高速铁路科技创新的产学研一体化模式研究--《中南大学》2011年博士论文
高速铁路科技创新的产学研一体化模式研究
【摘要】：高速铁路是一项技术新、标准高、复杂庞大的系统工程,建设专业齐全、系统配套、设施一流、合作开放的科技创新产学研一体化合作实体已经成为高速铁路建设的迫切需求。高速铁路科技创新合作实体的产学研一体化模式、运行机制以及合作绩效的评价事关合作实体本身的稳定和可持续性发展,值得重点关注和研究。
本文采用文献检索法、问卷调查法、理论分析法、实证研究法等科学的分析方法,对高速铁路科技创新产学研一体化合作实体的管理模式、运行机制以及绩效评价等方面展开全面、系统、科学的研究,论文的研究内容与研究成果主要为以下六个方面：
第一,阐述了产学研合作的内涵,对美国、英国、日本和我国产学研合作的5个卓有成效的典型案例进行了分析,总结了国内外产学研合作的经验和启示。在此基础上,指出高速铁路科技创新的产学研合作可以遵循技术转让模式、政府未参与的共同开发模式、政府参与下的共同开发模式、政府未参与的合作实体模式与政府参与下的合作实体模式这5种模式,经过合作模式的博弈分析,提出在我国现实国情下高速铁路科技创新的产学研一体化模式(政府参与下的合作实体模式)是高速铁路科技创新产学研合作的理想模式,并且构建了我国高速铁路科技创新产学研一体化的三重螺旋模型。
第二,高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险包括伙伴选择风险、合作关系的风险、合作成果形成的风险、知识共享的风险和合作收益分配风险。论文阐述了其特点,提出了高速铁路科技创新产学研一体化合作风险的形成机理,进行了高速铁路科技创新产学研一体化合作风险分担的探讨,构建了风险分担指标体系,建立了基于灰色关联分析理论的高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险分担模型,使用MATLAB编制了相关程序,并提出了合作风险的防范建议。
第三,立足于高速铁路科技创新产学研一体化合作实体的运行,设计了激励机制、监督制约机制和知识产权保护等内容,为高速铁路科技创新产学研一体化合作实体的有序高效运行打下了制度基础。
第四,分析了高速铁路科技创新产学研一体化合作的收益分配目标、原则、影响因素和分配模型的前提假设条件,提出了三种合作收益分配模型：基于修正Nash谈判模型的合作收益分配模型、基于Shapley值的合作收益分配模型和基于MCRS法的合作收益分配模型,分析了其利弊,然后引入了熵权的思想,提出了基于嫡权法的高速铁路科技创新产学研一体化的合作收益分配协商模型,阐述了高速铁路科技创新产学研一体化合作收益分配的主要实施思路,并提供了具体算例。
第五,阐述了高速铁路科技创新产学研一体化合作绩效评价的含义、目的和原则,构建了高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价体系,设计了高速铁路科技创新产学研一体化合作绩效的评价指标,确定了高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价方法———基于白化函数的灰色聚类评估法,并提供了具体算例来详细说明高速铁路科技创新产学研一体化合作绩效评价的过程。
第六,以高速铁路建造技术国家工程实验室为例进行了实证分析,对高速铁路建造技术国家工程实验室的立项依据、建设思路、建设方针和内容、机构设置与职责、管理制度与运行机制进行了详细论述,总结了建设进展与成效,并得出了相关启示。
论文的研究成果丰富和完善了产学研合作创新理论,对我国高速铁路的科技创新提出了有针对性的结论和指导意见,有利于提高我国高速铁路科技创新的效率与水平。
【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：F532【目录】：
ABSTRACT6-14
第一章 绪论14-36
1.1 研究背景14-18
1.2 研究意义18-20
1.3 产学研合作的国内外研究现状20-29
1.4 研究基础29-31
1.5 研究方法与技术路线31-32
1.6 主要研究内容与创新点32-36
第二章 国内外产学研合作模式分析与借鉴36-54
2.1 产学研合作的内涵36-46
2.1.1 产学研合作的概念36
2.1.2 产学研合作的系统结构36-39
2.1.3 产学研合作的主要功能39-40
2.1.4 产学研合作模式分类40-46
2.2 国内外产学研合作的典型案例分析46-53
2.2.1 国外产学研合作的典型案例分析46-49
2.2.2 国内产学研合作的典型案例分析49-51
2.2.3 国内外产学研合作的经验和启示51-53
2.3 本章小结53-54
第三章 高速铁路科技创新产学研合作模式的分析与选择54-73
3.1 高速铁路科技创新产学研合作模式的比选54-61
3.1.1 产学研合作模式的博弈分析54-59
3.1.2 演化路径与模式选择59-61
3.2 高速铁路科技创新产学研一体化的三重螺旋模型61-72
3.2.1 产学研一体化模式的本质属性61-62
3.2.2 三重螺旋模型62-66
3.2.3 三重螺旋模型中各方的职能定位分析66-72
3.3 本章小结72-73
第四章 高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险分析73-86
4.1 高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险分类与特点73-74
4.1.1 合作风险的分类73-74
4.1.2 合作风险的特点74
4.2 高速铁路科技创新产学研一体化合作风险的形成74-77
4.2.1 合作风险的系统动力学分析74-75
4.2.2 合作风险的形成机理75-77
4.3 高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险分担77-84
4.3.1 影响合作风险分担的因素77-78
4.3.2 合作风险分担原则78-80
4.3.3 合作风险分担主体80
4.3.4 合作风险的分担指标体系80-82
4.3.5 基于灰色关联分析理论的合作风险分担模型82-83
4.3.6 合作风险分担模型的MATLAB程序83-84
4.4 高速铁路科技创新产学研一体化的合作风险防范84-85
4.5 本章小结85-86
第五章 高速铁路科技创新产学研一体化的激励、监督制约与知识产权保护86-120
5.1 高速铁路科技创新产学研一体化的激励机制86-98
5.1.1 激励与激励机制的含义86-87
5.1.2 当前知识型员工激励机制存在的问题87-88
5.1.3 产学研一体化的激励机制88-98
5.2 高速铁路科技创新产学研一体化的监督制约机制98-107
5.2.1 监督、制约与监督制约机制的含义98-99
5.2.2 产学研一体化的监督制约机制99-107
5.3 高速铁路科技创新产学研一体化的知识产权保护107-119
5.3.1 国家级高速铁路科技创新实体的类型107-108
5.3.2 产学研一体化的知识产权保护与管理的特点108-109
5.3.3 产学研一体化的知识产权保护109-119
5.4 本章小结119-120
第六章 高速铁路科技创新产学研一体化的合作收益分配120-144
6.1 高速铁路科技创新产学研一体化合作收益分配概述120-124
6.1.1 合作收益分配的目标120
6.1.2 合作收益分配的原则120-121
6.1.3 合作收益分配的影响因素121-123
6.1.4 合作收益分配模型的前提条件123-124
6.2 高速铁路科技创新产学研一体化的合作收益分配模型124-138
6.2.1 基于修正Nash谈判模型的合作收益分配模型124-131
6.2.2 基于Shapley值的合作收益分配模型131-133
6.2.3 基于MCRS法的合作收益分配模型133-134
6.2.4 熵权的概念134-136
6.2.5 基于熵权法的合作收益分配协商模型136-138
6.3 高速铁路科技创新产学研一体化合作收益的分配方式138-143
6.3.1 合作收益分配的主要思路138-139
6.3.2 协商分配比例的确定及各参与方收益的分配139-143
6.3.3 算例143
6.4 本章小结143-144
第七章 高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价144-173
7.1 高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价概述144-145
7.1.1 合作绩效评价的含义144
7.1.2 合作绩效评价的目的144-145
7.1.3 合作绩效评价原则145
7.2 高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价体系145-146
7.2.1 合作绩效评价框架145
7.2.2 合作绩效评价体系中的关键要素145-146
7.3 高速铁路科技创新产学研一体化合作绩效评价指标体系的构建146-161
7.3.1 构建的依据146-148
7.3.2 构建的原则148-149
7.3.3 构建的程序149-150
7.3.4 合作绩效评价指标体系的构建150-155
7.3.5 指标体系的内涵及考核标准155-161
7.4 高速铁路科技创新产学研一体化的合作绩效评价方法161-165
7.4.1 合作绩效评价方法选取的原则161
7.4.2 合作绩效评价指标权重的确定161-164
7.4.3 合作绩效评价方法164-165
7.5 高速铁路科技创新产学研一体化合作绩效评价的算例165-171
7.5.1 合作绩效评价指标权重的计算165-168
7.5.2 合作绩效评价过程168-171
7.6 本章小结171-173
第八章 高速铁路科技创新产学研一体化的实证分析173-196
8.1 高速铁路建造技术国家工程实验室概况173-179
8.1.1 立项依据173-177
8.1.2 建设思路177-179
8.2 高速铁路建造技术国家工程实验室的建设方针与内容179-183
8.2.1 建设目标与方针179-180
8.2.2 建设内容180-183
8.3 高速铁路建造技术国家工程实验室的运行183-189
8.3.1 机构设置183-184
8.3.2 机构职责184-185
8.3.3 管理制度与运行机制185-189
8.4 高速铁路建造技术国家工程实验室的建设进展与成效189-194
8.5 本章小结194-196
第九章 研究结论与展望196-199
9.1 研究结论196-197
9.2 展望197-199
参考文献199-211
附录211-221
致谢221-222
攻读学位期间主要的研究成果222-223
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中南大学戴公连教授来我院与师生进行学术交流
<SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 12 LINE-HEIGHT: 150%; FONT-FAMILY: 仿宋_GB年3月26日下午，中南大学土木工程学院桥梁工程系系主任戴公连教授应我院邀请，给我院师生做了一场“高速铁路桥梁”的学术讲座，讲座在我院学术活动中心A502进行，由副院长田仲初教授主持，我校师资处处长李传习教授、桥梁系、建工系、力学系、结构实验中心老师和研究生共100余人参与了本次交流。
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水泥种类对水泥土强度亦有影响，这是由于不同水泥中；（3）外掺剂；用于水泥土的外掺剂，目前国内常用的有石膏、三乙醇；（4）土的种类；不同的土类，其水泥土的强度有很大的差异；（5）土中含水量；实验表明，水泥土无侧限抗压强度随着土中含水量的增；（6）土中有机质含量及种类；土中有机质的含量及种类对水泥土的强度有较大的影响；一般来说，有机质或腐殖质含量高的软粘土，单纯
水泥种类对水泥土强度亦有影响，这是由于不同水泥中的矿物成分对水泥与土的水解水化反应及凝硬反应有不同的影响，进而影响水泥土的强度。（3）外掺剂用于水泥土的外掺剂，目前国内常用的有石膏、三乙醇胺、木质素磺酸钙等。石膏、三乙醇胺对水泥土的强度有增强作用，是早强剂；而木质素磺酸钙对水泥土强度增长的影响不大，主要起减水作用。使用减水剂时应注意选择合适的水灰比。（4）土的种类不同的土类，其水泥土的强度有很大的差异。在其他掺量相同的情况下，几种典型土类的水泥土强度大小致呈如下规律：泥炭＜土淤泥＜杂填土＜粘性土＜砂性土。其中，杂填土中所形成的水泥土的强度分散性较大，与土颗粒的均匀程度有关。（5）土中含水量实验表明，水泥土无侧限抗压强度随着土中含水量的增加而下降。对于淤泥，当其中含水量每增加10%时，水泥土的强度即下降10%~20%。（6）土中有机质含量及种类土中有机质的含量及种类对水泥土的强度有较大的影响。有机质含量越高，其阻碍水泥水化反应的作用越大，水泥土强度降低越多。目前，对有机质含量及种类的影响正引起越来越广泛的重视。一般来说，有机质或腐殖质含量高的软粘土，单纯采用水泥作为固化剂，其加固效果并不好，此时，应考虑采用其他的固化剂或加固方法。另外，土中地下水的酸碱度，亦PH值的大小，对水泥土的强度增长也有很大的影响。（7）水泥土的搅拌时间及均匀程度水泥土发搅拌时间及均匀程度对水泥土的强度影响很大。而搅拌的均匀程度又与钻杆的提升速度、转速、复喷的深度和次数等有关。（8）水泥土的龄期水泥土的强度与龄期有直接的相关关系。龄期越长，强度越大。一般取90天龄期时的强度作为水泥土的标准强度。一般来说，对不同土类、不同含水量，其强度随龄期增长的速率是不同的。对有些含水量高的软弱淤泥，其水泥土在180d龄期时尚未达到最终强度的80%，即其增长趋势比较缓慢。11.2 粉喷桩设计与计算步骤11.2.1粉喷桩单桩承载力计算粉喷桩处理法加固地基是依靠水泥土桩和四周软土组成的复合地基，因此要达到加固地基的目的应该按照复合地基的设计原理进行设计和计算。单桩竖向承载离标准值Rk可按下式之一计算：Rk =?fcuAp?
Rk=qsUpL??APqp
（11-3）式中：Ap―桩的截面积，m2；fcu―与水泥土配合比相同的标准试块，在标准养护条件下90d龄期的无侧限抗压强度平均值（标准试块可用70.7mm边长的立方体，也可用50mm边长的立方体，或土工无侧限标准体），kPa;?―桩身强度折减系数，粉喷水泥土桩取0.20~0.33，浆喷水泥土桩取0.25~0.33；Up―桩的周长，m；qs―正常固结土中桩周界面的平均摩阻力，kPa，由地质资料获得。当无?资料时，对于淤泥可取用4~7kPa，对淤泥质土可用6~12kPa，对于一般粘性土可取用10~15kPa；L―桩身有效长度（按永久桩计），m；qp―桩端天然地基土的承载力标准值，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 5）的有关规定来确定kPa；α―桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4~0.6。计算时，一般两个公式同时进行计算，取其中较小的值作为单桩竖向承载力标准值。对试（11-2）和试（11-3）进行分析可以看出，当桩身高于试（11-2）所提出的强度值时，相同眨长的承载力相近，而不同桩长的承载力明显不同。此时桩的承载力由地基土支撑力控制，增加桩长可提高桩的承载力。当桩身强度低于试（11-2）所给值时，承载力受桩身控制。单桩设计时，承受垂直荷载的粉喷桩一般应使土对桩的支撑力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。因此粉喷桩的设计主要是确定桩长和选择水泥掺入量。（1）当地质条件和施工因素等限制粉喷桩加固深度时，可先确定桩长，根据桩长按试（11-3）计算单桩竖向承载力标准值Rk。再根据单桩竖向承载力标准值Rk按试（11-2）计算水泥土的无侧限抗压强度fcu，然后根据fcu参照室内配合比实验资料，选择所需的水泥掺入比??。（2）当搅拌加固的深度不受限制时，可根据室内配合比实验资料选定水泥掺入比??，再求得水泥土无侧限抗压强度fcu。根据fcu按试（11-2）计算单桩竖向承载里标准值，最后由试（11-3）计算桩长L。（3）直接根据上结构对地基承载力要求，按试（11-2）求得fcu。然后根据fcu，从水泥土室内实验资料中求得相应于fcu的水泥掺入比??。再将要求的地基承载力值代入试（11-3）求得桩长L。11.2.2 粉喷桩复合地基承载力及置换率计算水泥土桩复合地基的承载力一般是通过复合地基载荷实验确定，也可以通过承载力计算确定。根据力的平衡方程，承载力计算公式为 R
fsp,k?mk??（1?m）fs,k
（11-4） Ap式中：fsp,k―复合地基承载力标准值，kPa；m―桩土面积置换率，%；fs,k―桩间天然地基土承载力标准值，kPa；?―桩间土强度发挥系数，当桩端土为软土时，可取0.5~1.0，当桩 土为硬土时，可取0.1~0.4，当不考虑桩间土的作用时，可取0；Rk―单桩竖向承载力标准值，可通过现场单桩荷载实验确定，也可按试（11-2）、（11-3）计算，取其中较小值确定。试（11-4）中的?值是反映桩间土力学性能发挥程度的一个参数，它与设计和施工有密切关系，是反映设计和施工水平的一个系数。它实际上反映了能否充分发挥桩间土承载力的技术水平，所以又可称它为桩间土承载力折减系数。 11.2.3桩距和桩数计算复合地基的置换率m确定后，即可确定桩距d和总桩数N：对于方形布置的桩：d=(Ap/m)1/2
（11-5）N?mA/Ap
（11-6）式中：A―需加固地基的总面积（m2）11.2.4粉喷桩复合地基的应力分担比所谓复合地基应力分担比，即指复合地基受力时水泥搅拌桩所承担的荷载?p与桩间土所分担的荷载?s之比。n??p/?s
（11-7）研究复合地基应力分担比具有重要的意义，它是复合地基工作机理的一个重要反映。借助应力分担比n，我们可以了解复合地基的工作特性，并进行承载力和变形计算。应力分担应力水平β图11-1
复合地基应力分担比 如图11-1所示为复合地基应力分担比n??p/?s与荷载水平β之间的关系。由图中可以发现复合地基应力分担比具有如下特点：（1）
在荷载刚施加的开始阶段，荷载向刚度相对较大的水泥搅拌桩集中，应力分担比随荷载增加而增加；（2）当荷载进一步增加时，水泥搅拌桩逐渐压缩，土体开始承受荷载，而桩上的部分荷载慢慢向土体转移，直至两者均达到极限受力状态。桩土应力分担比有一最佳值，此时复合地基中桩与土的承载力能得到最充分的发挥。目前已有人试用桩土应力分担比来确定复合地基承载力，但影响应力分担比的因素较多（荷载水平、地质条件、桩长、桩距、桩体刚度等），该工作尚处于摸索阶段。11.2.5桩的应力集中系数和桩间土应力减少系数在复合地基的地表面有荷载时，因桩的压缩性比周围的土的压缩性小，桩上将会产生应力集中现象，各系数计算如下：应力集中系数：
μp?n 1＋(n?1)m（11-8） 应力减少系数：
（11-9） 1＋(n?1)mn为桩土应力比，按公式（11-7）计算。14.2.6粉喷桩复合地基的变形模量复合地基的变形模量是表征其承受荷载作用时抵抗变形的一个基本参数。复合地基变形模量原则上应由现场荷载实验确定。其理论计算式为Ecs?mEp?(1?m)Es
（11-10）式中：Ecs、Ep、Es―分别为复合地基、搅拌桩桩体及天然地基的变形模量；m―搅拌桩在复合地基中的置换率。由此可知，复合地基的变形模量即为桩体模量与土体模量的面积加权平均值。 11.2.7粉喷桩复合地基稳定性分析粉喷桩复合地基的稳定性分析应以总应力法为宜，可用下式计算其稳定安全系数：
F??S??(Sij?Pj)PT
（11-11）式中：I,j―区分土条底面滑裂面是在地基土层内（AB）或在路堤填土内的分条编号，即按地基滑裂面及路堤滑裂面而分别设定的土条编号；PT―各土条在滑弧切线方向的下滑力总和（kPa），PWisin?i?M/R)
（11-12） T??Wisin?i??( Si―地基内滑弧AB上的抗剪力，kPa，Si?Wicos?itan?qi?cqiLi
（11-13）Sj―地基内滑弧BC上的抗剪力，kPa，Sj?Wjcos?jtan?qj?cqjLj
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