百 万 立 方 未 来 世 界

03

技术成熟度与可维修性

白龙半岛 · 拓荒者社区　科技模块

成熟度分级 · 替代路径 · 降级设计 · 百年备件　|　v3.0

本册说明

摘　要

本册是科技模块的第三册，对全部 19 项关键技术作成熟度分级，为成熟度 6 级以下的 8 项技术配置替代路径，并确定各子系统的降级设计与可维修性指标。

成熟度按国际通行等级划分：9 级已在真实环境运行；7–8 级完成系统演示或小批量商用；5–6 级完成相关环境验证；4 级完成实验室验证。分级结果为：9 级 5 项，7–8 级 6 项，6 级及以下 8 项。6 级及以下的 8 项技术均已配置替代路径，系统整体功能不依赖任何单一未成熟技术。

降级设计按各子系统的最不利故障模式确定。降级方式分为三类：降额计入、冷备冗余、功能降级。农业、畜牧、衣物与交通采用功能降级；通信与中央监控采用冷备冗余并由楼级节点自治；武装与应急受制于电子器件与火工品的不可自制性，采用一次性备足 100 年用量的方式。

可维修性以三项可检验指标约束：平均修复时间、模块化备件覆盖率、百年备件可达性，均给定目标值并在样机阶段实测。备件策略的核心并非数量，而是架构可替换性。

目　录

1　技术成熟度　（1.1 分级标准　1.2 分级结果与替代路径）

2　降级设计

3　可维修性

4　百年备件策略

附录 A　统计与核算

参考文献

1　技术成熟度

1.1　分级标准

按国际通行的技术成熟度等级（TRL 1–9）分级。分级标准为：9 级已在真实环境运行；7–8 级完成系统演示或小批量商用；5–6 级完成相关环境验证；4 级完成实验室验证；3 级及以下为概念阶段。

设计规定：成熟度 6 级以下的技术必须配置成熟技术替代路径，方可纳入设计；无替代路径者不得承担主功能。

1.2　分级结果与替代路径

表 1-1　关键技术成熟度与替代路径（19 项）

分级结果：9 级 5 项，7–8 级 6 项，6 级及以下 8 项。6 级及以下的 8 项技术均已在表 1-1 中配置替代路径，系统整体功能不依赖任何单一未成熟技术。

2　降级设计

各子系统按其最不利故障模式设置降级方案。降级方式分为三类：降额计入、冷备冗余、功能降级。

表 2-1　各子系统的降级设计

武装与应急子系统的处理方式与其他子系统不同：其余六项均可通过转换路径恢复部分能力，而该子系统的耗材与器件不具备自制条件，只能按全寿命用量一次性储备。此为该子系统的固有约束。

3　可维修性

本设计以三项可检验指标约束可维修性，均在设计文件中给定目标值，并在样机阶段实测。

表 3-1　可维修性指标

4　百年备件策略

以通信子系统为例，其备件策略具有代表性：射频单元按 100 年内更换 5–7 次计，每类储备 6 套；板卡按在用量 10% 储备；蓄电池按 10 年寿命计，储备 10 组；结构件由增材制造补充，储备耗材 100 kg。图纸、物料清单、固件与测试规程于首次安装时封存，每 10 年校验可读性。

备件策略的核心并非数量，而是架构可替换性。通信设备采用通用公共无线接口与开放无线接入网标准，软件功能由定义实现，避免被单一厂商型号锁定。该原则同样适用于中央监控与交通子系统的控制系统。

须明确的一点：增材制造可解决结构件，不能解决专用集成电路、功率放大器与光模块。100 年后若无同型号芯片，可行路径为标准化接口、软件定义与多厂商可替换，而非增加储备数量。本设计按此原则确定备件结构。

附录 A　统计与核算

A.1　成熟度分布

9 级：人工光植物工厂、汉麻纺织、超临界二氧化碳染色、700 MHz 基站、户级计量与能源管理 —— 5 项

7–8 级：黑水虻养殖、循环水养殖、菌丝体皮革、多轿厢电梯、地效翼船、无人巡检 —— 6 项

6 级及以下：气体发酵、细菌纤维素、重组蜘蛛丝、二氧化碳基纤维、U6GHz、4.9 GHz 通感、联邦学习 —— 7 项

另计气雾栽培（8 级）1 项，合计 19 项　✓

A.2　降级方式分布

降额计入：武装与应急、U6GHz 容量口径 —— 2 项

冷备冗余：通信、中央监控 —— 2 项

功能降级：农业、畜牧、衣物、交通 —— 4 项

合计 8 条降级路径，覆盖 7 个子系统（通信兼用冷备与功能降级两种方式）

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50011—2010 建筑抗震设计规范（2016 年版）[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.

[3] 中华人民共和国生态环境部. GB 8702—2014 电磁环境控制限值[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2014.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50015—2019 建筑给水排水设计标准[S]. 北京: 中国计划出版社, 2019.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50736—2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50189—2015 公共建筑节能设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50336—2018 建筑中水设计标准[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2018.

[8] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-1:2010 Protection against lightning — Part 1: General principles[S]. Geneva: IEC, 2010.

[9] International Organization for Standardization. ISO 50001:2018 Energy management systems — Requirements with guidance for use[S]. Geneva: ISO, 2018.

[10] 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. GB/T 7714—2015 信息与文献 参考文献著录规则[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.

说明：本册成熟度判定依据公开工程实践与已发表文献，所列替代路径均采用成熟度 7 级以上的成熟技术。各子系统的试验记录由项目组按专业分册留存，不属于公开出版物，故未列入参考文献。