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。
2022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，联合科睿唯安开展研究工作。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95个工程研究前沿和 93个工程开发前沿，并重点解读29个工程研究前沿和29个工程开发前沿。
为提高前沿研判的科学性，在前五年实践经验的基础上，2022年度的研究工作进一步创新，在研究最初阶段探索制定技术体系，明确9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；在重点前沿解读过程中引入发展路线图工具，研判重点工程前沿未来5~10年的发展方向和趋势。
本报告是2022年度全球工程前沿项目研究成果，由两部分组成：
第一部分为研究概况，主要说明研究采用的数据和研究方法。
第二部分为领域报告，包括机械与运载工程，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共9个领域分报告，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。六年来，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！
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。
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95个工程研究前沿。
表1 9个领域前沿数量分布
机械与运载工程领域Top10工程研究前沿涉及机械工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学技术、兵器科学与技术、动力及电气设备工程与技术、交通运输工程等学科方向（表2）。其中，属于传统研究深化的有人-机器人非接触式协作、水下导航定位技术、协同式无人驾驶与运行优化技术、高速列车湍流流场的主动/被动控制技术、机器人变刚度控制技术和小微型无人机探测；新兴前沿包括飞行器船舶甲板自主着陆技术、摩擦纳米发电技术、连续多维变构型飞行控制理论与方法和微型机器人主动给药技术。
表2 机械与运载工程领域Top10工程研究前沿
机械与运载工程领域Top10工程开发前沿涉及机械工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学技术、兵器科学与技术、动力及电气设备工程与技术、交通运输工程等学科方向（表3）。其中，属于传统研究深入的前沿有自主无人系统多传感器融合技术、大涵道比涡扇发动机、航空碳纤维增强复合材料3D打印技术、基于声光探测的水下无人机、智能移动机器人控制与感知系统和高功率密度高效率电动机；新兴前沿包括用于船舶舰艇的隐身超材料、新一代氢能燃料电池汽车技术、可回收复用航天器和可调曲度变形柔性机翼。
信息与电子工程领域Top10工程研究前沿见表4，涉及电子科学与技术、光学工程与技术、仪器科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术、控制科学与技术等学科方向。
信息与电子工程领域Top10工程开发前沿涉及电子科学与技术、光学工程与技术、仪器科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术、控制科学与技术等学科方向。
化工、冶金与材料工程领域组研判得到的Top12工程研究前沿的核心论文情况见表6。其中，“催化剂表面活性位点精准构筑”“新一代高能量密度动力锂电池正极研究”“绿色能源驱动光/电过程高效固氮”和“化学工业大数据的自主推理”是基于数据挖掘而来；其他前沿则是由专家推荐而来。表6 化工、冶金与材料工程领域Top 12工程研究前沿
化工、冶金与材料工程领域组研判得到的Top10工程开发前沿（表7）。其中，能源和环境相关的研究或技术开发一直占据“前沿”的重要地位，与“柔性”相关的材料或器件在今年的前沿中也比较突出，包括了“新一代柔性显示玻璃材料与技术开发”和“柔性显示器件关键制备技术及应用”。表7 化工、冶金与材料工程领域Top10工程开发前沿
能源与矿业工程领域研判的Top12工程研究前沿见表8, 涵盖了能源和电气科学技术与工程、核科学技术与工程、地质资源科学技术与工程、矿业科学技术与工程4个学科。其中，“高安全性高能量密度电池体系关键材料”“新能源发电灵活性 提升与电网支撑理论”“有机体系电化学氮还原合成氨”属于能源和电气科学技术与工程领域；“乏燃料后处理及高放物质分离工艺研究”“核废物玻璃体材料性能研究”“等离子体与反应堆材料相互作用机理”属于核科学技术与工程领域；“水力压裂三维裂缝扩展模型”“地球深部碳氢循环过程与油气资源分布规律研究”“陆相钾锂盐智能找矿与资源综合定量研究”属于地质资源科学技术与工程领域；“深部开采冲击地压诱发机理与预警方法”“二氧化碳驱油提采-捕集封存机制研究”“岩性智能识别方法”属于矿业科学技术与工程领域。
能源与矿业工程领域研判的Top12工程开发前沿见表9。它们涵盖了能源和电气科学技术与工程、核科学技术与工程、地质资源科学技术与工程、矿业科学技术与工程4个学科。其中，“大规模风光储互补发电及稳定并网技术”“燃煤机组快速灵活调峰技术”“氨燃料发动机技术”属于能源和电气科学技术与工程领域；“多用途新概念微型反应堆”“高放废物处理处置技术体系”“核聚变制氚技术”属于核科学技术与工程领域；“页岩油气产能高精度预测系统”“高精度智能化三维可视化勘查系统”“新型杂卤石钾盐矿和富锂卤水的智能识别与资源综合评价技术”属于地质资源科学技术与工程领域；“油气钻井随钻前探与远探技术研发”“页岩储层高效压裂技术研发”“煤矿井下煤层长钻孔分段压裂增透与抽采技术”属于矿业科学技术与工程领域。
土木、水利与建筑工程领域Top10工程研究前沿汇总见表10，涉及了水利工程、交通工程、土木建筑材料、建筑学、市政工程、城乡规划与风景园林、结构工程、工程力学、测绘工程和桥梁工程等学科方向。其中，“重要交通基础设施灾变机 理与防护”“智能化测绘的混合计算理论与方法”“高密度复杂空间的城市更新理论”“变化环境下区域水平衡理论与实现路径”和“城镇污水污泥资源化低碳利用”为专家提名前沿或者是基于数据挖 掘前沿凝练而成的前沿，其他为数据挖掘前沿。表10 土木、水利与建筑工程领域Top10工程研究前沿
土木、水利与建筑工程领域的Top10工程开发前沿及统计数据见表11，上述前沿涉及了结构工程、城乡规划与风景园林、交通工程、岩土及地下工程、桥梁工程、土木建筑材料、市政工程、水利工程、测绘工程等学科方向。其中，“交通基础设施隐蔽缺陷智能监测与预警技术”和“城镇供水系统藻类与嗅味污染控制”是专家提名前沿或者基于数据挖掘前沿凝练而成的前沿，其他是数据挖掘前沿。表11 土木、水利与建筑工程领域Top10工程开发前沿
环境与轻纺工程领域（以下简称环境领域）所研判的Top10工程研究前沿见表12，涉及环境科学工程、气象科学工程、海洋科学工程、食品科学工程、纺织科学工程和轻工科学工程6个学科方向。
环境与轻纺工程领域Top10工程开发前沿，涉及环境科学工程、气象科学工程、海洋科学工程、食品科学工程、纺织科学工程和轻工科学工程6个学科方向。
农业领域Top11工程研究前沿主要有：①有关农业动植物的分子生物学机制和机理的研究，如重要动物病原的免疫抑制与逃逸机制、土壤高效固碳与调控机制、木材形成的分子生物学机制、养殖 环境-畜禽-肠道微生物-营养素代谢互作网络机 制；②一如既往的分子育种，如水产动物多倍体育种、畜禽多基因聚合育种；③关于提升动植物产品产量及绿色生产相关研究，如园艺作物产品器官发育与品质调控、作物绿色栽培技术、植物抗病小体的发现、作物从头驯化及野生种质资源开发利用、粮食安全对气候变化的响应。
农业领域的Top11工程开发前沿主要涉及生物育种、智慧农业、绿色农业等方向（表15）。其中，与生物育种相关的开发前沿包括动物精准基因编辑育种技术、智能制种技术、园艺作物基因编辑技术应用、林木全基因组选择育种、基于RNA干扰的病虫害防控技术；与智慧农业相关的开发前沿包括农业自主作业机器人、作物无人化智慧栽培技术、生态智能池塘养殖技术；与绿色农业相关的开发前沿包括有机污染物催化降解技术、饲用抗生素替代技术与产品；同时，新发和再现重大动物疫病监测与预警也是科研人员热衷的研究对象。其中，智能制种技术的平均被引数高达67.69，说明智能制种技术近年来得到了科研人员的广泛关注。表15 农业领域Top11工程开发前沿
医药卫生领域组所研判的Top10工程研究前沿见表16，涉及基础医学、临床医学、医学信息学和生物医学工程、药学、中药学等学科方向，包括“实体瘤的免疫异质性及干预策略研究”“肿瘤动态演进机制研究”“干细胞衰老”“蛋白质折 叠结构的精准预测与设计研究”“人工智能辅助药物设计”“生物大分子相分离与相变”“基因组调控机制研究”“新生抗原产生及其在肿瘤免疫中的作用机制”“3D 打印和器官再生”和“人工智能辅助疾病诊疗系统”。
表16 医药卫生领域Top10工程研究前沿
医药卫生学领域Top10工程开发前沿涉及基础医学、临床医学、药学、中药学、医学信息学与生物医学工程等学科方向（表17），其中，新兴前沿包括体内基因编辑技术、单碱基编辑器的开发与应用、靶向蛋白降解剂、可溯源标记多重单细 胞测序技术；作为传统研究深入的前沿包括基于类器官技术的药物筛选、AI+手术机器人、中药药效物质高效发现技术体系、植入式柔性脑机接口技术、干细胞体外扩增培养体系的建立和基于多模态生物医学大数据的肿瘤风险智能评估关键技术。
在工程管理领域，本年度10个全球工程研究前沿分别是工业互联网平台赋能产业数字化转型研究，数字时代全球供应链安全风险管理研究，人工智能场景下的大数据治理方法研究，数字孪生模型精准构建与演化理论方法研究，双碳战略下的可持 续交通系统研究，全球性公共卫生危机的形成机理、演化规律与治理策略，基础性、典型战略性资源中长期可持续供给路径及政策，社交网络下的群体共识机制，基于大数据的金融风险评估，社会技术系统理论视角下的基础设施智能运维管理研究。
表18 工程管理领域Top10工程研究前沿
在工程管理领域中，本年度10个全球工程开发前沿分别是基于知识图谱的产品与服务推荐系统、“出行即服务”自主式交通系统构建、高威胁环境下网络安全态势感知技术、自进化学习人机共驾系统开发、重大传染性疾病医联网管控系统、健 康建筑环境人-信息-物理系统研发、基于数字孪生的工厂预警系统、基于云平台的工业互联网生产管理系统、沉浸式建筑环境建模与智能评审系统、面向特定应用的智能合约与自动生成方法。
表19 工程管理领域Top10工程开发前沿
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，是培育工程科技创新能力的重要指引。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。
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