世界工程科技领域前沿问题与发展趋势

世界工程科技领域前沿问题与发展趋势

本文摘自《世界主要国家工程科技重大计划与前沿问题综述》

1. 智能、绿色、高效技术发展推动化石能源清洁化、新能源经济化、能源服务智能化

煤炭开发向安全、高效、绿色、智能开采方向发展，煤炭利用朝着高效、节能、节水和清洁方向发展。非常规油气和海洋深水油气成为世界油气储量与产量的新增长点，油气资源勘探开发向海底化、智能化、复合化方向发展。核电发展更加强调安全性和可持续性。可再生能源的技术研发向大型化、高效低成本方向发展，而可再生能源利用则是朝着多能互补、冷热电联产与综合利用方向发展。电力工程技术发展特征是安全可靠、经济高效、智能开放，构建智能电网，发展大规模可再生能源接入技术、融合分布式可再生能源的微电网技术、直流电网或交直流电网模式。非能源矿业向实现深部资源的安全开采和高效回收方向发展。

2. 着眼环境质量对人类健康的影响，全球全过程复合污染控制与生态协同修复成为趋势

当前，世界范围不同阶段、不同层面、不同特征的环境生态问题共存，既有重工业发展区域面临的传统重工业污染及新型污染、多重复合型污染问题，也有工业化区域面临的生态

环境深度改善及全球化环境改善难题。削减源头污染、清洁生产成为改善环境质量的关键，复合与新型污染物高效深度处理是解决点源及部分面源污染问题的关键，大区域、流域生态与土壤修复大面积展开，环境基准与人体健康影响研究成为关注焦点，大尺度环境监测及快速预警应急技术得到快速发展。

3. 信息技术亟须突破计量、感知、计算和使能技术与体制瓶颈，大力推进泛在智能和移动互联网

当前，以测量、通信、计算为三大支柱的信息电子技术在精度、速度、广度、深度等方面的要求越来越高。新一代计量基标准和高精度测量技术长足发展，感知技术趋向体制革新、高性能与智能化，使能材料和器件技术的发展促进工业不断升级，网络与通信技术呈现“千亿级人—网—物三元互联”，计算技术向超高性能、超低功耗、超高通量和多计算范式等方向发展，软件技术向高智能、高聚合、高适应方向发展。

4. 材料发展呈现结构功能一体化，材料器件一体化、纳米化与复合化，支撑产品功能创新和性能优化

世界各国高度重视新材料的创新研发，力图在新能源材料、节能环保材料、纳米材料、生物材料、医疗和健康材料、信息材料等领域的未来国际竞争中抢占一席之地。新材料不断更新换代，硅材料发展推动微电子芯片集成度及信息处理速

度大幅提高，成本不断降低；碳化硅、氮化镓宽禁带材料为新一代射频高能效、高功率器件开辟了广阔的市场前景；低温共烧陶瓷（LTCC）技术的研究开发取得重要突破，大量无源电子元件整合于同一基板内已成为可能。此外，变革新材料研发模式逐渐成为关注的重点。

5. 制造技术与信息技术深度融合，推动装备制造智能化

人工智能、物联网与自动化的融合为传统制造业赋予了新能力，人工智能与机器人逐渐得到广泛应用，增材制造开创生产和商业的新模式，仪器仪表向小型化、多功能、智能化方向发展，共同促进了以生产网络化、智能化为标志的第四次工业革命的发展。

6. 流程工业聚焦低碳、循环、减量、高效，广泛建立生态工业链接，发展智能工厂

流程工业正在向绿色化、生态化方向发展，通过建立广泛的生态工业链接，减少化石燃料消耗和污染物排放，通过智能化工程，不断提升流程工业的效率效益。未来，流程工业各行业将进一步调整企业结构、流程结构、资源结构、耗能结构，提高能源效率，实现节约化和高效化生产。

7. 瞄准低能耗、高可靠、绿色化与智能化，发展智慧城市和高品质、强安全基础设施

当前，人类社会已真正进入“城市世纪”，绿色建筑设计和城市设计得到广泛关注，智慧城市成为世界主要经济体城市

发展的新引擎；新型结构体系不断涌现，工程结构的可靠性、耐久性及全寿命设计理念得到初步实现；水安全保障体系呈现出全球化、多元化趋势，智慧水系统和水资源再生技术得到了持续关注。

8. 构建主动控制型综合交通系统，推动运载工具智能化、交通设施智慧化、管理服务协同化

在“绿色、智能、泛在”为特征的群体性重大技术变革之下，交通运输成为大数据、云计算、移动互联网、智能制造、新能源和新材料等新兴技术的重点应用领域，交通运输工具向节能环保、高效智能、安全便捷的方向发展，高速铁路技术创新主题由功能设计逐步转向结构运营安全保障、运营品质提升与维护，网联化、协同化和智慧化的综合交通体系正在逐步形成，精准、实时、高效的交通应急搜救与安全保障体系也得到日益重视。

9. 海洋空间探测与应用技术向更广、更深、更精方向发展

海洋空间仍然是世界主要国家竞争的战略制高点。世界主要航天国家正在推进高可靠、高效费比的天地往返运输能力建设，支撑载人航天与深空探测发展，面向空间信息的高效泛在应用，构建天地一体化卫星应用与服务体系。海洋环境立体综合观测与智能服务系统得到广泛关注，海洋资源勘查及开发走向多样化、精准化并向深远海方向发展，海水资源和海洋能高效综合利用技术攻关方兴未艾。

10. 生物与信息技术推动农业绿色革命，大力发展精准化、集约化、高值化农业生产技术

现代农业生物技术、信息技术迅猛发展，成为现代农业发展的重要引擎。新的绿色革命推动传统农业技术改造升级，包括生物化、信息化、无害化、循环化和标准化等方面，发达国家围绕农业生产精准化、集约化、高值化已开始了新一轮的战略部署。种质资源保护与创新成为世界各国的前瞻性战略，生物基因组学成为国际种业竞争制高点；世界各国十分重视重大动物疫病及人畜共患病的影响，发达国家在生物技术防控动植物重大疫病方面处于引领地位；农业资源高效利用、循环经济及生态环境保护技术成为国际关注焦点；智慧农业工程科技的发展已成为国际上现代农业技术发展的前沿；全球农产品加工向多领域、多梯度和高科技方向发展。

11. 健康优先、预防为主，推进精准医学、再生医学、药物创新研究，提升医疗卫生信息化水平

21 世纪以来，医学研究更加注重对人类健康的研究，从而使以“治病救人”为导向的诊疗医学向“防病健身”的预防医学方向发展。慢性病防控已经成为全球战略行动，新发传染病防控及诊治技术是国际社会长期关注的热点；组学与大数据分析推动了个体化医学、整合医学的发展；再生医学正成为生命科学和临床医学研究重点，有望为人类难以治疗的疾病带来福音；认知与行为科学研究为精神疾病和神经疾病