面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法

本发明公共建筑暖通空调系统设计优化领域，涉及一种面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法。

背景技术：

1、bim技术的引入使我国建筑领域的设计方式实现了从抽象到具体，从二维的cad平面表达到三维立体模型的转变。从理论角度来看，bim技术是提高设计效率的有效工具，但由于国内目前缺乏有针对性的技术性规范和适用的bim标准和国内软件环境及技术力的限制等因素，导致基于bim的暖通正向设计效率低下，bim建模相关软件沦为了“翻模”与碰撞检测工具。但随着自动化技术与建筑领域不断结合，暖通领域的自动化相关研究也逐渐变得多样。本发明专利公开了一种面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法。本发明针对暖通空调bim设计中送风系统的设计效率低，自动化低等问题，以提高送风系统bim设计的自动化程度和设计效率为目标，将标准化、模块化的设计思想与计算及技术相结合，提出了一种面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法。

2、本发明的技术方案：

3、面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法，步骤如下：

4、s1、获取风口位置

5、根据现有的建筑信息模型，提取已经根据要求布置好的风口位置信息、风管宽高比信息以及空调机房位置信息等，获取的信息参与后续的管网自动生成及自动优化过程。

6、s2、根据风口位置进行虚拟风口补充及划分网格

7、s2.1、虚拟风口补充

8、在进行划分网格前需要对已经布置好的风口进行有序化，在不影响风口原有布局的基础上引入虚拟风口，使得每一列的风口数量相等，虚拟风口不会在之后的管网生成中被连接，但提供之后的管网位置参考。

9、s2.2、划分网格

10、将整片包含虚拟风口的区域按照风口数量进行逐步分解。使得包含虚拟风口在内的每四个风口成为一个单独的小区域网格空间。

11、s3、小区域网格单独分别处理进行一级支管路路径规划

12、对每个划分好的小网格区域的风口进行单独连接处理，根据实际风口的数量进行不同的连接方式连接。遍历所有在s2.2划分好的小区域网格，使其每个区域内的实际风口通过对应不同数量风口的连接方法进行连接，从而生成完整的一级支管路。

13、s4、基于a*算法的二级支管路路径规划

14、利用启发式搜索算法a*算法进行二级支管路的路径规划，引入当前节点x的估计函数f(x)：

15、f(x)＝g(x)+h(x)(1)

16、其中：f(x)表示从起点到终点的总距离估量；g(x)表示从起点到当前节点x的走过的实际距离量度；h(x)表示从节点x到终点的最小距离估计。

17、s4.1、首先将起始点加入closelist中，然后由起点计算与之相邻的上下左右四个方向中可前进的格子(图中白色格子)f(x)值，并设置这些格子的父节点为起始点，然后将计算了f(x)值的各个格子加入openlist中，然后从列表中选出f(x)值最小的格子(命名为“当前格”)作为预备前进方向(图b中右侧格子)。同时将该格子从openlist中移除，并添加至closelist中。

18、s4.2、计算当前格上下左右四个格子中白色且不在closelist中的格子的f(x)值，并查看其是否已经在opnelist列表中。如果不在，则将该给格子的父节点设置为当前格并直接将之加入openlist列表中；如果其已经在openlist中，则比较其当前g值与之前g值(g0)的大小，如果g>g0,不做任操作。如果g<＝g0,则更新改格子的f、g、h值并将该格子的父节点设置为当前格。然后将当前格子从openlsit列表中移除并加入closelist列表中。此时，当前格子称为新的起点。

19、s4.3、反复循环s4.1、s4.2过程，直到找到终点为止，找到终点后寻路结束。当遇到list0中存在多个最小的f(x)值时，从具有最小f(x)值的格子任选一个作为一预备方向即可，直到更新到最小f(x)是唯一的为止。

20、s4.4、到达终点后，回溯路径，即从终点反向依次寻找其父节点，一直找到起点为止。如此，就获得了最终二级支管路径。

21、s5、次级区域连通及主管路路径规划

22、次级子区域的连通仍然可以采用a*寻路算法或延长线相交路径规划的方法生成主管路路由。根据空调区间和空调机房的相对位置生成最终将所有二级支管连接的主管路。

23、s6、风管水力计算及管道尺寸确定

24、管道路由线生成后，需要根据管道路由线生成管道、连接管道并进行风管水力计算。由于目前值只确定了送风管路的路由，风机的总压头尚未确定，故采用假定流速法进行初步的水力计算，以确定每段送风管路的尺寸。

25、l＝3600abv(2)

26、ab＝l/3600v             (3)

27、式中：l-风管的风量，m3/h；v-管内风速，m/s；a，b-风管断面的净宽和净高，m。在根据前面获取的风管宽高比从而可以确定风管的具体尺寸。

28、确定管道尺寸之后进行沿程阻力δpm计算。

29、δpm＝δpml         (4)

30、

31、

32、

33、

34、式中：δpm——单位管长沿程摩擦阻力，pa/m；l——风管长度，m；λ——摩擦阻力系数；ρ——空气密度，kg/m；de——风管当量直径，m；f——风管的净断面积，m2；p——风管断面的湿周，m；k——风管内壁的绝对粗糙度，m；re--雷诺数；v——运动黏度，m2/s。根据式子(4)、(5)、(6)、(7)、(8)即可得出每段风管的沿程阻力损失(沿程压降)δpm，将该压降记录到对应管道内。

35、s7、管道数据载入

36、经过上述水力计算方法，确定了每段风管的尺寸ab、流量l、管内流速v、压降δpm。用户指定管道中心标高后，即可根据每段管道的路由，自动生成对应风管，生成风管后，上述的水里计算结果信息写入到管道内。

37、s8、全部管道生成

38、通过指定的标高以及在s6计算得到的管道尺寸，在建筑信息模型当中进行全部管网的生成，同时对存在的梁、柱等障碍进行自动避让，连接各个管段，生成不同对应的连接件，完成全部管道的生成及连接。

39、本发明的有益效果：

40、本发明通过基于建筑信息模型对管网生成模型及自动优化方法，能够成功完成对实际设计过程中的风管系统的自动布置及优化操作。与传统的设计方法相比，很大程度上节省了人力物力，且在实际设计过程中具有较大的应用价值。

技术特征：

1.面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法，其特征在于，步骤如下：

2.如权利要求1所述的面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法，其特征在于，所述的s4基于a*算法的二级支管路路径规划，具体操作如下：

3.如权利要求1或2所述的面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法，其特征在于，所述的s6中，确定每段送风管路的尺寸具体操作如下：

4.如权利要求3所述的面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法，其特征在于，所述的s6中，确定管道尺寸之后进行沿程阻力计算，具体操作如下：

技术总结
本发明属于公共建筑暖通空调系统设计优化领域，提供了面向数字城市智能运维的管网生成模型的自动优化方法。该方法包括：S1、获取风口位置。S2、根据风口位置进行虚拟风口补充及划分网格。S3、小区域网格单独分别处理进行一级支管路路径规划。S4、基于A*算法的二级支管路路径规划。S5、次级区域连通及主管路路径规划。S6、风管水力计算及管道尺寸确定。S7、管道生成。本发明可有效对太阳能PVT热泵系统的运行状况进行实时观测以及运行状态预测。本发明能够成功完成对实际设计过程中的风管系统的自动布置以及优化工作。与传统的设计方法相比，很大程度上节省了人力物力，且在实际设计过程中具有较大的应用价值。

技术研发人员：梁若冰,王鹏,马宏博
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14