矿井大气环境治理及地热资源的开发利用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张永亮，蔡嗣经 著

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• 矿井大气
• 矿井通风
• 地热资源
• 环境治理
• 安全生产
• 能源开发
• 矿业工程
• 环境保护
• 可持续发展
• 清洁能源

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502468903

版次：1

商品编码：11694716

包装：平装

丛书名： 高职高专“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：176

内容简介

　　《矿井大气环境治理及地热资源的开发利用》作者在大量科研实践中发现，矿山工作人员受井下湿热难题困扰的同时，又对井下大量流失的热能和淡水资源十分惋惜.鉴于此，作者调研走访了国内众多矿山，搜集了矿山技术人员及管理者对井下大气环境治理意见及矿山地热利用的可行性分析意见，在此基础上进行了初步的理论分析和实验研究，形成本书的主要内容,并提出了技术办法。因此，本书对各种地下矿井的环境改善和资源利用，有很好的借鉴意义。

作者简介

　　张永亮，男，（1979-），博士（后），研究生导师。一直从事安全科学与工程、环境工程方面的教学与科研工作，近5年主持各类科研项目近20项，其中主持国家级、省部级科研项目10项，主持企业横向技术开发课题8项。做为主要研究人员参加国家“十二五”科技规划项目、国家自然科学基金项目以及各类横向技术开发课题30余项，在国内外重要刊物公开发表或录用高水平论文近50篇，SCI/EI收录十余篇，目前主持在研各类纵向、横向科研项目10项。获山东省科技进步二等奖、中国黄金协会科技进步一等奖等科研奖励4项。

目录

1　矿山井下环境治理技术研究进展 1
1.1　国内外矿井降温技术 1
1.1.1　国外发展状况 1
1.1.2　国内发展状况 2
1.2　矿山井下大气环境综述 3
1.2.1　井下湿热产生的原因 3
1.2.2　高温、高湿危害 3
1.2.2.1 对人体的危害 4
1.2.2.2 诱发事故，降低劳动效率 4
1.2.2.3 造成恶劣的矿井气候 4
1.2.3　井下粉尘来源及危害 5
1.2.4　治理措施及意义 5
1.3　深井热岩体水渗流及其湿热影响 6
1.3.1　矿山岩石渗流研究现状 6
1.3.2　裂隙渗流对巷道空间的湿热影响 7
1.4　矿山热能利用综述 7
1.4.1　矿山二次资源开发意义 7
1.4.2　国内外矿山地下热能利用概况 8
1.5　矿山热能利用发展趋势 9
1.6　本章小结 10
2　通风改善矿井环境方法优化 10
2.1　矿井通风网络图论 10
2.1.1　流体网络的基本概念 11
2.1.2　流体网络中的图 12
2.1.3　网络图中的路径 14
2.1.4　通风网络矩阵 14
2.1.4.1 节点的邻接矩阵 14
2.1.4.2 关联矩阵及基本关联矩阵 14
2.1.4.3 回路矩阵和基本回路矩阵 15
2.2　通风网络中风流流动的基本规律 15
2.2.1　质量守恒定律 16
2.2.1.1 狭义质量守恒定律 16
狭义上的质量守恒定律 16
2.2.1.2 广义的质量守恒定律 16
2.2.2　能量守恒定律 17
2.2.2.1　风压平衡定律 17
2.2.2.1　阻力平衡定律 17
2.2.3　阻力定律 18
2.3　不同结构的风路及其特点 18
2.3.1　串联风路的风流特点 18
2.3.1.1 各分支风量与总风量(亦称质量流量 () )的关系 18
2.3.1.2 各分支阻力与总阻力的关系 19
2.3.1.3 串联总风阻 19
2.3.2　并联风路的风流特性 19
2.3.3　角联风路的风流特点 20
2.4　矿井通风网络的特点 21
2.4.1　矿井通风网络的复杂性 21
2.4.2　矿井通风网络的动态性 22
2.4.3　矿井通风网络稳定性的影响因素 22
2.5　矿井通风系统的优化 22
2.5.1　矿井通风系统的阻力调节 23
2.5.2　矿井通风系统的风量调节 24
2.5.3　矿井通风系统的主通风机工况优化 25
2.6　本章小结 26
3　巷道湿热交换及角联网络的模拟 27
3.1　流体动力学基本理论及数学模型 28
3.1.1　流体力学基本模型 28
3.1.1.1 连续性方程 28
3.1.1.2 动量方程 29
3.1.1.3 能量方程 29
3.1.2　湍流流动模型 30
3.2　巷道风流湿热交换的数值模拟 31
3.2.1　模型的假设 31
3.2.2　模型的建立 31
3.2.3　边界条件及计算参数的设置 32
3.2.4　模拟结果分析 33
3.2.4.2　湿度场 38
3.2.4.3　结果 42
3.3　井筒风流湿热交换的数值模拟 43
3.3.1　模型的假设 43
3.3.2　模型的建立 44
3.3.3　边界条件及计算参数的设置 45
3.3.4　模拟结果分析 45
3.3.4.1 温度场 45
3.3.4.2 湿度场 49
3.3.4.3 结果 52
3.4　角联通风网络数值模拟 53
3.4.1　拟牛顿法(Broyden方法)及基于Matlab编程解算 55
3.4.1.1 拟牛顿法(Broyden方法) 55
3.4.1.2 编程解算及结果分析 55
3.4.2　 FLUENT数值模拟 57
3.4.2.1 模型建立及网格划分 57
3.4.2.2 模拟过程 58
3.4.2.3 模拟结果分析 59
3.5　本章小结 61
4　矿井通风系统参数评价研究 62
4.1　基于熵理论的耗散系统评价分析 62
4.1.1　矿井通风系统耗散结构 63
4.1.2　矿井通风系统状态过程演变 64
4.1.3　应用分析 65
4.1.4　评价结论 66
4.2　逼近理想解方法评价 66
4.2.1　基于熵权的TOPSIS方法 66
4.2.1.1 数据的规范化 67
4.2.1.2 确定评价指标的熵权 67
4.2.1.3 确定评价指标的熵权 67
4.2.1.4 确定理想解和负理想解 68
4.2.1.5 计算距离 68
4.2.1.6 确定相对接近度 68
4.2.2　矿井通风系统方案综合评判 69
4.2.2.1 确定评价对象集 69
4.2.2.2 建立评价指标集 69
4.2.2.3 第二层次综合评价 70
4.2.2.4 第一层次综合评价 71
4.2.2.5 结果分析 71
4.3　本章小结 71
5　矿井工作面增氧技术研究 72
5.1　矿井环境对人体的影响 73
5.1.1 矿井空气对人的影响 73
5.1.2 气候环境对人的影响 73
5.1.3 有毒有害气体对人的影响 73
5.1.4 粉尘对人的影响 74
5.2　矿井增氧量计算 74
5.2.1　矿井新风量 74
5.2.1.1 CO2浓度 74
5.2.1.2 空气中CO2含量的计算 75
5.2.2 　矿井新风量氧气消耗量 77
5.2.3　矿工氧气消耗量 78
5.2.4　矿井漏风氧气消耗量 78
5.3　矿井增氧系统设计 78
5.3.1　矿井制氧设计 78
5.3.1.1 制氧量技术指标 78
5.3.1.2 用途 79
5.3.1.3 使用环境 79
5.3.1.4 工作要求 79
5.3.1.5 制氧机技术指标： 79
5.3.1.6 工程标准 79
5.3.1.7 系统特点 80
5.3.1.8 技术流程 80
5.3.2　矿井供氧设计 81
5.3.2.1 供氧方案分析 81
5.3.2.2 供氧方案的经济性比较 82
5.3.2.3　供氧系统的自动控制系统 82
5.4　工作面增氧通风模型及数值模拟 83
5.4.1　通风风流中的紊流方程 83
5.4.1.1 时均方程 83
5.4.1.2 连续性方程 84
5.4.1.3 涡粘模型 84
5.4.1.4 标准k-ε双方程模型 85
5.4.2　工作面增氧通风模拟 85
5.5　本章小结 98
6　井下粉尘及有害气体治理的理论与实践 98
6.1　井下尘毒来源分析 99
6.2　静电除尘技术 101
6.2.1　静电除尘器粉尘振打 102
6.2.2　粉尘极化能力对粘结力的影响 102
6.2.2.1 介质在恒定电场中的极化 103
6.2.2.2 电介质的微观极化机构 104
6.2.2.3　电介质受力分析 109
6.2.3　推论 111
6.3　影响粉尘粘结力的各种因素 111
6.3.1 　MATLAB语言演示粘结力变化趋势的直观性 111
6.3.1.1　范德华力 112
6.3.1.2 电晕静电力 113
6.3.1.3 极化静电力 115
6.3.1.4 其它的几种力 120
6.3.1.5 小结 121
6.4　矿山尘毒治理实例 121
6.4.1　典型矿山尘毒现状 122
6.4.2　尘毒治理方案选择 122
6.4.2.1 方案选择原则 123
6.4.4.2 除尘技术方案确定 123
6.4.4.3 炸药的配比计算 123
6.4.4.4 水封爆破 124
6.4.4.5 喷雾降尘 124
6.4.3　方案实施前后的数据分析 125
6.4.4　方案实施中的注意事项 125
6.4　本章小结 126
7　岩体裂隙渗流及围岩-风流湿热交换机理研究 127
7.1　岩体渗透率与静应力关系测定 127
7.2　岩体裂隙渗流与应力关系分析 129
7.3　岩体裂隙变形与渗流关系模型的建立 130
7.3.1　流体的存储效应模型 130
7.3.2 裂隙引起的附加应力模型 131
7.3.3　边界条件对孔弹性应力变化的影响 132
7.4　岩体压裂控制研究 132
7.4.1　稳定开裂条件分析 133
7.4.2　裂隙失稳压力分析 134
7.5　热岩裂隙控制模型的建立及其意义 134
7.6　深井湿热参数测定 136
7.6.1 风流参数测试 137
7.6.1.1 对象 137
7.6.1.2 数据处理 137
7.6.2 围岩温度测试 138
7.7　围岩壁面湿热散发求解 141
7.7.1　显热计算 141
7.7.2　潜热计算 141
7.7.2.1 壁面与风流的潜热计算 142
7.7.2.2 潮湿度系数的计算 144
7.8　围岩与风流湿热交换模型的建立 144
7.8.2　湿度平衡方程建立 145
7.8.3　岩壁温度的求解 145
7.8.4　预测模型在矿山中的应用分析 146
7.9　本章小结 149
8　矿山地热阶梯利用研究 150
8.1　矿山深部开采地温预测研究 150
8.1.1　矿井深部温度预测模型建立 150
8.1.1.1 传导型深部地温预测 150
8.1.1.2 传导-对流型深部地温预测 153
8.1.2　深部温度推算中的地形校正 154
8.2　我国地热能利用可行性分析 156
8.3　地热分级利用模式 156
8.3.1　典型金矿地热概况 156
8.3.2　矿井热能开发新方法 157
8.3.3　分级利用模式的提出 158
8.4　矿山地热能促进沼气生物质能研究 159
8.4.1　温度对产气量的影响 159
8.4.2　沼气池加温热源分析 160
8.4.3　地热加温沼气池试验 161
8.4.3.1 加温试验系统设计 161
8.4.3.2 螺旋管换热过程分析 161
8.4.3.3 螺旋管传热系数计算 162
8.4.3.4 产气效果分析 162
8.4.4　加温系统成本效益分析 163
8.4.4.1 沼气池建设模式 163
8.4.4.2 沼气池成本预算 163
8.4.4.3 地热加温效益分析 163
8.5　余水回灌系统实验研究 164
8.5.1　回灌技术原理 164
8.5.2　金属矿区回灌方案设计 165
8.5.2.1 矿区回灌目的 165
8.5.2.2 回灌水质选择 165
8.5.2.3 回灌类型选择及回扬分析 165
8.5.3　回灌试验分析 166
8.5.3.1 回灌井位置布设 166
8.5.3.2 回灌管井参数 166
8.5.3.3 回灌试验结果 166
8.6　本章小结 167
9　结论及展望 168
9.1　主要研究结论 168
9.2　主要创新点 169
9.3　展望 169

前言/序言

　　随着我国矿产资源的不断开发，浅表矿床储量不断消耗，今后大多数矿山必然转入深部开采，随之而来深井原始岩温不断增高，矿山地下水涌出量也呈上升趋势，矿山井下湿热危害日趋严重。同时，采矿机械化的快速发展，引起了大量难以治理的油烟危害，加上采矿过程中产生的粉尘及有毒有害气体，给矿井工作场所大气环境治理提出了挑战。　　矿山深井开采过程中，矿井地下热岩体、渗透出的地热水导致了高温、高湿的井下作业环境，当风温高于30时，井下工作人员易产生高温中暑、热晕并诱发其它疾病，给职工造成严重的身体伤害，安全生产受到威胁，湿度过高易导致湿疹等职业病，由于井下空气湿度过大，水泵、卷扬、排水管线等设施严重锈蚀，井下湿热问题亟待解决。同时，地下水的流失也导致地质结构发生显著变化，地基承载力减弱，出现地面裂缝、沉降等现象，矿山开采暴露出的地热一方面破坏了矿山生产环境，另一方面又造成大量地热资源和水资源的白白流失，这是众多矿山工作者一直迫切想要解决的问题。

现代城市规划与可持续发展导论 作者： [此处可填写一个虚构的作者名] 出版社： [此处可填写一个虚构的出版社名] ISBN： [此处可填写一个虚构的ISBN] --- 内容提要 《现代城市规划与可持续发展导论》是一部全面探讨当代城市发展复杂性与未来方向的专著。本书深刻剖析了二十一世纪城市所面临的生态挑战、社会公平问题以及经济转型压力，旨在为城市规划师、政策制定者、环境科学家以及关注城市未来走向的读者提供一套系统化、跨学科的分析框架与实践路径。全书内容聚焦于如何通过创新的规划理念和技术手段，构建更具韧性、包容性和环境友好型的城市空间。 本书避开了传统的基建导向型规划叙事，转而强调“场所精神”（Genius Loci）的重塑与社区赋权的重要性。我们深入研究了后工业时代城市更新的复杂案例，对比了全球范围内不同文化背景下的可持续发展实践，并特别关注了数字技术（如大数据、物联网、地理信息系统）在提升城市管理效率与市民参与度方面的潜力与局限。 --- 详细章节概述 第一部分：城市化的新范式与挑战（New Paradigms and Challenges of Urbanization） 第一章：全球城市化进程的阶段性回顾与反思 本章首先梳理了过去两个世纪工业化城市化带来的结构性变化，如职住分离、功能分区僵化等问题。重点分析了当前“超大城市病”的深层根源，包括基础设施的超负荷、公共服务供给不均以及城市热岛效应的加剧。我们提出，传统的“摊大饼”式扩张模式已难以为继，城市发展亟需向内提质、向外协同的复合型模式转变。本章对新城市主义（New Urbanism）、紧凑城市（Compact City）等概念进行了批判性回顾，指出其在不同地理和文化语境下的适用边界。 第二章：生态足迹与城市韧性（Urban Ecology and Resilience） 本章是全书的理论基石之一，重点阐述了城市作为复杂生态系统的本质。通过量化城市生态足迹（Ecological Footprint）和物质流分析（Material Flow Analysis），直观展现了城市对周边环境的资源依赖程度。随后，本书引入了城市韧性理论，探讨了城市如何有效应对气候变化带来的极端天气事件（如洪涝、干旱）以及社会经济冲击（如流行病、金融危机）。我们详细介绍了基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NbS）在雨洪管理、生物多样性保护中的应用潜力。 第三章：社会公平与包容性规划（Social Equity and Inclusive Planning） 城市规划不再仅仅是空间布局的艺术，更是社会资源的分配机制。本章深入探讨了城市中的空间不平等现象，包括“环境种族主义”（Environmental Racism）、绅士化（Gentrification）对低收入群体的挤出效应。我们分析了如何通过土地使用政策、保障性住房计划以及社区参与式预算等手段，实现规划成果的普惠性。核心观点在于，一个成功的城市必须是一个没有“被遗忘的角落”的城市。 --- 第二部分：可持续发展的规划工具与技术（Tools and Techniques for Sustainable Development） 第四章：多尺度交通系统整合与绿色出行（Integrated Multi-Modal Transportation Systems） 交通是城市活力的血脉，也是主要的污染源之一。本章摒弃了单纯的道路拓宽思维，强调构建以人为本、高效衔接的交通网络。详细分析了快速公交系统（BRT）、轻轨系统与慢行系统（步行道、自行车道）的有机结合。特别关注了“最后一公里”问题的解决策略，包括共享出行工具的规范管理与需求响应式交通（DRT）的引入，以期最大限度减少私人小汽车的依赖。 第五章：绿色基础设施与城市蓝绿空间（Green Infrastructure and Blue-Green Spaces） 本章聚焦于城市中水体、植被、土壤等自然要素的系统化保护与利用。绿色基础设施被视为城市运行的“活的系统”，它不仅提供生态服务，更是重要的公共空间载体。内容涵盖了海绵城市（Sponge City）的技术原理、屋顶绿化的生态效益评估，以及城市公园网络的空间优化策略，旨在提升城市的水文循环能力和人居环境质量。 第六章：循环经济在城市废物管理中的实践（Circular Economy in Urban Waste Management） 本章将城市视为一个物质的“闭环系统”，探讨了如何通过减少（Reduce）、再利用（Reuse）、再循环（Recycle）的原则，降低城市对外部资源的依赖。内容涉及建筑废弃物的现场资源化处理、厨余垃圾的厌氧消化与能源回收，以及城市“矿山”（Urban Mining）概念在贵金属和稀有材料回收中的应用。本书强调，废物管理应从末端处理转向源头减量与价值捕获。 --- 第三部分：治理、金融与未来展望（Governance, Finance, and Future Outlook） 第七章：智慧技术赋能的城市治理（Smart Technology Empowering Urban Governance） 数字孪生（Digital Twin）、物联网传感器网络和AI算法正在重塑城市管理的面貌。本章审视了智慧城市建设中的“技术陷阱”，即技术堆砌而忽略了治理结构和市民需求的风险。我们着重分析了数据伦理、数据安全在城市决策中的重要性，并展示了如何利用实时数据流优化能源分配、交通信号控制和应急响应。 第八章：可持续发展的投融资机制（Financing Mechanisms for Sustainable Development） 实现宏大的可持续目标需要创新的金融工具。本章系统介绍了绿色债券、公私伙伴关系（PPP）在城市基础设施项目中的应用，特别是对环境、社会和治理（ESG）投资标准的分析。探讨了如何通过土地增值税、碳交易市场等经济杠杆，激励私营部门参与到可持续规划的实施中来。 第九章：规划师的伦理角色与未来视野 全书的最后一部分进行了总结与展望。规划师在面对气候变化、代际公平等宏大叙事时，其专业伦理与决策的长期性面临巨大挑战。本章呼吁规划专业回归其服务公共利益的本源，倡导跨学科协作，鼓励对未来城市形态的长期愿景构建。重点讨论了去中心化规划、适应性管理（Adaptive Management）等前瞻性理念，为读者描绘了一个充满机遇与挑战的城市未来图景。 --- 本书特色 本书的结构清晰，理论与实践紧密结合，案例选取遍及北美、欧洲及亚洲的发达与发展中城市，具有极强的国际视野。它避免了专业术语的过度堆砌，语言平实而富于洞察力，旨在打破城市规划、环境科学、社会学等学科间的壁垒，为构建一个更健康、更公平、更具生命力的城市环境提供坚实的理论基础和可操作的实践指南。无论是对规划理论感兴趣的研究人员，还是身处城市治理一线的决策者，都能从中获得深刻的启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格非常扎实，语言的组织逻辑性极强，读起来有一种层层递进的结构美感。它不像某些学术著作那样，喜欢用晦涩的术语堆砌篇幅，而是努力在专业性和可读性之间找到一个微妙的平衡点。比如，在探讨矿井通风效率优化时，作者并非直接抛出优化后的数据模型，而是先回顾了早期通风实践中的常见误区，并详细分析了这些误区是如何在特定地质条件下导致环境恶化的，这种“先破后立”的叙事手法，极大地增强了读者对新方法的认同感和理解深度。我个人更欣赏它对“耦合效应”的分析，即如何理解和量化通风系统对抽水系统、支护稳定性乃至爆破后空气质量的连锁反应，这需要作者对多个工程领域都有深刻的洞察力。整体感觉，这本书的价值不在于提供了某一个放之四海而皆准的‘万能公式’，而在于教会读者如何建立起一套解决复杂矿山环境问题的‘分析框架’。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我对于地热资源开发这块的兴趣点完全是出于好奇心驱使，因为在我以往的阅读经验中，这类书籍通常会把能源开发部分写得非常“硬核”，充斥着大量的岩土力学、热力学计算以及钻探工程的细节，读起来很容易让人望而却步。我期待这本书能在这方面有所突破，提供一种更“接地气”的阐述方式。确实，它在介绍地热能的原理时，用了不少生动的比喻，比如将地下深处的热能比作一个巨大的、恒温的“能源水库”，而不是仅仅停留在地温梯度和热流密度的抽象数字上。更吸引我的是，它似乎没有回避地热开发中实际存在的经济可行性和环境影响问题，这比那些只谈技术优势的书要实在得多。我特别关注了关于中低温地热梯级利用的那一章节，它详细描述了如何通过不同的温度层级，分别用于供暖、温室农业甚至是一些工业预热过程，这种资源最大化利用的思路，显示出作者在整体规划上的深思熟虑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的参考文献和案例引用非常丰富，这一点让我对作者的研究深度有了更直观的判断。我注意到作者似乎并不局限于国内的一些经典研究，而是广泛借鉴了国际上在深井开采和地热能利用方面的最新进展，这使得书中的观点和数据都具有很强的时效性和前沿性。例如，它在介绍利用废弃矿井进行地热回灌测试时，引用了欧洲某地一个经过多年验证的实际项目数据，而非仅仅停留在理论模型上进行推演。这种脚踏实地的研究态度，让读者在阅读时感到信息是可靠且经过反复验证的。此外，全书的排版和图表制作也相当精良，那些复杂的流程图和参数对比表格都清晰明了，即便是初次接触该领域的人，也能通过这些视觉辅助工具快速抓住核心概念。总的来说，它成功地将一个看似专业壁垒很高的领域，以一种既严谨又易于理解的方式呈现了出来，确实是一部值得细读的专业参考书。

评分☆☆☆☆☆

如果用一个词来概括这本书带给我的感受，那就是“系统性思维的培养”。我原本以为这是一本关于‘设备’或‘技术’的指南，但实际上，它更像是一本关于‘管理体系’的教材。我特别注意到其中对于“人员培训与安全文化构建”的论述篇幅，这部分内容往往在硬核技术书籍中被轻描淡写。作者深入分析了操作人员对于环境参数变化的敏感度、以及在紧急情况下决策的心理因素，强调了‘人的因素’在保障矿井安全中的决定性作用。书中甚至提及了如何设计一套针对性的仿真训练模块，来模拟极端环境下的应急处置流程，这已经超越了一般的工程技术范畴，触及到了组织行为学和风险心理学的交叉领域。这使得这本书的适用范围被极大地拓宽了，不仅仅对矿井工程师有用，对于企业管理者和安全监管部门的决策者也同样具有很高的参考价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当有意思，那种深沉的蓝与橙色的对比，很容易让人联想到矿井深处的幽暗与地热能量的炽热，视觉冲击力很强。我最初拿到这本书的时候，是冲着它标题里那个“治理”二字来的，毕竟现在对于安全生产和环境保护的关注度越来越高，特别是对于高风险行业如煤矿而言，如何维持一个稳定、健康的作业环境是头等大事。我原以为这本书会是一本非常枯燥的纯技术手册，里面塞满了各种复杂的化学方程式和规范条文，或许会聚焦于通风系统、瓦斯监测或者粉尘控制的某个特定技术点进行深入剖析。然而，读过一些章节后发现，它的内容似乎更偏向于宏观的管理哲学和系统性的解决方案，强调的是一个动态平衡的维护过程，而不是单一环节的修补。我对书中关于“预警机制”的构建那部分印象深刻，它不仅仅是讲如何设置报警值，而是探讨了如何将人、机、环境数据流集成起来，形成一个能自我学习和适应的智能管理系统。这让我对传统管理模式下那种‘头痛医头，脚痛医脚’的做法有了新的认识，感觉这本书提供的是一个更加前瞻的视角，关乎可持续运营的基石。