两层优化（共9篇）
两层优化 篇1
电力系统无功优化可以优化电网的无功潮流分布,并降低电网有功损耗和电压损耗,从而改善系统的电压质量。其重要性已经受到普遍关注[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。
与单纯地追求系统有功网损最小的静态无功优化调度模型不同,切合实际的无功优化调度应以全调度周期网损最小和控制设备动作次数最少为目标。电力系统无功优化需要考虑系统各种负荷水平和运行状态下调度结果的相关性,是一个高维、非线性、非凸、含离散变量且时空耦合的复杂优化问题。
现提出一种考虑全调度周期网损最小和设备动作次数最少的基于两层遗传算法的多时段无功优化方法,以获得电网有功损耗、电压水平和设备动作次数的综合优化效果。它可为用户提供满足系统有功网损、电压质量及设备动作次数要求的多种控制策略。
1 无功优化模型
1.1 动态负荷的简化模型
电力系统的实际负荷是连续变化的,通常无功优化处理方法是分时段静态化,即将连续变化的负荷曲线简化为阶梯状分布的曲线,认为各时段内负荷保持不变。分段越多,最终求得的解越接近实际最优解。
1.2 静态无功优化数学模型
电力系统无功优化控制是指在满足系统各种运行约束条件下,通过优化计算确定中枢点电压、变压器的分接头档位和无功补偿装置的投切组数等,以实现系统的有功网损最小,其目标函数为
等式约束(即节点有功和无功平衡约束)为
式中PGi、QGi分别为节点i的发电机有功功率和无功功率;PDi、QDi分别为节点i的负荷有功功率和无功功率;Ui、Uj分别为节点i、j的电压幅值;Gij、Bij分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部;θij为节点i、j的电压相角差;n为系统的节点总数。控制变量(即变压器的分接头档位、无功补偿装置的投切组数和发电机的机端电压等)的约束为
式中ΔT=(Tkmax-Tkmin)/nT,ΔQC=(QCmax-QCmin)/nC,nT、nC分别为变压器总的档位数和无功补偿装置总的投切组数。
状态变量(即PQ节点的电压幅值Ui和PV节点的发电机无功注入量QGi)的不等式约束为
基于遗传算法的无功优化,控制变量的约束将通过编码自动解决;同时在进行无功优化的过程中潮流方程的求解保证了潮流等式约束方程能得到满足。为满足状态变量的不等式约束,在运用遗传算法对无功优化问题进行求解时,将不等式约束(3)作为惩罚项加入目标函数(4)中,构造了如式(5)所示的无功优化目标函数:
式中λU、λG为罚因子;NU lim、NQ lim分别为电压越限
母线集合和无功功率越限母线集合。
其中函数S(x)定义为
1.3 考虑全调度周期设备动作次数最少的优化模型
考虑设备动作次数最少的优化模型的目标函数为
式中n Tt为相邻时段有载调压变压器的动作次数;
n Ct为相邻时段无功补偿装置的动作次数。
2 第一层优化
这里考虑全调度周期网损、电压水平及设备动作次数的综合优化效果,提出了基于两层遗传算法的多时段无功优化方法。在第一层,针对单个时段,以有功网损最小为目标,利用改进遗传算法寻出全周期各个时段的最小网损和一些较小网损所对应控制设备的状态,由此构成控制设备动作次数的寻优状态空间。在电力系统中,有载调压变压器、无功补偿装置及发电机机端电压之间不同的状态组合对应着不同的潮流分布,无功优化调度的实质就是从这些不同的状态组合中找出最优潮流分布所对应的控制设备的状态组合。对于单个时段,控制设备的状态组合很多,对于整个调度周期,不同时段之间的控制设备状态组合将会更多。如果仅使用一层优化,则该优化问题所对应的寻优状态空间将非常大,是一个复杂的时空耦合问题。第一层优化的目的就是为了缩小寻优状态空间,为提高第二层优化效率打下基础。
2.1 第一层优化计算
第一层优化采用静态无功优化数学模型,即目标函数式(5)和各项约束式(2)(3)(4),不考虑设备的动作次数约束,以调度周期的负荷预测数据为依据,利用改进遗传算法,采用并行处理,一次性得到全周期各个时段的无功优化结果。
另外,基于上述优化结果,对于每个时段,根据系统负荷情况动态地设置一有功损耗阈值wploss,对于每个时段,找出与最小有功损耗相差wploss之内的潮流分布情况,由它们所对应的控制设备的状态形成第二层控制设备动作次数的寻优状态空间。
2.2第一层优化算法
第一层优化算法是对遗传算法作了下面几个方面的改进。
2.1.1编码方式的改进
无功优化的调节手段中,发电机的机端电压可以连续调节,属于连续变量;变压器的变比和补偿电容器组的补偿容量不能连续调整,属于离散变量。进行无功优化调节时,变压器的变比和补偿电容器组的补偿容量一般都是等量递增或递减的,对于这种逐级递变的离散变量可以通过一一映射的方法将其转化成连续变化的整型变量。因此,这里将采用实数与整数混合编码的方式。采用这种编码方式,个体的染色体编码长度等于其控制变量的个数,因此较二进制编码而言,个体的染色体编码长度大为减小,极大地减小了搜索空间,并且不需要解码,这对以迭代为基础的遗传算法,可以节省较多的计算时间。结合前面的数学模型,文中的染色体编码X为
2.2.2 对选择算子的改进
这里采用两两竞争的策略,即从父代中随机选取2个个体,将适应度值较好的个体保留下来,淘汰较差的个体。将此过程重复M次,得到所需要的M个个体[13]。
该选择策略克服了转轮法[14]的缺点。它使群体在解空间上具有较好的分散性,并且每个个体被选择的概率不是与其适应度值成正比,从而不会出现个别适应度值大的超级个体在群体中大量繁殖而陷入早熟的现象,同时也保证了参加繁殖的个体具有较好的适应度值。
2.2.3 保留策略
为了防止进化过程中得到的最优个体被破坏,还采用了最优个体保存策略,即当前群体的最优个体不参加遗传操作,直接进入下一代。该措施保证了程序算法收敛的可靠性。
2.2.4 自适应交叉和自适应变异
交叉率和变异率是影响遗传算法性能的关键所在。这里采用自适应遗传算法。在该算法中,交叉率和变异率是基于个体的适应度值而改变的。当群体有陷入局部最优的趋势时,交叉率和变异率就相应地提高;当群体在解空间上发散时,交叉率和变异率就相应地降低。自适应遗传算法在保证群体的多样性的同时,保证了程序算法的收敛性,改进了遗传算法的寻优能力。自适应交叉率和自适应变异率的公式[15]为
式中fmax表示当前群体的最大适应度值;favg表示当前群体的平均适应度值;f表示参加交叉的2个个体中的较好个体的适应度值;f′表示变异个体的适应度值。
2.2.5 电压和无功罚系数的调整
这里电压罚系数λU和无功罚系数λQ按指数规律取值,其取值为
式中t表示进化代数。
2.2.6 收敛判据的改进
这里采用终止代数和优化判据相结合的方式。以最优个体最少保留代数和种群平均适应度与最优个体适应度的偏差作为优化判据。当两者中任意一个判据被满足,均达到收敛条件。
3 第二层优化
基于第一层优化所得到每个时段的一些满足要求的控制设备的状态,可以得到全调度周期的控制设备状态转移图,如图1所示。
所对应的控制设备状态转移矩阵如式(13)所示。
其中,I的值为无穷大,表示状态之间没有联系。
由第一层优化确定每个时段控制设备的状态数为n,在第二层优化中,整个调度周期内的状态转移数量为(t-1)×n×n,数量是比较少的,故第二层优化的效率比较高。
3.1 第二层优化计算
第二层优化是以全调度周期内设备动作次数最少为目标,目标函数式如式(7)所示。基于第一层优化所形成的控制设备动作次数的寻优状态空间,利用改进遗传算法寻求全周期内控制设备动作次数较少所对应的潮流分布情况,从而得到同时满足有功网损、电压质量及控制设备动作次数要求的多种控制决策,为实际运行提供指导作用。
3.2 第二层优化算法
第二层优化也是对遗传算法作了改进,与第一层的改进遗传算法的区别在于2点:由于染色体的基因是矩阵(13)的行、列号,因此这里采用整数编码;由于目标函数(7)中不存在惩罚项,因此就不存在罚系数的调整。
4 算例分析
为了验证本文方法的优化效果,在Visual C++6.0软件平台上采用C语言编写程序,对IEEE 30节点标准测试系统进行无功优化计算,调度周期取为1 d。全天总的有功负荷曲线如图2所示(无功总负荷曲线按相应的比例求得,各节点负荷按基准负荷比例求得),图中横轴表示一天24小时,PL为有功网损,系统参数参见文献[16]。
4.1 第一层优化算例
4.1.1 系统条件
该系统有6个发电机节点,4台变压器,2个无功补偿装置。PQ、PV节点电压的范围分别为[0.95,1.1]、[1.0,1.1];发电机2、5、8、11、13的无功出力范围分别是[-0.2,1.2]、[-0.15,1.0]、[-0.15,0.8]、[-0.1,0.7]、[-0.15,0.6];平衡节点1发电机的无功出力范围是[-0.2,2.0];变压器变比的范围是[0.9,1.1],调节步长为0.025;节点10和节点24补偿电容的电纳范围分别为[0.0,0.5]、[0.0,0.1],调节步长分别为0.1、0.02。上述电压、功率、电纳均为标么值,下同。
4.1.2 遗传参数设置
本文aU=1.032,λUmax=20.0;aQ=1.025,λQmax=10.0。群体规模为30,迭代次数为100。改进遗传算法中Pc1=0.9,Pc2=0.6,Pm1=0.1,Pm2=0.001[15]。
4.1.3 计算结果及其分析
为了验证本文算法的有效性,取系统优化前的初始潮流、简单遗传算法(SGA)及本文算法的优化结果对比见表1(T1、T2、T3、T4分别指支路9-6、6-10、12-4、28-27上的变压器;C1、C2分别指连接在母线10、24上的补偿电容器)。系统总有功负荷取图3中的第22个时段为例,总负荷标么值为4.836。初始条件下控制设备的状态如表1所示,通过潮流计算得到有功网损为0.423 778,1个PQ节点电压越限为U1=0.948293;3个无功发电功率越限为QG2=-0.386 39,QG5=1.84532,QG8=1.034 87。用本文算法进行无功优化后的有功网损为0.331954,并且所有节点电压和各节点发电机无功发电功率都在规定的合格范围内。由计算可知最大有功网损下降率为21.7%,较SGA的优化效果更好,充分显示了所提算法的有效性,能够找到更好接近全局最优解的优化解。
p.u.
图3和图4分别给出了SGA(虚线)和本文算法(实线)在求解无功优化问题时的收敛特征曲线和群体平均适应度与最优个体适应度的偏差(δ为偏差),n表示代数。从图3可知,本文算法在开始几代下降速度很快,充分显示了该算法寻优机制的有效性和优越性;与SGA相比,算法不仅在开始几代下降速度更快,而且能够更快地接近最优解,且从图可知,算法较SGA计算精度更高,收敛性更好;图4反映了本文的改进遗传算法具有更好的群体优化效果;图3和图4则共同说明了所提算法较SGA能找到更好的多组优化状态。
4.2 第二层优化算例
以图2所示的负荷曲线说明所提方法的有效性。将全天负荷曲线分成24个时段,在第一层优化的基础上,形成控制设备动作次数寻优状态空间。将利用改进遗传算法(MGA)和本文方法的优化结果,即控制设备的动作次数以及总的有功网损对比如表2所示。
通过上面的计算结果分析可知,仅仅通过一层改进遗传算法得到的优化结果组成控制设备状态动作路径,全天总的有功网损是最小的,但是控制设备的动作次数却过多,影响了控制设备的寿命及后续使用的安全性;而按照所提出的多时段无功电压控制的两阶段优化方法进行优化之后,在系统网损略微增加的情况下,可以有效地限制控制设备的动作次数。这充分说明所提方法的有效性。
基于遗传算法本身的特性,除了能够找到设备动作次数最少时的全天无功分布情况之外,还可以找出设备动作次数较少时的全天无功分布情况,结合实际情况可以为用户提供多种控制决策。取设备动作次数较少的4种控制决策如表3所示。
将表3中的4种决策进行比较可知,在设备动作次数略为增加的情况下,系统的有功网损相应地减少。上述4种控制决策应该都满足实际的运行需要,在实际运行中,运行人员可以根据实际情况选择合适的控制决策。
本文方法的计算时间主要集中在第一层各时段的静态无功优化计算上,对于本例,最长的单时段计算时间为15.562 s,而第二层寻优计算仅费时0.015 s。由于所提方法具有很好的并行性能,如果在第一层优化过程中采用并行处理,两层优化花费总时间为15.577 s,因而具有在线应用的前景。
5 结论
提出了一种基于两层遗传算法的多时段无功优化方法,具有如下特点:
a.通过两层优化方法,将无功优化问题转化成多个时段并行静态无功优化问题,较好地解决了高维、非线性、非凸、含离散变量且时空耦合的复杂优化问题,并得到网损、电压水平和设备动作次数的综合优化效果;
b.该方法具有良好的并行性,有在线应用的前景。
摘要：提出了一种基于两层遗传算法的多时段无功优化方法,将复杂的无功优化问题转化为多个时段静态无功优化的并行处理问题。第一层优化是针对调度周期内的每个时段,建立传统静态无功优化模型,对全调度周期内各个时段进行并行计算,并统计出多组较好的优化状态,构成全调度周期内控制设备动作次数的寻优状态空间;第二层优化是针对整个调度周期,建立以动作次数最少为目标的无功优化模型,从第一层形成的状态空间中寻出控制设备动作次数较少所对应的潮流分布,从而得到有功网损、电压质量及控制设备动作次数的综合优化效果。此外,该方法易于实现并行处理。算例表明,所提出的方法优化效果好,有在线应用的前景。
关键词：无功优化,遗传算法,动作次数,多时段,状态空间
供应链管理中的两层规划算法 篇2
关键词：两层规划；启发式算法；博弈决策
中图分类号：F224 文献标识码：A 文章编号：1002-3100(2007)11-0055-04
Abstract: This paper describes bilevel programming and its application in transportation, resource allocation, principal-agent problem and supply chain management. Both Linear and nonlinear programmings are discussed. Pole algorithm, descending iteration algorithm, penalty function algorithm and branch and bound algorithm are presented and evaluated. At the end of the paper, we also discuss the development direction of bilevel programming and its algorithms.
Key words: bilevel programming; heuristic algorithm; game theory
供应链管理指的是对各个设施点之间的物流及信息流进行管理，如供货商、制造商、加工商、分销中心等。在早期的供应链管理中，一般是指局限于对供应链中的每个节点单独优化，而很少考虑供应链节点之间的互动。但随着研究的深入，人们认识到如果对供应链的各个阶段加以集成和协调，将会明显地降低整个供应链的运营费用，提高客户服务水平，从而增强企业的竞争力。尤其是在引入博弈论之后，对供应链之间的博弈决策，并在此基础之上协调整个供应链利益的研究也越来越多。而两层规划算法正是求解博弈问题的一种非常有效的方法。
两层规划是两层决策问题的数学模型，它是一种具有两层递阶结构的系统优化问题，上层问题和下层问题都有各自的目标函数和约束条件。上层问题的目标函数和约束条件不仅与上层决策变量有关，而且还依赖于下层的问题的最优解，而下层问题的最优解又受上层决策变量的影响。下层根据上层的决策结果调整策略使自己的利益最优化，上层根据下层的反应重新做出决策。整个系统在双方博弈中，达到各自满意状态。两层规划的研究起源于经济问题，如有限资源在各自部门中的分配，价格控制问题的研究等。但是两层规划求解是非常复杂的，即使当系统的上、下层的目标函数和约束条件都是线性的，整个系统也可能是非凸问题，并且是处处可微的，所以两层规划虽然在现实世界中有广泛的应用，但是由于其计算的困难性，包括它的非凸性，NP困难性以及它的一些算法的无效性，使得两层规划的理论研究仍有待进一步发展。本文将从两层规划的实际应用和启发式算法发展两个方面对两层规划进行综述。
1两层规划的实际应用
1.1交通领域的应用
两层规划在交通控制中有着很广泛的应用，如O-D旅行需求估计问题，上层决策者需求整个交通网络的交通拥塞和O-D需求估计偏差最小化，而下层决策则需求网络平衡状态。相关文献如[1]、[2]探讨了O-D旅行需求模型的求解方法。另外，如何进行信号控制，使车辆使用者做出合理反应，减少交通堵塞和延迟，也可以作为两层规划问题进行优化，如文献[3]中的描述。
1.2资源分配中的应用
资源分配是一类比较复杂的管理问题。上层部门将资源分配给多个下层部门，下层部门根据分配的资源和自己已有的资源组织生产，使自己的效益最大化，而上层如何使有限的资源产生最大的效益是上层面临的最大问题。Cassidy等人[4]1971年首先提出了政府部门的资源分配问题，文章描述了一个使中央政府能有效为其他层次的政府部门分配资源的模型，模型指出下层政府部门在拥有独立资源的情况下能独立做出决策。另外，公共设施的建设问题也属于资源分配的一类，如污水处理站的建设，上层决策者制定一些政策使得废物生产公司能尽量少排放废物，最大化社会福利，下层公司最大化自己的利润，减小成本（包括纳税成本）。Mahyar、Amouzegar和Moshirvaziri在这方面做了大量的研究，如文献[5]、[6]。
1.3价格控制问题中的应用
在价格控制问题中，有两个决策者，上层是价格控制者，下层是生产者、顾客等。在不同的价格下，生产者企图找到对它“最好”的生产规模，或者下层顾客最小化自己费用支出。价格控制问题在航空领域的收益管理方面有较多的应用，如Cote和Jean-Philippe等人[7]提出的航空公司订价模型中，上层决策者（leader）航空公司为了最大化其整个航线网络的最大收益，而制定出最有策略；下层顾客则综合考虑航班的费用、舒适度等等一系列因素使得自己的支出最小化，下层的决策变量影响上层的策略制定。这就构成了两层主从对策问题。价格控制在税收模型中也有很广泛的应用，如Brotcorne和Luce等人在文献[8]中探讨了轮船承运商如何制定航线价格及托运人如何选择承运商及托运路线使其费用最小化的两层规划模型，并给出了一种求解算法。
1.4委托代理中的应用
委托人希望代理人按照前者的利益选择行动，但委托人不能直接观测到代理人选择了什么行动，能观测到的只是另外一些变量，这些变量由代理人的行动和其他外生的随机因素（称为自然状态）共同决定，委托人充其量只能得到代理人行动的不完全信息。问题委托人的问题是如何根据这些观测到的信息来奖惩代理人，以激励其选择对委托人最有利的行动。代理人如何做出能使自己的利益最大化的决策。这样委托人和代理人就形成了主从对策博弈的情况。其模型如下所示：
上层为委托人的效用函数，a为代理人的行动决策，下层是代理人的效用最大化函数，代理人选择能使其效用V达到最大的行为a。
1.5其他供应链管理中的应用
两层规划模型在其他供应链管理中也有一些应用，比如供应链集成问题，厂商与其供应商是敌对态度，都希望自己的利益最大化，导致整个供应链绩效低下，如何使厂商与供应商协作达成共识，是目前研究的热点，因此建立两层规划模型，以各成员利润最大化为下层目标，以供应链的综合效益为上层目标。这方面的文献目前比较少，已有的研究如文献[9]、[10]。另外，在供应链局部问题领域也有两层规划的应用，如文献[11]中提出了供应链分销系统双层规划优化的模型，上层决策者在允许的固定投资范围内确定最佳的分销中心地点以使总成本最小；而下层规划则描述了在多个分销中心存在的条件下，客户需求量在不同分销中心之间的分配模式，它的目标是使每个客户的费用最低。
2两层规划问题的分类
2.1线性的两层规划问题
两层线性规划问题BLP可以描述为下面的形式：
模型中，即使下层规划i有不同的最优解但其最优值是相同的，因此上层规划问题总是确定的。
关于两层非线规划的最优性条件参见文献[13]。
3两层规划问题求解算法综述
3.1极点算法
极点算法主要用于解决两层线性规划问题，Candler和Townsley[14]在研究上层无约束和下层有唯一解的两层规划时得到一个性质：如果两层线性规划最优解个数有限，那么，在约束集的极点处，至少有一个最优解。后来Bialas等人[15]证明了在约束集有界的情况下，这是两层线性规划的共性，并给出了通过枚举约束集的极点来计算两层线形规划的全局最优解。比较常用的极点算法是Wen[16]提出的K次最好法，其算法思想如下：先在容许集合S上求出上层目标函数的最好解（1次最好解），然后检验这个解的可行性，若可行，即为最优解；否则放弃这个解；再在S上求出上层的次好解（2次最好解），然后检验这个解的可行性。如此下去，在有界集S上，无论是线性函数还是二次函数，必然经过优先次迭代可达到价格控制问题的全局最优。这种方法主要用于两层线性规划问题的求解。
3.2下降迭代算法
3.3分支定界算法
Edmunds和Bard[18]结合隐枚举法给出了一种混合分支定界方法。现将下层的目标规划用KKT条件代替。然后将其中的互补松弛条件除去，求解相应的简化问题。如果所得的解与互补松弛条件矛盾，则使用分支定界方法进行求解。
3.4惩罚函数法
惩罚函数法是通过构造某种惩罚函数，并将它加到非线性规划的目标函数上，从而将原来的约束极值问题转化为无约束问题求解。在两层规划中，早期的惩罚函数只是将下层的问题用惩罚函数法转化成无约束的问题处理。后期也出现了双惩罚的惩罚函数法，即将上下层都进行惩罚使得整个问题变成无约束问题。在求解过程中根据初试点的选取及搜索方向，又可以将惩罚函数分为内点法和外点法。
4总结
两层规划的研究刚处于起步阶段，尤其是在供应链中的应用还比较少，还有很大的研究前景；另外在公共政策的制定方面，两层规划也具有重要的应用。两层规划由于其复杂性，目前为止，并没有非常好的求解算法，现有的算法在处理大规模问题中，还有很多局限性。目前，有少量文章探讨了智能算法在求解两层规划中的应用，而且取得了较好的效果，因此智能算法在求解两层规划算法中有着很大的前景。
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基于线性SGD的两层迭代算法 篇3
SGD算法的时间复杂度和迭代次数线性相关,和训练集的大小无关,即其所用到的仅仅是整个训练集的子集。本文的核心思想是通过对整个训练集的筛选,得到一个远远小于原始训练集的子集,在这个子集上进行最终的SGD算法的训练。
本文结构内容如下:第一部分描述基于线性SGD的两层迭代算法;第二部分为实验部分,阐明了本算法的有效性与可行性。
1 基于线性SGD的两层迭代算法
目标函数为:
对(1)求梯度可得:
2 基于线性SGD的两层迭代算法
因为SGD算法的运行时间和迭代次数有关,与训练样例的个数无关。所以,可以找到包含关键训练样例的训练子集来训练SVM分类器,而不是用整个训练集。
基于线性SGD的两层迭代算法思路如下:
首先可以用SGD算法对整个训练集进行训练,此时可得到一个分类器,即第一层SGD迭代。
根据SVM模型,只有位于支持超平面上的以及分错的训练样例对超平面的训练起作用,其它远离支持超平面且正确分类的训练样例对超平面的训练不起作用。
然后,通过第一步训练出来的分类器将位于支持超平面两侧的关键训练样例筛选出来,由此获得的新训练集的大小将远远小于原始训练集的大小。
最后,在新的训练集上用SGD算法完成最终SVM分类器的训练,即第二层SGD迭代。
对于关键样例该如何筛选呢?
位于支持超平面上的训练样例满足如下条件:
但严格符合上述条件的关键样例个数太少,不足以完成第二层SGD迭代。所以,应该扩大选择范围,让条件(5)上下有些弹性:
其中,a,b>0为筛选器的弹性参数。
3 实验结果与分析
为了验证基于线性SGD的两层迭代算法的可行性,本文准备了2个常用数据集,以供和Pegasos-SGD进行算法结果精确度上的对比。
covtype.binary训练样例522911个,测试样例58101个;mnist训练样例60000个,测试样例10000个。covtype.binary实验中设置为10-6[4],mnist实验中设置为2×10-4[5]。关于弹性参数(a,b)的设置,covtype.binary实验取固定值(0.1,0.1);mnist实验中分别取值为:(0.1,4)、(0.1,0.1)、(0.01,0.1)、(0.05,0.05)。
每种参数的实验都重复进行5次,实验结果展示如下:第一行是SGD过程的迭代次数,第二行是Pegasos-SGD算法的测试精度,第三行是线性SGD两层迭代算法的测试精度,第四行是线性SGD两层迭代算法第二步所选出的训练集的个数。
实验结果表明,线性SGD两层迭代算法的预测精度与Pegasos-SGD算法的预测精度大致相等。证明了线性SGD两层迭代算法的可行性。
4 结语
本文通过将SGD算法与样例选择相结合,成功的提出来一个线性SGD两层迭代算法。在此基础上,进一步需要研究的是将线性SGD两层迭代算法扩展到核方法,以减少带核SGD的训练与预测时间。并且,对于第二步样例筛选时,弹性参数a和b的如何取值才能让算法的预测效果达到最优也是一个有待研究的问题。这两方面的工作正在进行中。
摘要：近年来,随机梯度下降算法用于求解SVM模型的原问题得到了人们的广泛关注。随机梯度下降算法每次只处理一个训练样例,它可以快速训练出线性可分数据集的SVM分类器。由于随机梯度下降算法的运算时间与迭代次数呈线性相关关系,而与训练集样例的个数无关,所以文章提出了一个基于线性SGD的两层迭代算法,在算法的第二步,可以筛选出一个远远小于原始训练集的子训练集来完成最终SVM的训练。
关键词：随机梯度下降,支持向量机,两层迭代
参考文献
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两层优化 篇4
关键词:C/S;RIA;B/S;F/S
中图分类号:N945.23文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 09-0000-02
The C / S Mode for Design of Medical Service Management System
Leng Peng
(Wuhan Commercial Service College,Wuhan430056,China)
Abstract:In this article,these characteristics and lacks of different application modes from Single Service,F/S,C/S,B/S,RIA were discussed based on methodological problems,such as choices and designs of software architecture.Related with the practice of the project exploitation,this article states the reasons of applying c/s mode programming to medical service&management system.
Keywords:C/S;RIA;B/S;F/S
一、研究背景及意義
软件体系结构的选择与设计,就是为了解决方法的问题,是项目设计中很重要的一环。选择体系结构时,既要考虑好如何设计符合业务需要的强大功能及其实现方式,也要考虑数据访问的方式和安全性,以及系统的扩展性和部署管理的方便性。只有深入研究各种体系结构的特点,并在实践中去体会,才能科学地选择适合实际需要的软件结构模式。
随着我国医疗改革的深入,各城乡的卫生服务机构数量逐年增加,老百姓医疗条件得到了很大的改善。同时,城市社区卫生服务机构和其他一些私人诊所的诊疗水平也逐步提高。规模相对较小的医疗服务机构,为了吸引一些能够在本机构就可以得到合适诊治的病人前来就诊,在医疗服务价格方面,想办法与大医院竞争,从而增加利润,也使老百姓在看病时得到实惠。一些这样的卫生服务机构,想到了直接给病人打折优惠的办法,例如:会员卡制度,简单来说,就是给有意愿的病人发放会员卡,持卡者预存一些费用,就诊时的花费就可以享受一定的折扣率。持卡者所有历史就诊费用记录,需要一个应用系统来管理。这个系统可以统一在一个医疗服务综合管理系统里面,相对完善的医疗服务综合管理系统涉及的内容很多,主要有病人病历档案、处方管理、药品进销存、会员卡消费记录等等。社区卫生服务机构实行就诊会员卡制度,有利于锁定病人客户群,提高业务利润;由于会员在享受同样医疗服务的条件下,会降低就诊费用,也给会员带来了实惠。会员卡跟资金账户建立一一对应关系,会员的资金存取和消费,都需要一个账目,以往由于计算机硬件成本和软件成本高昂,这些账目都是手工、纸质的,查询、统计和保存极其不方便,也容易出错。随着计算机软硬件技术的发展和应用规模的迅速扩大,部署一个计算机应用系统的成本也越来越便宜。信息化管理的好处勿容置疑,一个合适的会员管理系统,能够准确及时地将会员的资金资料情况保存到计算机中,查询、统计非常快速,保存起来也容易,可以极大提高工作效率和管理效率,降低机构的运营成本。
网络版应用主要有C/S模式、B/S模式、RIA模式等目前比较流行的几种体系结构模式,本文通过对各种结构模式的特点进行比较后,选用两层C/S模式来开发本应用系统。两层C/S模式是基于局域网的,开发成本低廉,系统扩展性也比较好。
二、体系结构模式概述
目前应用比较广泛的软件体系结构,有文件独占式的单机服务模式、磁盘文件共享的文件服务器模式(Files/Server,简称F/S)、胖客户端的两层及多层客户/服务器模式(Client/Server,简称C/S),瘦客户端的浏览器/服务器风格(Browser/Server,简称B/S),以及富客户端的RIA模式(Rich Internet Applications)等等。各种模式有各自的特点和优势,也有各自的不足,下文分别对这几种模式进行介绍。
(一)单机服务模式
最早的商业应用程序的所有数据处理都发生在大型主机上,由于数据处理成本高昂,随着内存和处理的成本越来越便宜,文件独占式的单机服务模式的应用程序就出现了,缺点就是一个应用只能在一台机器上使用,数据放在独立的文件里存放以供访问,不能集中实时共享,不能满足多用户应用的需要。
(二)文件服务器模式
为了解决数据集中这个问题,需要将运行程序和数据文件分开存放到不同的计算机上时,就出现了基于磁盘文件共享的文件服务器模式(F/S),其基本结构这个模式既有单机程序的特性,也有网络多用户应用的特性。这种模式的数据文件和单机服务模式一样,一般是若干个独立的、可直接访问的文件,只是比后者在程序设计上增加了数据共享控制管理的功能,数据的共享大多数是以文件形式通过对文件的加锁、解锁来实施控制的。
(三)客户/服务器模式
20世纪80年代以后,随着微机网络的发展,个人计算机和工作站的采用,改变了协作计算模型。这时,基于资源不对等,且为实现共享而提出了客户/服务器(C/S)软件体系结构。C/S体系结构具有强大的数据操作和事务处理能力,模型思想简单,易于人们理解和接受,有三个主要组成部分:数据库服务器、客户应用程序和网络。工作站通过网络和服务器相连,以实现数据和应用分布到多个处理机上。该模式下,数据存放在服务器端一个被称为数据库的工具中,应用程序通过数据库引擎来访问数据,这种程序和数据独立的模式,减少了应用程序对数据文件格式的依赖,更好的保证了数据的兼容性,数据库的安全性、完整性和数据库访问并发性控制也得到了保证。
C/S结构经过了两层到三层和多层的发展过程,二层C/S结构是以局域网为中心的,难以扩展至大型企业广域网或Internet,客户端程序可以直接访问数据库服务器,使数据库的安全性受到威胁。于是三层C/S应运而生,将表示层和功能层分离成独立的程序,并且和数据层分离,使整个系统的逻辑结构更为清晰,能提高系统和软件的复用性、可维护性和可扩展性。分层也有利于软件的并行开发,各层还可以根据本身应用的特点,选用最合适的开发语言。三层C/S结构和二层C/S结构相比,增加了一个驻留应用逻辑的应用服务器,客户机上只有表示层。
(四)浏览器/服务器模式
三层C/S结构模式的优点很多,但是随着计算机技术的快速发展,硬件平台和软件升级换代迅速,一些较早使用计算机信息技术来管理业务的企业,由于硬件结构新旧并存、操作系统多种多样,给应用程序的部署、维护和升级带来了很大的困难。20世纪90年代,随着Web浏览器技术的不断发展,出现了浏览器/服务器(B/S)这种商业应用程序的新模式,该模式成功地解决了C/S时期软件分发的问题。B/S风格是三层应用结构的一种全新的实现方式,B/S结构的客户端是利用浏览器来实现的,客户端计算机只需部署了浏览器就可以使用,因此能够跨硬件平台,为异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一服务提供了最现实的开放性基础,这是B/S结构的优点之一。
(五)RIA模式
与之前的三层C/S模式相比,B/S部署的便利性是无与伦比的。在大多数情况下,能建成并交付使用的解决方案的总复杂度是大大降低了。虽然Web使部署应用程序更便捷,但基于Web的商业应用程序的功能却大幅度地后退了,这是因为基于浏览器的应用程序必须适应HTML以及HTTP(Hypertext Transport Protocol,超文本传输协议)等Web架构的局限性。
B/S应用的交互能力极其有限,虽然一个多步骤的任务可以在单页内表达出来,但可能产生一份很长的页面,使用户感到混乱、笨拙而难以使用。这种以网页为主的用户界面通常需要反复翻转网页,以解决在顺序步骤中有牵连性的改变。Web“无状态”的特点,使数据录入时即使只有少量失误,也经常需要重新全部录入,其结果是缓慢、不自然、混乱而且令人感到懊恼的用户体验。这些不足在传统的C/S结构中几乎是不存在的,传统C/S结构能够提供给用户丰富的界面和强大的交互能力,响应速度比B/S结构也要快很多,数据安全性也能得到更好的保证。为了解决这些问题,真正把传统C/S丰富的用户交互体验和传统B/S部署灵活性的优点结合起来,诞生了一种新的体系架构,这就是RIA,这个术语由Macromedia于2002年3月提出,意思是“丰富互联网应用”系统,英文全称Rich Internet Application。
基于Web的RIA相比Web应用程序,反而与C/S应用程序有更多的相似。从某个角度上可以通俗的说,RIA应用实际上是通过新的B/S技术来实现传统的C/S应用,RIA的客户端利用浏览器来实现,客户端与服务器端主要采取XML数据和Web Services两种方式交互,使应用具有跨平台的兼容性,部署灵活。
三、体系结构模式的比较
这些结构模式,都是随着计算机应用不断发展而出现的,以后还将继续发展。解决了特定时期的實际应用需求,各自有各自的特点:其中单机服务模式扩展性不好,没有一定的伸缩度;F/S模式,如果只有一个用户,就基本等同于单机服务模式,如果超过一个用户,数据访问控制方面就比较烦琐,并发访问稳定性不好;C/S模式,扩展性好,由于有了功能强大的数据库服务器管理数据,数据访问控制可以得到很好的保证,其中两层结构适用于中小型网络规模的企业,多层的安全性和系统扩展性更好。相对来说,系统软件硬件的投资也比两层要大,部署相对困难;B/S模式虽然号称零部署,但由于浏览器产品品种的增多,以及其具有的天生缺陷,导致客户端界面不容易控制,因此经常需要借助一些浏览器控件来实现某些特定的功能,这些控件也具有操作系统平台的要求,所谓零部署也因此成为空谈;RIA的出现,就是为了解决B/S模式中人机交互的不足,理想的RIA结构,同时具有B/S部署的方便性和C/S模式的丰富交互性。RIA概念提出的时间不长,操作系统种类又不断发展、版本持续更新,加上各大软件公司的认识也不同,开发出的RIA支持系统当然就花样繁多。但不管是哪家的产品,目前都还不太成熟,也没有一个相对的行业标准,多少也让人有些无所适从。从全球范围看,成熟的ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源规划)产品大多还是采用二层或三层C/S架构。
本系统用户业务规模比较小,数据也是基于局域网内共享,用户数不超过3个,操作系统平台也统一为Microsoft WindowsXP,部署方便。经综合分析,决定选用二层C/S架构。不管从用户界面容易控制,还是开发与部署成本哪个方面来考虑,这样选型都是非常合适的,并且尽量通过在后台数据库里采用存储过程来处理数据,为以后系统扩展留下了空间。
参考文献:
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[2]三层结构简介[EB/OL].http://www.cdpf.org.cn/,2007,11,20
路面基层两层连铺施工质量控制 篇5
目前国内高等级公路路面基层施工大多数还是采取比较传统的逐层摊铺的工艺, 但是在进行第二层摊铺时, 需要7天养护期, 施工周期长, 且分层摊铺两层连接性不好。为了尽可能的缩短工期, 节约养护成本, 保证路面基层两层连接紧密, 决定采用基层两层连续摊铺的施工方法。路面基层双层连铺在施工质量方面较之传统的逐层摊铺都有很大的提高, 直接节省了下基层的养护费用, 且上、下基层之间的黏结效果较之逐层摊铺要好得多, 尤其对于工作面不是很多的情况, 能充分利用闲置的各种资源开展施工, 某种程度上也是节约了资源成本。
1 工程概况
山东省青州至临沭高速公路由中铁二十三局一工程中标承建, 路面基层设计为总厚度为34cm的水泥稳定碎石, 分为18cm厚下基层和16cm厚上基层, 单幅下基层宽度为16.0m, 上基层宽度为15.35m。
在前期采用逐层摊铺传统施工工艺效果不佳的情况下, 决定采用基层两层连续摊铺的施工方法, 提出了水稳层“双层连铺、分层压实、一次成型”的方案。
2 路面基层进行两层连铺施工的优缺点分析
2.1 两层连铺施工的优点
(1) 层间结合更为紧密, 消除了层间因积水造成的水损坏, 形成了真正意义上的整体受力。 (2) 采取撒布乳化沥青养生, 有利于更好地实行交通管制, 避免了车辆的来往, 更好地对基层进行了保护。 (3) 采取撒布乳化沥青养生方式, 在乳化沥青破乳后, 更容易渗透到基层, 效果显著, 更有利于基层与上层的结合, 增强整体受力。 (4) 不用再对下基层进行养生, 省去了下基层的养护费用, 减少了人力物力的投入。 (5) 不用再等下基层养生期满后进行摊铺, 从而节约了施工时间, 缩短了路面基层的工期, 进而尽可能早的给上层沥青混合料施工提供工作面。
2.2 两层连铺施工的缺点
(1) 横向施工缝增多。 (2) 由于水泥凝结时间的限制, 一次性施工的段落长度较短, 频繁挪移摊铺机, 降低了部分施工工效。 (3) 对水泥的凝结时间要求极高, 必须在水泥初凝前完成双层的摊铺和压实。
3 路面基层两层连铺主要施工工艺
3.1 摊铺前的准备工作
施工机械就位, 拌和站做好准备工作, 现场准备好各种施工用机具;下承层检验合格后, 人工清扫施工段的底基层表面, 清除各种附着物及松动颗粒, 确保摊铺工作面清洁, 用洒水车在施工段底基层表面洒水湿润。下基层按照1.32的松铺系数测量, 挂线, 支设钢模板。
3.2 混合料拌和、运输
混合料采用集中厂拌, 配备600t/h拌和设备1套, 用装载机进料, 每台拌和机配备四个料斗, 能按产量自动配料。车辆在料仓下装料, 以前后中的装车顺序控制, 保持装载高度均匀以防离析。混合料采用大型自卸车运输, 在运输混合料的过程中, 为减少混合料中水分的蒸发, 在运输车上必须采取遮盖措施 (用帆布覆盖) 。
3.3 摊铺
摊铺采用两台摊铺机进行梯队整幅摊铺, 二者间距保持5~10m, 摊铺机行驶速度控制在1.3~1.5m/min, 采用最大振击力, 夯锤频率1400r/min。摊铺时混合料的含水量要高于最佳含水量0.5%-1.0% (根据天气情况调整) , 以补偿摊铺及碾压过程中的水份损失。
3.4 碾压
先由XP301胶轮压路机碾压一遍, 接着徐工KS222J两台振动压路机各振压二遍, 徐工YZ18J振动压路机振压一遍, 最后胶轮压路机碾压一遍。
3.5 接缝设置
(1) 横向接缝:每天摊铺结束时或停止摊铺时, 应将摊铺机驶离混合料末端, 人工将末端含水率合适的混合料弄整齐, 靠紧混合料放入方木, 方木的高度应与混合料的压实厚度相同;方木的另一侧用砂砾、碎石或混合料回填成斜坡状, 以利于碾压机械上下;重新进行施工时应将方木及铺在方木另一侧的材料铲除, 并清扫下承层表面, 同时在已压实的断面上涂刷水泥浆, 然后再进行下一施工段的摊铺、碾压。 (2) 在不能避免纵向接缝的情况下, 接缝时必须保证已施工的结构层截面垂直密实, 并在该截面上刷一层水泥浆, 严禁斜接, 施工方法同横缝。
3.6 养生及交通管制
养生采用喷洒乳化沥青透层油或覆盖双层土工布洒水养生。喷洒乳化沥青透层油进行养生, 洒布量控制在1.2±0.2kg/m2;覆盖洒水养生洒水要及时, 保持基层表面一直处于湿润状态, 且养生七天后继续覆盖养生至上承层施工的前一天。养生期内封闭交通。
4 施工过程中存在的问题以及较难控制的工序
(1) 容易出现离析现象, 特别是在摊铺机两端头部位。主要是由于基层材料是骨架密实结构, 粗骨料所占的比重大造成的, 造成了在拌合站卸料、运输车向摊铺机卸料时离析严重;其次是摊铺机在布料时, 螺旋布料器旋转过快;再次是布料器位置偏高, 造成粗骨料旋转上浮;第四是摊铺机频繁收斗。
(2) 含水量控制不合适, 忽大忽小。碾压时造成细集料上浮, 形成了光滑面。由于气温较高, 风速大, 摊铺面很快发干, 表面很难压实, 造成了细小的层皮。
(3) 基层两侧局部碾压不密实。
(4) 桥头部位平整度控制差。
(5) 基层表面养生措施不到位, 造成基层表面污染。
通过研究、分析, 我标段针对基层两层连铺施工过程中容易出现问题的工序加强了控制, 并制定了一些列的措施解决上述问题。
5 关键工序施工质量重点控制措施
5.1 混合料原材料及配比控制
5.1.1 原材料选择
基于水稳碎石基层的功能要求, 选定合适的材料是做好基层施工的基础。水稳碎石的材料主要是水泥和集料, 对其要求, 在各规范中都有明确的要求。在所有的材料检测指标中, 结合现场的实际情况, 水泥的初终凝时间和强度, 石粉或机制砂的<0.075颗粒的通过率和塑性指数, 集料的压碎值等指标最为关键。
(1) 泥。水泥作为结合料的稳定剂, 其质量至关重要。施工中应尽量使用水化热较低, 稳定性好, 抗折强度较大的水泥。由于双层施工中下基层混合料拌和至上基层混合料碾压完成所需的时间较长, 因此应选用初凝时间和终凝时间都较长的水泥, 本文采用的是P.C32.5缓凝水泥。
(2) 碎石。水稳层的强度主要依靠碎石本身的强度、石料的嵌挤锁结作用和水泥材料的稳定胶结作用而形成。就碎石而言应满足《公路路面基层施工技术规范》的规定, 此外, 为更准确地控制施工中集料合成级配, 集料分为4档, 且集料最大粒径≤31.5mm。经大量的试验总结, 同时考虑到施工控制的可行性, 碎石的针片状含量<15%, 含泥量控制在2%~3%。
5.1.2 配合比设计
(1) 集料组成设计。水稳层原材料的性能除了应该达到规范规定的技术标准外, 还应具有良好的级配, 使集料排列紧密, 具有较小的空隙率, 以保证在结合料的胶结作用下抗变形能力强, 稳定性好, 具有较高的强度。实践证明, 用同一剂量的水泥稳定级配良好的集料, 其强度和耐久性比稳定级配不好的集料的强度和耐久性要高得多。根据省办下发的有关基层、底基层专家会议要求, 水稳碎石基层设计为骨架密实型结构, 主要提出了4.75和0.075两个筛孔的级配范围。根据研究成果, 级配采用骨架密实型级配, 混合料具有较高的强度及抗收缩特性。各种集料按计算所得的掺配比例拌和后的混合料, 其颗粒组成应符合表1的级配范围规定。为保证配制出的混合料具有较好的抗裂性能以及施工时减少离析的产生, 配合比设计时级配曲线按正“S”形调整, 且4.75mm、2.36mm、0.075mm的通过量应接近级配范围的下限, 0.075mm筛孔通过率宜在3%左右。根据试验结果, 最终确定基层所用集料比例:16-31.5mm碎石:10-20mm碎石:5-10mm碎石:0-5mm石屑=26:26:19:29。
(2) 混合料配比确定。确定集料级配后, 选用水泥掺加量。将各种集料按比例进行拌和, 分别作水泥剂量为3.5%、4.0%、4.5%的三种试件。通过重型击实试验和无侧限抗压强度试验, 确定各组水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度以及7d无侧限抗压强度。试验结果见表2。根据试验结果, 在满足强 (≥3.5 MPa) 要求的基础上, 结合施工过程中的质量控制, 最终选用混合料的设计水泥用量为4.0%, 确定最大干密度2.335g/cm3和最佳含水量4.9%。
5.2 摊铺前高程控制
根据上、下基层设计厚度, 按照试验段确定的1.32的松铺系数计算出松铺高度, 施工时两台摊铺机中间标高 (距中线9.8m) 控制, 采用2t油压千斤顶和铝合金杆控制, 边线按照设计宽度用白灰划出两边线并沿边线支设定型钢模板, 采用与设计基层厚度等厚的定型槽钢做外模, 以确保基层线型顺直, 边部密实。同时将两侧边桩及中线桩放出, 并在边线处张拉钢丝、在中线处支设铝合金支座作为摊铺机行驶的导向线和标高控制线;严格测量钢丝顶面及铝合金顶面标高 (铝合金顶面标高采用高程和挂线双控) , 摊铺前换人复测以确保基层顶面松铺高程达到要求。
5.3 混合料拌和控制
(1) 在拌和过程中, 严格控制材料配合比、含水量及拌和时间等, 同时考虑拌和、运输、摊铺过程中的水分散失, 适当加大含水量。
(2) 拌和料在装运过程中, 装料车辆前后移动以减少拌和料离析, 以前后中或后前中的装料顺序, 装满后及时进行覆盖, 减少水分损失。
(3) 拌和时, 严防水泥下料口堵塞不流动, 造成缺少水泥现象, 要求拌和站操作人员勤检查, 观看拌和料是否均匀、色泽一致。
5.4 铺过程重点控制
(1) 摊铺用两台摊铺机宽度不得相同, 摊铺下一结构层时摊铺机位置必须互换, 使上下结构层的纵向施工接缝不在同一段面上。
(2) 摊铺机应连续均匀地摊铺, 以保证摊铺机的螺旋布料器应有三分之二埋入混合料中, 减少混合料出现离析现象。同时在摊铺机前后及两侧应设专人消除集料离析现象, 注意铲除摊铺机两端头和混合料底部接缝处粗集料“窝”, 并用新拌混合料填补。
(3) 现场施工技术人员要根据摊铺的情况随时查看成品的配合比、含水量及水泥剂量的情况, 如有不符及时反馈至拌和站。摊铺后, 立即用水准仪测量高程, 并与设计摊铺高程 (用松铺高度计算出设计摊铺高程) 进行对比, 然后根据高差, 调整摊铺机的自动找平装置。
(4) 第一层基层摊铺长度不大于80m, 两层施工需三小时内完成, 一次挂线两层摊铺, 摊铺机就位及时, 压路机快速压实, 模板支立迅速, 各项检测及时准确, 前后场配合密切, 形成流水作业。
(5) 两层连铺时下基层含水量的测定一律采用快速测定法, 快速测定用液化汽炉灶+大容量炒锅的方式, 禁止用小铝盒+酒精烧的方式测定。下基层混合料含水量应比最佳含水量大1~1.5%, 但上基层混合料含水量应严格控制在最佳含水量+0.5%以内 (可根据天气情况适当调整) , 以保证上基层表面质量。
5.5 碾压过程重点控制
碾压过程控制不好, 会导致基层表面轮迹明显, 平整度差, 基层不密实, 特别是桥头部位和基层两侧边部, 因此要特别加强路面基层碾压过程控制。 (1) 碾压按先轻后重、先两边后中间、由低向高处的方法压实。碾压过程中严禁在水稳层上急刹车、调头、随意停车等;对压路机不能作业的地方, 用手扶式振动压路机压实。 (2) 当摊铺机摊铺出一个压实段, 控制混合料含水量略高于最佳含水量时立即组织压路机进行碾压。 (3) 碾压时, 最后一遍碾压之前, 安排专人用6米直尺测表面平整度, 发现不平整的地方立即指挥压路机进行碾压, 若压路机仍无法压平, 则采用人工将高出的部分铲去, 用细料整理碾压平整 (特别是碾压接头处) 。 (4) 桥头部位碾压采用纵向与横向双向碾压, 确保边角部位都能够压实, 在最后一遍碾压之前, 安排专人用6米直尺测表面平整度, 发现不平整的地方立即指挥压路机进行碾压, 若压路机仍无法压平, 则采用人工将高出的部分铲去, 用细料整理碾压平整。 (5) 碾压过程中, 基层表面始终保持湿润, 若水分蒸发过快、局部水分损失用喷壶等人工及时补洒适量的水, 杜绝洒大水碾压。 (6) 随着气温的不断升高, 为了保证在水泥初凝前碾压密实, 压路机碾压段的总长度应尽量缩短, 一般应控制在30~50m。 (7) 因采用两层连铺的方式施工基层, 下基层会吸收上基层压实时的少量压实功, 要求上基层压实时的压路机激震力适当加大, 增加压实遍数。
5.6 接缝处理
基层两层连铺施工时, 把施工接头人工凿除、清理干净, 在接缝处涂抹水泥浆, 确保接缝处连接牢固。搭接部位洒水及撒水泥浆。接缝处理采用机械摊铺, 人工找平, 用细料找补, 防止离析。上下基层错缝施工, 防止施工缝重合。
5.7 加强养生控制
对于路面施工, 养生控制至关重要, 如果不能严格按照要求进行养生, 容易导致基层表面产生裂纹, 采用覆盖洒水养生时覆盖不好容易导致基层养生不均匀, 局部失养现象。
(1) 采用乳化沥青透层油进行养生时, 洒布量控制在1.2-1.4kg/m2, 洒布到表面饱和为止, 以确保喷洒后透层油渗入基层的深度不小于5mm, 并能与基层联结成为一体, 喷洒乳化沥青养生应及时、均匀、无死角, 应在基层表面稍干后立即进行, 桥头、洒布车不易到的位置以及基层的两侧立面应采用在洒布车上引出洒布杆人工洒布的方法。对基层面上目测洒布量小或明显洒布不均匀的地方应人工进行适量补洒, 以确保养生效果。
(2) 采用双层土工布进行覆盖洒水养生时, 土工布覆盖沿横向自高处向低处铺设, 搭接缝朝向横向的高处, 同时用袋装风化砂将养生用土工布或养生毯压实, 避免基层表面覆盖不严造成路面污染, 并按照要求及时用洒水车进行喷淋洒水养生, 保持基层表面一直处于湿润状态, 养生七天后继续覆盖养生至上承层施工的前一天。
(3) 施工人员往往易忽视养生质量控制, 采用双层覆盖养生土工布的方法其土工布极易出现风吹露天及失盗现象从而造成养生的不均匀, 而采用乳化沥青洒布养生, 只要及时、均匀、足量的洒布后就不用再去管它, 靠水稳料本身的水份就能满足水泥的水化要求。因此采用乳化沥青养生法及节约了人力、物力和成本也确保了工程质量。
5.8 防污染控制
(1) 为防止路面污染, 我标段共设置了两处上路口, 对上路口道路进行硬化处理至少30m, 并在上路口处设置轮胎除尘 (风力灭火器吹) +水洗轮胎 (高压水枪) 点。 (2) 沥青喷洒过程中和洒布后严禁一切车辆和行人通过。对喷洒区附近的结构物及路缘石加以保护, 以免溅上沥青受到污染。各结构层施工后立即封闭交通。 (3) 所有上路的车辆、机械强制性在车底包裹兜油布, 内置细沙、矿粉等吸油材料, 否则, 不允许上路。 (4) 停工时, 摊铺机等施工机械必须停在土工布或帆布上, 绝对禁止油污染路面。 (5) 取芯机取芯时采取布条围挡+海绵吸水的方式及时汲取污水, 并根据情况配备水车, 将污染的部分及时清洗。 (6) 施工现场每个作业面配置2台空压机或风力灭火器清除表面的粉尘。
6 结语
路面基层两层连铺的施工方虽然有利有弊, 但是通过在施工过程中对施工工艺的不断改进以及对施工中存在的问题进行分析、解决, 针对容易出现问题的环节加强控制, 基层两层连铺施工过程中容易出现的问题得到了很好的控制、改善, 两层连铺方案的弊端也在不断的降低, 使基层施工质量得到了有效的保证, 施工完成的路面基层表面平整、密实, 无坑洼、无明显离析, 施工接茬处平整稳定, 养生七天后能够取出完整芯样, 且采用两层连铺的施工方法有效的加快了施工进度, 15km的基层施工任务较我们按传统逐层摊铺的工艺至少提前了10天, 减少下基层养生费用23万元, 最重要的是增加了上下基层的黏结性, 使水稳层形成一个完整的受力整体, 大大提高了基层的质量和使用寿命, 是值得推广的基层施工技术。
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两层优化 篇6
2008年5月12日汶川地震给灾区人民的生命财产造成极大损害。在这场灾难中, 抗震概念设计应用好的房子轻微破坏, 抗震概念设计应用不当或未应用的房子严重破坏, 甚至倒塌。抗震概念设计应用不当和抗震概念设计未涉及的薄弱环节引起的严重后果, 应引起重视。
底部框架—抗震墙砌体房屋为满足商业使用要求, 主要分布于街道两旁, 底部一层框架或二层框架。底层框架部分多作商店、餐厅或维修服务部等使用, 为划分使用区域, 大部分房屋在横轴线处设置了砖砌填充墙。下文主要介绍茂县3幢底部两层框架—抗震墙砌体房屋的震害情况, 总结该类房屋的震害规律, 在此基础上分析震害原因。
2 工程概况与震害
2.1 茂县1号房屋
1号房屋为1幢五层综合楼, 建于1988年, 为底部两层框架—抗震墙砌体房屋, 采用预制混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 在多数横轴线处设置有砖砌体填充墙, 上部三层为住宅。
在汶川地震中, 该楼底框部分个别框架柱明显弯曲, 大多数填充墙体表面及其与框架梁、柱连接处严重开裂, 墙体形成严重的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝。三层即过渡层, 大多数墙体出现严重的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砖块酥碎, 最大缝宽为25 mm (见图1, 图2) , 多数纵横墙交接处竖向裂缝, 四、五层部分纵墙有明显水平裂缝、斜裂缝。出屋面楼梯间墙体出现明显水平及斜向裂缝, 部分预制板拼接缝加宽、变形。该楼过渡层即三层的震害最严重, 根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼震后为严重破坏级。
2.2 茂县2号房屋
茂县2号房屋为五层综合楼, 建于1986年, 为底部两层框架—抗震墙砌体房屋, 采用预制混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 在多数横轴线处设置有砖填充墙, 上部三层为住宅。
在汶川地震中, 该楼底层框架部分大多数填充墙体表面及其与框架梁、柱连接处严重开裂, 墙体表面形成贯通的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 见图3。砌体三层即过渡层大多数墙体出现严重贯通的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砌块酥碎, 见图4, 多数纵横墙交接处竖向裂缝, 四、五层情况逐渐减轻。部分预制板拼接缝加宽、变形, 楼梯间部分平台板明显开裂, 部分踏步明显开裂, 斜梁与墙体交接处明显开裂, 见图5。该楼过渡层即三层的震害最严重。根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼震后为严重破坏级。
2.3 茂县3号房屋
茂县3号房屋为八层综合楼, 建成于2001年, , 为为底底部部二二层层框框架砖砌体结构房屋, 采用现浇混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 多数横轴线处设置有砖填充墙, 上部六层为住宅。震后情形见图6。
在汶川地震中, 该楼底层框架部分一、二层楼梯间剪力墙出现明显的水平或斜裂缝, 部分填充墙出现明显的斜裂缝。砌体部分过渡层即三层大多数纵横墙及门窗洞口周边出现严重的斜裂缝或交叉裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砖块酥碎, 且部分墙体出现明显歪闪, 见图7~图9。四层、五层大多数纵横墙及门窗洞口周边出现明显的斜裂缝或交叉裂缝, 裂缝处墙体错动, 个别墙体出现明显歪闪。六层~八层部分纵横墙出现明显的斜裂缝。房屋个别构造柱出现明显断裂, 钢筋锈蚀, 见图10。该楼震害总体表现为过渡层即三层的震害最严重, 从震后该楼的情形可看出。根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼为严重破坏级。
2.4 震害总结
茂县底部框架—抗震墙砌体房屋多数与上述3幢房屋类似, 底框部分在多数横轴线处设置有砖填充墙, 此类房屋震害表现较重, 有48%为严重破坏级。该类房屋的主要震害有:1) 与框架相连的砌体楼层 (即过渡层) 的承重墙体出现明显的交叉裂缝和斜裂缝, 部分承重墙砖块酥碎、错位;2) 框架部分的填充墙体承担抗侧作用力, 发生交叉剪切破坏;3) 填充墙与梁、柱连接处因连接措施不得力产生拉开裂缝;4) 部分梁、柱节点出现结构裂缝, 个别建筑的框架柱产生了破坏。
3 结语
文中所述的3幢房屋, 底部框架的抗震墙数量设置过多, 成为“上柔下刚”型底部框架—抗震墙砌体房屋, 由于底层刚度过大使得房屋的薄弱层转移到了上部砌体结构部分, 导致过渡层破坏严重。
根据文献[1]对于“上柔下刚”型底部框架—抗震墙砌体房屋的研究结果表明, 该类型房屋底部框架对过渡层剪力放大作用十分显著。就像柔软物体放在“刚性基础”上一样, 在地震作用下, “刚性基础”几乎岿然不动, 而过渡层刚度小, “基础”不动而上部动, 二者之间产生的相对位移大, 导致过渡层剪力增大。因此, 底部框架—抗震墙砌体房屋底层剪力墙的设置应与上部砌体结构相协调, 剪力墙数量并非布置得越多越好、墙体刚度并非越大越好。
当底部框架—抗震墙砌体房屋不存在特别薄弱的楼层时, 其抗震性能较同样层数的多层砌体房屋要好。该类房屋的抗震能力取决于过渡楼层、3层以上砖房和底部两层框架抗震墙的抗震能力及其相匹配程度, 即要求各楼层侧移刚度应均匀变化、不发生突变, 房屋不存在薄弱楼层。为了提高该类房屋的整体抗震能力, 须经合理设计, 使房屋的薄弱部位出现在变形和耗能能力较好的底部两层。
在汲取了汶川地震震害经验的基础上, GB 50011—2010建筑抗震设计规范对底部框架—抗震墙砌体房屋在一般规定、计算要点、抗震构造措施方面均有加强, 特别是新增了对过渡层墙体构造、底层采用约束小砌块砌体墙及框架柱的规定, 在设计时应严格执行。
参考文献
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两层优化 篇7
一、教学前的反思
第一层:自我反思。自我反思来自于自我意识的觉醒, 而自我意识的觉醒产生于对实践的迷茫和困惑, 教师只有以自己教学实践中所出现的问题为前提, 反思才有力量和效果。我们向每位教师发放《走进新课程》、《学校体育探索》等理论书籍, 并向教师推荐订阅专业杂志——《中国学校体育》, 并鼓励教师开展自主性学习活动, 写出读书笔记。在读、学、写的过程中, 实际是教师与编者、作者思想的碰撞, 产生智慧的火花。他们自然会反思自己的教学, 进行自我剖析、自我诊断、自我调整。
第二层:同伴互助和专家引领。反思的主体是教师本人, 但教师在反思过程中接受一定的指导也是必要的。这样会使教师在反思过程中少走弯路, 不断加强反思能力, 提高反思效率。一方面我们在强调教师自我反思的同时, 开放自己, 加强教师之间以及在课程实施等教育活动上的专业切磋、协调和合作, 共同分享经验, 互相学习, 彼此支持, 共同成长。我们具体实行两制:周一集体备课制和周五案例剖析制。另一方面是请来省市级专家, 就体育新课程的实施等热点、难点问题, 从体育模块的设置到教学模式;到教法、学法;再到评价的方法和标准等等, 逐一为教师作讲座、辅导、交流, 授业解惑。
二、教学中的反思
第一层:常态课。校本教研的主要目的不在于验证某个教学理论, 而在于改进教学, 提升教学效率, 实现教学的价值;校本教研主要是研究教学之内的问题而不是教学之外的问题;是在日常教学过程中发现和解决问题, 而不是让教师将自己的日常教学工作放在一边, 到另外的地方做研究。室外体育课相对于其他学科具有更大的随机性, 同时由于各个教师的特长爱好、思维方式、气质类型及教学能力等, 存在着差异, 因此我们要求每个教师在上课的过程中, 可以用集体备课的教案, 但执教者必须要在此基础上有自己的闪光点和教学机智, 以便于课后进行归纳、提升和再创造, 通过二次备课更好地体现自己的教学个性。如在教授篮球行进间投篮时, 集体备课所设计的教学步骤是:先徒手练习步法, 然后原地持球练习, 再到行进间投篮练习。事实上这样教学效果并不是太好。于是, 有的教师便采用逆向思维, 先让学生练投篮动作, 然后再学习脚步动作;有的教师则采用“标志法”, 即在地面上划三条线, 让学生轻松掌握了脚步动作。学生的兴趣一下就被调到起来, 课堂的教学效率大为提高。
第二层:公开课。如果说常态课是体现了教师的教学个性的话, 那么一节公开课则往往是汇聚了集体的智慧, 一般的步骤是:首先是选题, 选择容易设计、容易调动学生兴奋点的课, 如篮球;其次就是全组教师进行教学设计的构思;接着授课者按照教研组研究的主题, 充分展示预定的教学方案, 教研组的其他教师和专家进行教学观摩。授课者可以随机调控自己的教学, 机智地更改教学设计的某些环节。听课者则侧重于观察预定理念与研究主题的凸现, 记录教学策略的实施状况和学生的学习状态。由于体育课中的一个口令、一个手势都可能产生不同的教学效果, 而这些是用笔无法记录下来的, 因此为了便于评课的需要, 我们通常会用摄像机记录授课的过程。
三、教学后的反思
第一层:撰写教后记、案例研究。撰写教后记和案例分析都是校本教研的有效载体, 它们是将散落在体育教学过程中的“珍珠”一一捡起, 并串联起来, 让其更具实用性和美观性。
教后记是教师随堂记下每一节课的零星感悟, 如示范的位置、讲练的方法、评价语的选择等等, 或正确、或错误;或有效、或多余;或解决、或消极, 可以简要列点, 三言两语;也可以重点解剖, 解决一个问题。可以就在教案上进行批注、纠错, 也可用本子或电脑记录下自己的疑问、感悟等。
案例存在于教学事实中, 隐藏于教育现象后, 它可提供教育教学实际工作中的情境, 分析和探究。我们要求每人在周五的案例剖析中, 提供一至两个案例供集体研讨, 对案例的要求是“自己的”、“真实的”、“实践的”、“有用的”。在案例反思的基础上, 我们鼓励教师进行理论总结, 写出教研论文。同时, 我们要求教师一学期至少撰写三则教学故事, 对于有研究价值的故事, 进一步挖掘和推广。近两年来, 我组教师的《一次特别的评教活动》、《请不要吝惜您的掌声》等多篇论文在省市刊物上予以发表。
第二层:评课。通过评课可以反思我们的教学, 可以搭建起理论与实践联系的桥梁, 使枯燥的学科知识、看似深奥的理论置于生动的课堂教学情境中, 充实教师的学养。根据我校实际和学科特点, 我们采用两结合的评课形式:即时评课与网络评课相结合:除传统的课后即时点评之外, 我们还利用网络资源, 在BBS上对一节课进行讨论、评价和交流;同伴互助与专家引领相结合:在进行听、评课时, 邀请高校和省市专家教授及市、县教研员参加, 我们先让老师们发表意见, 再听这些专家、教授及教研员的点评。引导教师抓住教学目标达成、教学内容、教学方法的使用等切入口点评课堂教学的优劣, 避免泛泛而谈, 克服不着边际的弊端。
两层优化 篇8
关键词：立体车库,控制系统,PLC
随着经济和汽车工业的迅速发展, 私家车的数量越来越多, 然而城市停车难的状况也应运而生。升降横移式两层五位立体车库, 主要由PLC控制系统、横移电机、升降电机、光电传感器、立体结构框架、载车板等组成[1]。
1 立体车库硬件方面的设计
升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向的移动来存取停放车辆的机械式停车设备。升降横移式立体车库每个停车位都有载车板[2], 所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动达到地面层, 驾驶员进入车库, 存取车辆, 完成存取过程。停泊在这类车库地面的车辆只做横移, 不必升降, 上层车位要将载车板升或降到地面层, 驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。车库工作特点[3]是:上层三个车位可以升降, 下层的4、5号车位只能横向移动, 空车位供上层的车位下降时使用。4、5号车位可以直接存放车辆;2号需下降后在存放车辆;1号车位, 则需先将4号载车板右移, 再将1号载车板下移;3号车位, 则需先将5号载车板左移, 再将2号载车板下移;由于升降横移式停车设备对场地适应性强, 则系统的各机械部件, 可根据不同的地形和空间进行任意的组合、排列, 规模可大可小, 对土建的要求比较低, 因此, 应用非常广泛[4]。
2 立体车库控制系统的原理
立体车库的设计由一台PLC对车库进行统一的监控和管理, 通过PLC控制载车板纵横传动装置以完成对车辆的存取操作。各车位内车辆的存取由PLC控制, 根据当前各车位车辆的存放情况, 按照相应的调用策略调度车辆进出。
立体车库的工作原理如图1所示, PLC是立体车库控制系统的核心, 当用户对操作平台进行操作时, PLC会接收并分析用户的操作, 通过扫描监测单元的状态判断车库的状态, 进而读取执行单元的信息, 然后通过控制单元PLC发送指令到执行单元, 并将执行信息返回操作平台, 执行装置将载车板移动到设定的位置, 车位移动到位, 进行存取车[5]。
3 主电路设计
存取车时载车板的升降和横移是通过电机的正反转控制, 载车板的移动规则:下层载车板先左右移动, 然后上层载车板上下移动, 上下层载车板不能同时进行, 这两个动作必须通过电机的互锁的实现[6], 即当上层车位升降时, 下层车位不能移动, 反之亦然, 并且上层车位每次只能有一个车位进行升降运动。主电路电机接线线图如图2所示。
4 升降横移式立体车库控制系统的设计
根据控制系统的要求, 从经济性, 实用性和可靠性等方面考虑, 本次采用三菱FX2N-64MR型PLC作为控制系统的核心控制器[7]。根据立体车库控制系统的要求功能, 对PLC进行IO分配, 输入端口分配如表1所示, 具体分配如下:
5 立体车库主流程设计
立体车库控制单元由PLC控制[8], 控制和管理载车板的升降和横移, 完成车辆的存取操作, 车辆的存取由外部输入存取信号, PLC根据车辆的存取信号调用程序, 并启动升降横移电机, 按照相应的移动规则移动载车板, 存取车辆。车库存取车流程图[9], 如图3所示。
6 结语
基于PLC的两层五位车库控制系统设计, 系统核心控制单元采用三菱PLC, 可靠性高, 抗干扰能力强, 通用性强, 控制程序可变;与PLC匹配的硬件装置, 可以组成能满足各种要求的控制系统;编程清晰明了, 容易掌握。采用光电传感器和限位开关增加系统的可靠性。采用梯形图编程的控制程序, 经过反复调试和仿真[10], 能稳定地运行。立体车库的出现缓解了目前停车难的困境, 私家车的数量仍在递增, 该系统将会向多层立体车库方向改进。
参考文献
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两层优化 篇9
一、潘懋元先生两层含义的素质教育观
在逻辑学看来, 概念是理论研究的基本出发点。要准确了解潘懋元先生的素质教育观及其价值, 应当首先了解他对素质教育概念的理解。而要做到这一点, 又应当了解他对其中关键词“素质”的认识。
素质教育是由中国学者最先提出的一个教育学概念, 它的科学性如何最终要看对素质的解释合理与否。素质原先是一个心理学概念, 是指“人的先天的生理解剖特点, 主要是感觉器官和神经系统方面的特点。”但在人们的运用中, “素质”概念已经发展成为“先天遗传的禀赋与后天环境影响、教育作用的结合而形成的相对稳定的基本品质结构”[1], 如“干部素质”、“学生素质”等。他认为, 这是因为“客观事物的发展、实践的需要”[2]赋予了素质概念新的内涵。“我们反对没有科学依据与实践经验去杜撰新闻, 但也不拘泥于引经据典而阻碍新认识、新思想的产生。”[3]可见, 对于学术研究的重要基点———概念问题, 潘懋元先生坚持概念确定性和灵活性相统一的辩证逻辑观点, 既反对“杜撰新闻”、臆造新词的主观主义倾向, 也力避食古不化的形而上学窠臼, 从而在逻辑上给“素质”, 进而给“素质教育”以合理的学科定位。这反映了老一辈学者治学上深厚的逻辑修养。
什么是素质教育?我们认为, 在潘懋元思想体系里它具有密切关联的两层含义:
第一, “素质教育是以提高人的全面素质为目的的教育”[4]。这是它的最基本含义。这里, 他采取了教育理论界一个广为认同的观点。那么, “全面素质”包含哪些内容?它有“思想素质、道德素质、文化素质、心理素质、身体素质等等”[5]。在稍后 (2001年) 研究杨贤江教育思想的文章里, 他讲得更明确:“素质教育的内涵应包含思想道德素质、文化科学素质、心理素质、身体素质”[6]。这样, “全面素质”包含着四项内容。正是在这一意义上, 素质教育又称为“全面素质教育”[7]。这是素质教育的第一层含义。
第二, 素质教育不仅是各项素质全面发展的教育, 还是诸项素质内部各层因素协调发展的教育。这是较难把握, 又容易忽视的另一层含义, 需要详加分析。他说:“素质教育所要求的是:第一, 不仅要使学生学会教材上现成的基本知识, 而且要使学生学会自我增长知识, 也就是‘学会学习’。第二, 不仅要使学生掌握知识, 而且要引导学生发展能力, 包括思维能力、书面和口头表达能力, 尤其是将知识应用于实践的能力和创造能力。第三, 不仅要使学生增长知识和发展能力, 而且要使学生学会做人。”[8]其中, 第一、二点讲“增长知识”与掌握学习方法、“发展能力”应当兼顾, 是文化科学素质 (或思想道德素质等) 内部应当注意的问题, 实质上不同于第一层含义, 是另一层含义。第三点涉及两层含义。一方面, 如若增长的知识、发展的能力不属于德育范畴, 即增长的不是“做人的知识”, 发展的不是“做人的能力”, 那么, “学会做人”与它们之间的关系就属于思想道德素质和其他素质 (如文化科学素质) 之间的外部关系。这时, 第三点就是讲思想道德素质要与其他素质并重, 不可偏废, 属第一层含义。另一方面, 如若增长的知识、发展的能力属德育范畴, 即增长的是“做人的知识”, 发展的是“做人的能力”, 那么, “学会做人”与它们之间的关系就属思想道德素质的内部关系。这时, 第三点讲的就是其内部不同层次各因素之间要保持协调, 这显然涉及素质教育的另一层含义。
潘懋元先生说, 实施素质教育有待于“转变观念”, 包括“转变学生观”。这就提出了一个重要问题:“尊重学生的主体地位, 发挥学生的主观能动性”[9]是否构成其素质教育概念的确定内涵, 从而形成不同于上述两层含义的第三层含义?对此我们持谨慎态度。所谓“尊重学生的主体地位”, 用杨叔子的话说, 教育是“‘育人’非‘制器’”[10]。这是因为, 学生是自己思想和行为的主体, 其思想和行为具有自主性、自觉性、自律性等, 而供人役用的器物无此特点;从教育的内部规律出发, 教育理应将原属于人的主体地位还之与人。当然, 这样做“绝不意味着可以削弱教师的主导作用”[11]。“尊重学生的主体地位”之所以不能形成第三层含义, 主要是因为, 对素质教育已有的两层含义进行逻辑分析可知, 对学生的两个要求———各项素质全面发展以及诸项素质内部各层因素协调发展, 本身已经内在地包含着对学生主体地位的肯定和尊重;单以培养科学文化素质为目标的智育而论, 要求知识、能力和智力三层因素协调发展, 就是要重视学生的智力、特别是其中的思维力, 而思维力正体现了他人无法干预或包办的鲜明的自主性。培养独立思考能力, 正是潘懋元先生反复强调的教育的重要目的之一。因此, 潘懋元先生理解的素质教育没有这层含义。
总之, 潘懋元先生的素质教育观具有两层含义:它是各项素质全面发展的教育, 同时又是诸项素质内部各层因素协调发展的教育。
二、潘懋元素质教育观两层含义的成因及相互关系
潘懋元素质教育观第一层含义的理论基础是什么?从马克思主义的观点看, 作为自然存在物和社会存在物, 人是多种规定性的有机统一体。社会的发展离不开个人的发展, 而个人的发展又有待于内在多种规定性的协调、平衡和充分发展。潘懋元先生说:“素质教育则明确地表达了人的全面发展, 就是个人、个性的全面发展, 也就是体现恩格斯的从必然王国到自由王国所指的‘自由’发展。”[12]他显然同意, 历史唯物论关于人和社会关系理论、特别是人的全面发展学说是我国素质教育思想和全面发展教育思想共同的哲学基础。简言之, 这也是第一层含义之所以成为潘懋元意义素质教育基本含义的原因所在。
据我们分析, 素质教育的第二层含义涉及潘懋元先生多次论及的知识“内化”这一关键问题。和杨叔子教授的思想一致, 他认为知识应当通过思考和实践, “内化为人文精神、文化素质以及其他素质”[13];否则, 受教育者可能有知识、缺能力, 甚而“言行不一, 品质恶劣”[14]。知识不“内化”或少“内化”是我国传统教育久治未癒的痼疾, 自然成为素质教育意欲针砭的对象。实际上, 第二层含义还涉及一个比知识“内化”更一般的问题———知识和智能关系问题。潘懋元先生早说过, 教学过程有“两个平行的密切相关的任务”, 即“使学生既掌握知识又发展智力能力”[15]。因为“知识和智能既有区别又有联系。它们是互相依存、互相制约、互相促进、相互转化的”[16]:知识的学习促进智能的发展, 反过来, 智能的发展也促进知识的学习……。他持辩证逻辑观点, 反对割裂关系、偏执一端的两种不良倾向:一种是传统教育所遗传的“重知识, 轻智能”的原有倾向, 一种是受“西风”感染的重智能、轻知识的新兴倾向[17]。不难理解, 知识消化不良实质上仅属其中一种倾向, 即“重知识, 轻智能”倾向导致的恶果。然而, 一种素质要成为名符其实的素质, 必然要求同时防止两种倾向, 从而在知识与智能之间保持协调和平衡。因此, 知识和智能的协调发展思想, 可以说是他素质教育观的心理学基础。简言之, 这也是第二层含义之所以成为潘懋元素质教育观不可或缺的内在含义的主要原因。
然而, 上述成因并不直接导致潘懋元素质教育观的形成, 联系二者的中介或桥梁是新的教育质量观, 即“素质主导的多元化”[18]教育质量观。“传统的教育质量观是知识质量观, 是以知识的多寡、深浅为主, 甚至被看成是唯一的质量标准……”[19]他深刻认识到, 它存在着两个意义的片面性:一是“重知识、忽视能力”[20], 一是“忽略大学生非智力因素的思想品德、心理素质、身体素质的成长”[21]。对此, 他在论著中多处论及。无疑, 新的教育质量观正是同时在这两个意义上对传统教育质量观加以纠正。[22]显然, 它的产生是潘懋元先生接受上述哲学理论和心理学思想影响的当然结果, 而它又是进一步催生其两层含义的素质教育观的直接理论依据。
在潘懋元思想体系里, 素质教育的两层含义密切结合在一起, 共同保证着素质教育成为真正潘懋元意义的素质教育。素质教育的第一层含义是说, 各项素质应全面发展, 避免重某些素质、轻其他素质的倾向。第二层含义是说, 一种素质内部各因素之间应当协调发展, 使之成为名符其实的素质, 防止在知识和智能之间失去协调和平衡。从两层含义的相互关系分析, 每项素质内部各因素之间的协调发展, 构成了各项素质全面发展的前提条件。两层含义是不可或缺的。因此, 要完整地把握潘懋元先生的素质教育观, 就应当清楚认识到其内在的两层含义, 以免挂一漏一, “顾此失彼”。我们将会看到, 根据这一素质教育观, 可以分析和思考当前我国素质教育理论研究和实践活动中遇到的许多重要问题。
考察潘懋元先生对素质教育与全面发展教育关系的论述, 有助于我们进一步把握其素质教育观。素质教育和全面发展教育是极易引起混淆的两个概念。什么是全面发展教育?从潘懋元先生的思想沿革看, 它不是一个脱离实践和认识发展的一成不变的概念。早在上世纪80年代, 潘懋元先生即在《高等教育学讲座》中阐述了“德、智、体、美全面发展”[23]的教育思想。这反映了当时我国的教育方针, 也在不同程度上接受了他所景仰的前辈蔡元培、陈嘉庚、杨贤江、王亚南等人思想的影响。到90年代末, 文章《试论素质教育》详细了论述二者关系。他认为, 一方面, 它们“方向一致、目的一致、基本内涵一致”[24];另一方面, “素质教育是全面发展教育方针目的同具体教育实践的中介”[25], 同时其内容“有一些是全面发展教育学说所未提及, 或虽包含在全面发展教育之中但不明确的”[26]。2001年, 他又进一步认为全面发展教育中美育的地位开始大为升高, 不再是单纯培养审美素质的狭义美育, 而是一个兼顾原先不曾顾及的“情感的素质”和“心理素质”的“广义的美育的范畴”[27]。至此, 除了继续以“中介”环节彰显其特殊性外, 其第一层含义的素质教育与全面发展教育的基本内涵趋于一致。
三、潘懋元素质教育观的启示
(一) 理论启示
在理论上, 潘懋元素质教育观为分析、澄清和评价当今教育界、教育学界关于素质教育的种种思想提供了一个可靠的理论视角。这里, 我们据之解读《教育规划纲要》有关素质教育的基本思想, 也用以分析、评价关于素质教育流传已久的一些误解。
《纲要》提出, 本阶段我国教育的战略目标是“两基本、一进入”:“基本实现教育现代化, 基本形成学习型社会, 进入人力资源强国行列。”为了达到战略目标, 要贯彻三大战略主题:“坚持德育为先”, “坚持能力为重”和“坚持全面发展”。从潘懋元素质教育观看, 可以这样理解, 三大战略主题的基本内容都属于素质教育范畴。“坚持德育为先”的目的在于培养学生的思想道德素质, 使他们“学会做人”, 这是潘懋元素质教育观第一层含义强调的内容。“坚持能力为重”, 就是重视培养学生的三项能力———“学习能力”、“实践能力”和“创新能力”, 从而纠正传统教育“重知识、轻智能”的不良倾向, 这相当于潘懋元素质教育第二层含义所强调的内容。“坚持全面发展”, 就是“全面加强和改进德育、智育、体育、美育”的全面发展教育, 实际上相当于第一层含义的潘懋元素质教育:培养学生的“思想道德素质、文化科学素质、心理素质、身体素质”。此外, 从潘懋元素质教育观还可看出, 道德目标和能力目标尽管为《纲要》所着重强调, 但它们终究属于素质教育的两个目标而非全部目标, 我们不应将素质教育的品德追求和能力追求简单视为素质教育的全部任务。在此, 潘懋元素质教育观为我们分析、理解《纲要》有关素质教育的基本思想确立了一个良好的解释视角。
潘懋元素质教育观有助于我们澄清目前学界对于素质教育概念及其他概念的一些误解。有学者主张:“所谓素质教育, 指的是以提高国民素质为根本宗旨, 以面向全体学生, 培养学生创新精神和创新能力为重点, 使学生在德智体美等方面全面、充分、和谐发展的教育。”[28]也有学者声称:“从严格的定义来讲, 素质教育是指:以全面传授更有价值的知识为基础, 以促使知识深刻内化为关键, 以激活每个受教育者的个性潜能发展为核心, 以促进所有学生共有和特有的精神品质和谐形成与不断提高为目标的整个教育活动。”[29]从潘懋元素质教育观看:
其一, “面向全体学生”或“促进所有学生……”不能成为素质教育概念的固有内涵。不然, 素质教育在将全体教育对象、特别是包括校外教育对象完全纳入教育过程之前, 根据定义不能称为严格意义的素质教育, 因为一种教育从部分学生推广到全体学生毕竟是一个复杂的、长期的过程。那么, 这种处于推广“进行时”中的“教育”的性质如何?它与传统教育、素质教育分别有何关系?我们应当怎样界定?这将引起学界思想上的困惑和混乱。
其二, 不能用全面发展教育概念来界定素质教育。从潘懋元对素质教育的释义, 以及对它和全面发展教育关系的论述看, 全面发展教育毕竟还是一个有别于素质教育的概念;并且, 从某个方面说它较素质教育更为抽象。因此, 将素质教育界定为“……使学生在德智体美等方面全面、充分、和谐发展的教育”, 并没有使有待明确的概念内涵得到明确, 不合逻辑定义的基本要求。
其三, 培养“创新精神”和“创新能力”不应直接列入素质教育的定义之中。从潘懋元素质教育观的第二层含义分析可知, 知识和智能的协调发展已经包含着培养学生的“创新精神”和“创新能力”, 但与此同时, 这种协调发展导致的积极结果远远不限于此。对素质教育的科学定义理应涉及所有可能的结果。因此, 诸如此类流行的说法作为强调的重点是有意义的, 作为科学定义有待商榷。此外, 上述分析还启发我们, 创新教育并不是一种有充分理由可以独立于素质教育之外的教育, 相反, 它隐含在素质教育之中, 所以大可不必脱离素质教育的大道, 另辟蹊径, 搞一套有别于素质教育的“创新教育”。
(二) 实践启示
素质教育的概念和素质教育的实践有所不同。素质教育概念是从中学针对“应试教育”提出的, 距今不到20年, 素质教育实践在大学早已有之, 历史不下30年。素质教育实践在我国是一个发展的历史过程。它最初出现于高等教育, 之后延伸到基础教育, 再后来又推广至校外教育 (如家庭教育、社会教育) 。这样, 相对于素质教育, 有学校素质教育和校外素质教育之分;相对于学校素质教育, 有大学素质教育和中小学素质教育之别。其中, 学校素质教育最为典型。这里, 我们凭借潘懋元素质教育观简要分析我国学校素质教育中遇到的问题。
大家知道, 中小学素质教育针对的对象是“应试教育”。“应试教育”片面追求升学率, 造成两大弊端:一是诸育之中, 智育至上, 忽视其他素质培养;一是在智育之内, 与考试、特别是高考无关的学科不教不学, 而所教所学的学科又重视知识传授、忽视智能训练。分析可见, 它同时在两个意义上有违潘懋元素质教育观。因此, 为了破除“应试教育”的弊端, 提高教育质量, 中小学素质教育应当把握相应的两个方向:一是重视各项素质的全面发展, 一是重视各项素质内部知识和智能的协调发展。
大学素质教育主要针对高等教育中科学主义、功利主义的严重倾向。其后果是:重理工, 轻人文;重专业, 轻基础;重知识, 轻智能;重做事, 轻做人……分析可见, 它同样同时在两个意义上有违潘懋元素质教育观。从潘懋元素质教育观来看, 在大学提倡并加强人文素质教育, 目的在于防止科学主义、功利主义教育思潮的持续泛滥, 使大学教育步上正轨, 在两个意义上执行并完成“育人”的社会任务:一方面, 在中小学素质教育业已取得成果的基础上, 它继续培养各项素质全面发展, 如品德优良、身心健全的合格公民;另一方面, 它又造就知识和智能协调发展, 从而拥有知识经济时代所急需的多种能力, 如学习能力、创新能力和实践能力的高级专门人才。
摘要：潘懋元素质教育观的两层含义是:素质教育是各项素质全面发展的教育, 也是诸项素质内部各层因素协调发展的教育。历史唯物论关于人和社会关系理论、特别是人的全面发展学说是产生他的素质教育观第一层含义的哲学基础, 知识和智能的协调发展思想则是产生它第二层含义的心理学基础。它们通过新的教育质量观——“素质主导的多元化”教育质量观——为中介或桥梁, 催生两层含义的素质教育观。它的两层含义密切结合在一起, 缺一不可。理论上, 潘懋元素质教育观为分析、评价当今学界关于素质教育的种种思想提供了一个可靠的理论视角, 实践中, 它为思考和解决教育活动遇到的许多实际问题, 推进教育改革提供了重要的参考指南。
关键词：素质,素质教育,素质教育观,全面发展教育,潘懋元素质教育观
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