2019全球工程前沿概述

工程科技是改变世界的重要力量，工程前沿是工程技术未来方向的重要指引。自2017年起，中国工程院联合科睿唯安公司、高等教育出版社组织开展了“全球工程前沿”研究项目，期望能汇聚全球工程科技人才的智慧，研判全球工程研究和工程开发重点前沿，把握全球发展战略机遇，为人类应对全球挑战、实现可持续发展提供行动参考。

2019年度全球工程前沿研究继续依托中国工程院各学部及院刊主刊和各分刊，以数据分析为基础，以专家研判为依据，遵循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93项全球工程研究前沿和94项全球工程开发前沿，并分别选取28项进行详细解读。

一、研究方法

2019年度全球工程前沿在专家为核心、数据为支撑的原则下，采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法，实现了专家主观研判与数据客观分析的深度融合，在具体研究方法流程上分数据对接、数据分析和专家研判三个阶段。具体实施流程如图1所示。

（一）工程研究前沿研判方法

图1 全球工程前沿研究实施流程图

工程研究前沿的基础素材主要来自以下两种途径：一是基于对2013—2018年10817本期刊和24330个会议的大数据聚类分析，获得备选工程研究前沿；二是基于需求牵引，由专家提名备选前沿。而后，构建数据分析模型，对备选前沿进行评估评价，再经过近两千份的问卷调查和多轮会议研讨，遴选出93个工程研究前沿。

（二）工程开发前沿研判方法

工程开发前沿的基础素材主要来自两种途径：一是基于Derwent Innovation专利数据库构建数据指标，对各领域高影响力专利进行文本聚类获得专利地图，专家从中解读备选工程开发前沿；二是基于专家经验和需求牵引，提名备选工程开发前沿。进而通过对备选工程开发前沿的数据分析评估评价，再经过近两千份的问卷调查和多轮会议研讨，遴选出94个工程开发前沿。

二、 2019年度工程前沿概况

（一）机械与运载工程

机械与运载工程领域所研判的Top 10工程研究前沿和Top 10工程开发前沿中新兴前沿与传统工程科技并驾齐驱，智能化、绿色化、微型化成为发展趋势。（表1）

表1 机械与运载工程领域全球工程前沿

（二）信息与电子工程

需求牵引成为信息与电子工程领域发展的主要驱动力，工程前沿也在应用场景中不断得以强化，同时大数据、人工智能引发的安全和治理问题也日益受到关注。（表2）

表2 信息与电子工程领域全球工程前沿

（三）化工、冶金与材料工程

化工、冶金与材料工程领域的Top11工程研究前沿和Top12工程开发前沿呈现出与信息、能源等领域交叉融合的趋势。（表3）

表3 化工、冶金与材料工程领域全球工程前沿

（四）能源与矿业工程

能源与矿业工程领域研判的Top 12工程研究前沿和Top 12工程开发前沿，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。（表4）

表4 能源与矿业工程全球工程前沿

（五）土木、水利与建筑工程

土木、水利和建筑工程领域工程前沿涉及结构工程、建筑设计及其理论、土木工程材料、城市规划、桥梁工程、地下与隧道工程、水工结构工程、摄影测量与航天测量、水文学与水资源、交通规划等学科方向。绿色、低碳、节能、高效已成为本领域的发展重点。（表5）

表5 土木、水利与建筑工程全球工程前沿

（六）环境与轻纺工程

环境与轻纺工程领域研判的Top 10工程研究前沿和Top 10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、纺织科学工程以及轻工科学工程6个学科方向。（表6）

表6 环境与轻纺工程领域全球工程前沿

（七）农业

农业领域的Top 10工程前沿涉及农业作物、植物保护、畜牧兽医、农业装备、资源利用等学科方向。（表7）

表7 农业领域全球工程前沿

（八）医药卫生

医药卫生领域的Top 10工程研究前沿和Top 10工程开发前沿，涉及基础医学、临床医学、医学信息学与生物医学工程、药学、公共卫生与预防医学等学科方向。（表8）

表8 医药卫生领域全球工程前沿

（九）工程管理

在工程管理领域的Top 10工程研究前沿中，工业4.0下的可持续发展研究、机器视觉驱动的施工管理、基础设施系统韧性为重点解读的前沿。在Top 10工程开发前沿中，面向工程管理的可视化技术、面向工程安全的预警技术与方法、面向工程管理的物联网技术开发为重点解读的前沿。（表9）

表9 工程管理领域全球工程前沿

（十）国际比较

在93项工程研究前沿中，美国有9个研究前沿的影响力（第一作者核心论文篇均被引）排在全球首位，这些前沿分布在6个领域。中国有7个研究前沿的影响力排在全球首位，如表10所示。其中美国在机械、信息、医药卫生、农业、环境、工程管理等工程研究领域拥有优势。如：拓扑优化的设计与制造一体化、信息安全与保护、可再生能源、智能电网、纳米材料、林业遥感监测、类器官应用、基于单细胞测序的疾病分型等。我国在化学固氮（化工领域）、膜反应器（化工领域）、食品中有害物快速筛查与智能判别新技术（环境与轻纺领域）、人工诱导产卵（农业领域）、物流、贸易和海运管理、能源互联网分析与研究（管理工程领域）等研究前沿拥有优势。

在94项工程开发前沿中，美国有14个开发前沿的影响力（第一专利权国家篇均被引）排在全球首位，这些前沿分布在7个领域。我国有6个开发前沿的影响力（篇均被引）排在全球首位，排在美国、瑞士后面，与英国并列，如表11所示。其中美国在机械、信息、农业、医药卫生、环境、化工、工程管理等工程开发领域拥有优势，具体而言，如高超声速飞行器推进系统、无人驾驶、智能车辆、云计算、膜分离、生态修复技术、可穿戴电子器件、工程管理可视化等。中国在船舶电力推进系统（机械与运载工程领域）、物联网安全监测技术（信息领域）、煤炭安全智能精准开采技术（能源与矿物工程领域）、智慧物流管理系统（管理领域）等开发前沿拥有优势。

三、展望

2019年度项目在前两年项目实践的基础上，通过数据分析，挖掘前沿备选种子；基于需求牵引，提名备选前沿；实施科学计量分析，评估评价备选前沿；开展问卷调查与专家研讨，汇聚思想，研判获得全球工程前沿。但洞察未来科技发展趋势是一项系统工程，需要有科学的方法体系与长远的战略眼光。工程院将继续同广大科技工作者一道，不断优化前沿识别方法技术，提高工程前沿研判的精度，为支撑国家战略规划决策、指引工程科技发展提供智力支撑。

表10 拥有工程研究前沿最高影响力的前十个国家或区域排名

表11 拥有工程开发前沿最高影响力的前十个国家或区域排名