第四届全国大学生水利创新设计大赛总结2汇总.docx
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第四届全国大学生水利创新设计大赛总结2汇总
参
赛
总
结
水资源与环境工程学院
水文与水资源工程
沈继龙
第四届全国大学生水利创新设计大赛参赛总结
第四届全国大学生水利创新设计大赛于7月29日至7月31日在重庆交通大学双福校区举行。
经过学校的层层选拔后，我与四名队员有幸代表东华理工大学参加这次比赛的决赛。
由于我校是初次参赛，经验不足，我们只能在摸索中前进。
通过我们整个团队的共同努力，我们对我们的作品从理念到设计说明书再到实物都做了很大的完善，在力求文档更加符合大赛要求的同时也使得实物性能更加稳定。
经过长达两个月的精心准备和最后的激烈角逐，最终，我们荣获了全国二等奖。
以下，是我对此次比赛的总结。
1参赛概述
作品名称：
“人工包气带”城市建筑温度及微气候调控系统
设计者：
沈继龙、李恭晨、廖敏涵、王兵
指导老师：
王巧焕，何春锋
带队老师：
李效萌
获奖情况：
二等奖
2，参赛初衷
参与比赛的出发点，就个人而言，一方面是为了锻炼自己的动手动脑能力，提升自身素质；另一方面是为了培养团队意识，明白团队精神的重要性，为自己今后社会实践积累经验。
就集体而言，此次参赛不仅代表了学校荣誉，更代表了我校精神。
通过此次参赛，我们不仅为校争光，荣获全国奖项，更弘扬了我校勤于学习、积极进取的优良校风，更向莘莘学子展现了我们东华精神。
3准备过程
（1）2015年5月1日——2012年5月20日-------------作品构思及学院选拔
（2）2015年5月21日——2012年6月15日------------完善参赛文档，递交报名表，作品设计说明书等相关材料
（3）2015年6月16日——2015年7月25日------------与老师探讨，制作和完善实物模型
（4）2015年7月27日——2015年7月30日-----------报到并参加决赛
4参赛内容
4.1大赛背景
＂全国大学生水利创新设计大赛＂是高校高层次学科竞赛之一,参与此次大赛对培养大学生的创新意识和实践能力有着十分重要的作用。
本届比赛以“高校用水”为主题，由中国水利教育协会和教育部高等学校水利类专业教学指导委员会主办，重庆交通大学承办。
此次比赛共有来自全国的67所高校的175件作品报名参加，参赛人员、志愿者、裁判等人员近900人。
比赛分为模型展示和现场答辩两部分，比赛内容为水的应用、水安全、水处理、节约用水实物作品的创新设计与制作，注重节水优先、强化保护、系统治理、人水和谐的可持续发展理念。
4.2参赛之前
4.2.1准备过程
（1）首先要查阅资料，对本次的比赛做充分的了解，包括大赛的主题，所需提交的资料，及各上交期限。
多方面留意官方网站和水利部最新文件，充分了解第一手资料重要性，可避免少走弯路。
（2）其次要了解往届比赛的信息，借鉴吸纳前人经验，与前辈多交流，充分利用网页和贴吧等资源，做到推陈出新，革故鼎新。
（3）接下来就是确定作品的研究方向，借鉴参考往届的参赛作品，避免不然相似或相同，现代社会高速发展，我们要坚持创新精神，树立创新意识，运用创新思维，在吸纳前人精华的同时做到取其精华，去其糟粕。
（4）然后就是与指导老师交流和探讨，全方位的探讨到各个细节，特别是实际投入使用问题。
细节决定成败，成功往往是留给有准备的人的。
（5）最后就是资料的准备和模型的制作，需要反复的修改和完善。
模型的投入可根据学院经费的多少而定，不是越多越好，关键还是要看设计思路和答辩过程。
我们要合理利用资源，做到事倍功半。
4.2.2资料的内容
文档分为设计说明书、作品介绍、PPT、作品介绍录像，报名表，在参加决赛前还需自己设计展板。
设计说明书是十分重要的，它是专家评委对你的作品的第一印象来源。
设计说明书的内容包括：
作品内容简介，研制背景及意义，作品工作原理，创新点，设计理念，实用化的可能性及应用前景这几点。
作品的创新性和可行性这两点尤为重要，从另一个方面来说，大学生比赛的目的也是为了让同学们把自己所学的知识联系实际，考核大学生对理论知识的掌握程度。
因此，那些专家评委也是十分看重我们有没有真正的弄清楚所学的理论知识，检验我们如何进行理论联系实际。
创新点这块要精简，不要把作品的特点当成了创新点，一个作品大概两到三个创新点就差不多了，创新点是设计说明书的亮点所在，也是评委对你的作品留下好的的印象的直接依据。
PPT是答辩环节重要的材料，因此PPT的作用至关重要。
PPT的内容基本上同设计说明书上的差不多，但要做到简明，PPT上的文字尽量不要太多，排版上要简单，能够让评委们一目了然。
PPT讲述则需要着重介绍作品创新点这块，对于理论计算这块只需要大致讲一下就可以了，没有必要讲的清清楚楚，因为如果他们真的感兴趣的话可以去看设计说明书详细上的解释。
本身理论这块在这么短的时间内是很难讲清楚的，而且讲一大堆那些公式会让人感到很晕，他们真正想听到的并不是完全弄懂这个作品怎样设计出来的，而是这个作品有什么样的创新点，创新点是最打动他们的。
实用化的可能性及应用前景这块也十分重要，实用的价值可以决定我们的作品能否一直保持较高的优势，创新固然重要，但如果实用化程度不高，或者我们的作品距离实用化还有很长的一段路要走，很难取得较高层次的奖项。
关于作品，实物的稳定性一定要绝对保证，任何情况下，在最后阶段，稳定性一定是首要考虑，即便在其它方面做出一定的牺牲也需要保证稳定性。
学院的两次预答辩一定要重视，通过这两次预答辩，基本上可以解决临场可能遇到的问题，同时也再现了比赛现场。
不过个人有一些建议：
在预答辩上，通过对内容上的更改和建议可能更重要一些，格式固然重要，但内容更加重要。
此外，通过此次比赛，个人感觉专家评委理论要求并不是十分的严格，很多队伍的就是简明扼要地向评委讲清楚他们的作品，且能够回答出评委提出的刁钻的问题，所以最终也能取得比较好的成绩。
4.3比赛过程
4.3.1本组作品
（见附件1）
4.3.2参赛队伍介绍
参加此次大赛作品共175件，高校67所，其中包括清华大学、浙江大学、华北水利水电学院、哈尔滨工业大学、中国地质大学、华中科技大学、武汉大学、四川大学、河海大学等传统著名高校。
所以好调整好心态，不卑不亢，借此机会多交流，增长见识。
4.3.3比赛流程
（1）比赛分组
根据作品类别，划分A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L等12个组别，每组作品为14~16个。
（2）奖项设置及评比
本次比赛设特等奖、一等奖、二等奖和优胜奖等4个类别，获奖比例分别为10%、20%、50%和20%。
特等奖、一等奖、二等奖和优胜奖的获奖作品数分别为18件、35件、86件和36件。
各小组评委根据作品的现场展示、小组答辩和讨论，评定出各小组推荐特等奖答辩的名单，并从未推荐特等奖答辩的名单中评定出一等、二等和优胜奖名单（评奖比例如下表所示）。
评审委员会根据答辩情况讨论确定特等奖名单，进入特等奖答辩但未被评定为特等奖的作品认定为一等奖。
获得特等奖的高校和至少获得2项一等奖的高校认定优秀组织单位；获得特等奖作品的指导教师认定为优秀指导教师。
小组参赛作品数
小组组数
推荐特等奖答辩
未推荐特等奖答辩
一等奖
二等奖
优胜奖
每组
作品数
总作品数
每组
作品数
总作品数
每组
作品数
总作品数
每组
作品数
总作品数
16
2
3
6
2
4
8
16
3
6
15
3
3
9
2
6
7
21
3
9
14
7
3
21
1
7
7
49
3
21
合计
12
36
17
86
36
（3）评审指标
评审一级指标包括，科学性（权重30%）、创新性（权重30%）、实用性（权重20%）、环保性（权重10%）和答辩演示（权重10%）。
（4）比赛环节
整个比赛分为两部分，第一部分的现场问辩环节和第二部分的PPT展示答辩环节。
在现场问辩环节，每一小组的展示时间是几分钟。
这几分钟包过我们的现场解说，实物演示以及专家提问。
现场解说与实物演示可以同时进行，现场解说主要侧重与讲解我们的作品的创新点，这个是关键，目的就是让专家评委对我们的作品产生兴趣，留下印象，一旦留下了印象，获胜的可能性就较大。
实物演示是必须的，在这之前一定要先调好我们的作品，即便我们的作品存在问题，只要在这几分钟内不出现问题，我们也算过了关，只需要我们下来再慢慢修改。
而PPT展示与答辩环节共为12分钟，其中6分钟的介绍，6分钟回答评委提问。
注意PPT不要有任何的花哨，要抓住重点，讲主要的。
PPT展示最好是是一个人放PPT，另一个人讲，讲的人一定要控制好时间，不然存在PPT放不完的可能性。
所以提前一点要到答辩会场演示几次，找找感觉。
还有很重要的是
第一，在专家提问时，要镇定不慌张，做到落落大方，不可自乱阵脚，给评委一个好印象。
第二，回答时，简明扼要，有理有据。
事先想一下专家会提什么样的问题，不同的问题队员有所分工，这样不会出乱，也不会答不上来。
专家评委提出的问题主要在于两个方面：
实用化可能遇到的问题（如成本问题、效果等）及我们的作品的可行性。
第三，队员之间有一定的分工，这样会使自己的团队更有效率。
就拿我们此次答辩来说吧，评委是这样评论我们的答辩的：
“你们的想法很新颖，很有创新型，我们很喜欢，但如果你们能更好地回答出我们评委老师提出的实际和刁钻的问题，你们就胜利了。
”的确是这样，我们此次走得不能更远，主要原因是没对许多实际问题做深入的探讨和解答，前期问答环节准备不充分。
4.4赛后反思
这次比赛只拿了二等奖，结果比较遗憾。
分析一下原因，主要在于以下几点：
（1）前期的准备不够充分。
没对许多实际问题做深入的探讨和解答，理论分析这块基本没问题，成本分析不够全面。
没抓住主次，重点应放在答辩上。
（2）答辩发挥不够好。
由于没女生，也不善于演讲和表达，导致作品介绍的不够生动，回答问题也是支支吾吾，没有底气。
这一点，武汉大学就做的比较好，他们做了专门培训，可以说他们的解说简直是声情并茂，深深打动了评委。
（3）确实存在实力上的差距。
个人感觉，同别的学校相比，我们学校在这块确实是刚刚起步，无论是前期准备、参赛过程还是该比赛在学校的影响力都不够，致使我们几乎是从零开始，只是比赛来了就开始学习参加，而并没有连续的培养计划。
据我们了解所知，其他学校都有自己的培训基地，他们都会定期举办与之相关的讲座、校内竞赛等各种活动。
这样当然能够大大培养这方面的人才，在真正参赛时肯定具有先天优势。
4.5后记
通过这次比赛，收获颇多。
它不仅锻炼了我们的动手能力、语言表达能力、组织能力、写文章的能力，开阔了我们的视野，而且还使得我们对所学的知识体会更深、了解更透彻，同时，也给了我们莫大的荣誉，为学校争光，是绝对物有所值的。
附件
“人工包气带”城市建筑温度及微气候调控系统
设计者：
沈继龙、李恭晨、廖敏涵、王兵
指导老师：
王巧焕，何春锋
（东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌330013）
作品内容简介
“人工包气带”城市建筑调温系统，主要用于夏季降温，节约能源，缓解“城市热岛效应”，改善城市微气候，进一步降低我国碳排放。
利用人工模拟包气带蒸发降温，将其多层地安放在建筑物顶和四周，高效地利用立体空间，打破了传统自由液面蒸发面积小的束缚。
利用蒸发和空气对流原理，实现能量交换和空气的更新，营造一个清新凉爽的工作、学习、生活环境。
关键词：
水利用、包气带、土壤蒸发、降温
1．研究背景
在全球气候变暖和城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，城市热环境质量日趋恶化。
改革开放以来，我国城市化进程明显加快，目前已经进入到加速城市化的阶段，我国众多城市已变成火炉，室内降温已消耗大量能源，但室外温度更加恶化，其中的城市“热岛效应”作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义，但城市建筑及微气候调控系统却是问题的关键！
1.1城市热岛效应的概念及危害
城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”，城市中的气温明显高于外围郊区的现象。
图1城市热岛效应示意图
主要危害有：
（1）酷热气温严重影响人们的生活和工作，危害人体健康；
（2）城市地面散发的热气形成近地面暖气团，使得城市烟尘流通受阻、难以扩散，加剧大气污染；
（3）大量污染物在热岛中心聚集，浓度剧增，直接刺激人们的呼吸道粘膜。
影响因素:
蒸发减少、城市下垫面反射降低、绿地减少、人工热源增加。
1.2目前国内研究背景
人工蒸发补偿法：
解决城市大气热污染最好的办法是增大蒸发量
（1）生态植物墙缺点：
成本高，植物不易存活，漏水腐蚀等。
（2）喷雾系统缺点：
受场地和安装条件限制，能耗大，耗水量大。
图2生态植物墙图3喷雾系统
因此，为了给人们营造一个凉爽舒适的工作生活环境，我们小组吸取了目前一些缓解炎热措施的经验，总结经验弥补不足，特设计了“人工包气带”建筑调温系统。
一方面给城市降温，一方面缓解城市热岛效应。
2.设计原理
2.1理想实物图
图4-1理想“人工包气带”建筑（整体）
图4-2理想“人工包气带”建筑（局部）
主要结构构造
1——雨水收集和储存室，用于给屋顶和四周墙壁的“人工包气带”不断补给水资源。
2——分水管道，它把每一块“人工包气带”连着起来，再分别把水传输到其中。
3——“人工包气带”，主要由不同粒径的沙石土壤组成，中间夹杂着供水网，由供水网从中央供水，通过毛细力，水向两侧扩散，然后进行蒸发。
4——输水阀门，用于控制输送到“人工包气带”的水量，可调节蒸发量，从而控制降温幅度。
5——输水管道，用于多余的雨水排泄，和“人工包气带水”中水的循环更新。
2.11“人工包气带”构造
图5“人工包气带”侧面剖面图
图5为单块的“人工包气带”侧面剖面图，它由以下几部分组成：
为供水网，它把分水管道输送来的水从中间向四周扩散，主要依靠毛细力和重力。
分别为粗颗粒的石英砂和细颗粒的石英砂（由中间到两侧粒径逐渐变小，这样可使得两侧土壤毛细力大于中间，保证充足的水运送到表面进行蒸发。
）
为分隔网，它把不同粒径的石英砂隔开，并固定各层石英砂。
为加固网，它附于“人工包气带”最外侧，多孔且坚固，用于固定石英砂不让其外漏，本身作为蒸发表面。
为供水管入口，水通过这个管口注入包气带中，且它带有阀门，可控制注入水量。
2.2理论依据
2.21土壤蒸发
我们小组为何考虑土壤蒸发呢？
因为它比一般的液面蒸发和植物蒸腾更有优势。
当土壤含水量接近饱和时，由于不规则的土壤颗粒构成了较大的总的蒸发面，蒸发机会比水平面积相同的自由水面的蒸发机会多。
土壤表层3～5厘米范围内含水量对蒸发起决定性作用，往下影响较小。
地下水埋深小，潜水位经常保持在毛细管作用范围内，则土壤含水量能持久地得到补充，蒸发均匀。
蒸发量在0.05g/s*m时，大气平均降温达7℃。
图6土壤蒸发与土壤含水率关系
从图6可以看出—在供水稳定下，土壤包气带蒸发也处于稳定和最高状态，在充分供水条件下，土壤蒸发量略大于同气象条件下的水面蒸发量，这是由于水的热容量大于土壤，以至于同气象条件下，土壤增温比水体要快，因而蒸发量也大。
2.22土壤渗透及毛细现象
之所以设计成中间为粒径较大土壤颗粒，两边粒径较小的土壤颗粒，是因为在层状性土壤中，土层交界处的孔隙状况明显地与均质土壤不同，当土壤质地呈上轻下重时，交界附近的孔隙呈“酒杯”状，反之，则呈“倒酒杯”状。
由于毛管力总是使土壤水从大孔隙体系向小孔隙体系输送，所以“酒杯”状孔隙不利于土壤蒸发，而“倒酒杯”孔隙则有利于土壤蒸发。
图7土壤层次与孔隙形状
达西定律
K——饱和导水率（渗透系数），cm/s；Q——流量，渗透过一定截面积S（cm2）的水量，mL；L——饱和土层厚度，渗透经过的距离，cm；S——渗透筒的横截面积，cm2；
t——渗透过水量Q时所需的时间，s；h——水层厚度，水头（水位差），cm
从达西定律可以看到，通过某一土层的水量，与其截面积、时间和水层厚度（水头）呈正比，与渗透经过的距离（饱和土层厚度）呈反比，所以包气带厚度越小，渗透的水量就越大。
所以我们小组，在“人工包气带”中间用供水网给包气带呈面状供水，扩大供水面积，利于水均匀平稳的扩散，通过毛细力到达蒸发表面，进行稳定土壤蒸发。
2.3模型及工作流程
模型图
图8“人工包气带”建筑模型
工作流程：
组装好模型（悬挂上人工包气带，连接好橡皮导管）→往集水箱中注入适量的水
→打开止水夹，控制缓慢地适量的输出水量→待水湿润所以包气带，关小止水夹，保持小而稳定的输出量→将模型装置至于太阳光下，或高温下进行土壤蒸发（模拟酷热的夏季）→一段时间后，对比模型建筑内外的温度差异
3、创新特色
该创意从当前全球严重的城市热岛效应问题出发，结合我国节能减排政策，把易忽略的包气带运用于城市建筑降温，改善城市微气候，是一种简单而又高效的方法。
目前人们为缓解室内高温和“城市热岛效应”采取了很多方法，如空调，水帘降温，植物生态墙，喷雾降温。
但也存在许多问题，如大多都有高耗能或高耗水问题，一边缓解室内高温，一边又增加人工热源使得“城市热岛效应”更强烈，难以从根本解决问题。
而“人工包气带”建筑调温系统，是一种生态的降温体系，它利用自然原理，道法于自然。
它比目前常用的降温装置更加节能环保，耗能超低。
可随意拆卸更换，具有灵活性。
能给整个建筑降温，整体性较强，降低城市“热岛效应”的危害。
不受场地和空间限制，使用寿命长。
维护简单，可随意拆卸和安装，又有较强的灵活多变性。
有较强的实用性和推广性，将来有较大的发展空间。
4、应用前景
1.可运用于各种城市建筑和城市降温，节约能源，创造舒适环境
2.缓解城市热岛效应，缓解城市空气污染问题
3.缓解温室效应
参考文献
[1]芮孝芳.水文学原理.北京：
水利水电出版社，2004.8
[2]裴步祥.蒸发和散发的测定与计算.北京：
气象出版社，1989
[3]刘鹤年.流体力学.第一版.北京：
中国建筑工业出版社，2001
实物以现场模型为准
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