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辽宁省设施农业环境与装备工程研究中心

2020-04-21 

辽宁省设施农业环境与装备工程研究中心

一、承担单位基本情况

沈阳农业大学设有16个学院、4个教学部(中心、所),现有8个博士后科研流动站,10个博士学位授权一级学科,72个博士学位授予权专业,114个硕士学位授予权专业,58个本科专业;学校有3个国家重点学科,3个农业部重点学科,7个辽宁省高等学校一流学科,27个辽宁省重点学科。根据科睿唯安发布的最新ESI数据显示,我校农业科学、植物学与动物学持续进入全球ESI1%学科;有包括国家工程实验室、国家地方联合工程实验室、科技部和教育部批准设立的新农村发展研究院在内的省级以上(含沈阳市)科学研究机构94个、基础实验室及实验教学中心19个。学校现有教职工1729人,其中专任教师1250人,教授187人,副教授334人,博士研究生导师202人和硕士研究生导师577人。专业教师中有院士2人,特聘院士5人,国家杰出青年科学基金获得者2人,“青年长江”、“青年千人”、“优青”等国家级青年人才6人,国家“百千万人才工程”第一、二层次人选3人,新世纪百千万人才工程国家级人选2人,国家百千万人才工程人选1人,国家级教学名师1人,国务院学科评议组成员3人,教育部优秀人才支持计划人选3人,科技部中青年科技创新领军人才1人,教育部创新团队1个,农业部农业科研杰出人才及其创新团队1个,农业部“神农计划”人选2人,辽宁省“院士培养工程”人选1人,辽宁省首批高端人才引进工程1人,辽宁省攀登学者7人,特聘教授20人,辽宁省优秀专家10,青年拔尖人才12人,高水平科技创新团队1个,辽宁省学科评议组成员18人,辽宁省教学名师21人。一支以博士和硕士研究生导师为骨干、以具有博士学位的中青年教师为主体的高水平的师资队伍已经形成,学校具备了发展新兴学科、边缘学科和进行多学科联合科技攻关的基础和优势。2000年以来,学校共承担国家、省、市的各类科研项目8000余项,有298项成果获国家、省(部)、市奖励,78%的科研成果在生产中得到大面积推广应用,创造了巨大的经济效益。学校先后在辽宁省14个市26个县(区)建立了科教基点,选派58名科技人员到当地担任科技副县(市)、乡(镇)长或科技顾问,有力地推动了“科教兴农”工作的深入开展。

辽宁省设施农业环境与装备工程研究中心依托水利学院建设水利学院设置农业水利工程、水利水电工程、水土保持与荒漠化防治、土木工程、测绘工程五个本科专业。现有三个二级博士点(农业水土工程、节水灌溉工程、水土保持与荒漠化防治)、一个水利工程一级硕士学科(含五个二级硕士点)和三个二级硕士点(农业水土工程、节水灌溉工程、水土保持与荒漠化防治)。拥有农业水土工程博士后流动站。日光温室结构优化与环境控制团队为农业部第二批创新团队;农业水土工程博士点学科为辽宁省重点学科;学院拥有农业水土工程等四个省部级科研平台,水利综合实验室教学中心等两个省级示范教学中心和实践基地,一个农业水利工程省示范专业,一个土木工程专业省级特色改革试点专业和教学团队。全院现有教职工84人,其中75名专任教师,教授15人,副教授19人,博士生导师9人,硕士生导师39人,高级实验师2人。国务院特殊津贴获得者3人,农业部农业科研杰出人才1人,辽宁省优秀专家1人,辽宁省特聘教授2人,辽宁省教学名师2人,辽宁省优秀人才支持计划2人,省百千万人才工程百人层次7人,千人层次7省优秀中青年骨干教师5人。学院设有两个研究所,分别是:沈阳农业大学水资源研究所和沈阳农业大学水土工程研究所;四个省部级科研平台,分别是:辽宁省农业水土工程重点实验室、辽宁省设施环境与装备工程研究中心、辽宁双台口河湿地生态系统定位观测研究站和东北设施园艺工程科学观测实验站。2010年以来,学院充分挖掘自身的专业优势与特色,积极申报包括国家自然科学基金项目、农业部公益性项目、国家星火计划项目、教育部留学回国人员科研启动基金资助项目、教育部高等学校博士学科点专项基金项目、辽宁省科技攻关计划项目、辽宁省自然科学基金项目、辽宁省教育厅、沈阳市科技计划项目及辽宁省和沈阳市的开发项目等课题。同时,利用与辽宁省水利厅、沈阳市水利局、辽宁省水利水电勘测设计院、辽宁省水利水电科学研究院以及各地方水利部门的良好外部环境,积极走向社会承揽课题,学院领导不失时机地组织有关人员深入企业、科研院所,了解科研动态,寻找科研切入点,洽谈科研合作。

学院下设沈阳农业大学水利工程勘测设计研究院,属于国有企业,隶属于沈阳农业大学,拥有6个资质,经营范围:工程测绘、工程质量检测、开发建设项目水土保持方案编制、建设项目水资源论证、水文水资源认证、水文水资源调查评价、土地开发整理规划设计、水利工程规划设计等。近年来累计承担国家、省部级科研项目80余项,其中包括农业部公益性项目1项;获省、市级以上奖励18项,申请专利15项;出版专著和教材19部,发表学术论文240余篇,其中被国际三大检索EISCIISTP收录30余篇。

二、平台建设基本情况

中心名称:

辽宁省设施农业环境与装备工程研究中心

成立时间:

201310

批准文号:

辽发改高技[2013]1162

建设规模、建设目标、人才队伍和主要研究方向等

设施农业环境与装备工程研究中心将依托辽宁省教育厅重点实验室-农业水土工程实验室、辽宁省重点学科-农业水土工程博士点学科,及农业部东北设施园艺工程科学观测试验站。

工程研究中心以结构、能力和水平建设为重点,以提高人才队伍建设为宗旨,以科技成果和研究生培养为突破口,打造一支科研能力强、水平高、梯队结构合理的学术队伍。通过建立工程研究中心合作机制,进行深入的交流与合作,推进传帮带和老中青相结合,不断提高本方向在国内外的影响力和知名度;培养高质量的硕士和博士研究生;不断推进科技成果的创新。通过建设,巩固了本工程研究中心在东北地区的核心地位,打造了一支在全国有影响、有特色的创新学术工程研究中心。

设施农业环境与装备工程研究中心现有固定研究人员22人,核心成员15人(见附件1)。高层次科技人才15其中教授5人,副教授4人,讲师10人,获博士学位17人;10人博士后出站。中心负责人王铁良教授2014年受聘国务院农业工程学科评议组成员;国务院津贴获得者、辽宁省特聘教授、二级教授1人,辽宁省百千万人才工程百人层次2人、千人层次1人;1人受聘青海省(青海大学)昆仑学者特聘讲座教授、农业部农机化科技创新设施园艺工程专业组成员;沈阳市高层次人才-拔尖人才1人、沈阳市高层次人才-高级人才2人。

主要研究方向:设施园艺工程理论研究;设施结构与环境研究;新型材料研究;配套设施设备研究。

中心负责人

王铁良、白义奎

三、最新平台建设完成及工作开展情况

(一)目前平台建设完成情况

在水利学院学科楼成立工程研究中心面积80平方米,下设设施结构、设施装备、设施节水、设施规划设计四个研究室,研究室面积120平方米;农业水土工程研究所面积240平方米。工程研究中心结合沈阳农业大学科研试验基地建设,建有现代日光温室800平方米、普通日光温室15000平方米、塑料大棚3000 平方米。

有照度记录仪、紫外/可见分光光度计、净辐射传感器、植物环境监测系统、原子吸收分光光度计、便携式光合作业测量系统等环境测试仪器,以及屏显式液压万能试验机、微机数据采集处理系统、电子式万能试验机、动态电阻应变仪、板料折弯压力机等仪器设备总值1200多万元,其中5万元以上设备30余台件,总价值500万元。

2019年结合农业部东北设施园艺科学观测实验站建设项目,完成设备采购招标(合同价)96.18万元;完成土建招标(合同价) 64.29万元。目前项目正在建设中。

(二)通过平台建设解决的问题和取得的成果

研究团队在节能日光温室基础理论、结构优化设计及配套设施等方面取得了世界领先的研究成果,在日光温室总体研究方面居国内领先地位。2019年在研主持国家、省级课题10项,项目合同经费658.2万元;承担横向委托项目6项,项目合同经费169.2万元。发表研究论文20余篇,其中SCI收录7篇、EI收录3篇。取得实用新型专利4件、新申请专利3件。新增辽宁省教学名师1人、辽宁省百千万人才千人层次1人、沈阳市高层次人才-拔尖人才1人、沈阳市高层次人才-高级人才4人。

1. 节能日光温室塑料大棚结构设计研究

1日光温室骨架结构动力响应规律。基于Timoshenko梁理论,提出平面刚架模型的日光温室在风荷载作用下的动力响应分析的被研究块体方法。 结果表明脉动风荷载作用的节点位移和截面应力明显大于平均风荷载作用的相应值。日光温室钢骨架结构的动力响应分析需要考虑脉动风荷载的作用,且不能忽略弯曲应力对截面内力的影响。

取得成果:发表的学术论文2

考虑脉动风速的平面刚架日光温室结构动力响应规律,中国农业大学学报,2019,24(04):136-147.

一种模拟冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波传播的数值方法,科学技术与工程,2019,19(08):210-216.

2塑料大棚结构的风振响应规律研究,提出了塑料大棚结构风振响应分析的被研究块体方法,推导了塑料大棚骨架结构单元段的段间内力计算公式,设计了被研究块体构成方式,构建骨架结构中被研究块体的力学模型,给出了被研究块体方法实现过程;采用等截面圆柱杆的波动传播算例,验证了方法的有效性。在同时考虑平均风和脉动风作用、仅考虑脉动风作用、仅考虑平均风作用工况下,针对不同跨度塑料大棚骨架结构的风振响应进行时程分析,得到骨架结构的节点位移和截面应力空间最大值的出现位置。 

取得成果:发表的学术论文1

塑料大棚结构风振响应规律研究,华中农业大学学报,2018,37(05):123-130.

2. 节能日光温室结构设计系统研发研究

基于热平衡理论的节能日光温室设计系统。节能日光温室设计系统实现了温室的总体设计,包括采光设计、保温设计以及蓄热设计三个模块,温室采光设计模块可以根据建设温室的地点、温室建造参数,计算温室建筑设计参数,绘制该温室的设计图;温室保温、蓄热设计模块根据计算所得的相关数据,通过输入前坡材料传热系数、后坡材料传热系数、土壤传热系数以及总进光量和有效进光量等,以及输入墙体材料的厚度,根据材料的物理性质,计算墙体的总热阻和传热系数等,完成温室的保温、蓄热设计。

取得成果:申请的软件著作权1

温室结构设计软件V1.0.(登记号:2019SR0167566

3. 节能日光温室环境变化规律研究

明确了北方寒区节能日光温室太阳辐射、热流变化以及温度变化规律。通过对太阳辐射、前坡薄膜热流变化和温度变化,墙体和土壤的热流和温度变化试验,明确了日光温室前坡薄膜温度在不同天气状况下变化规律特征;明确了砖苯复合墙体的内部温度变化规律,以及墙体整体吸热-靠表面层放热内部吸热-整体放热过程;明确了土壤温度变化规律,垂直方向存在恒温层,水平方向存在边际效应。

取得成果:发表的学术论文2

Temperature Variation, Heat Storage and Heat Release of BrickPolystyrene Board Layered Wall in the Solar Greenhouse[J]. Boletín Técnico, Vol.55, Issue 17, pp.970-977.

Temperature variation, heat storage and heat release of soil in the solar greenhouse[J]. ARCHIVOS LATINO AMERICANOS DE NUTRICIÓN, Vol.69, No 3 (2019),   pp.220-227. ( SCI源刊,WOS:000478010300029)

4. 节能日光温室环境模拟系统方法研究

采取加权马尔可夫链预测温室相关环境因素,将预测值结合多年相关数据取相关数据均值,作为有限元分析初始条件,对温室的墙体和土壤进行相关模拟分析,预测相关日期的墙体和土壤的温度变化情况,并依据模拟情况,确定在相应的环境因素下墙体的合理保温厚度,为温室设计提供依据。

取得成果:发表的学术论文1

Environmental Forecast of the Solar Greenhouse Based on the Weighted Markov Chain[J].ACTA TECHNICA CSAV.62,No.2B:585-596. ( EI源刊,收录号:20180304647289)

5.辽宁省地方标准修订:节能日光温室设计与建造技术规范

技术规范《土后墙式日光温室设计与建造技术规范》(DB21/T 1952-2012)、《辽沈Ⅰ型节能日光温室设计与建造技术规范》(DB21/T 1975-2012)、《育苗专用日光温室(辽沈Ⅳ型)设计与建造技术规范》(DB21/T 1953-2012)颁布已超过6时间,在此期间日光温室设计理论方法建造等标准规定均发生了较大的变化,尤其是日光温室建造参数确定方法上,原来的第二代节能日光温室按合理采光时段设计,变为第三代节能日光温室合理采光、保温、蓄热”设计理论方法,日光温室建造参数发生了较大的变化,并经过近5实践、推广应用,取得了较好的使用效果。

近年来,随着温室新型建造材料实用、施工工艺的改进,原技术规范相应条文也急需更新、完善。

本标准适用于以生产蔬果树和花卉为主的新建日光温室工程项目,改(扩)建工程项目可参照执行。本标准可作为编制、评估和审批日光温室工程项目可行性研究报告的重要依据也是有关部门审查工程项目初步设计和监督、检查项目整个建设过程的尺度。

本标准适用于辽宁省北纬38.7°43.5°地区节能日光温室的设计与建造。同纬度地区日光温室的设计与建造也可参考使用。本标准规定了节能日光温室的术语和定义、建筑结构设计、材料选择、施工方法、场地选择与规划及质量要求等技术要求。

该标准已获辽宁省农业农村厅立项(辽农办质发〔2019360号),目前已完成初稿。

参与制定辽宁省2018-2020年节能日光温室钢结构骨架购置补贴试点方案(辽农机【2019125号)

四、下一步建设发展方向和思路

紧紧围绕设施园艺工程学科的发展和国家需求,以大幅度提高资源利用效率、单位土地产出率和设施园艺产业可持续发展为目标,跟踪荷兰、以色列、日本和美国等国家的研究前沿,在设施结构工程、新型材料开发、节能工程、环境模拟与智能控制等关键技术领域取得突破,形成具有中国特色的设施结构类型和配套工程技术体系。通过持续努力,使我国设施园艺工程总体技术达到国际先进水平。

重点在设施园艺工程的关键技术领域取得突破,逐步形成完全具有自主知识产权的设施园艺工程技术体系。

(一)共性基础性研究

1.设施结构低成本节能新材料优选及设计方法研究。主要优选和研制设施结构低成本节能新型透明覆盖材料、保温材料和蓄热材料;研究设施结构低成本节能设计方法;研制设施结构低成本节能优化设计软件。

2.不同类型温室环境模拟模型的研制。主要研制连栋温室和不同类型日光温室采光、蓄热、保温、放风、气体流动等环境模拟模型;研制环境模型软件。

3.设施结构低成本节能优化设计与建造。主要研究适宜不同地区环境的设施低成本节能结构参数;优化设计和建造低成本节能连栋温室、现代日光温室、山地日光温室、荒漠盐碱地日光温室及抗台风设施;并制定其设计建造标准。

4.小型设施园艺作物生产装备研制。主要研制低成本高性能适于的水肥一体化装备及自动控制系统、小型耕耘设备、植株调整设备、植保设备、运输设备等,开发适于设施园艺作物栽培模式的定植槽等装备。

5.温室环境低成本远程物联网监控系统的研制。主要研制温室低成本远程物联网系统和小型温室群环境监控系统;研制适于小型温室的低成本环境监控装备;开发温室环境物联网监控实用技术系统。

(二)团队各研究方向主要研究内容

1.日光温室建筑设计理论及方法研究

针对北方寒区节能日光温室建筑发展现状和太阳能资源丰富的优越条件,依据太阳能原理,运用建筑热工设计理论和方法,建立基于作物生长生理所需最低太阳能截获、热量平衡、蓄放热能量守恒为核心的节能日光温室合理采光、保温、蓄热设计的理论、方法。

针对不同地区、不同作物品类,提出日光温室建筑设计理论体系,筛选出重要的建筑指标参数,明确各指标参数的设计理论,为日光温室的建筑设计提供科学依据。基于可持续发展理念的新型日光温室设计研究。

1)农业废弃物资源化利用(结合秸秆的再生利用(把秸秆密实化,做成长方形,添加凝结材料,成型后做好防水,形成高密度、高强度、蓄热性高的墙体结构材料),做墙体、屋面板等进行构造设计);建筑固废物的再生利用等。

2)日光温室骨架的研究(轻简化、装配式;全装配落地式型钢骨架结构);

3)温室装备:自动化;

4)温室给水:雨水回收利用的研究;

5)光伏发电。

2、日光温室结构优化设计及防灾减灾

1)现代装配式节能型日光温室结构与建造工艺研究

根据不同作物对环境条件的不同要求,研制开发适合于蔬菜、果树、食用菌、动物养殖等功能的专用温室结构。

研制开发具有突破性创新思想的全组装式、适用于四季生产的日光温室。实现工厂制造、现场模块组装。

研制开发高效率新型保温材料、蓄热材料。

2)日光温室结构优化设计研究与日光温室灾害机理研究

研究风、雪场中日光温室结构的动力响应规律及荷载传递方式;探讨日光温室结构表面风压、雪压系数分布规律,确定日光温室结构风、雪荷载计算方法。研究日光温室结构在风、雪荷载及两种荷载联合作用下的破坏机理;研究日光温室结构灾害预警方法。

风荷载、雪荷载作用下的日光温室可靠度研究。风、雪荷载作用下的日光温室可靠度研究。

日光温室结构表面风压、雪压系数分布规律,以及风、雪荷载计算方法。

日光温室结构在风、雪荷载及联合作用下的破坏机理。

日光温室结构灾害预警方法。

3、日光温室环境(模拟)与控制

研究现代节能日光温室环境变化规律,建立温度、湿度、光照等环境模型;基于外部气候条件、温室围护结构、室内土壤及作物,构建温室温度环境模拟模型,揭示日光温室内光、热环境对温室围护结构体、室内土壤及作物的响应过程及响应机理。研究温室环境自动控制系统和物联网技术,以适应我国设施蔬菜产业向现代化、机械化、智能化发展的需要。

1)不同日光温室建筑下环境特点。

2)日光温室环境关键影响因素。

3)日光温室环境调控模型。

4)基于模糊神经网络的多模型非线性自适应解耦控制模型。

5)基于节能降耗和最优经济性能指标的优化模型。

4、日光温室新材料与装备

研制开发与不同类型日光温室相配套的环境调控设备。包括卷被、除雪、除尘、通风、除湿、内保温、蓄热、加温、灌水施肥、CO2释放等设备。

1)新型保温被的研制:不同保温材料厚度确定的机理(通过数学模型的模拟确定,根据机理再进行研制新型的保温被)

2)轻简化机械装置。包括土地整理、植株调整、高效植保机具、采收包装、室内运输。

3)新型放风装置的研制

4)其他相关装备的研制

研制日光温室生态节能墙体;

新型日光温室骨架结构选型和材料选用;

农业废弃物在日光温室辅助加温、CO2调控等方面的应用。

5、集成示范与推广应用

结合设施蔬菜优势产区园艺设施转型升级需求,以日光温室的可持续发展为目标,综合考虑采光、保温、蓄热、农业废弃物的资源化利用、温室装备、环境的自动化控制,研发设计适宜不同生态区的新型日光温室。推进普通日光温室的结构优化升级设计。研发设计适宜不同区域气候条件、温室特点和土建材料资源的温室升级结构,研制适于不同生态区的多重覆盖节能塑料大棚。推进现代节能日光温室装备研发。研究适合不同类型温室的新型装备、保温和蓄热系统、通风降温系统、应急加温系统。推进日光温室环境控制研究。建立温度、光照等环境变化、水蓄热、覆盖材料放热模型,研发环境自动控制系统和物联网应用技术。设施园艺提质增效。加快推进设施园艺科技创新、技术集成和成果转化。


附件1核心研究人员

序号

姓 名

性别

学历

学位

职务

职称

现从事专业或研究方向

所在单位

1

王铁良

研究生

博士

副校长

教授

农业

沈阳农业大学

2

白义奎

研究生

博士

系主任

教授

农业

沈阳农业大学

3

纪建伟

研究生

博士

副院长

教授

信息

沈阳农业大学

4

刘文合

研究生

博士

处长

教授

农业

沈阳农业大学

5

佟国红

研究生

博士

 

教授

农业

沈阳农业大学

6

刘艳华

研究生

博士

 

副教授

农业

沈阳农业大学

7

赵荣飞

研究生

博士

 

副教授

农业

沈阳农业大学

8

于威

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

9

张玉清

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

10

王永刚

研究生

博士

 

副教授

信息

沈阳农业大学

11

姜迎春

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

12

南波

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

13

魏新光

研究生

博士

 

副教授

农业

沈阳农业大学

14

姚名泽

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

15

张峰

研究生

博士

 

讲师

农业

沈阳农业大学

 


附件2团队2019年在研主要科研情况

序号

姓名

项目名称

立项编号

经费

(万元)

起止年月

项目来源

计划名称

担任角色

1

白义奎

高效智能型设施蔬菜生产技术集成与示范

2017-NK-107

300.000

2017.01-2019.12

青海省科技厅

青海省重点研发项目

主持人

2

王永刚

温室系统的优化控制方法的研究

61673281

68.000

2017.1-2020.1

国务院自然科学基金委员会

国家自然科学基金

主持人

3

白义奎

低成本节能现代设施结构及环境自动控制系统关键技术研究与应用

 

55.2

2018.10-2021.12

辽宁省科技厅

辽宁省重点研发项目

主持人

4

王铁良

双台河口湿地生态系统稳定与预警研究

31570706

70.000

2016.01-2019.12

国务院自然科学基金委员会

国家自然科学基金

主持人

5

刘艳华

钢管橡胶混凝土柱约束机理及力学性能研究

51708366

24.000

2017.01-2019.12

国务院自然科学基金委员会

国家自然科学基金

主持人

6

王铁良

东北寒区设施葡萄蒸腾特征及其时间尺度效应研究

51709174

25.000

2018.01-2020.12

国务院自然科学基金委员会

国家自然科学基金

主要参加人

7

王铁良

日光温室结构优化与环境控制

2015

100.000

2016.01-2020.12

农业部

农业部农业科研杰出人才及其创新团队项目

主持人

8

南波

日光温室结构在风雪荷载作用下破坏机理与灾害预警研究

LSNQN201718

3.000

2017.9-2019.12

辽宁省教育厅

辽宁省高等学校基本科研项目

主持人

9

纪建伟

低温胁迫对番茄叶绿素荧光的影响及抑制恢复过程中的调控方法研究

LSNQN201701

10.000

2017.10-2020.10

辽宁省教育厅

辽宁省高等学校重点科研项目

主持人

10

姚名泽

辽宁日光温室果菜蒸腾规律及其模拟研究

 

3.0

2019.1-2022.12

辽宁省科技厅

自由探索性基础研究

主持人

 


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