2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——系統(tǒng)化學(xué)工程與垃圾處理考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.系統(tǒng)邊界是指界定系統(tǒng)與外界環(huán)境的______。2.反饋是系統(tǒng)內(nèi)部或外部將輸出信息送回______，并對(duì)系統(tǒng)的行為產(chǎn)生影響的過(guò)程。3.在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，用于表示系統(tǒng)隨時(shí)間變化的積累量的變量稱為_(kāi)_____。4.物料衡算和能量衡算是化學(xué)工程中進(jìn)行______的基礎(chǔ)。5.垃圾分類是實(shí)現(xiàn)垃圾資源化利用和______的重要前提。6.系統(tǒng)建模的目的是為了______、簡(jiǎn)化復(fù)雜現(xiàn)實(shí)、支持決策。7.系統(tǒng)優(yōu)化旨在尋求在給定約束條件下，使系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)達(dá)到______的過(guò)程。8.系統(tǒng)評(píng)價(jià)常用的方法包括______和效益成本分析。9.垃圾填埋場(chǎng)需要考慮滲濾液的產(chǎn)生和______問(wèn)題。10.循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式強(qiáng)調(diào)資源在系統(tǒng)內(nèi)部的______和高效利用。二、判斷題（每題2分，共20分，請(qǐng)?jiān)诶ㄌ?hào)內(nèi)打√或×）1.任何復(fù)雜的系統(tǒng)都可以被精確地用數(shù)學(xué)模型完全描述。（）2.系統(tǒng)思維要求我們同時(shí)考慮系統(tǒng)的整體性和各組成部分的獨(dú)立性。（）3.網(wǎng)絡(luò)模型是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中常用的建模工具之一，特別適用于描述物流或信息流網(wǎng)絡(luò)。（）4.垃圾焚燒發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)能源回收，但不會(huì)產(chǎn)生二次污染問(wèn)題。（）5.投入產(chǎn)出分析是一種常用的宏觀系統(tǒng)分析工具，可以用于分析經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)或垃圾處理系統(tǒng)各子系統(tǒng)間的相互依賴關(guān)系。（）6.系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題通常存在唯一的全局最優(yōu)解。（）7.垃圾收集系統(tǒng)的路徑優(yōu)化屬于靜態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題。（）8.能量流分析（SankeyDiagram）是一種可視化工具，用于追蹤系統(tǒng)內(nèi)外的能量流動(dòng)。（）9.基于生命周期評(píng)價(jià)（LCA）的系統(tǒng)評(píng)價(jià)旨在評(píng)估系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的環(huán)境影響。（）10.單純依靠技術(shù)進(jìn)步無(wú)法解決垃圾處理帶來(lái)的所有系統(tǒng)性問(wèn)題。（）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述系統(tǒng)思想的主要內(nèi)涵。2.簡(jiǎn)述系統(tǒng)分析與系統(tǒng)建模的主要區(qū)別與聯(lián)系。3.簡(jiǎn)述化學(xué)工程中的傳質(zhì)過(guò)程及其與垃圾處理的關(guān)系。4.簡(jiǎn)述垃圾分類對(duì)垃圾后續(xù)處理系統(tǒng)優(yōu)化的意義。5.簡(jiǎn)述智慧垃圾管理系統(tǒng)可能包含的關(guān)鍵組成部分及其系統(tǒng)功能。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在垃圾處理系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用價(jià)值。2.論述實(shí)現(xiàn)垃圾處理系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)性思考要點(diǎn)。五、計(jì)算與應(yīng)用題（共15分）假設(shè)某城市計(jì)劃建立一個(gè)包含收集、運(yùn)輸、處理（焚燒發(fā)電）的垃圾處理系統(tǒng)。初步數(shù)據(jù)如下：*城市日垃圾產(chǎn)生總量：1000噸。*垃圾收集、運(yùn)輸系統(tǒng)每日運(yùn)營(yíng)成本：10萬(wàn)元。*垃圾焚燒發(fā)電廠投資建設(shè)成本：5000萬(wàn)元，設(shè)計(jì)壽命20年。*焚燒發(fā)電廠年運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本：200萬(wàn)元。*發(fā)電效率：25%（按質(zhì)量計(jì)，即每噸垃圾可轉(zhuǎn)化0.25噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量電能）。*標(biāo)準(zhǔn)煤熱值：7000千卡/千克。*當(dāng)?shù)仉娏κ蹆r(jià)：0.5元/千瓦時(shí)。*不考慮殘?jiān)幚沓杀炯碍h(huán)境影響成本。請(qǐng)運(yùn)用系統(tǒng)思維，對(duì)該垃圾處理系統(tǒng)的基本經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行初步分析。要求：1.計(jì)算該系統(tǒng)運(yùn)行期間每年的固定成本（折舊與攤銷、年運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本）。（5分）2.計(jì)算該系統(tǒng)每年通過(guò)垃圾處理產(chǎn)生的電能總量（千瓦時(shí)）。（5分）3.計(jì)算該系統(tǒng)每年通過(guò)垃圾處理獲得的收入（按售電收入計(jì)算）。（3分）4.簡(jiǎn)要分析影響該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵系統(tǒng)因素。（2分）試卷答案一、填空題1.分界線2.輸入端3.狀態(tài)變量4.工程設(shè)計(jì)5.環(huán)境保護(hù)6.理解系統(tǒng)7.最大（或最優(yōu)）8.多準(zhǔn)則決策9.封閉10.循環(huán)二、判斷題1.×2.×3.√4.×5.√6.×7.√8.√9.√10.√三、簡(jiǎn)答題1.系統(tǒng)思想的主要內(nèi)涵：*整體性：系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的有機(jī)整體，整體具有部分所不具備的功能。*相關(guān)性：系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間、系統(tǒng)與外部環(huán)境之間存在著相互依賴、相互制約的關(guān)系。*目標(biāo)性：系統(tǒng)通常具有明確的目的或功能。*動(dòng)態(tài)性：系統(tǒng)是不斷發(fā)展變化的，處于動(dòng)態(tài)平衡之中。*層次性：系統(tǒng)內(nèi)部各要素和子系統(tǒng)之間存在著等級(jí)結(jié)構(gòu)或?qū)哟侮P(guān)系。*環(huán)境適應(yīng)性：系統(tǒng)需要適應(yīng)外部環(huán)境的變化，并可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。2.系統(tǒng)分析與系統(tǒng)建模的主要區(qū)別與聯(lián)系：*區(qū)別：*系統(tǒng)分析側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)的現(xiàn)狀、問(wèn)題、目標(biāo)、結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境等進(jìn)行全面的調(diào)查、研究、分析和評(píng)價(jià)，旨在理解系統(tǒng)本質(zhì)和尋求改進(jìn)方案。它是一個(gè)更宏觀、更偏向定性或半定量的過(guò)程。*系統(tǒng)建模側(cè)重于使用特定的形式（如數(shù)學(xué)方程、概念圖、仿真流程圖等）來(lái)抽象和表示系統(tǒng)的關(guān)鍵特征、行為和關(guān)系，以便于理解、分析、預(yù)測(cè)和溝通。它更側(cè)重于定量表示和形式化描述。*聯(lián)系：*系統(tǒng)分析是系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)和前提，建模是為了更好地支持系統(tǒng)分析。*系統(tǒng)建模是系統(tǒng)分析的重要工具和手段，通過(guò)模型可以進(jìn)行更深入的分析和實(shí)驗(yàn)。*兩者通常結(jié)合進(jìn)行，迭代推進(jìn)，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)建模表達(dá)和求解，再通過(guò)分析評(píng)估結(jié)果，不斷優(yōu)化。3.化學(xué)工程中的傳質(zhì)過(guò)程及其與垃圾處理的關(guān)系：*傳質(zhì)過(guò)程是指物質(zhì)（分子、離子、電子等）從一處（高濃度區(qū)域）向另一處（低濃度區(qū)域）的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。主要形式包括分子擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散、界面?zhèn)髻|(zhì)等。其驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度、壓力梯度或電化學(xué)勢(shì)梯度。*與垃圾處理的關(guān)系：*垃圾收集與分選：利用重力、風(fēng)力、磁力、光電感應(yīng)、密度/尺寸差異等物理方法分選，涉及顆粒的運(yùn)動(dòng)和分離，有傳質(zhì)概念的應(yīng)用。*垃圾預(yù)處理：破碎、粉碎等操作改變物料形態(tài)，影響后續(xù)傳質(zhì)效率。*垃圾堆肥/厭氧消化：微生物分解有機(jī)物，是復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，涉及底物（有機(jī)物、氧氣等）向微生物的傳遞（傳質(zhì)）和產(chǎn)物（CO2、甲烷等）的脫離（傳質(zhì)）。*垃圾焚燒：燃料與空氣中的氧氣在高溫下發(fā)生燃燒反應(yīng)，需要高效的氣-固接觸和傳質(zhì)過(guò)程。*滲濾液處理：垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液需要處理，涉及多種傳質(zhì)過(guò)程（如吸附、膜分離、生物降解等）以去除污染物。4.垃圾分類對(duì)垃圾后續(xù)處理系統(tǒng)優(yōu)化的意義：*資源化利用：分類可以將可回收物（如紙張、塑料、金屬、玻璃）分離出來(lái)，進(jìn)行再生利用，變廢為寶，提高資源利用率。*降低處理成本：不同類型的垃圾處理方式成本差異巨大。分類有助于選擇更經(jīng)濟(jì)高效的處置途徑（如可燃物焚燒發(fā)電、廚余物堆肥、有害物專門處理），避免將高價(jià)值或易處理物混入低價(jià)值或難處理物中，降低整體處理成本。*提高處理效率：分類后的垃圾性質(zhì)更均一，有利于后續(xù)處理單元（如分選設(shè)備、焚燒爐、堆肥發(fā)酵罐）的穩(wěn)定高效運(yùn)行。*減少環(huán)境污染：有害垃圾（如電池、燈管）若混入其他垃圾，會(huì)在后續(xù)處理（如焚燒）中釋放有毒有害物質(zhì)，造成二次污染。分類可以防止這類污染。同時(shí)，也減少了填埋場(chǎng)接納的有害物質(zhì)，減輕了對(duì)土壤和地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)。*支持系統(tǒng)優(yōu)化決策：準(zhǔn)確的分類數(shù)據(jù)為垃圾產(chǎn)生量預(yù)測(cè)、處理設(shè)施規(guī)模規(guī)劃、收運(yùn)路線優(yōu)化、處理工藝選擇等提供了基礎(chǔ)依據(jù)，使系統(tǒng)優(yōu)化更具針對(duì)性和可行性。5.智慧垃圾管理系統(tǒng)可能包含的關(guān)鍵組成部分及其系統(tǒng)功能：*智能感知層：*組成：智能垃圾桶（含滿溢檢測(cè)、身份識(shí)別、環(huán)境監(jiān)測(cè)）、智能垃圾清運(yùn)車（含GPS定位、垃圾量監(jiān)測(cè)、路徑規(guī)劃）、圖像識(shí)別攝像頭（用于分類識(shí)別或違例抓拍）、傳感器網(wǎng)絡(luò)（監(jiān)測(cè)垃圾場(chǎng)/中轉(zhuǎn)站環(huán)境參數(shù)）。*功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垃圾產(chǎn)生量、分布、狀態(tài)（如滿溢），精確掌握垃圾數(shù)據(jù)，為優(yōu)化調(diào)度提供依據(jù)。*數(shù)據(jù)傳輸層：*組成：無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（如NB-IoT,LoRa,5G）、互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。*功能：將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、高效地傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)。*智能平臺(tái)層（核心大腦）：*組成：云服務(wù)器、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、人工智能算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別）、GIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)。*功能：存儲(chǔ)、處理、分析海量垃圾數(shù)據(jù)；進(jìn)行垃圾產(chǎn)生預(yù)測(cè)；優(yōu)化垃圾收運(yùn)路線和調(diào)度計(jì)劃；實(shí)現(xiàn)垃圾分類指導(dǎo)與智能識(shí)別輔助；提供可視化監(jiān)控與決策支持；進(jìn)行系統(tǒng)性能評(píng)估。*智能執(zhí)行層：*組成：基于優(yōu)化指令的智能調(diào)度系統(tǒng)、與清運(yùn)車輛GPS/車載系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的調(diào)度終端、可能的自動(dòng)化分選設(shè)備接口。*功能：根據(jù)平臺(tái)層的優(yōu)化指令，自動(dòng)或半自動(dòng)地調(diào)整清運(yùn)計(jì)劃、車輛路線，甚至控制末端分選設(shè)備的工作，提高收運(yùn)和處理效率。*用戶交互層：*組成：政府管理平臺(tái)、社區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng)（APP/網(wǎng)站）、公眾查詢界面。*功能：為政府管理者提供決策支持工具；向社會(huì)公眾發(fā)布垃圾分類、投放指導(dǎo)、服務(wù)信息，提高參與度。四、論述題1.論述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法在垃圾處理系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用價(jià)值：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SystemDynamics,SD）是一種研究復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)和行為模式的方法論，特別適用于分析像垃圾處理這樣具有反饋、延時(shí)、非線性特征的復(fù)雜社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)。其在垃圾處理系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在：*揭示系統(tǒng)復(fù)雜性與反饋機(jī)制：垃圾處理系統(tǒng)涉及產(chǎn)生、收集、運(yùn)輸、處理、處置等多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，存在大量的反饋回路（如垃圾量增加導(dǎo)致處理壓力增大，可能引發(fā)更嚴(yán)格的法規(guī)，進(jìn)而影響產(chǎn)生行為；處理成本上升可能促使回收利用比例提高等）。SD建模能夠清晰地識(shí)別和表達(dá)這些反饋機(jī)制，幫助決策者理解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為根源。*支持長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃與政策評(píng)估：SD模型可以整合歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)假設(shè)和未來(lái)情景，模擬不同政策（如垃圾分類強(qiáng)制執(zhí)行力度、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施、處理技術(shù)選擇、稅率變化等）或不同發(fā)展路徑（如城市人口增長(zhǎng)、消費(fèi)模式改變）對(duì)垃圾系統(tǒng)長(zhǎng)期績(jī)效（如總成本、資源回收率、環(huán)境影響）的影響。這為制定穩(wěn)健、適應(yīng)性的長(zhǎng)期規(guī)劃提供了有力工具，避免了單一方案思維的局限性。*模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為與性能預(yù)測(cè)：SD模型能夠模擬垃圾系統(tǒng)隨時(shí)間的變化過(guò)程，預(yù)測(cè)未來(lái)垃圾量趨勢(shì)、處理能力需求、成本變化等，為設(shè)施規(guī)劃（如處理廠建設(shè)時(shí)序、規(guī)模）、資源分配、應(yīng)急預(yù)案制定提供科學(xué)依據(jù)。*識(shí)別關(guān)鍵杠桿點(diǎn)與干預(yù)策略：通過(guò)模型模擬和政策分析（PolicySimulation），SD可以識(shí)別出對(duì)系統(tǒng)行為影響最大的關(guān)鍵變量或回路（即“杠桿點(diǎn)”）。找到這些杠桿點(diǎn)，施加適度的干預(yù)，可以在有限的成本下取得最大的系統(tǒng)改進(jìn)效果，有助于設(shè)計(jì)更有效的管理策略。*促進(jìn)跨部門協(xié)調(diào)與溝通：SD模型提供了一個(gè)共同的框架和語(yǔ)言，有助于不同部門（如環(huán)衛(wèi)、環(huán)保、規(guī)劃、財(cái)政、市民等）理解彼此的觀點(diǎn)和利益，促進(jìn)跨部門合作，共同解決垃圾處理這一復(fù)雜的系統(tǒng)性問(wèn)題。*支持韌性設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)分析：SD模型可以模擬系統(tǒng)面對(duì)外部沖擊（如極端天氣、疫情、經(jīng)濟(jì)波動(dòng)）時(shí)的反應(yīng)和恢復(fù)能力，有助于設(shè)計(jì)更具韌性的垃圾處理系統(tǒng)，并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施?？傊?，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過(guò)模擬復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和反饋機(jī)制，為垃圾處理系統(tǒng)的規(guī)劃者和管理者提供了深刻的洞察力，支持他們做出更明智、更可持續(xù)的決策。2.論述實(shí)現(xiàn)垃圾處理系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)性思考要點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)垃圾處理系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，需要運(yùn)用系統(tǒng)性思維，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三個(gè)維度，并關(guān)注系統(tǒng)與其所處環(huán)境（包括自然生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)）的相互作用。關(guān)鍵的系統(tǒng)性思考要點(diǎn)包括：*資源循環(huán)與價(jià)值最大化（經(jīng)濟(jì)維度）：將垃圾視為“放錯(cuò)地方的資源”。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮源頭減量和資源化利用，通過(guò)分類、回收、再制造等環(huán)節(jié)，最大限度地提取資源價(jià)值，減少對(duì)原生資源的開(kāi)采依賴，形成“資源-產(chǎn)品-再生資源”的閉環(huán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。系統(tǒng)優(yōu)化需圍繞資源回收率、利用效率和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行。*環(huán)境影響最小化（環(huán)境維度）：全生命周期評(píng)估（LCA）是核心工具。系統(tǒng)規(guī)劃與管理需關(guān)注垃圾從產(chǎn)生到最終處置整個(gè)過(guò)程中的環(huán)境足跡，包括資源消耗、能源使用、溫室氣體排放、水體、土壤和空氣污染等。優(yōu)先選擇低環(huán)境影響的技術(shù)和工藝（如減少填埋、提高能源回收比例、采用清潔生產(chǎn)技術(shù)），并加強(qiáng)對(duì)污染物的控制和監(jiān)測(cè)。*社會(huì)公平與公眾參與（社會(huì)維度）：垃圾處理系統(tǒng)關(guān)乎公眾健康和生活質(zhì)量。需要考慮服務(wù)的公平性（覆蓋范圍、服務(wù)質(zhì)量），避免環(huán)境負(fù)擔(dān)（如垃圾填埋場(chǎng)、焚燒廠）向特定社區(qū)過(guò)度集中。加強(qiáng)公眾教育，提高居民垃圾分類意識(shí)和參與度