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基于数据驱动的建造车间智能能耗管理研究毕业论文

 2020-02-17 10:02  

摘 要

随着信息时代的到来,许多产业在计算机技术的推动下,改变了传统的发展模式,取得了长足的发展。近年来,许多新兴技术被应用于建筑领域,给建筑业带来了突破性的发展,如BIM(建筑信息模型)、装配体系结构等技术。随着我国政府对建筑产业化的积极倡导,装配式建筑的发展已成为国内建筑业的一个热点。但是,由于我国装配式建筑起步较晚,在装配式建筑的施工管理中还存在许多问题。特别是在预制件的生产阶段,由于传统的施工方法中没有这样的阶段,这个阶段并没有更成熟的管理方法。建筑车间能耗管理的研究也较少。建造车间能耗的直接影响是增加装配式建筑的造价,影响工程的经济效益和社会效益,不利于装配建筑的推广普及;此外,前期构件的生产浪费大量能源,也不符合建立节约型社会、实现可持续发展以及绿色低碳等现行环保理念。因此,需要对施工车间的能耗进行管理,降低车间生产的能耗,优化资源利用,促进建筑业的可持续发展,促进建筑工业化。

本文以钢构件生产车间为主要研究对象,分析了BIM技术、物联网技术、能耗监控系统等技术在建造车间能耗管理中的应用,并结合精益生产理论,提出了以精益生产理论为指导,以BIM技术、物联网技术、能耗监控系统技术为手段的建造车间能耗管理方法,以实现建造车间的智能能耗管理,促进建筑工业化发展。

关键词:建造车间、能耗管理、BIM、物联网、能耗监控系统

ABSTRCT

With the arrival of the information age, many industries have changed the traditional development mode and achieved great development under the impetus of computer technology. In recent years, many new technologies have been applied to the construction field, bringing breakthrough developments in the construction industry, such as BIM(building information model), assembly architecture and other technologies. With the active advocacy of the government of our country on the industrialization of architecture, the development of assemblage architecture has become a hot spot in the domestic construction industry. However, due to the late start of the assemblage architecture in China, there are still many problems in the construction management of the assemblage architecture. Especially in the production stage of prefabricated parts, because there is no such stage in the traditional construction way, there is no more mature management method at this stage. So,There is also less research on energy consumption management in construction workshops. The direct effect of energy consumption in the construction workshop is to increase the cost of the assembly building, affect the economic and social benefits of the project, and is not conducive to the popularization of the assembly building; In addition, if the production of pre-components wastes a lot of energy, it is not in line with existing environmental protection concepts such as establishing a economical society, achieving sustainable development, and green and low-carbon. Therefore, it is necessary to manage the energy consumption of the construction workshop, reduce the energy consumption of the workshop production, optimize the use of resources, promote the sustainable development of the construction industry and promote the industrialization of construction.

Taking the steel component production workshop as the main research object, this paper analyzes the application of BIM technology, Internet of Things technology, energy consumption monitoring system and other technologies in energy consumption management in the construction workshop, and puts forward lean production theory as the guidance. In order to realize the intelligent energy consumption management of the construction workshop and promote the development of construction industrialization, the energy consumption management method of the construction workshop is based on BIM technology, the Internet of Things technology, and the energy consumption monitoring system technology.

Keyword:Construction workshop、Energy consumption management、BIM、Internet of Things、Energy consumption monitoring system.

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 2

1.2国内外研究现状 3

1.2.1国内研究现状 3

1.2.2.国外研究现状 4

1.3论文研究目的及内容 5

1.3.1研究目的 5

1.3.2研究内容 6

1.4研究框架及范围界定 6

1.4.1研究框架 6

1.4.2研究范围限定 7

1.5研究方法及技术路线 7

1.5.1研究方法 7

1.5.2技术路线 9

第2章 基础理论与技术 10

2.1BIM技术 10

2.1.1BIM概念 10

2.1.2BIM发展及应用现状 10

2.2建筑能耗模拟技术 12

2.2.1建筑能耗模拟技术概念 12

2.2.2建筑能耗模拟技术发展应用 12

2.3物联网技术 13

2.3.1物联网技术介绍 13

2.3.2物联网中的关键技术 14

2.4精益生产理论 16

2.4.1精益生产由来 16

2.4.2精益思想下的生产理论(TFV理论)介绍 16

第3章 建造车间及其能耗管理分析 18

3.1装配式建筑概念及其特点 18

3.2建造车间 19

3.2.1建造车间概念 19

3.2.2建造车间生产能耗现状 19

3.3建造车间能耗管理中技术应用分析 21

3.3.1BIM技术应用分析 21

3.3.2建筑能耗建模技术应用分析 22

3.3.3物联网技术应用分析 22

3.3.4能耗监控系统技术应用分析 22

3.4精益生产理论应用分析 23

3.4.1精益生产在建筑工业化中的应用 23

3.4.2信息化背景下的精益生产与建造车间能耗管理 25

第4章 建造车间智能能耗管理方法 26

4.1方法概述 26

4.2车间运营前期建筑能耗分析 27

4.3车间生产运营阶段能耗管理 27

4.3.1订单生产前期能耗管理 27

4.3.2 生产过程中的能耗管理 28

4.4装车运输阶段能耗管理 32

第5章 建造车间智能能耗管理系统构建 34

5.1系统介绍 34

5.2需求分析 34

5.2.1数据采集 34

5.2.2数据分析 34

5.2.3数据查询 34

5.3系统构建 35

5.4系统功能分析 35

5.4.1能耗数据实时监测 35

5.4.2能耗数据统计分析 35

5.4.3能耗超标自动报警 36

5.4.4能耗数据查询 36

5.5系统工作流程 37

第6章 总结与展望 38

6.1总结 38

6.2展望 39

致谢 40

参考文献 41

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

我国经济发展迅速,各种基础建设、住宅建设等需求越来越大,传统的建筑方式已经不再适合当前的发展速度,且伴随经济迅速发展,人工成本日益增高,成为建设成本中占比很大的一部分,因此建筑工业化成为必然的发展趋势。像制造业一样的发展建筑业已经成为行业热点,较传统建造方式,装配式建筑具有低成本,低能耗,周期短等优势,然而由于我国装配式建筑起步较晚,大部分地区仍然是粗放式发展,装配式的低成本低能耗等优势未能很好发挥,尤其是钢结构装配式建筑,其成本往往比传统建造方式更贵。究其原因,很大程度上是由于装配式建筑预制构件生产阶段管理不善,能耗严重。在当前世界资源日益紧张的环境下,低碳低能耗的可持续发展是各行各业的发展目标,建筑行业要朝工业化发展,必然也要满足建筑工业化的可持续发展。因此其工业化过程中能耗管理不可忽视,尤其是预制构件生产阶段建造车间的能耗管理问题。装配式建筑在构件生产方面与传统建筑有着显著差别,传统建筑的生产能耗管理理念,不适合建造车间中的,因此,寻找一种更加适合装配式建筑预制构件生产车间能耗管理方法是保证装配式建筑在全社会方位内进一步推广以及实现可持续发展的前提和保证。

信息技术时代,各种各样的智能技术已经渗透到各个领域,并且为社会的发展带来了极大的便利和进步。建筑行业要想很好的实现工业化,必然离不开先进的信息技术,目前建筑领域热点的BIM建筑信息模型已经为建筑领域带来了飞跃式的进步,在建造车间中应用各种信息技术,助力建筑工业化,有利于建造车间的能耗管理水平及生产效率的提高。

1.1.2研究意义

中国城市化进程经历了一个快速发展的时期,虽然目前发展速度有所放缓,但相比其他国家仍然呈现出较高的发展速度。大力发展装配式建筑能缩短建设工期,标准化建设过程,是符合中国城市化的需求的,各省市也在大力推行装配式建筑,因此目前中国城市发展对于预制建筑构件的需求是长期、大量的。促进房屋及基础设施建设走向信息化、工业化以满足当前城市化的需求是中国城市发展中的关键问题。在快速城市化过程中,必然会导致巨大的能源需求,房屋及基础设施建设领域的能源消耗问题已经十分突出,要落实建筑工业化,能耗问题必须加以解决。因此,研究预制房屋的节能建设是必要的。

而在装配式建筑建造过程中,更多的关注点都放在了装配阶段以及运维阶段的能源损耗问题上,预制构件生产阶段建造车间中的能耗问题相较而言并未引起重视,这一部分的能耗直接关系到预制构件的成本,成本过高将会阻碍装配式建筑的普及应用以及不利于建筑行业实现可持续发展,因此建造车间中的能耗管理是不容忽视的。

综合建筑工业化和信息化发展的背景,探寻一种智能的、高效的建造车间能耗管理方法对于建筑业目前的发展来说刻不容缓,只有在预制构件的生产阶段做好能耗管理,才可能实现建筑工业化过程中的可持续发展,要想探寻这样一种方式,必然不能脱离信息化时代的背景;要想将建筑业的发展模式像制造业靠拢,必然应该借鉴与学习制造业中的发展理论,因此研究融合了信息技术与制造业生产理论的建造车间智能能耗管理方法对于建筑工业化、节约型社会、可持续发展的实现都必不可少。

基于此,本文将在分析建造车间能耗管理目前情况,国内外研究状况,介绍装配式建筑建造车间、各种基础技术与精益生产理论的基础上,提出关于数据驱动的建造车间的智能能耗管理方法。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

实现建筑的节能与可持续发展一直以来都是我国政府倡导的发展原则,但是国内很多建设项目能耗管理仍然属于粗放式的管理,我国建筑能耗管理的研究大多数侧重点都放在了建筑的运营维护阶段,探索在建筑运营过程中的节能方法,

加之我国装配式建筑的发展比西方国家晚,在预制构件生产过程中的能耗管理研究尚且较少。并且大多数是针对PC结构展开的,最适合做装配式的钢结构建筑相关研究较PC结构少。

由于建造车间构件生产与工业制造的相似性,使工业制造车间中的能耗管理方法对建造车间而言具备很大的可借鉴性。许多装配式构件生产企业结合自身特点采用与工业制造车间中相似的能耗管理手段,如应用物联网技术、BIM技术、无线通信技术等开发专门的能耗监控系统、对车间中的生产工艺进行能耗建模研究以改进生产工艺、运用工业制造中的生产管理理论进行建造车间管理等。

中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所节能中心于2002年开始研发建筑能耗分析软件CHEC,该软件基于DOE-2软件,可以在预制构件生产车间建造之前对车间运营时的能耗进行预先的模拟和分析,对建造车间进行合理的设计,便于建造车间投入使用后的能耗管理。

物联网技术广泛应用到能耗监控系统的开发当中,国内许多能耗监控系统都是基于物联网技术与无线通讯技术。华中师范大学物理科学与技术学院的赵巧颖等人在2017年设计了基于物联网的电信机房能耗监测系统,该系统利用物联网技术,采用STM32嵌入式系统与TCP/IP协议实现能耗数据的远程采集、存储和上传到数据中心,系统可以展示机房各部分用电情况,并且通过局域网与无线红外传感器对机房空调进行有效远程控制,提供设备故障的自报警功能[1]。能耗监测系统的数据中心是基于BIM平台的,由此实现了能耗数据的共享。除此以外,国内多省市都建立了建筑能耗监测中心,用于监测和分析能耗。

陈学群等人在2017年研发了一种车间节能系统,该系统基于物联网,将总控室电脑、智能监控模块、智能配电箱等与工控机通过数据线双向连接;使车间设备与智能监控模块连接,风机、水泵等与工控机连接,空调设备、照明设备与智能配电箱连接[2]。实现设备启停时间的智能化控制以及车间设备能耗计量,并且可以对应到生产流程中的每一台设备,从而能够提供成本核算的依据;该节能系统实现车间生产设备水泵、风机等动力设备的智能化控制,达到了节能效果并且加强了车间设备安全保障。

精益生产理论是应用在工业制造领域的一种生产理论,国内许多学者在研究建筑节能时,将精益生产思想与建筑行业的特点相结合,并提出精益建造理论。戚爱超,王斐斐等人把工业化的建筑结构体系与精益建造理论相结合,对精益建造理论建筑工业化生产管理方面的应用做出了初步的探讨[3]

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