摘要：能源地下结构是将热交换管埋设在建筑基础构件和地下结构物中,兼具承载及换热功能的结构形式,在有效节省宝贵且不可逆的地下空间资源的同时,还能充分利用非碳基的连续稳定、安全清洁的地热能资源,这比传统的地源热泵更具优势。系统总结了能源地下结构的概念、优势、国内外研究及应用进展,重点阐述了能源隧道、能源桩(能源锚杆)、能源地下连续墙和能源综合管廊4种目前常见能源地下结构的现状。将地源热泵系统与煤矿巷道等矿区建设相结合,既能够对地热能资源进行综合利用,还可有效解决传统深部采矿掘进作业时的高温热害及寒区煤矿巷道的保温防冻难题,具有环保、低碳、节能、高效的显著优势,是实现绿色矿井建设及碳达峰碳中和目标的有效途径,可产生显著的经济效益、环境效益和社会效益。然而,现有能源地下结构的研究模型均有其适用性和局限性、研究结果与实际工况存在较大偏差、能源地下连续墙和能源综合管廊研究较少等是当前存在的主要问题,对于能源地下结构的研究工作应结合工程实际情况,并尽可能考虑所有因素对结构工程的影响,以期提升研究成果的精度和水平;此外,对煤矿巷道等矿区建设中运用能源地下结构的可行性和前景进行了探讨,在能源地下结构的基础上,进一步综合太阳能、风能等非碳基清洁能源构建复合能源利用系统也是值得尝试的思路;同时,还对能源地下结构在抗(减)震、抗爆和防火等方面的防灾减灾设计给出建议,可为能源地下结构及其在绿色矿井建设方面的研究、应用与发展提供参考。

摘要：能源桩是利用建筑桩基础与周围岩土体进行热交换的新型结构和换热构件,具有高效开发利用浅层地温能和节省地下空间等优点。由于对桩周岩土体温度-应力耦合行为认识的匮乏,能源桩的设计和安全服役面临新的挑战。该文首先总结了饱和黏土温度-应力耦合的体积变化规律,简要评述了现有岩土热力耦合本构模型存在的问题;重点阐述了清华热力学岩土本构模型(Tsinghua thermodynamical soil model,TTS模型)的理论框架,给出了模型参数的物理意义和标定方法;最后开展了饱和高岭土升温排水试验和能源基础的有限元分析。基于TTS模型的有限元分析结果表明:升温过程中,能源基础的承载能力有微小降低,界面正应力、切应力均发生衰减;随着基础深度的增大,界面切应力随温度升高呈非线性增加,而界面正应力变化较小;升温降温后,桩土界面的接触减弱,基础沉降有所增大、承载能力有一定降低。

摘要：建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)作为工程建筑行业的一项新技术,近年来逐渐应用到地下空间开发的可视化、交互式设计与施工中。构建基于BIM技术的能源地下结构与工程虚拟仿真实验室,将其应用于新兴能源地下结构与工程专业分支的实践课程教学,能够满足高等教育新工科建设中的相关培养要求,有助于革新传统教学方式、拓宽学生知识面、提高相关专业人才的综合素质。

摘要：中外合作办学是我国加入WTO开放教育市场的承诺、也是我国高等教育的重要组成部分,随着"一带一路"建设的持续推进,中外合作办学培养复合型国际化人才也逐渐成为其重要职能。结合中外合作办学《能源地下结构》课程教学实际情况,将兴趣(Interest)、创新(Innovation)、责任(Responsibility)和德育(Moral)等因素引入CDIO工程教育模式中,形成基于IIRM-CDIO的教学改革方案;开展教学目标、内容、方法与评价等环节的构思(C)、设计(D)、实施(I)和运行(O)优化,并挖掘新时代思政元素,有效融入能源地下结构专业课程教学实践中。实现以人为本的立德树人目标,为中外合作办学的课程教学改革、新工科和"一流学科"内涵建设和卓越工程师培养提供参考和支撑。

摘要：能源地下工程在用地紧张的超大城市中具有占地面积少,换热效率高等显著优势,然而,由于其设计和施工相对复杂,目前实施的工程案例较少,且适宜性评价研究也相对滞后。针对这一现状,本研究聚焦能源地下结构运行特征,筛选出9个主要评价指标,对每个指标建立了混合型中心点白化权函数,以提高评价过程的客观性和准确性,并采用层次分析法构建了一套能源地下结构适宜性评价体系。最后,将体系应用于上海地区能源地下结构实际工程评价中,验证了该评价体系的科学性和合理性,为浅层地热能与地下空间协同开发提供了技术支持。

摘要：近年来,绿色、高效、智能建造成为我国基础设施建设的重要发展趋势。在分析国内地铁地下车站建造现状的基础上,提出实现地铁地下车站绿色高效智能建造的技术路径,包括:1)形成以“两墙合一”装配式地铁地下车站为代表的新结构型式的系统设计理论和技术体系,推动新型功能材料的研发应用;2)从材料-结构一体化协同设计、轻量化BIM平台和集成应用、基于工程物联网的结构智能融合感知、智能工程装配和配套技术以及全生命周期大数据安全智控平台等方面实现地铁地下车站智能建造;3)利用地源热泵技术、相变储能技术、余泥渣土和废弃混凝土资源化利用实现地铁地下车站绿色建造。通过上述一系列关键核心技术的突破,推动我国地铁地下车站建造水平达到国际领先,引领城市地下空间开发的绿色高效智能建造新方向。