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1水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的內(nèi)涵

明確水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的內(nèi)涵是進(jìn)行生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價的前提，其重要性體現(xiàn)在評價內(nèi)容的涵蓋范圍、評價指標(biāo)的恰當(dāng)選取、指標(biāo)體系的建立等全過程中，關(guān)乎最終評價結(jié)果的可靠性。目前對于水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)這一概念，國內(nèi)外學(xué)者沒有給出明確定義。從普遍意義上講，水利工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是指水利工程的興建對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，受擾動的自然界在生物個體、生物群體和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)3個層面上做出的響應(yīng)。一般認(rèn)為，水利工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是指工程建設(shè)及運行對河流生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的各種影響;孫宗鳳等把生態(tài)環(huán)境效應(yīng)歸納為水利工程建成后對自然界的生態(tài)破壞和生態(tài)修復(fù)兩種效應(yīng)的綜合結(jié)果;常本春等認(rèn)為水電工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析是建立在生態(tài)基礎(chǔ)之上的，并對人類、自然、野生動植物等受到的影響進(jìn)行了綜合分析，而對經(jīng)濟(jì)效益和社會效益不作評價，經(jīng)過定性分析認(rèn)為水電工程的生態(tài)負(fù)效應(yīng)大于正效應(yīng)。國外對于水利工程環(huán)境影響評價及效應(yīng)評價沒有特意做出區(qū)分，前者是指在方案實施前，預(yù)測其對環(huán)境系統(tǒng)可能的影響，有嚴(yán)格的評估規(guī)范和操作步驟;而后者則指水利工程在建設(shè)期和運行期對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生的重大、局部的影響，如沉積擾動、徑流減少、水質(zhì)惡化、水生生態(tài)系統(tǒng)和河岸生態(tài)系統(tǒng)的破壞等。把握好水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的內(nèi)涵應(yīng)重視以下3個方面:首先是生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的時間尺度，不能僅考慮工程建成后的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，還要著眼于水利工程規(guī)劃、設(shè)計、建造、運行的整個過程;其次是生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的空間尺度，不能局限于河流生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，還包括陸地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、人類生活生產(chǎn)系統(tǒng)，考慮對自然界的綜合結(jié)果;最后是生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的全面性，除了考慮工程建設(shè)期和運行期所產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，也要考慮其正面效應(yīng)，包括其對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的修復(fù)作用，對人類社會的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的評價體系

水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是一個涉及生態(tài)、環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜大系統(tǒng)，需要客觀、全面地分析水利工程對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的影響。水利工程生態(tài)效應(yīng)評價不同于工程建設(shè)前的環(huán)境影響評價，與水電工程后評估也不同，它是針對已建成的水利工程，從人居環(huán)境影響、野生動植物影響、自然規(guī)律影響、經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響等4個方面進(jìn)行綜合分析。水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價體系主要由評價指標(biāo)體系、評價標(biāo)準(zhǔn)和評價方法構(gòu)成。

2．1評價指標(biāo)體系隨著對水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的深入研究，國內(nèi)外專家提出了一些評價指標(biāo)體系、評價方法和評價模型，但對此還沒有達(dá)成共識，如何確立一套合理的、科學(xué)的、具有代表性的指標(biāo)體系和評價方法，是眾多學(xué)者長久以來關(guān)注的熱點問題。目前水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建主要有以下幾種模式:a．基于傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法建立指標(biāo)體系。采用傳統(tǒng)的層次分析法、主成分分析法、模糊評價法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法和TOPSIS分析法等，一般指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，是一種樹狀結(jié)構(gòu)，指標(biāo)體系的建立遵循系統(tǒng)性、代表性、獨立性、動態(tài)性、客觀性、定性與定量相結(jié)合等原則。b．基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模式(pressure-state-response，PSR)及改進(jìn)模式建立指標(biāo)體系。PSR模式的理論基礎(chǔ)是研究人與自然的相互關(guān)系，選取指標(biāo)時采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”這一邏輯思維方式，目前許多政府和組織都認(rèn)為PSR模式是運用于環(huán)境指標(biāo)組織和環(huán)境現(xiàn)狀匯報最有效的框架，其已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境管理、生態(tài)安全評價及決策制定等領(lǐng)域。在PSR模式廣泛應(yīng)用的同時，國內(nèi)外也出現(xiàn)了許多改進(jìn)模式，如狀態(tài)-壓力-響應(yīng)模式(state-pressure-response，SPR)、驅(qū)動力-狀態(tài)-響應(yīng)模式(drivingforce-state-response，DSR)、壓力-狀態(tài)-響應(yīng)-潛力模式(pressure-state-response-potentialframework，PSRP)、驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)模式(drivingforce-pressure-state-impact-response，DPSIR)和驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-響應(yīng)-控制模式(drivingforce-pressure-state-response-control，DPSRC)等，基于這些模式建立的指標(biāo)體系具有其獨特的優(yōu)點，更適合于較陌生生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的認(rèn)識和管理，既能考慮各環(huán)節(jié)指標(biāo)間的交互作用，又使評價過程得以分解、簡化，因此也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。常本春等從生態(tài)角度出發(fā)借鑒PSR模式構(gòu)建了水電工程生態(tài)效應(yīng)評價指標(biāo)體系;王兵等分別采用灰色關(guān)聯(lián)度法、綜合評價法和驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)多方案綜合決策支持系統(tǒng)(drivingforcepressurestateimpactresponse-multipledecisionsupportsystem，DPSIR-mDSS)，對黃土高原丘陵區(qū)1999—2009年水土流失綜合治理生態(tài)恢復(fù)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評價，建立了水土流失綜合治理生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的樹狀評價指標(biāo)體系和基于DPSIR-mDSS模式的生態(tài)恢復(fù)環(huán)境效應(yīng)評價指標(biāo)體系。c．基于生態(tài)足跡法建立指標(biāo)體系。Rees等于1992年提出生態(tài)足跡法，并由Wackernagel等進(jìn)行完善，這是一種衡量可持續(xù)發(fā)展程度的方法，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展度量和生態(tài)經(jīng)濟(jì)中的多個領(lǐng)域;肖建紅等應(yīng)用生態(tài)足跡法建立了水利工程生態(tài)供給足跡模型和生態(tài)需求足跡模型，以2002年為計算基準(zhǔn)年，從全國尺度初步計算了水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，在一定程度上給水利工程運行的可持續(xù)性提供了參考;董雅潔等應(yīng)用生態(tài)足跡法，從區(qū)域尺度計算漫灣水電站生態(tài)供給足跡和生態(tài)需求足跡，研究電站對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。

2．2評價標(biāo)準(zhǔn)無論進(jìn)行何種評價都需要有依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，確立生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)就是要建立一套衡量生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人類活動影響程度的定量參照系，使決策者能夠通過與參照系的比較確定當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)而采取措施減輕或消除生態(tài)負(fù)效應(yīng)，改善生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。由于評價目的不同或者采用的評價模型不同，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)的形式也就不同;另外不同區(qū)域的自然環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、社會背景等存在差異，很難形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，因此目前對于生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價而言沒有絕對的評價標(biāo)準(zhǔn)，要以實際情況為基礎(chǔ)制定評價標(biāo)準(zhǔn)。綜合國內(nèi)外已有的研究成果，將制定生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)概述如下，其中有些可以直接作為水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，有些則只能作為參考，因此在評價前需要明確水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價的獨特性，從而制定符合實際的評價標(biāo)準(zhǔn)。a．國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范等，如國家已的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、SL395—2007《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》、GB3095—1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、SL190—2007《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》等，另外行業(yè)環(huán)境評價規(guī)范、地方政府標(biāo)準(zhǔn)、河流水系保護(hù)要求、特別區(qū)域的保護(hù)要求等也是評價標(biāo)淮的依據(jù)。b．研究區(qū)域的背景值和本底值，包括水利工程興建前河流水系的連通性、年徑流變化、水質(zhì)達(dá)標(biāo)程度、區(qū)域植被覆蓋率、生物多樣性指數(shù)、區(qū)域水土流失本底值等。c．類比標(biāo)準(zhǔn)，以自然條件相似的原生生態(tài)系統(tǒng)或以未受人類嚴(yán)重干擾的相似生態(tài)環(huán)境作為類比標(biāo)準(zhǔn);以類似條件的生態(tài)因子和功能作為類比標(biāo)準(zhǔn)，如類似生境的生物多樣性、植被覆蓋率、水資源分配等。d．研究成果，如河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率評價標(biāo)準(zhǔn)、水土流失強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)等。e．專家經(jīng)驗，即根據(jù)專家經(jīng)驗確定指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)。

2．3評價方法由于水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的，單因子評價根本無法全面、準(zhǔn)確地反映水利工程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，因此多采用綜合評價方法。目前綜合評價方法已有數(shù)十種之多，在許多學(xué)科領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，王宗軍等［32-33］對典型的綜合評價方法進(jìn)行了綜述，根據(jù)各方法依據(jù)的理論及評判過程的特點，歸納起來大致可以分為以下3類。a．基于經(jīng)驗的綜合評價方法，主要依賴評價專家的經(jīng)驗及其對評價對象、評價領(lǐng)域的通曉程度，代表性方法有專家打分法、德爾菲法。這種評價方法原理簡單，適用面廣，且在應(yīng)用過程中的解釋較為直觀;但是其主觀性較強(qiáng)，準(zhǔn)確性得不到保證，且時間、人力、物力耗費較多。李春華等將專家打分法應(yīng)用于太湖湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究中;劉芳等［35］將改進(jìn)后的德爾菲打分法應(yīng)用于城市生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)質(zhì)量研究中以確定評價因子權(quán)重。b．基于數(shù)值和統(tǒng)計的綜合評價方法，運用數(shù)學(xué)理論和解析方法對評價系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密的定量描述和計算，代表性方法有加權(quán)平均法、TOPSIS法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法。這種評價方法數(shù)學(xué)邏輯性強(qiáng)，理論依據(jù)充分，充分利用原有數(shù)據(jù)信息，評價結(jié)果可信度高;但是對數(shù)據(jù)及其定量化要求較高，約束條件太多。Torfi等提出了一種模糊多準(zhǔn)則決策方法(fuzzymulti-criteriadecision-makingapproach，F(xiàn)MCDM);陳艷萍等利用模糊優(yōu)選法和TOPSIS法確定各地區(qū)水權(quán)分配比例及分配量;傅湘等［38］采用主成分分析法進(jìn)行了區(qū)域水資源承載能力的綜合評價。c．基于決策和智能的綜合評價方法，融入人類主觀判斷或者模仿人腦的功能，通過模仿人類處理信息的思維能力來重現(xiàn)決策支持，代表性方法有層次分析法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。這種評價方法將定量與定性分析相結(jié)合，容錯性較好，評價效率高，評價范圍廣，評價結(jié)果可信度高;但是個別方法帶有主觀性，有些只考慮了主要因素影響，智能評價方法的邏輯推理過程不夠清晰。陳橋等將層次分析法應(yīng)用于礦山生態(tài)環(huán)境定量評價研究中;Dahiya等應(yīng)用模糊集理論進(jìn)行地下可飲用水的理化性質(zhì)決策評價;王儉等建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域水環(huán)境承載力評價模型。

3相關(guān)學(xué)科的形成和發(fā)展

傳統(tǒng)的水利工程是通過建設(shè)水工建筑物來達(dá)到改造和控制河流的目的，滿足人們生產(chǎn)生活的多種需求。近20年來，在大力發(fā)展水利工程的同時，人們逐漸意識到水利工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，開始注意對生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，并在一定意義上發(fā)展了生態(tài)工程技術(shù)和建設(shè)理念。關(guān)于河川的生態(tài)工程，德國稱為近自然河道治理工程，日本稱為多自然型建設(shè)工法(又稱生態(tài)工法)，美國稱為自然河道設(shè)計技術(shù)。與此同時，許多國家推進(jìn)了生態(tài)工程理論的發(fā)展，并逐漸形成了一門新的學(xué)科———生態(tài)工程學(xué)，其研究范圍涵蓋河流、湖泊、濕地、礦山、森林、土地及海岸等諸多方面，主旨是尋求人類社會和自然環(huán)境雙方共同受益，探討可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計方法。我國水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究也促進(jìn)了生態(tài)水工學(xué)、生態(tài)水文學(xué)、生態(tài)水力學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等交叉學(xué)科的發(fā)展。傳統(tǒng)的水利工程學(xué)和生態(tài)學(xué)交叉融合形成了一門新的學(xué)科———生態(tài)水利工程學(xué)，簡稱生態(tài)水工學(xué)，其研究對象不僅包括傳統(tǒng)水利工程學(xué)研究的河流、湖泊等構(gòu)成的水文系統(tǒng)，還包括具備生命特性的河流生態(tài)系統(tǒng)。董哲仁等對生態(tài)水工學(xué)進(jìn)行了探索，認(rèn)為生態(tài)水工學(xué)是水利工程學(xué)的一個新的學(xué)科分支，是研究水利工程在滿足人類社會需求的同時，兼顧水域生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)性需求的原理與技術(shù)方法的工程學(xué)。生態(tài)水文學(xué)研究水文過程與生物過程的耦合關(guān)系，研究范圍包括陸地上的氣候-土壤-植被之間的動態(tài)關(guān)系，河流水文情勢及其變化對水生生物和河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及流域尺度上水文過程和生態(tài)系統(tǒng)的相互關(guān)系。自1992年都柏林“水與環(huán)境”國際會議至今，生態(tài)水文學(xué)的內(nèi)涵在不斷改進(jìn)和完善，其中最重要的一點在于水文要素和生物要素之間的影響和調(diào)節(jié)作用。生態(tài)水力學(xué)是研究水動力學(xué)和水生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)之間相互作用的一門新興交叉學(xué)科，研究范圍包括生態(tài)流量、魚道、水質(zhì)、富營養(yǎng)化與水華、洪泛區(qū)、濕地、水生態(tài)棲息地和水域生態(tài)修復(fù)等。它一方面研究水力條件的改變對水生態(tài)系統(tǒng)平衡及生物多樣性的影響，另一方面研究水生態(tài)系統(tǒng)的演變對水力情勢的反作用，從微觀上探索水與生態(tài)系統(tǒng)之間的基礎(chǔ)動力學(xué)過程。陳求穩(wěn)等指出生態(tài)水力學(xué)模型已很好地應(yīng)用于萊茵河下游生態(tài)棲息地評價和荷蘭Veluwe湖沉水植物競爭性生長模擬等案例中。景觀生態(tài)學(xué)融合了生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、系統(tǒng)論和信息技術(shù)等學(xué)科的理論和方法。早在1939年德國地理學(xué)家Troll即創(chuàng)造了“景觀生態(tài)學(xué)”一詞，并把它定義為研究某一景觀中生物群落之間錯綜復(fù)雜的因果反饋關(guān)系的學(xué)科。此后該學(xué)科經(jīng)不斷發(fā)展充實，目前研究的重點內(nèi)容包括景觀格局的形成和動態(tài)及其與生態(tài)學(xué)過程的相互作用、格局-過程-尺度間的關(guān)系、景觀的等級結(jié)構(gòu)和功能特征以及尺度推繹、景觀異質(zhì)性的維持和管理等。

4水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究的發(fā)展趨勢

a．評價指標(biāo)體系的進(jìn)一步研究。在水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價中，指標(biāo)體系的建立是關(guān)鍵。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展變化受多種因素影響，從中選擇能較好地反映系統(tǒng)狀態(tài)、能基本反映水電開發(fā)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的累積和疊加影響的指標(biāo)因子是一個較難把握的問題;此外定量指標(biāo)的收集、計算以及定性指標(biāo)的合理分析、估計也是評價過程中的一大難點。未來的研究要綜合考慮這些問題，力求建立一套科學(xué)合理的、具有代表性的評價指標(biāo)體系。b．統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)的建立。目前水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，這里的“統(tǒng)一”是指廣義上的統(tǒng)一。由于評價對象各方面條件不同，不可能用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來評價，但可以建立廣義上的統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，如可以根據(jù)評價對象所處地區(qū)的不同，建立分區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，同一區(qū)域內(nèi)的評價對象采用相同的評價標(biāo)準(zhǔn);評價對象規(guī)模不同，建立分級評價標(biāo)準(zhǔn)，同一級別的評價對象采用相同的評價標(biāo)準(zhǔn);還可以根據(jù)水利工程類型不同，建立相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)等。有了這樣的統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，在以后的水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價中，不再需要評價者自行建立評價標(biāo)準(zhǔn)，使得評價結(jié)果更具有科學(xué)性和可比性。c．評價方法的改進(jìn)。聯(lián)合運用多種綜合評價方法并借鑒其他學(xué)科領(lǐng)域的評價方法，以彌補(bǔ)單個評價方法的不足，使得評價結(jié)果更準(zhǔn)確、評價過程更簡單。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大力開發(fā)智能評價技術(shù)，把專家系統(tǒng)、知識工程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的人工智能技術(shù)引入到水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價領(lǐng)域中，研究開發(fā)綜合評價計算機(jī)軟件系統(tǒng)，提供友好的人機(jī)交互界面，實現(xiàn)問題描述可視化和智能評價過程，減少人工參與，降低綜合評價的工作強(qiáng)度及評價成本，提高評價結(jié)果的可信度。此外遙感和地理信息系統(tǒng)等信息技術(shù)的應(yīng)用也具有極大的前景。d．流域尺度上生態(tài)效應(yīng)的研究。過去水利工程開發(fā)的生態(tài)影響評價側(cè)重于單一工程的局部影響，較少考慮多個工程開發(fā)的綜合影響和梯級開發(fā)的累積影響，從而導(dǎo)致流域范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境問題的頻繁出現(xiàn)。因而加強(qiáng)水利工程的流域尺度生態(tài)效應(yīng)研究，有助于從根本上分析、評估水利工程對流域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響，為保障流域水資源的合理而適度地開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

5結(jié)語

水利工程建設(shè)在為人類帶來巨大社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的同時，也擾動了長期形成的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此需要科學(xué)地分析和評價水利工程與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系，促進(jìn)人類社會和自然環(huán)境健康和諧地發(fā)展。本文綜述了水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究中的一些熱點問題，包括生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的內(nèi)涵、評價指標(biāo)體系、評價標(biāo)準(zhǔn)、評價方法和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。目前我國水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價還處于探索階段，建立統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)、改進(jìn)評價方法和擴(kuò)大水利工程生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究尺度等問題有待進(jìn)一步研究。

作者：尚淑麗顧正華曹曉萌單位：浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院