全球工程前沿

目录 前言1 01第一章研究方法3 1.1工程研究前沿遴选5 1.1.1论文数据获取与预处理51.1.2论文主题挖掘51.1.3研究前沿确定与解读61.2工程开发前沿遴选61.2.1专利数据获取与预处理71.2.2专利主题挖掘71.2.3开发前沿确定与解读71.3发展路线图81.4术语解释8 第二章机械与运载工程前沿9 2.1工程研究前沿102.1.1Top10 工程研究前沿发展态势102.1.2Top3 工程研究前沿重点解读15 2.2工程开发前沿252.2.1Top10 工程开发前沿发展态势252.2.2Top3 工程开发前沿重点解读30 03第三章信息与电子工程前沿39 3.1工程研究前沿403.1.1Top10 工程研究前沿发展态势403.1.2Top3 工程研究前沿重点解读46 3.2工程开发前沿573.2.1Top10 工程开发前沿发展态势573.2.2Top3 工程开发前沿重点解读63 第四章化工、冶金与材料工程前沿75 4.1工程研究前沿764.1.1Top11 工程研究前沿发展态势764.1.2Top3 工程研究前沿重点解读814.2工程开发前沿924.2.1Top11 工程开发前沿发展态势924.2.2Top3 工程开发前沿重点解读97 05第五章能源与矿业工程前沿109 5.1工程研究前沿1105.1.1Top12 工程研究前沿发展态势1105.1.2Top4 工程研究前沿重点解读1155.2工程开发前沿129 5.2.1Top12 工程开发前沿发展态势1295.2.2Top4 工程开发前沿重点解读135 06第六章土木、水利与建筑工程前沿147 6.1工程研究前沿1486.1.1Top10 工程研究前沿发展态势1486.1.2Top3 工程研究前沿重点解读153 6.2工程开发前沿1646.2.1Top10 工程开发前沿发展态势1646.2.2Top3 工程开发前沿重点解读169 07第七章环境与轻纺工程前沿179 7.1工程研究前沿1807.1.1Top10 工程研究前沿发展态势1807.1.2Top3 工程研究前沿重点解读184 7.2工程开发前沿1947.2.1Top10 工程开发前沿发展态势1947.2.2Top3 工程开发前沿重点解读198 08第八章农业前沿207 8.1工程研究前沿2088.1.1Top10工程研究前沿发展态势2088.1.2Top3 工程研究前沿重点解读213 8.2工程开发前沿2258.2.1Top11 工程开发前沿发展态势2258.2.2Top3 工程开发前沿重点解读231 09第九章医药卫生前沿2439.1工程研究前沿244 9.1.1Top10 工程研究前沿发展态势2449.1.2Top3 工程研究前沿重点解读249 9.2工程开发前沿2599.2.1Top10 工程开发前沿发展态势2599.2.2Top3 工程开发前沿重点解读264 10第十章工程管理前沿277 10.1工程研究前沿27810.1.1Top11 工程研究前沿发展态势27810.1.2Top4工程研究前沿重点解读28410.2工程开发前沿29810.2.1Top11 工程开发前沿发展态势29810.2.2Top4 工程开发前沿重点解读304 总体组成员313 前言 工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿代表工程科技未来创新发展的重要方向。当今时代，世界之变、时代之变、历史之变正以前所未有的方式展开，新一轮科技革命和产业变革持续深入演进，人类社会面临前所未有的挑战。前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国的共同选择。 为研判工程科技前沿发展趋势，敏锐抓住科技革命新方向，中国工程院作为国家工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构，自2017年起开展全球工程前沿研究项目，每年研判并发布全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，以期发挥学术引领作用，积极引导工程科技和产业创新发展。 2025年度全球工程前沿研究项目依托中国工程院9个学部及中国工程院《工程》系列期刊开展研究工作。研究以数据分析为基础，以专家研判为核心，遵从定量分析与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，凝练获得94个工程研究前沿和95个工程开发前沿，并重点解读29个工程研究前沿和28个工程开发前沿。 为提高前沿研判的科学性，在前七年实践经验的基础上，2025年度的研究工作继续在研究最初阶段完善技术体系，明确九大领域的技术边界和结构，梳理各分支技术之间的关联关系；继续在重点前沿解读过程中利用发展路线图工具，研判重点工程前沿未来5~10年的发展方向和趋势。 本书为2025年度全球工程前沿研究项目的成果，由两部分组成：第一章主要说明研究采用的数据和研究方法；第二章至第十章为机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生和工程管理9个领域报告，分别描述与分析各领域工程研究前沿和工程开发前沿概况，并对重点前沿进行详细解读。 工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。九年来，项目研究聚焦全球工程科技发展的热点和难点，将前沿研究、学术论坛与期刊建设紧密结合，相互促进，逐步探索出一条别具特色的研究路径。工程前沿研究得到了来自我国工程科技界各领域、各机构近千位院士和专家的支持，在此向所有指导工程前沿研究的院士、参与工程前沿研究的专家表示感谢！ 第一章 研究方法 工程是人类借助科学技术改造世界的实践活动。工程前沿指具有前瞻性、先导性和探索性，对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，是培育新质生产力的重要指引。根据前沿所处的创新阶段，工程前沿可分为侧重理论探索的工程研究前沿和侧重实践应用的工程开发前沿。 2025年度全球工程前沿研究采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法，通过专家研判与数据分析深度融合，在9个领域共遴选出94个工程研究前沿和95个工程开发前沿，并重点解读29个工程研究前沿和28个工程开发前沿。各领域前沿数量分布如表1.1所示。 工程前沿研究进程包括四个阶段：数据挖掘、数据分析、专家遴选和专家解读。在数据挖掘阶段，通过对高影响力期刊和会议论文进行共被引聚类分析获得文献聚类主题，对高影响力专利进行共词聚类获得备选工程开发热点。在数据分析阶段，由文献情报专家对各个前沿热点的论文与专利数据进行分析，识别前沿的特征。在专家遴选阶段，通过领域专家问卷调查、专家研讨、专家修正等方式获得最终工程前沿，并绘制重点前沿方向的技术路线图。在专家解读阶段，邀请各工程前沿领域的权威专家，对前沿的研究现状、发展趋势和发展重点进行深入解读。研究实施流程如图1.1所示， 其中绿色部分以数据分析为主，紫色部分以专家研判为主，红色方框为专家与数据多轮深度交互的过程。 1.1工程研究前沿遴选 工程研究前沿遴选包括两种途径：一是基于Web of Science数据库SCI期刊论文和会议论文数据，经数据挖掘聚类形成工程研究前沿主题；二是通过专家提名，提出工程研究前沿问题。以上结果经过专家研判论证、提炼得到备选工程研究前沿，再经过问卷调查和多轮专家研讨，遴选得出9个领域94个工程研究前沿。 1.1.1论文数据获取与预处理 首先构建中国工程院9个学部领域技术体系与Web of Science学科的映射关系，获得每个领域对应的学术期刊和学术会议列表。经领域专家审核与修订后，确定本年度重点分析的9个领域共计12 840本学术期刊和65 558个学术会议。此外，针对84种综合性国际学术期刊，采用单篇文章归类的方法，即根据文章参考文献的主要归属学科来确定相关期刊中单篇文章的研究领域。 针对每个领域的期刊论文和会议论文，参照Web of Science高被引论文确定方法，综合考虑期刊论文和会议论文差别、出版年等因素，筛选出2019—2024年期间发表的被引频次位于前10%的高影响力论文（截至2025年1月），作为研究前沿分析的基础数据集。各领域数据源概况如表1.2所示。 1.1.2论文主题挖掘 基于基础数据集，利用共被引方法对高影响力论文进行聚类分析，获得每个领域的前沿聚类主题，每个聚类主题由一定数量的核心论文组成。其中，2019—2022年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文数量、总被引频次、平均出版年、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得 全球工程前沿 2025 35个不相似的文献聚类主题；2023—2024年出版的期刊论文和会议论文，按照核心论文数量、总被引频次、常被引论文占比依次筛选，每个领域获得25个不相似的文献聚类主题。以上聚类分析中，如果各领域聚类主题有交叉，则递补不交叉的聚类主题，对于没有聚类主题覆盖的学科，按照关键词进行定制检索和挖掘，最终筛选得到9个领域745个备选研究热点（包括相似和不相似主题），如表1.3所示。 1.1.3研究前沿确定与解读 与论文数据处理挖掘同步，领域专家基于专业背景知识,并结合其他综合性科技情报信息，如科技动态、科技政策、新闻报道等进行分析判断，提出工程研究前沿问题，并将其融入前沿确定的每个阶段。 在数据对接阶段，图书情报专家将领域专家提出的研究前沿问题转化为检索式，作为初始数据源的重要组成部分；在数据分析阶段，针对没有文献聚类主题覆盖的学科，领域专家提供关键词、代表性论文或代表性期刊，用于定制检索和挖掘；在专家研判阶段，领域专家对照文献聚类结果查漏补缺，对于未出现在数据挖掘结果中而专家认为重要的前沿进行第二轮提名，图书情报专家提供数据支撑。最终，领域专家对数据挖掘和专家提名的工程研究前沿素材进行归并、修订和提炼，而后经过问卷调查和多轮会议研讨，每个领域遴选出10余个工程研究前沿。 工程研究前沿确定后，各领域依据发展前景、受关注度选取3（或4）个重点研究前沿，邀请前沿方向的权威专家从国家和机构布局、合作网络、发展趋势、研发重点等角度详细解读前沿。 1.2工程开发前沿遴选 工程开发前沿遴选同样包括两种途径：一是基于Derwent Innovation专利检索平台，对9个领域53个学科组中被引频次位于各学科组前10 000的高影响力专利家族进行文本聚类，获得53张专利地图，领域专家从专利地图中解读出备选工程开发前沿；二是通过专家提名，提出工程开 发前沿问题。在这两种途径获得的备选开发前沿基础上，通过多轮专家研讨和问卷调查，最终遴选产生9个领域95个工程开发前沿。 1.2.1专利数据获取与预处理 在数据对接阶段，基于Derwent Innovation专利数据库，采用德温特世界专利索引（DWPI）手工代码、《国际专利分类表》（IPC分类）、美国专利局分类体系（UC）等专利分类号和特定的技术关键词，初步构建9个领域53个学科组的专利数据检索范围及检索策略。领域专家对专利检索式删减、增补和完善，并提名备选前沿主题，图书情报专家将其转化为专利检索式。以上两部分检索式整合后确定53个学科组的专利检索式，在2019—2024年“DWPI和DPCI（德温特专利引文索引）专利集合”中检索（专利引用时间截至2025年1月），进而获得相应学科的专利文献。最后对检索得到的百万量级专利文献根据“年均被引频次”和“技术覆盖宽度”指标进行筛选，综合评估得到每个学科前10 000个专利家族。 1.2.2专利主题挖掘 在前面形成的专利家族数据基础上，针对9个领域53个学科组被引频次位于前10 000的高影响力专利家族，开展专利文本语义相似度分析，基于DWPI标题和DWPI摘要字段进行主题聚类，获得53张能快速直观呈现工程开发技术分布的ThemeScape专利地图，以关键词的形式展现所聚集专利的总体技术信息。 领域专家在图书情报专家的辅助下，从专利地图中提炼技术开发前沿、归并相似前沿、确定开发前沿名称，得到每个学科组的备选工程开发前沿。同时，为避免遗漏新兴的或交叉的前沿，领域专家重视专利地图中低频次、关联