顾明3陆≡非猿蒲吩睾绳卧睾善妆嘀频姆治黾凹扑愠绦颍

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1、科研项目1.“复杂单体及群体建筑的风振理论及控制”，国家自然科学基金95重大项目专题（编号：59895410 ）， 1998 20022.“大型土木结构的风致振动的理论和应用研究”，国家杰出青年科学基金资助项目（编号：59725818 ）， 1998 2001 ，入选“国家自然科学基金资助项目优秀成果选编（三）”。3.“斜拉桥拉索风雨激振的机制和分析方法研究”，国家自然科学基金面上项目（50178049 ）， 2002 20044.群体超高层建筑的风荷载和响应的干扰研究，教育部博士点基金，2000 20025.65t 65m集装箱起重机体型系数试验和斜撑杆风振分析，国家经贸委重大技术装备创新项

2、目（02-zz-31, 批准号：国经贸技术 2002 843 号）， 2002 20036. 国家自然科学基金创新研究群体科学基金（50321003 ） 主要学术带头人之一， 2004 20067. 紊流风场中气动参数识别的随机方法和试验研究，（负责人：秦仙蓉）国家自然科学基金青年基金（50308022 ）， 2004 20068.上海铁路南站风荷载及静、动力响应研究，铁道部2002 年科研计划，2002 20039. 河南艺术中心风荷载试验研究，PETROFF PARTNERSHIP ARCHITECTS, CANADA,200410.Rain-wind induced vibration

3、of cables in cable-stayed bridges ，香港 RGC项目（第三负责人），1998 200111.厦门建行大厦抗风研究；12.上海花旗（集团）大厦风荷载研究；13.上海世茂大厦风荷载及天线风致振动研究；14.杭州六堡实验基地模型实验大厅；15.全国第 5届城市运动会游泳跳水馆；16.浙江省海宁市体育馆风荷载试验研究；17.北海机场航站楼模型风洞试验；18.大连快轨三号线车站风荷载试验研究；19.上海东方艺术中心风荷载试验研究；20.武汉华中科技大学体育馆模型风洞试验；21.三亚美丽之冠文化会展中心风荷载试验研究；22.常熟市展览中心风荷载试验研究；23.福建莆田体育

4、场刚体测压模型和气动弹性模型试验以及结构响应分析研究；24.南京奥林匹克体育中心主体育场全结构气弹模型试验研究；25.上海国际（ F1）赛车场膜结构工程风荷载研究；26.哈尔滨体育场风荷载模型试验研究；27.常熟市体育中心体育场和游泳馆模型试验研究；28.南昌市昌南客运站客运大楼模型测压风洞试验。主要获奖情况（共 8项，这里列出省部及而等奖以上的四项）1.大跨桥梁风致振动控制的理论研究，国家教委科技进步（甲类）一等奖，1994；2.黄浦江南浦、杨浦大桥抗风性能研究，上海市科技进步一等奖，1994;3.大跨桥梁风致振动控制的理论研究，国家自然科学四等奖，1995;4.大型结构风致振动控制的理论和

5、应用，中国高校科学技术二等奖，2002指导毕业研究生情况：博士研究生（ 1）叶丰，高层建筑顺、横风向和扭转方向风致响应及等效静力风荷载研究，2004（ 2）杜晓庆，斜拉桥拉索风雨激振研究，2004（ 3）周晅毅，大跨度屋盖结构风荷载及风致响应研究，2004（ 4）朱川海，大型体育场主看台挑篷的风荷载特性与风致响应研究，2004（ 5）李寿英，斜拉桥拉索风雨激振机理及其控制理论研究，同济大学博士学位论文，2005（ 6）黄翔，悬臂弧形挑篷风荷载和等效静风荷载研究，同济大学博士学位论文，2005（ 7）洪小健，高层建筑的风振作用和地震作用比较研究，同济大学博士学位论文，2005硕士研究生：（ 8）

6、罗 攀，基于标准模型的风洞试验研究，2004（ 9）许树壮，紊流场中桥梁结构气动导数识别的理论及试验研究，2004（ 10） 张红星，高层建筑顺风向静力等效风荷载实用计算方法研究，2004（ 11） 潘 方，斜拉桥拉索风雨激振稳定性及响应研究，2005（ 12） 王勇军，集装箱起重机风荷载及风振研究，2005（ 13） 叶孟洋，大跨度干煤鹏结构风载风洞试验研究，2006（ 14） 栾桂汉，高层建筑围护结构的风压与阵风系数的研究，2006谢壮宁博士论文典型群体超高层建筑风致干扰效应研究获2005年上海市优秀博士论文，2006年全国优秀博士论文提名奖。博士后研究人员：（ 1） 李加武（ 2004-

7、2006 ），大型结构的雷诺数效应研究；（ 2） 祝志文（ 2005-2007 ），桥梁气动参数 CFD模拟的新方法；（ 3）张爱社（ 2006-2008 ），膜结构气动弹性的数值模拟方法.（ 4）其中两人获得百篇全国优秀博士论文奖，一人或上海市优秀博士论文奖。(1)张若雪（ 1995-1998 ），桥梁气动参数的识别，作为副导师指导该论文获2000 年全国百篇优秀博士论文奖；(2)周 印（ 1995-1998 ），高层建筑静力等效风荷载和响应的理论和实验研究2002 年全国百篇优秀博士论文奖；(3)陈甦人（ 1997 2000），考虑参数不确定性及多模态气动耦合的桥梁风致振动控制系统的研究，

8、获2003年上海市优秀博士论文奖；(4)谢壮宁（ 1999-2004 ），典型群体超高层建筑风致干扰效应研究，2005年全国百篇优秀博士论文提名奖（同时获上海市优秀博士论文奖）本课题组主要项目情况（2004-2006 ）：（ 1）“斜拉桥拉索风雨激振的机制和分析方法研究”，国家自然科学基金面上项目(50178049) ， 2002 2004（ 2）紊流风场中桥梁气动参数识别方法研究，国家自然科学基金面上项目（50308022 ）， 2004-2006（ 3）斜拉桥拉索风（雨）激振控制及配套产品开发研究，上海市科学技术委员会科研计划项目，2003.12-2005.12（ 4） Wind Resi

9、stant Design System for Buildings in Urban Area and Wind Hazard Mitigation System, Academic Frontier Project supported by Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (Japan), 2005.4-2008.3（ 5）上海浦东机场二期航站楼风荷载试验和分析研究，2005.3-2005.12（ 6）广州新电视塔第二阶段风洞试验研究，2005.12-2006.12（ 7）广州新电视塔天线桅杆风洞试

10、验研究，2006.4-2006.12（ 8）上海光源工程主体结构风荷载和风致振动研究，2005.1-2006.1（ 9）华能玉环电厂栈桥工程和干煤棚风荷载研究，2004.11-2005.12（ 10）北大（奥运）乒乓馆风荷载试验研究，2005.4-2005.12（ 11）大连期货广场风洞试验、风振响应和等效静力风荷载研究，2004.9-2005.6（ 12）北京首都机场 T3 航站楼和交通中心风荷载研究，2004.6-2005.6（ 13）泉州市海峡体育中心体育场、体育馆风洞试验、风致响应及等效静力风荷载研究，2005.10-2006.10（ 14）中国航海博物馆风洞试验、风致响应及等效静力风

11、荷载研究，2005.11-2006.11（ 15）奥运观景塔风荷载试验及风效应计算，2006.5-2007.5（16）北京南站项目风荷载试验研究，2006.4-2007.4研究工作主要进展和成果1. 复杂单体超高层建筑风荷载和响应研究对超高层建筑顺、横、扭三个方向上的风致响应及静力等效风荷载进行了系统深入研究，建立了高层建筑风致响应及静力等效风荷载的计算体系。主要工作包括：1.1 用高频动态天平方法研究典型高层建筑的横风向荷载用高频动态天平技术在规范规定的四类风场中对15个典型超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验，研究了横风向无量纲基底弯矩谱及基底弯矩系数和基底剪力系数的变化规律。根据试验结果，

12、提出了以折减频率、建筑高宽比、宽厚比及风场类型为参数的无量纲基底弯矩谱拟闭合公式和基底弯矩系数及基底剪力系数的公式。这些公式比目前日本规范中给出的公式(日本规范中的公式是目前所有各国规范中的最好的) 具有更宽的适应面和更高的精度。论文发表在国际著名风工程期刊上。审稿人论文的评价：“I would like to show my respect to theauthors great efforts to propose a new formula for the across wind force on tall buildings ”。1.2 用同步测压方法研究典型高层建筑的顺、横风向和扭转

13、风荷载（1）对十个典型超高层建筑刚性模型在四类风场中进行了同步测压试验（计500多个试验工况），研究了各种高层建筑在紊流风场中表面风压分布的基本特性，考虑了风向角、建筑物高度、截面形状、风场等对风压系数和三分力系数的影响，给出了不同截面形状高层建筑的最不利风向角下的三分力系数及其偏导数。（2） 将超高层建筑顺、横、扭三个方向上的风荷载归结为三种激励分量(顺、横向紊流和尾流激励)共同作用的结果，定量分析了超高层建筑横风向荷载机理。在此基础上给出了脉动激励中各分量的力系数、形状函数以及归一化的激励谱的计算公式。（ 3） 建立了结构顺、横、扭三个方向的风致运动方程，并根据脉动风致响应的特性给出了背景

14、和共振响应的计算方法。细致研究了尾流激励对响应的贡献，得到了一系列新的结论。这一工作对认识高层建筑的风荷载机制具有重要的作用。1.3 高层建筑气动阻尼研究自行设计了高层建筑多自由度可调参数气动弹性模型，深入研究了横风向及顺风向气动阻尼随折减风速、结构阻尼比及风场类型等参数的变化规律和作用机制，提出计算高层建筑气动阻尼的新的表达式。论文发表在国际著名期刊上。1.4 高层建筑风致响应和等效静力风荷载研究（ 1）基于本课题组前期研究成果（特别是MGLF 方法），以及本项目中应用高频动态天平技术获得的典型超高层建筑的横风向无量纲基底弯矩谱及基底弯矩系数和基底剪力系数，建立了高层建筑横风向响应和等效静力

15、风荷载的新的计算方法。（ 2）系统研究了高层建筑三维风致响应和等效静力风荷载的计算方法，提出了计算总等效风荷载的四种方法（ GGLF 、 GIWL 、 GMGLF 、GSGLF 法），并分析了各自的适用性。分析了建筑物截面形状、高宽比、长宽比、一阶振型指数、一阶阻尼比以及风场等重要参数对响应和等效风荷载各种组合方法精度的影响。在此基础上，进一步提出了高层建筑等效风荷载的简化分析方法。多篇关于等效静力风荷载的论文被国际著名学者多次在综述论文和技术论文中引用。有关论文被 Minimum Design Loads for Buildings and other Structures引用。2005AS

16、CE2超高层建筑的风和地震作用效应的比较及组合（本研究得到李杰教授的协助）直至目前，研究人员一般外分别研究建筑结构抗风和抗震理论和方法，几乎没有研究风和地震作用效应的比较及组合效应。本群体认为，这一研究对超高层建筑在更高层次上的防灾设计有重要的理论和实用意义。（ 1）对刚性地基上超高层建筑的风和地震作用的效应进行了比较研究。按照规范方法，建立了主要力学指标的比较方程，给出了我国典型地区风和地震效应的参考标准；分析了双向地震动作用和考虑了横风向响应条件下的总作用比较；除了分项指标比较外，还采用 AHP 方法进行综合比较评估。所得结论对超高层建筑的抗震抗风设计具有重要参考价值。（ 2） 考虑土 -

17、结构相互作用效应的超高层建筑的风和地震作用效应的比较研究。建立了群桩振动方程；基于群桩振动方程，按照干扰荷载分散及干扰效应综合的思想推导了群桩阻抗方程；针对规则布置的群桩，给出了实用的自由度凝聚方法，提出了对耦合方程组进行求解的方法，给出了群桩阻抗求解的新方法。在此基础上，提出了考虑上部结构荷载相关性的 SSI方程组的近似求解方法 , 详细分析了各类参数对土结构作用效应的影响 , 获得了风和地震作用下土结构作用效应的一般规律。（ 3） 高层建筑与高柔结构抗风设计中地震作用组合问题的研究。基于全概率公式给出了高柔结构抗风设计时，考虑地震作用组合的概率分布表达，计算了风和地震组合后的总荷载概率分布

18、。建议了高柔结构抗风设计中地震作用的参与组合系数。3群体高层建筑的干扰效应群体超高层建筑风致干扰效应的研究具有重要的理论和实用价值。但目前国际上绝大多数研究均集中在两个建筑物间的风致干扰效应研究上，很少三个建筑物间干扰效应（即两个施扰建筑，一个受扰建筑）的研究报道。本研究采用高频底座力天平技术和脉动测压方法，系统研究了三个高层建筑间整体的静力、动力干扰效应和结构典型位置处的风压系数在受扰后的变化规律的研究。试验达七千多种工况。这是迄今为止国际上相关研究中最大规模的试验，获得的试验数据最为丰富。（ 1）在测试方法上，为提高试验效率，合作研制了一种新型的“压差式动态风速测量装置” （获实用新型专利

19、）。该装置比传统的热线风速仪使用方便，并可达国外先进热线风速仪的精度。设计了一套可大大提高试验效率的施扰模型移动轨道系统。此外，针对研究所遇到大量试验工况和需处理的海量实验数据问题，开发了一个集成神经网络建模、统计分析、谱分析、相关分析和进行测压管路动态信号畸变修正等功能的专用程序，数据库技术也被用于对试验分析结果的存储和管理。（ 2）首次将相关和回归方法应用于群体建筑干扰因子 IF 分布的分析，提出了有效的定量表示方法来描述三个建筑物间干扰效应的分布，解决了三个建筑物间干扰效应 IF 分布难以表示的难点，得到了一系列反映两个和三个群体高层建筑间风干扰特性的新结论。得到的若干定量结果便于为规范

20、修改时所采用。系统性的研究也澄清了已有文献中提出的一些片面和错误的结论。此项工作突破了长期以来该研究在进行参数分析时多采用定性而非定量方法的瓶颈，大大简化了群体建筑干扰研究结果描述的繁杂性，使得受扰建筑结构的风荷载取值变得简洁和合理，为规范应用创造了条件。（ 3）根据海量试验结果总结了群体建筑干扰效应的规律，给出了用图表或公式表示的干扰效应结果。有关成果已被编入上海市高层建筑钢结构设计规程。多篇论文发表在国际著名期刊上。其中，发表在Journal Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 的论文受到评审人高的评价。一位认为“这篇论文有原创性（ o

21、riginal ）贡献”；另一审稿人认为：提出 EIF 和 RIF 的概念和方法，为干扰效应这一复杂的问题提供了一个更好的研究平台。4. 大空间结构的风荷载实验方法和响应分析方法大跨度屋盖结构风荷载时空分布非常复杂，且结果模态密集、耦合严重，其风荷载和响应研究很困难，是结构风工程研究的热点问题。系统建立了空间结构的抗风研究的试验和理论分析方法，具体内容如下：（ 1）获取屋盖表面风压特别是风压相关性的方法研究。对刚性模型测压试验技术多通道测压管路进行了系统研究。基于电路传输线理论，推导了可用于并联管道的耗散模型方程，对影响测压管路系统频响函数的参数进行了分析，对测压管路系统进行了优化设计。除了试

22、验技术的改进外，还提出了用神经网络方法预测未知点风压信息的方法。以上方法已编入相关计算软件，在很多基础研究和重大工程中应用。（ 2） 大跨度屋盖结构风致抖振响应计算方法的研究。提出了基于非定场荷载试验的结构风致抖振的频域方法，并编制了动力计算程序 SWDP 。以重大工程为背景，对大跨空间结构的风致响应特性进行了细致的参数分析，得到了重要结果，澄清目前的一些模糊甚至错误的认识。（ 3）大跨度屋盖结构静力等效风荷载的研究。根据结构风致振动的特点背景和多个模态的共振响应一般均不能忽略、应考虑模态之间的耦合影响等，提出了用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。在此基础上，用LRC法和考虑模态耦合系数

23、的惯性风荷载法相组合来表示大跨度屋盖结构的静力等效风荷载。将著名风工程专家Holmes教授提出的方法推进了一步。（ 4）通过风洞试验和数值模拟方法，系统深入研究了体育场悬臂弧形挑篷的风荷载。设计具有一般性的悬臂弧形挑篷模型代表常见的挑篷形式，利用同步测压技术、频域分析方法、数值模拟和小波分析方法研究了弧形挑篷在不同参数下风压分布特征（试验工况 752 个），对一般悬臂弧形挑篷的风荷载的分布特征有了深入认识。在此基础上，提出了场弧形挑篷风振响应的极坐标方法。极坐标方法比在直角坐标中能更为清晰地表达非定常风荷载特性，计算过程也更为简洁。系统研究了悬臂弧形挑篷风致响应及等效静风荷载。首次导出了悬臂弧

24、形包含平均荷载、背景和共振响应对应的等效静风荷载的公式。获得到的悬臂弧形挑篷等效静风荷载完整形式能够应用于一般悬臂弧形挑篷的设计和编制规范参考。（ 5）成功进行了两类典型体育场挑篷结构的气弹模型风洞试验研究。（ 6）以上方法和 SWDP 程序已应用于上海铁路南站工程、北京机场扩建工程、上海浦东机场扩建工程、中国航海博物馆、上海光源工程等一大批重大工程的抗风研究。5斜拉桥拉索风雨激振机理斜拉桥拉索风雨激振是 1998 年国际桥梁空气动力学会议上确定的 4个重要研究方向之一。这一问题涉及气体、固体和液体三态之间的耦合，非常复杂，其荷载和响应机制至今尚未澄清。（ 1） 成功进行了模拟降雨条件下斜拉桥

25、拉索风雨激振试验（国内外很少类似成功试验），并进行了细致参数研究，获得了重要的基础资料。（ 2） 设计了一套新可方便调整带人工水线拉索模型参数的同步测压试验装置，对带人工水线的三维拉索模型进行了表面风压的测量。获得了倾斜光圆柱体拉索模型、斜/偏光圆柱体拉索模型、倾斜带人工水线拉索模型和斜/偏带人工水线拉索模型上的表面压力分布；拟合得到了带人工水线三维拉索模型的气动力公式；在国际上首次测量了上水线表面的压力分布，拟合给出了水线气动力公式。同时，采用CFX5.5 软件平台计算了多种状态下拉索和水线的气动力。（ 3） 根据带人工水线拉索模型同步测压的试验结果，建立了三维刚性节段拉索和三维弹性拉索风雨

26、激振运动水线理论模型。与以往研究不同的是：（ a）采用库仑阻尼力和线性阻尼力来模拟水线和拉索表面之间的作用力；（b）根据水线的气动力建立了水线的运动方程，并求解其运动，而不是人为设定水线的运动状态。与人工模拟降雨条件下拉索风雨激振的试验结果的比较，证实了本研究提出的理论模型的可靠性。最后，提出了基于准定常理论的拉索风雨激振机理的一个新的解释。这一解释得到了国际学术界的认可。（ 4） 基于准定常理论，建立了拉索风雨激振稳定性的理论模型，导出了其稳定性判别准则。当水线静止时，该准则即为著名的 DenHortog 驰振判别准则；当水线运动时，判别准则可反应水线运动对拉索稳定性影响。在国际上首次进行了

27、运动水线拉索模型的动力学试验，验证了拉索风雨激振稳定性理论。我们的这一研究在国际上形成了自己的特色，多篇论文在国际著名学术期刊上发表，多次被国际著名学者在国际学术大会主题报告和期刊综述论文重点引用。成果还应用于南京长江二桥等拉索风雨激振的控制，取得了显著的效果。6. 桥梁气动导数识别方法桥梁气动导数和气动导纳是桥梁抗风研究的重要基础性工作。课题组长期以来一直将这一问题作为重要研究方向。在过去工作的基础上，近 3年内，课题组进行了以下研究。6.1 桥梁气动导数识别方法研究（ 1）首次提出根据紊流风场中桥梁节段模型的稳态响应同时识别桥梁气动导数和导纳的思路，建立了随机子空间方法识别气动导数和导纳的

28、方法。对薄平板的气动导数进行了数值仿真研究，并将仿真获得的气动导数结果和经典理论解进行对比，初步验证了该方法的正确性。（ 2）在紊流风场对平板模型和柳州红光桥（典型钝体主梁）的节段模型进行风洞试验，获得模型的稳态随机响应，并用本研究提出的随机子空间方法识别了模型的气动导数和气动导纳。并将平板模型的识别结果和理论解进行对比。研究结果表明，本研究提出的方法有以下优点：（ a）桥梁气动导数识别过程更为简单。本方法只需测量紊流风场中桥梁节段模型的稳态响应，而无须初始激励装置，以及传统方法中采用动态天平测量脉动风力来识别气动导纳的方法。（ b）模型运动更符合实际桥梁的运动状况，识别过程抗噪声能力强，识别

29、结果精度高。我们的这一研究在国际上形成了自己的特色，多篇论文在国际著名学术期刊上发表或被接受。成果应用于很多大桥的抗风研究中应用。6.2 风雨共同作用下桥梁气动导数的研究目前，桥梁结构气动导数识别均是在均匀风场或紊流风场中进行，而没有考虑暴雨的作用。在实际中，强风（特别是台风）一般总伴随着暴雨。那么，在强风和暴雨共同作用下，桥梁气动导数和仅在强风作用下有什么不同？桥梁结构的风振特性有如何？ 我们首次对这一问题开展了研究。采用前述研究中建立的识别桥梁气动导数的随机子空间方法，在模拟风雨共同作用的条件下，对一薄平板模型进行了试验，识别了气动导数，并将结果和无雨有风时的气动导数进行了对比。初步研究结

30、果表明，风雨共同作用下平板结构的气动导数明显不同于仅有风作用的结果。这一新发现值得研究人员和工程技术人员的重视。7结构风荷载和响应的数值模拟结构风荷载和响应的数值模拟（最终目标为数值风洞）是结构风工程领域中极具前景的研究方向。本研究的工作以基于雷诺平均模拟（ RANS ）方法进行钝体绕流的数值模拟研究展开。选取 CAARC 高层建筑模型和 TTU 低矮建筑模型两类影响广泛标准建筑模型，考察了数值模拟钝体绕流场中各种参数对计算结果的影响。最后探讨了柔性建筑结构气动弹性问题的数值模拟方法。主要工作有：（ 1）本研究以计算风工程中的标准k模型为例，基于湍流平衡态假设，从标准k模型控制方程出发，推导了

31、一类近似满足模型控制方程的湍动能表达式。并将推导的湍动能边界条件与风工程数值模拟中应用较广的一类湍流边界条件进行了比较，用数值模型验证了本研究推导的湍动能表达式，在标准 k 模型中模拟均匀大气边界层的适用性。这对基于 RANS 方法进行风工程数值模拟的研究中如何给定适当的湍流来流边界条件提供一种方法。（ 2）选取 CAARC 高层建筑模型和 TTU 低矮建筑模型这两类有代表性的国际标准模型为对象，计算了这两类模型浸没在大气边界层中的三维定常绕流风压场。得出结论认为：在众多影响因素（包括湍流模型，对流项差分格式，近壁面网格尺度及网格布置形式，以及流域设置等）中，湍流模型对计算结果起主要影响。同时

32、对风工程风洞试验研究中遇到的缩尺效应问题进行了较详尽的数值探讨，说明了在缩尺效应中平均风速剖面和湍流水平这两类因素分别所起的作用。（ 3）基于弱耦合分区求解算法，在 Compaq Visual Fortran 6.5 环境下搭建起流固耦合数值模拟程序平台 FSI3D 。程序采用模块化编程思想，其中 CFD 和 CSD 分析模块以及中间数据插值模块保持相对独立，通过后台调用方式集成在整个平台中。并选取 2D方柱涡致振动及柔性高层建筑在大气边界层风场中发生的气动弹性现象等结构抗风中典型流固耦合问题为数值算例验证了程序的适用性。8理论研究成果在重大工程中的应用我们一直重视理论成果在重大工程中的应用，解决重大工程设计中的关键技术问题。3年中，我们将高层高耸结构及大跨空间结构抗风理论和方法的研究成果，应用于北京首都机场扩建工程（45万平方米巨型结构）、上海浦东国际机场二期工程（ 45万平方米巨型结构）、 2008 奥运会乒乓馆、上海光源工程主体结构（我国重要科技平台）、广州新电视塔（ 610米高，世界第一）、大连期货广场、中国航海博物馆、北京铁路南站、奥运景观塔、上海环球金融中心（ 490米超高层建筑） 等 20多个重大工程。