程的局部建模与仿真图3-23 虚拟零件第二章 工程的设计工程设计基础通用技术029028选择性必修 3北京大兴国际机场飞过万米高空，俯瞰神州大地，金色的北京大兴国际机场航站楼在阳光下熠熠生辉。由旅客大厅所在的核心区和五个手指形廊道组成的航站楼，外形酷似“凤凰展翅”（如图2-1、2-2）。请就以上方案的优缺点和可行性展开分组讨论，并进行交流。方案评价与选择 一旦建立了多个足够详细的构思方案，就需要根据工程设计的要求，采用科学的工程决策方法，从众多方案
30、中筛选出最佳方案。工程设计人员在充分征求滨江高级中学师生要求的基础上，通过科学决策，确定采纳方案D作为初步工程设计阶段的最终构思方案。具体设计概念设计阶段确定的构思方案，主要是利用绘制草图或效果图等方式表现工程设计的基本布局、样式，确立工程设计的基本思路，但还不能具体地表达工程系统各部分的组合关系。因此，具体设计的主要任务就是将概念设计中的初步构思通过技术语言及工程工具（技术语言主要以绘图方式展现，工程工具主要以各种建模软件呈现）清晰完整地呈现出来，形成具体的设计方案，并在此基础上通过合适的实验方法验证方案的可行性。在工程的具体设计阶段，需要绘制各种工程图准确地呈现和传递具体的工程设计信息，为
31、详细设计奠定基础。除此之外，还需要通过工程建模将工程图样转换成三维实物或仿真模型，把工程系统的物理性质与数学上的相似性关联起来，预测工程系统的行为性质，保障工程的质量。工程图样和模型的种类繁多，是指导施工的重要依据，将在第三章中重点探讨。方案C方案D方案A 有四个功能区，分别是书库、电子阅览室、活动室、办公室，能够满足师生阅读、查询、交流的需求。方案B 主要由阅览室和书库组成，营造浓厚的书香气息和阅读氛围。方案C 阅览区分布在书库两侧，更加方便取放图书。方案D 由阅读区、休息区、古籍区、书库等组成，更加人性化的设计，让阅读者有更好的阅读体验。图2-1 平面设计图图2-2 机场空间布局图2-3“
32、凤凰展翅”大骨架图2-4 机场屋顶图2-5 气泡状天窗图2-6 机场C型柱北京大兴国际机场“凤凰展翅”的“大骨架”由12300个球形节点和超过60000根杆件组成（如图2-3）。整个航站楼一共使用了12800块玻璃，其中屋顶用玻璃8000多块，规格全都不相同（如图2-4）。机场的屋顶中心由一个六边形天窗、六条条形天窗、八个气泡窗相互连接，组成顶部主要自然采光体系，可以让室内自然光采光面积超过60%（如图2-5）。以航站楼中心位置为原点，半径90m的范围，都是没有柱子的高大空间，核心区屋顶屋盖钢结构投影面积18万m2，相当于25个足球场的面积，可以完整地装下整个“水立方”。半径90m外是支撑屋顶
33、的8根C型柱，连通了高达49m的屋顶和地面（如图2-6）。除此之外，大兴国际机场还有很多“黑科技”：智能停车楼，让停取车智能快速；机场高速及跑道自融雪系统，让出行风雪无阻；为行李植入芯片，防止丢失。人性化设计给人们登机带来无尽乐趣：五指廊的放射状构型，让旅客乘机所需时间不超8分钟；中国风庭院休息综合楼停车楼停车楼茶园瓷园田园丝园中国园“凤凰之眼”塔台气泡窗第二章 工程的设计工程设计基础通用技术033032选择性必修 3请用连线的方法完成滨江高级中学图书馆改造工程建设过程中相对应的工程质量控制种类。环境关系环境关系也是工程设计过程中要考虑的重要因素之一。环境因素主要有自然环境因素和社会环境因素。
34、自然环境因素有工程地质、水文、气象、噪声、通风、振动、照明、污染等。社会环境因素有文化、政治、法律法规等。青藏铁路线工程“青藏高原湿地”是世界平均海拔最高的湿地，对全球生态有着重要而独特的生态价值。为保护高原湿地，青藏铁路尽量绕避湿地，必须经过湿地时，一般采取“以桥代路”、多设涵洞、路基基底抛填片石等措施，避免路基下面的地下径流被切割，防止湿地萎缩，这类“环保”桥梁在青藏铁路中长达几十千米。2003年，中铁十三局在建设那曲古露车站时，投资110多万元，移植建设了8万多平方米的人造湿地。建设者先在原湿地旁边的植被稀疏处挖出与湿地等深的洼地，引入湿地原有水源，再将牧草连根挖出，植入人工湿地内。如今
35、，这里青草茂盛，上面不时有黑颈鹤、黄鸭等野生动物飞翔觅食。人工湿地已与自然湿地浑然一体，外人几乎辨别不出来。这是世界上首次在高寒地带人造湿地获得成功。这些保护湿地的措施，虽然使工程投资大幅度增加，施工难度加大，但这一实践对高原生态保护与恢复有十分深远的意义。讨论：1.为什么青藏铁路工程在施工建设前，要对铁路沿线周边生态环境加以保护？2.青藏铁路工程在施工建设时，除了考虑铁路沿线的生态环境外，还要考虑哪些环境因素？水泥、黄沙、木料、电线等书桌、书架、电灯、空调、风扇等整体工程施工过程设备采购控制材料控制工程施工周期控制工效学工效学也称人机工程学，是指综合运用生理学、心理学、卫生学、人体测量等，研
36、究工程系统中人、机器和环境之间相互作用的一门科学。工效学通过对作业中人体机能、能量消耗、疲劳程度、环境与效率的关系等的研究，科学地进行作业环境、设施与工具的设计，确定合理的操作方法，从而提高工作效率、提升生活品质，是工程设计应考虑的重要因素。为了保证都江堰能够长期发挥作用，工程设计者们还同当地劳动人民群众一起发明创造了简便易行的岁修办法，即用“杩槎”截断水流，淘出河底淤积的泥沙。每年霜降时节，岷江水流量最小，人们采用“杩槎”在外江截断水流，使江水大部分流入内江，淘出外江泥沙；到立春时节，再把“杩槎”从外江移到内江，使江水流入外江，并淘出内江泥沙。岁修工程形成清明时节内、外江全部开堰的“放水节”
37、。都江堰水利工程项目所取得的巨大成功和千年经久不衰的生命力告诉我们，必须赋予工程广义的新的生命理念，使工程的决策者、实施者、管理者和使用维护者在工程的各个阶段就像爱护生命一样呵护工程，才能使得工程发挥应有的效力，使人们安居乐业，社会持续发展。讨论：都江堰水利工程是如何实施工程的全生命周期管理的？水泥预制板质量检查某工程项目在施工阶段的监理中，监理工程师对承包商在施工现场制作的水泥预制板进行质量检查，抽查了500块，发现其中存在如下表所示的问题。滨江高级中学图书馆改造工程应该如何考虑全生命周期的设计？请分组讨论，并将小组讨论结果进行分享。质量控制工程质量控制是指为保证和提高工程质量，运用一整套质
38、量管理体系、手段和方法所进行的系统管理活动。在满足投资和进度要求的前提下，实现工程预定的质量目标。序号存在的问题数量1蜂窝麻面232局部露筋103强度不足44横向裂缝25纵向裂缝1不合格水泥预制板数量合计：40思考：1.水泥预制板的质量问题是采用何种统计方法分析出来的?2.产品的主要质量问题是什么?第二章 工程的设计工程设计基础通用技术031030选择性必修 3农居地震安全工程性能分析2006年地震前，甘肃省文县临江镇东风沟村位于半山坡上，当时该村共73户，333人，地震使全村90%以上的房屋倒塌或严重毁坏。地震后按照恢复重建规划，新村建设完全按照农居地震安全工程标准进行规划、设计和施工。所有
39、农居均本着经济实用、抗震安全的原则，按照地震部门提供的当地抗震设防要求进行8度设防。根据每户经济情况，由镇政府委托具有设计资质的勘察设计单位统一进行设计，并将设计图纸提交县建设、地震部门审查备案，为每户提供不同的房屋户型及庭院布局设计供选择。总体要求房屋平面、立面尽量规则对称，基础采用水泥毛石砌筑，以砖混和框架结构为主，按标准设置上下圈梁、过梁和构造柱，确保纵横墙体之间有必要的拉结，达到遭遇6级左右地震不倒塌的基本要求。讨论：结合案例分析农居地震安全工程要实现哪些性能。生命周期产品生命周期，是指产品从投入市场到更新换代和退出市场所经历的全过程，是产品或商品在市场运行中的经济寿命，也即在市场流通
40、过程中，由于消费者的需求变化以及影响市场的其他因素所造成的商品由盛转衰的周期。工程的生命周期，是指从规划设计到施工，再到运营维护，直至拆除废弃为止的全过程。滨江高级中学图书馆改造工程需要考虑哪些性能需求？请结合学校师生的反馈意见谈谈你的看法。古代都江堰水利工程的全生命周期管理为了工程项目实施的科学性，战国时期的水利专家李冰深入调查研究并请教有治水经验的农民，对岷江沿岸地形和水情作了详细的勘察，找出水患的缘由：大量泥沙在河床里淤积，同时玉垒山耸立在岷江东岸，阻挡了江水东流，造成当地西涝东旱的格局。找到水患的缘由后，李冰决定先凿开玉垒山，把江水分流成两股。这既可分洪减灾，又可引水灌溉，变水害为水利
41、。经过当地人民艰苦的劳动，终于凿开宽约20多米的山口进行洪水分流。图2-9 李冰父子雕塑任务二 探析工程设计的基本要素工程从本质上可以理解为围绕着一个新存在物的各种工程要素的集成过程。因此，工程设计的任务就是根据工程需求将各种工程要素集成和整合起来，形成满足人们或社会需求的物质体系。详细设计详细设计是工程设计过程的最后阶段，此阶段的主要任务是绘制详细工程图样并制订相关设计说明，是产品生产或工程施工的标准和依据。详细设计的主要任务有：完成工程图、完成物料清单、编制产品设计说明书、完成验证原型试验、进行最终成本评估、准备设计项目报告、设计终审、设计交付制造等。试分析在滨江高级中学图书馆改造工程的详
42、细设计中，需要完成哪些任务。性能需求产品的性能是在一定条件下，产品实现预定功能目的或者规定用途的能力。产品性能包括性质和功能，不同的产品性能所包含的内容是不同的，例如最高时速、最大硬度等。工程系统的性能，是指系统各部分或功能模块综合运行的能力。北京大兴国际机场是从中国经典名著里飞出的吉祥神鸟，融入了开放包容的国际化元素，在设计建造中创造了多个世界之最，掀开了中国交通史的新篇章。讨论：1.请结合案例谈谈该工程是如何进行具体设计的。2.请在了解的工程领域中举出典型案例，并简要说明在哪些方面体现了具体设计。图2-7 中国风庭院休息区图2-8 机场休闲、娱乐、购物区区，为旅客提供了放松的候机环境和绿色
43、的活动空间；整个航站楼的正下方，可以快速换乘京霸高铁、廊涿城际、新机场快轨等，让旅客换乘无忧；专有的“亲友话别区”，使得旅客在安检后依然可以在大厅与家人告别；休闲娱乐区，让旅客告别候机焦虑。选用选用第一章 认识工程一、工程的发展与内涵任务一 领略工程的历史与文化/002任务二 理解工程的内涵与类型/006二、工程的价值与特性任务一 感受工程的价值/010任务二 剖析工程的特性/011三、工程师与团队建设任务一 分析工程师工作的特点/016任务二 组建工程团队/018第二章 工程的设计一、工程设计的一般过程与基本要素任务一 探究工程设计的一般过程/024任务二 探析工程设计的基本要素/030二、
44、工程设计的分析方法与面向X的设计（DFX）任务一 认识工程设计的分析方法/036任务二 探究面向X的设计（DFX）/040第三章 工程图样与建模一、认识工程图样任务一 认识常见的工程图样/048任务二 绘制简单的工程图样/052二、工程的局部建模与仿真任务一 探究模型在工程中的作用/057任务二 体验工程的局部建模与仿真/060第四章 工程的决策与管理一、工程设计中的评价与决策任务一 认识工程设计方案的评价和决策/068任务二 探究工程设计评价与决策的方法/072二、探究工程项目的规划、管理与评估任务一 明确工程项目管理的内容与方法/077任务二 实施简单的工程项目规划、管理和评估/083主编
45、顾建军 奚 鹰 陈长亚编写人员（按姓氏音序排列）陈长亚 陈界山 丛 敏 顾建军潘 登 奚 鹰 许一鸣一 工程的发展与内涵二 工程的价值与特性三 工程师与团队建设“工程”一词，我国古已有之。新唐书魏知古传中的：“虽盛夏，工程严促”，应诏陈言奏中的：“工程不可终废”均记载了初始之工程。祖先为了抵御外敌，修筑防御工事；为了灌溉与饮水，兴修水利；为了交通便利，修桥铺路，留下了丰富的物质、文化与精神遗产。如今，我们用智慧的大脑和勤劳的双手，彰显并续写工程的力与美，追求工程的科学精神与人文精神的统一。第一章认识工程002桩基结构在土木工程中应用广泛，从7000多年前的河姆渡遗址到上海中心大厦都可以见到它的
46、身影。请试着搭建一个桩基结构并测试其承重。任务一 领略工程的历史与文化在苍茫的宇宙中，人类的祖先采集渔猎、耕种驯养，播下了原始食品工程的种子；削木为棒、磨石为器，打磨了原始机具工程的前身；构木为巢、掘土为穴，拉开了原始土木工程的序幕。随着技术的发展，人类借助工程的力量，用智慧的大脑和双手，上九天揽月，下五洋捉鳖，把器具植入人体，将万物互联为网，不断拓展自身生命活动的高度、深度、长度与广度，增加个人与社会的福祉，同时又努力保持与自然的平衡，追求科学精神与人文精神的统一。滨江高级中学历史悠久，环境优美，人文气息浓厚。两层楼的图书馆依湖而建，馆藏丰富，曾是师生课余流连的地方，但其设施日渐陈旧，借阅率
47、日益下降。为营造书香氛围，品阅读之美，建数字化校园，学校决定对图书馆进行升级改造，并邀请全校师生参与图书馆的改造工程。由桩和连接桩顶的桩承台组成的深基础或由柱与桩基连接的单桩基础，简称桩基。技术提示图1-1 桩基上的小木屋图1-2 上海中心大厦地基浇筑材料：竹木筷子30根，泥沙若干，水适量。要求：将泥沙加水制作成软性地基，用竹木筷子搭建桩基。做好地基后用书本测试其承重。学习目标1 通过典型工程案例分析，领略工程的历史与文化。2 通过案例分析初步认识工程的内涵，明确工程与科学、技术的关系。3 结合生产和生活的实际情况，识别工程的一般分类。一、工程的发展与内涵任务一领略工程的历史与文化任务二理解工
48、程的内涵与类型第一章 认识工程003河姆渡干栏式建筑遗址举世闻名的河姆渡遗址位于浙江省余姚市河姆渡镇，年代约为公元前50003000年。河姆渡遗址占地约4万m2，堆积厚度4m左右，上下叠压着四个文化层。即使以今天的眼光来看，这也是一个不小的村落。河姆渡遗址中到处可见圆桩、方桩、板桩、梁柱、木板等木构件，共达千余件，据考证为“干栏式”建筑遗迹。第四文化层的一座干栏式长屋，其桩木和相紧靠的长圆木残存220余根，比较规则地排成四行，互相平行，呈西北东南走向，现存最长的一行桩木长达23m，由西南向东北的一、二、三行之间距离大体相等，合计宽约7m，推算其室内面积达160m2以上。干栏式建筑在我国古代文献
49、中多有记载，它既能防潮又能防止野兽侵袭，是我国南方传统木构建筑的祖源。其榫卯技术的运用，把中国榫卯技术的历史推前了2000多年，被考古学家称为7000年前的奇迹。工程历史根据工程的规模、复杂性及工程技术中的知识含量，工程发展历史可分为史前工程、古代工程、近代工程和现代工程四个阶段。史前工程与人类的产生同源，始于人类制造石器工具，止于一万年前农业出现，对应于旧石器时代。这一时期，满足人类基本生存和维持生产需要的采集渔猎、制作石器活动是最为普遍的工程活动。史前工程的选材、工艺以及特定目的体现了人类最原始的需求和创造性本能。那么，工程活动是如何满足人类需求、体现人类创造性本能的呢？万里长城万里长城是
50、中国也是世界上修建时间最长、工程量最大的一项古代防御工程，自西周时期开始，延续不断修筑了2000多年，分布于中国北部和中部的广大土地上。我国古代劳动人古代工程大约始于1万年前，持续到15世纪，经历了新石器时代、青铜时代和铁器时代。古代工程时期，人类的工程技术水平及组织管理水平也提高到一个新水平，在军事、建筑、水利等工程上都取得了卓越成就，出现了古代亚述及巴比伦的金字形神塔、埃及的金字塔与方尖碑、欧洲的教堂、中国的都江堰等复杂的大型工程。图1-3 河姆渡干栏式建筑遗址通用技术选择性必修 3工程设计基础004民在修筑万里长城时，总结出了“因地形，用险制塞”的重要经验，之后的每一个朝代修筑长城都是按