作者：陸琦
12月10日，中國工程院戰略咨詢中心、科睿唯安以及高等教育出版社在中國工程院聯合發布《全球工程前沿2019》報告。
報告圍繞機械與運載工程、信息與電子工程、化工冶金與材料工程、能源與礦業工程、土木水利與建筑工程、環境與輕紡工程、農業、醫藥衛生、工程管理9個領域，遴選出年度全球工程研究前沿93項和全球工程開發前沿94項。
機械與運載工程
機械與運載工程領域所研判的Top10工程研究熱點和Top10工程開發前沿中新興前沿與傳統工程科技并駕齊驅，智能化、綠色化、微型化成為發展趨勢。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 基于工業物聯網的智能制造 | 臨近空間高超聲速飛行器推進系統 |
| 高能固態鋰電池 | 基于深度學習的人機智能交互系統 |
| 超聲速流中的減阻減熱研究 | 基于3D打印的生物組織再生技術 |
| 多機器人系統的協同控制 | 高效燃氣渦輪發動機設計與制造技術 |
| 高性能微納生物傳感器 | 面向無人駕駛的視覺傳感與識別 |
| 車聯網信息安全與隱私保護 | 波浪能發電與能量收集 |
| 基于拓撲優化和增材制造的設計與制造一體化 | 反小型無人機系統 |
| 空間系留機器人自適應目標捕獲控制 | 新型高效氫燃料電池 |
| 基于可再生能源/燃料電池的混合動力系統 | 船舶電力推進系統 |
| 智能電網的資源調度和風險評估 | 飛行器電磁隱身超材料開發與應用 |
信息與電子工程
需求牽引成為信息與電子工程的主要驅動力，工程前沿也在應用場景中不斷得以強化，同時大數據、人工智能引發的安全和治理問題也日益受到關注。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 類腦智能 | 毫米波高速通信技術 |
| 天地一體化組網 | 超精密儀器技術及智能化 |
| 腦成像技術 | 圖像視頻分析識別系統與技術 |
| 感知、通信、計算、控制協同融合理論與方法 | 基于微納電子技術的傳感器開發 |
| 混合增強智能 | 手術機器人技術 |
| 面向光互聯、光計算及光傳感的硅基集成光子器件 | 高能效人工智能芯片技術 |
| 面向5G的大規模天線無線傳輸理論與技術 | 基于石墨烯等納米新材料的傳感器單元及測量技術 |
| 人工微納結構對光及電磁場的調控 | 柔性可穿戴光電子器件應用技術 |
| 量子化精密計量/測量技術與相關理論 | 物聯網安全檢測技術 |
| 新一代神經網絡及其應用 | 基于合成孔徑雷達的圖像處理、目標識別以及特征學習 |
化工、冶金與材料工程
化工、冶金與材料工程領域組的Top11工程研究前沿和Top12工程開發前沿中呈現出與信息、生物等多學科融合趨勢。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 可再生能源系統 | 人工智能與化工過程深度結合 |
| 高溫合金 | 高分子材料的生物基替代 |
| 材料生命周期工程 | 軍用難熔金屬材料 |
| 人工智能設計催化劑 | 微反應系統開發 |
| 航天航空用高性能C/C復合材料 | 可穿戴柔性電子器件 |
| 膜生物反應器及膜污染防控技術 | 煤轉化制化學品 |
| 生物質催化轉化 | 計算機輔助的材料“靶向”功能設計 |
| 化學生物技術 | 極端服役環境下性能與服役行為檢測與表征技術 |
| 多孔有機材料在CO2捕集中的應用 | 生物質煉制化學品及材料 |
| 高性能分離凈化吸附-催化材料開發 | 國防重大需求先進結構功能一體化陶瓷材料關鍵制備技術 |
| 化學固氮 | 智能仿生自修復涂層技術 |
|
|
可反復循環生物降解高分子材料 |
能源與礦業工程
能源與礦業工程領域研判的Top12工程研究前沿和Top12工程開發前沿，涵蓋了能源和電氣科學技術與工程、核科學技術與工程、地質資源科學技術與工程、礦業科學技術與工程4個學科。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 與可再生能源耦合使用的多元高密度儲能方法 | 高效電動/混合動力汽車和動力電池技術 |
| 先進核燃料和相關材料損傷機理及驗證 | 核能高溫制氫及氦氣透平發電技術 |
| 人工智能與油藏預測機制 | 基于微地震監測的裂縫形態處理方法和系統 |
| 煤炭與油氣安全高效智能化開采理論 | 煤炭安全智能精準開采技術 |
| 光催化和光電催化分解水制氫研究 | 煤炭高效轉化和超低污染排放控制技術 |
| 大數據和人工智能與電網的耦合方法研究 | 可再生能源制氫及儲運一體化技術 |
| 全固態高能量密度鋰電池和快速充電鋰電池 | 數字化、智能化核電站及反應堆技術 |
| 核電站嚴重事故特性及預防與緩解措施 | 智能一體化模塊式浮動堆技術 |
| 油氣田地質-工程-地面一體化中的大數據應用方法 | 基于無線傳感器網絡的油田綜合數字生態管理系統 |
| 關鍵金屬富集機制 | 海洋地震勘探的地震信號獲取和處理技術 |
| 超高溫高壓鉆井液研究 | 新型壓裂技術、裝備與壓裂液、支撐劑及添加劑的開發 |
| 深部金屬礦開采過程中多場耦合致災機理 | 深部金屬礦開采災害超前預警系統開發 |
土木、水利與建筑工程
土木、水利和建筑工程領域工程前沿，涉及結構工程、建筑設計及其理論、土木工程材料、城市規劃、橋梁工程、地下與隧道工程、水工結構工程、攝影測量與航天測量、水文學與水資源、交通規劃等學科方向。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 結構長期性能演化機理與控制 | 既有結構加固、修復和改造技術 |
| 基于全壽命周期的綠色建筑設計方法 | 城市群綜合交通規劃系統及安全智能管理技術 |
| 水泥基材料的納米改性和纖維復合 | 河湖海與地下水生態水環境監測與修復技術 |
| 應對城市熱島效應的城市設計與規劃 | 基于資源化及能源回收的污水可持續處理技術 |
| 大跨橋梁運營智能監測與檢測 | 生態住區與生態修復技術 |
| 城市與水下隧道全壽命期變形預測和控制 | 裝配式鋼結構標準化建造技術 |
| 極端地震作用下高壩抗震安全評價理論與方法 | 超級隧道高效安全掘進及智能裝備 |
| 基于深度學習的多源衛星遙感影像時空融合 | 3D打印建筑用水泥基材料 |
| 流域洪水的精細化預測及災情的快速評估 | 地下空間開發搶險與快速修復技術 |
| 新型多模式混合交通流建模理論與方法 | 海洋測量裝備 |
環境與輕紡工程
環境與輕紡工程領域所研判的Top10工程研究前沿和Top10工程開發前沿涉及環境科學工程、氣象科學工程、海洋科學工程、食品科學工程、紡織科學工程以及輕工科學工程等6個學科方向。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 納米復合材料在廢水處理中的應用 | 多技術協同土壤污染修復 |
| 高效海水淡化 | 用于污水處理的復合微生物活菌制劑 |
| 土壤污染對作物代謝的影響 | 環境納米催化材料 |
| 抗生素耐藥基因環境污染與控制 | 膜分離材料與工藝開發 |
| 氣候變化與生態環境 | 智能化預報技術 |
| 冬季嚴重霧霾 | 海洋能高效綜合利用技術 |
| 海洋微塑料污染的監控與防治 | 海洋環境立體觀測技術 |
| 食品中有害物快速篩查與智能判別新技術 | 食源性致病微生物快速精準檢測技術 |
| 高效油水分離材料的制備與應用 | 纖維基3D打印技術 |
| 生物能源 | 生物質能源轉化技術 |
農業
農業領域的Top10工程前沿涉及農業作物、植物保護、畜牧獸醫、農業裝備、資源利用等學科方向。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 農業生物CRISPR-Cas9基因編輯 | 綠色植保技術 |
| 動物疫病發病機理及防控 | 農業生物基因編輯技術 |
| 作物基因組選擇育種 | 土壤重金屬污染防治 |
| 智能生物工廠 | 智能農業裝備 |
| 植物免疫調控機理 | 林產物生物質利用 |
| 氣候變化對農業生態的影響 | 動物健康管理系統 |
| 生物多樣性與生態系統服務 | 苗種高效培育 |
| 人工誘導產卵繁殖 | 作物雜交新品種選育 |
| 全球氣候變化與作物生產 | 精準栽培技術 |
| 林業高光譜遙感監測 | 作物DNA序列與基因組分析 |
醫藥衛生
醫藥衛生領域的Top10工程研究前沿和Top10工程開發前沿，涉及基礎醫學、臨床醫學、醫學信息學與生物醫學工程、藥學、公共衛生與預防醫學等學科方向。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 人工智能在生物醫藥的應用研究 | 腫瘤免疫治療技術 |
| 腸道微生態和穩態免疫 | 智能輔助診斷技術 |
| 腦科學的神經計算和類腦智能研究 | 基因編輯技術 |
| 類器官芯片機器生物醫學應用研究 | 基于基因組學大數據疾病預測與干預技術 |
| 腫瘤免疫治療 | 腦機接口技術 |
| 個體化腫瘤治療疫苗 | 智能可穿戴健康輔助設備 |
| 干細胞在再生醫學中的應用研究 | 基于干細胞的組織重建與器官重塑技術 |
| 腫瘤微環境代謝異質性與相互作用 | 人源化動物模型技術 |
| 單細胞測序與疾病診斷 | 單細胞分析技術 |
| 3D打印技術在再生醫學的應用研究 | 組織再生修復材料 |
工程管理
在工程管理領域的Top10工程研究前沿中，工業4.0下的可持續發展研究、機器視覺驅動的施工管理、基礎設施系統韌性為重點解讀的前沿。
在工程管理領域的Top10工程開發前沿中，面向工程管理的可視化技術、面向工程安全的預警技術與方法、面向工程管理的物聯網技術開發為重點解讀的前沿。
| 工程研究前沿 | 工程開發前沿 |
| 工業4.0下的可持續發展研究 | 面向工程管理的可視化技術 |
| 機器視覺驅動的施工管理 | 面向工程安全的預警技術與方法 |
| 基礎設施系統韌性 | 面向工程管理的物聯網技術開發 |
| 大數據在遠程健康監測系統的應用 | 智慧物流 |
| 高速鐵路網絡對城市發展的影響 | 風險評估與管理系統 |
| 共享社會經濟路徑描述及其擴展 | 車輛信息與資源共享系統 |
| 建筑信息模型與安全管理 | 智能醫療健康管理 |
| 能源互聯網分析研究 | 基于云計算的集成管理方法與技術 |
| 一帶一路下的物流、貿易和海運管理 | 基于可穿戴設備的管理方法和技術 |
| 用于能源交易的區塊鏈聯盟研究 | 面向智能制造的質量工程技術 |
國際比較
報告顯示，2019年度全球各國在前沿創新空前密集活躍，競爭日益激勵，Top10國家爭奪不斷激烈。
在全球研究前沿中第一作者核心論文篇均被引排名前十的國家或地區和全球開發前沿中第一專利權國家專利均被引排名前十的國家或地區中，美國各個領域的工程前沿均有涉及，前沿研究與開發活躍，首發和引領性穩居全球首位。
我國在工程前沿上總體位居第2位，但在全球開發前沿的引領性（即開發前沿排名第一名的數量）與英國并列第4位。
▲ 全球研究前沿中第一作者核心論文篇均被引排名前十的國家或地區
▲ 全球開發前沿中第一專利權國家專利均被引排名前十的國家或地區
自2017年起，中國工程院聯合科睿唯安公司、高等教育出版社組織開展了“全球工程前沿”研究項目，期望能匯集全球工程科技人才的智慧，研判全球工程研究和工程開發重點前沿，把握全球發展戰略機遇，為人類應對全球挑戰、實現可持續發展提供行動參考。報告每年發布一次。
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