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智能建筑兴建于20世纪80年代,是社会信息化与经济国际化的需要,对他的定义很多,概括起来为:智能建筑在建筑物内使用计算机集成系统,利用综合布线系统为通道来控制系统实现高度信息化、自动化及舒适化的现代建筑物。
智能建筑的建筑环境对于一栋公共建筑的大楼,给业主的定位及建筑的特点及功能要求,确定应做些什么。在规划和设计的过程中,当有几种方案,它有什么优点和特点,当一些智能系统的借口须和外界相连接时,必须要有明确的分界,哪部分由谁来做,什么时候做,在什么地方做。上述问题提出后,接着就是怎么来解决这些问题,例如一栋公共建筑楼,从建筑功能来定义是什么性质的大楼,是纯办公楼,还是有一些其它功能的综合楼,不同性质的有不同的功能。在规划和设计之初,将这些功能了解清楚,根据功能要求来设置相关的智能化系统,并考虑这些系统之间有什么样的内在联系或联动关系。在解决和协调这些系统之间的关系时,可统筹考虑系统的集成,这就达到了按需集成,避免贪大求全而不考虑实际需要的盲目性。
在一座综合楼的规划和设计过程中,根据其功能和当前建筑发展趋势,业主会提出一系列的要求,智能化系统设置如:办公自动化系统、楼宇自动化设置、火灾自动报警系统、公共广播系统、通信网络系统等。对于这栋究竟应该设置哪些系统,应根据时间需要定方案。
智能化建筑的设计,并不是由一个人或一个专业就可以完成,他是一个系统工程,因此,存在界面划分的问题,在建筑、设备和智能化系统的衔接下,应该明确分工,既不能各专业都管,也不要出现都不管的情况。要做好各专业间的配合,需提出在什么时候进行以及配合哪些内容。智能化系统从设计方案到施工图,从施工图到现场安装和调试,这期间有多次专业间的配合以及与承包商的配合。它既要保证建造师为满足智能化系统的功能而给出的建筑平台,如各机房、设备间等,又要保证各设备专业间的畅通,不互相打架,管道线槽的敷设还必须满足建造师设计的层高要求,保证有足够的空间净高。在施工过程中,各专业管线的施工安装顺序将直接影响到系统的质量。在工程实施的全过程中,无论是规划、设计、施工、承包商进场,甚至某些零部件的在外加工,均应在一条主线的引导下进行控制。实施过程中,有任何改动,应及时给相应的施工方输出信息,使之适应变化的步伐。在整个过程的每个环节,若将质量、进度、成本的一系列人流、物质流信息化,将其转换成计算机应用系统中的信息流,则能够非常方便、快捷地进行控制,真实的反应出建筑过程中的每一个环节。从而达到各环节紧密相衔接,以最经济的投入获得最好的效益。
1.计算机系统是智能化建筑的平台
计算机集成制造系统时基于计算机技术、信息技术的发展而产生的。我国在863计划中也提出了制造系统过程。此项技术在建筑领域的应用才刚刚起步,但从其理念和哲理上看,它比我们以往所做的工作更完善、更有条理性,并不是所有的做法都是全新的,智能建筑系统集成不是多种多样产品设备的简单集合,而是指一种能力。它能够把现有的高新技术,巧妙灵活的运用在现有的智能建筑系统中,充分发挥其作用和潜力。
2.技术发展存在的关键问题
(1)由于智能化建筑不是单一技术、单一设备产品,而是多学科多专业综合运用的整体建筑物产品。如何能够把这些产品和技术有机的融为一体植入建筑物,便成为解决的问题,智能化建筑系统集成技术是借助于楼宇设备自控系统、通信网络系统、办公自动化系统,把现有分离的设备、功能、信息等综合集成一个相互关联、统一、协调的系统之中,由于综合建筑物的各个环境,它的技术发展必须要多个专业、多个部门综合协调同步发展,需要统一计划、统一协调、统一对策,不能各部门、各行业、各环节“各个为政”“互不协调”,更不可分封割据打乱仗。
(2)智能化建筑技术不同于传统技术,智能化建筑属新兴的高新技术领域,技术发展还不成熟完善正处在变化之中。因此,技术发展政策急需要有远见卓识的前瞻性,更需要深思熟虑严谨准确性。智能化建筑技术发展要实现技术发展要实现产业化而不是仅看作一项应用技术,目前国内智能化建筑市场仍由国外技术系统产品设备占主导。要大力扶持鼓励发展国产化的技术产品与系统,技术发展才可能形成国产化产业。
3.智能化建筑的系统配置
3.1系统构成
现代化办公大楼,多功能大厦的智能化是通过综合线作为传输通道,采用3A系统;通信网络系统CSA并对各种设备以及各种子系统进行监控和管理来实现的。在这三大系统下,每个系统中需要配置许多不同的子系统,如楼宇设备自控系统中包括:火灾自动报警与消防联动控制系统,公共安全管理系统等。办公自动化从广义上讲即计算机协助进行办公业务处理,办公自动化的具体内容因工作性质的不同而不同。一般而言,即采用计算机网络技术,承担一般常规的办公业务活动,如一般文字处理、文档资料管理、电子邮件、统计数据处理等。经营管理系统则有建设单位根据自身需要自主开发应用软件。通信网络系统内容繁多,实际上包含各种语音、文字、图像、信息系统、传真服务系统、数据处理系统、可视图文定位、可视电话定位、会议电视系统、数字无绳电话系统、卫星电视接收系统,有线电视系统、公共广播系统、音响系统、同声传译系统、多媒体教学系统等。
建筑智能化系统工程设计涵盖了弱电系统的所有范围,涉及专业面广,是一项庞大的系统工程。具有智能化系统的建筑物对建造师的建筑设计要求也高了,智能建筑的设计需要智能化设计人员与建筑、暖通、电气(强电)、给排水、结构等各工种设计人员的密切配合。
3.2智能建筑的系统配置原则
建筑环境适应变化的原则,智能化建筑物向人们提供一个高效、舒适、便利、安全的工作、学习、生活环境。建设智能建筑在其界面划分时,需要考虑使用性质,要和人们正在改变的工作和生活模式变化相匹配。随着高新技术的运用,先进设备和系统的运用,建筑进入人性化时代。
子系统服从大系统的原则,各种不同的设备,在建筑物内发挥不同的作用,智能建筑与传统建筑最大的区别在于,建筑物的功能是统一体,不同的子系统建立在大系统之大,为大系统服务。经济适用、资源优化原则,各种不同的设备,在建筑物内发挥不同的作用,进场建筑设计时,要考虑到功能实用性和造价的关系,考虑需要和技术的可能性。各种设备、产品、工程技术的使用经济适用又要与整个系统有机地融为一体,借助楼宇设备自控系统、通信网络系统、办公自动化系统的集成,把分离的设备、功能、信息等综合集成为一个相互关联、统一、协调的系统之中,才能使所有的设备和系统发挥其优势,达到资源共享。
关键词:智能船舶;顶层规划;体系架构;标准化接口;集成展示
1背景分析
1.1依据与标准2015年5月19日,国务院印发了《中国制造2025》。这是我国部署实施和全面推进“制造强国”战略第一个十年的行动纲领,把“海洋工程装备和高科技船舶”作为需要聚集资源并实现突破发展的十大重点领域之一,并将集成化、智能化、模块化的重点配套设备及关键造船技术作为所需掌握的核心技术。2016年3月1日,中国船级社(CCS)编制的《智能船舶规范(2015)》[1]正式开始生效,该规范主要从智能船舶的定义描述以及主体功能(智能航行、智能船体、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台等六个方面的功能),进行具体细化明确。
1.2基础与条件智能船舶的提出顺应了船舶装备发展与物联网技术应用的新潮流。首先,随着船舶装备数字化、智能化、信息化技术的持续发展与广泛应用,越来越多的设备具有可接入其领域局域网或船舶互联网的可能。其次,随着物联网概念的提出与相应技术的发展,基于现场总线、领域局域网、互联网等形式的数据采集、数据分析、应用开发、系统集成、集中监控、分析预警、辅助决策等信息技术得到充分发展并进而推广和应用。再者,随着减员增效及人性化需求的不断发展,无人机舱、中央集控系统、数字化桥楼系统等平台化的应用实现也获得逐步推广。
1.3现实的痛点物联网软硬件架构体系及实现技术现已基本成熟并得到充分验证和发展,但其相关标准及其应用还主要局限于分领域范围内,整个体系的标准化、平台化、融合化的向基础设施方向的发展进程较为缓慢。现阶段,船舶领域装备系统的智能化为有限智能(初级),其有效范围也仅限于各装备系统自身,船舶装备的物联网化发展进程较为缓慢,信息化水平较低,主要表现为以下几个方面:(1)信息孤岛效应明显。表现为主机、辅机、冷水机组等既有智能装备的信息接口开放度不够,信息的第三方应用集成与二次开发相对困难。(2)重复建设成本较高。表现为各类型装备硬件形式的应用终端在特定区域平台上的集中布置与应用实现、信号采集、通讯接口、资源部署、应用终端等的实现基本上都是相互独立的,系统建设的复杂度、重复性等其他成本较高,系统调整变更的实现成本较高。(3)数据接口的等级较低。表现为以硬点信号线为承载的报警点信号量偏多,以串口通讯、宽带通讯、光纤通讯等标准化接口及通讯协议为承载的应用开发还不够广泛。(4)智能化信息化应用的体系度还不够。比如:主推进系统中的主机、齿轮箱、可调螺距桨等的智能化监测与控制,与其辅助系统中的燃油驳运及分油系统、滑油驳运及分油系统、中央冷却水系统等的管理与控制,主、辅两类系统间的数字化智能化信息化的能力水平差距较大,基于相互间信息融合的应用不足。(5)信息化应用的层级水平还较低。应用范围仅限于现场总线级具有互操作能力的应用终端以及有限智能的软件交付,其故障预警与自诊断能力、故障处置的决策支持能力、维修保养的计划性管理与实时监测能力、备品件管理能力等智能化的应用实现还不足。(6)信息有效应用的形式较少。表现为用于支持复杂业务场景的信息融合与应用开发还非常欠缺,用于评价装备可靠性与体系能力贡献率的模型、框架及相互间逻辑关系的应用还没有。(7)平台化集成的实现等级还较低。集成方式仍主要体现为对各类型终端设备在统一物理平台上的布置位置的空间规划、优化与调整等,基于信息集成、应用集成、服务集成、网络集成的标准化客户端及网络服务的信息化数字平台还稀少。
1.4指导方法智能船舶的提出、研究与建设,就是要在既有数字化、智能化装备基础上,以及无人机舱、中央集控系统、数字化桥楼系统等平台化的应用实现上,借鉴物联网软硬件架构体系及其实现方式,借助成熟的计算机网络技术及其资源配置管理方法,适用性地提出船舶装备物联网及信息化应用的软硬件体系架构,定义相应的接口标准,并据此规划与部署相应的网络资源、进行相应的应用开发,突出对用户需求的调研、分析、挖掘、发现与实现,最终以网络平台环境下的基础资源及应用服务向广泛的用户提供权属范围内的业务支撑,促进装备信息的有效流动、科学管理、高效应用,使数字化智能化的船舶分装备向船舶装备物联网及信息化智能化协同化的应用体系转变。
2概念分析
2.1基本定义目前,英国劳氏船级社(LR)和中国船级社(CCS)都有针对智能船舶的描述。英国劳氏船级社智能船舶入级指导文件,定义了船舶自动化的程度,从AL1-AL6,分为六个等级,从设计到营运,针对每个等级的特征进行定义。相比之下,CCS的定义相对更具体。智能船舶系指利用传感器、通信、物联网、互联网等技术手段,自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据,并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理、分析技术,在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶,使船舶运行更加安全、环保、经济、可靠[2]。中国船级社(CCS)《智能船舶规范》,针对常规的轴系柴油机推进的运输商船提出有关智能的六大基本符号,概括为:i-ship(N)智能航行/Navigationi-ship(H)智能船体/Hulli-ship(M)智能机舱/Machineryi-ship(E)智能能效/Energyi-ship(C)智能货控/Cargoi-ship(I)智能集成平台/Integration智能船舶与常规船的技术差异主要是在常规船的基础上增设以下功能:(1)增加船端统一集成平台,实现船端各系统的互联互通,通过数据的综合分析和评估,提供辅助决策功能,同时通过船岸通讯实现远程监测。(2)船舶实现自主学习能力,并可完成部分的自主操作,通过加强岸端系统的建设实现对船舶的远程控制。(3)通过船岸港的一体智能化建设,船舶实现最终的无人驾驶,自主航行、自主靠港。基于以上定义以及相关功能组成,智能船舶是以用户需求及关键业务内容为牵引,将人性化、智能化的应用实现,贯穿于船舶平台设计、建造、运用、管理、维修等全寿命周期的所属产品、环境及体验的船舶系统的总称,包含物联网体系中的感知层、传输层、应用层等各层级领域内容[3],并需要选用较为经济、高效、便捷、可靠的计算机网络及其资源为支撑,采用合理的接入、控制、承载、叠加、部署、认证和协同形式等,目的是以人性化智能化网络服务的形式实现对船舶系统及其装备的体系性信息描述及高效合理的信息使用。
2.2内涵分析智能船舶实现的物理平台是船舶,这是由其领域特性及服务对象所决定的,其人性化、智能化应用的首要目的是支持船舶系统所属功能性能的发挥。其实现形式及主要内容必然是围绕船舶系统领域范围内的相关业务内容而展开;其次才是对船舶系统辅助功能及相关应用的拓展。所交付的产品也是支持船舶系统相关业务需求的终端产品、应用环境、交互体验等。
2.3外延分析(1)智能船舶实现的基础条件是数字化智能化装备、物联网技术、计算机网络技术等,其相关技术与实现方式亦具有通用性、多样性等特点,在多领域、多系统的数据集成中需要做好“云与海”体系规划,在大系统的应用集成中需要做好分布式应用部署与虚拟化集中部署的体系规划,在多镜像系统中需做好数据的同步、缓存、更新等。(组成要素及硬件体系)(2)智能船舶实现的核心是以用户需求及关键业务内容为牵引,及以此为目的的对相关人性化智能化应用的技术实现及条件创造。简单便捷、智能高效、安全可靠的人性化交互界面、业务内容、应用环境的保障是用户体验的首要关注点,相关技术、设施、设备的应用是实现手段。(用户关注点及其输入条件)(3)智能船舶实现的关键是可用于指导智能船舶设计、建造的高可用性的开发框架及标准化的接口体系,包括硬件体系架构及其网络拓扑形式、软件体系架构及其业务逻辑关系、交互信息及通讯协议等。按照该框架、体系,总体负责单位就可以对分系统设备商和分系统开发团队形成有效的规定约束并开展相应的分工、协同,从而实现智能船舶设计建设过程的敏捷化和高效化。(系统框架及标准化接口)(4)智能船舶实现的工质是船舶系统及其装备的描述信息。通过对智能装备及其信息接口的开放和补充,对装备信息的数据采集、分析、管理、控制、消费等的应用开发,以及所需元数据库建设、数据中心建设、数据消费方式实现、软件开发平台建设、应用部署环境建设、人员身份信息及信息访问权限管理等,实现对船舶系统及其装备信息的科学、高效、合理使用。
(信息流是智能船舶的血液)(5)智能船舶实现的难点是基于业务逻辑的数据分析、数据挖掘、知识表示、知识完善、知识应用的底层领域应用开发。数据分析时,主要以基于既有知识及相关业务逻辑的特征提取,通过对数据的向上钻取,实现对系统状态空间数据在时间序列上的最大程度的降维与性能评价,并用以支持系统监控与运维管理等;当发生异常状态评价时,可基于特定的知识及业务逻辑,对数据进行向下钻取,实现对系统状态空间数据在时间序列上的最大程度的增维,通过对系统状态空间的可观性来支持辅助决策。数据挖掘时,主要以基于时间序列的统计分析、回归分析、关联分析、分类分析、聚类分析等方法为主,并且需要对所发现的知识特征以及奇异点等进行基于业务逻辑的分析解释,并采用计算机逻辑语言的形式为知识表示,进而将其补充到可供分析应用的知识策略库中。(中间产品及资源消耗)(6)智能船舶实现的亮点是基于用户需求及业务内容的人性化交互接口、信息聚合方式、消息推送服务等顶层应用开发,包括基于人员身份信息的单点登录、访问权限控制等。面向用户的顶层应用开发及其终端设备、平台环境等是支持用户完成特定业务内容的信息化交互接口,是智能船舶的外在表现形式,是用户体验获取与应用评价的直接对象,也是底层应用实现及数据产品消费并表现相应价值的承载主体。(终端产品及价值体现)(7)智能船舶实现的特点是基于接口的通用性、实现上的多样性、建设上的经济性,以及功能性能上的安全性、可靠性、稳定性,还有规模、内容、空间、时间上的扩展、延伸、变更、迁移、异构、演进等。其中,功能、性能的安全性是依靠相对独立的有限开放来实现,尤其是要求快速响应的领域系统或智能化装备,如船舶主机、发电机等的控制主要依靠于本地化的智能模块及控制器;建设上的经济性是通过接口上的通用性和实现上的多样性来保证,并构成为可扩展、变更的基础;空间上的延伸性包括感知层面有效节点的扩展、异构网络接入方式的扩展、传输层面信息隧道的应用与端到端信息镜像的管理等。(一般性特点、要求、关系等)
3顶层规划
3.1概念智能船舶实现的显著特征是智能,是在船舶设计、建造、运用、管理、维修等全寿命周期中将人性化智能化的应用需求实现;并将其集成到相应的终端产品、应用环境、系统平台中;具有友好的交互体验,对船舶系统相关业务的开展具有良好支撑作用。3.2顶层规划体系智能船舶实现的内在本质是对船舶系统及其所属装备相关信息体系的科学规划、正确描述、安全管理、高效使用的应用实现方式。在规划这套信息体系时,需要充分考虑现有的船舶系统,包括总体、船体、轮机、电气以及舾装等特征,能够对船舶系统及其所属装备的相关功能、性能、状态进行准确全面的描述和反映,并以网络服务的形式给出相应的评价分析、趋势分析、诊断分析、决策分析、管理分析或信息支持等。
4体系架构
4.1硬件体系架构与物联网体系的硬件实现相类似,在技术实现上,智能船舶的硬件体系也可切分为多个逻辑平面,可分为现场感知层、异构接入层、基础网络层、平台叠加层、用户接口层、平台环境层。其中,现场感知层主要由开放接口的智能装备及基于现场总线的感知网络、基于光纤的传感网络等组成,如用于船体健康监测的分布式光纤传感网络及其设备终端等;异构接入层主要是指实现对现场感知网络的协议转换并将其接入TCP/IP网络环境的设施设备,包括光纤、以太网、总线和无线接入的各种形式。基础网络层是船舶系统通讯实现的最基本方式,实现形式如以太网、光纤等;平台叠加层主要用于部署数据中心、基础应用服务器、Web应用服务器、加解密服务器、CDN服务器等;用户接口层主要为人性化智能化应用的终端设备,包括计算机工作站、桌面、移动终端等;平台环境层主要是指用以集成或支持终端设备的台体、电源、接入网及其他人性化的设计实现等。其网络拓扑形式可以概括为基于TCP/IP基础网络的泛在接入与无限扩展,包括处于网络前端的现场感知网络、处于网络中端的平台叠加层、处于网络后端的客户终端等。另外,对于岸船协同系统,其还包括数据中心相关内容的镜像迁移与管理等,以及所需的通讯隧道技术的应用。
4.2软件体系架构与计算机网络的应用实现相类似,智能船舶在技术实现上其软件体系可以分为数据采集层、数据分析层、数据管理层、应用层等。其中,数据采集层主要部署于异构网络接入节点并实现相关通讯协议的转换;数据分析层主要部署于专业化的数据分析、处理工作站,其配置有丰富的数据分析策略及相关应用,并可以向数据中心订阅相应的有待分析的数据源;数据管理层主要由数据中心或数据库及其管理工具来实现,实现对有效数据的存储管理、访问控制、消息推送等;应用层主要由分布式应用服务器、Web应用服务器等来提供应用服务,用户可以采用基于富客户端的网络服务或基于瘦客户端的Web服务来获取应用服务。其业务逻辑关系可以简述为:数据采集层主要用以支持底层业务数据的汇聚;数据分析层主要用以专业化的数据分析及领域范围内的数据逻辑解读,其产品输出是可供消费的有效数据、评价、决策等;数据管理层是数据存储、管理、访问、推送的中间层,可以隔离底层应用开发与上层应用开发之间的接口耦合关系,并且简化对海量数据的精准管理与有效控制;应用层是面向用户的网络服务实现,是对有效数据、评价、决策等信息的消费接口,也是网络服务与用户间的交互接口,并可以分为服务端和客户端,其表现层的实现方式还可以细分为MVC开发框架。
4.3标准化接口体系标准化接口体系的基础是模型语言与功能属性描述,表现形式是元数据及其资源库,模型对象库,以及模型对象间发生相互作用时所需的消息应用协议。其中,模型表述所需的元数据是有粒度的,具有自描述、自包含的特点,以及格式化、结构化的特点。模型对象之间的关系必须是面向对象(OO)的和具有实体关系(ER)的。采用元数据,通过可编配、可扩展的方式来结构化地定义各种信息模型的数据类型、组成结构、属性特点、数据格式、单位度量等,能使各种数据类型在其相应组成、属性、格式、度量等的描述与定义方式上高度一致,从而为跨系统集成与信息融合等提供有利条件,并降低数据分析、数据挖掘等的实现成本与运算复杂度,也为数据的存储、查询与使用等管理提供有效的技术手段。元数据信息模型的设计与生成,按照面向复用的原则,在中心数据库及其数据字典的统一环境下,采用自顶向下的细化设计,以及自底向上的编配组合。区别于传统的ER数据库信息模型的设计方法,元数据信息模型通常采用星形模型或雪花模型。这种基于细粒度的元数据信息模型的编配与组合方式,能够在特定的领域主题范围内实现数据库或数据仓库的范式要求,且体现了ER数据库信息模型设计的基本思想。由于领域范围内相应主题关注点的部分交叉,不同主题应用间的多个大粒度的元数据信息模型,会存在一定程度的信息冗余。由于采用在统一环境下的元数据信息模型的设计与生成方法,该部分冗余并不会导致信息在表述上的不一致。相反,其更有助于发现各分系统间的信息关联,有效促进信息融合与系统融合。且能使大粒度的元数据信息模型可以基于此逐渐生成并不断完善。面向对象的实体关系,即对象间接口关系,包括数据接口和功能接口两个部分,并可采用技术元数据与业务元数据分别描述。其在应用实现上可以采用SOAP、JOSN、XML等语言形式来表述。
5主要内容
5.1基于框架体系的设计、采购、建造依托于高可用性的指导智能船舶设计建造的开发框架及标准化的接口体系,总体责任单位就可以对分系统设备商和分系统开发团队形成有效的规约并开展相应的分工、协同,从而实现智能船舶在设计、建设、管理过程中的敏捷化和高效化,并且有效促进各类型装备、设备、设施向该框架体系的靠拢与发展。智能船舶的实施是一项综合性系统工程,在设计之初就应该根据船级社的入级要求从总体、船体、轮机、电气和舾装各专业综合考虑。以智能机舱为例,设计者除了要考虑常规船机舱的设备、系统、布置以及安装外,还应根据规范要求,综合利用状态监测系统所获得的各种信息和数据,对机舱内机械设备的运行状态、健康状况进行分析和评估,用于机械设备操作决策和维护保养计划的制定。对机舱内的主推进发动机、辅助发电用发动机、轴系的运行状态进行监测;根据状态监测系统收集的数据,对机械设备的运行状态和健康状况进行分析和评估;根据分析与评估结果,提出纠正建议,为船舶操作提供决策建议[2]。要实现这一目标,不但需要确定物联网系统的软、硬件框架,同时需要整理出数据采集和控制点的清单。为解决本文1.3节中列出现实的痛点,设计者需要和设备供应商进行充分的沟通和协商,整理出各个设备的数据接口格式、数据类型等。把有数据接口的设备数据利用采集终端转换成标准数据格式上传,设计者同时还应该对没有数据接口的设备增加传感器和采集终端。由于船用设备供应商多样性,这需要采购部门和供应商共同努力,对于相关设备尽量采用标准的数据接口。从短期来看,这些确实是阻碍智能船舶发展的痛点,但从长期来看则是大势所趋。另外,对于像主机遥控、监测报警、阀门遥控和液位遥测等本身就有控制台的设备和系统,应考虑从标准数据接口拿数据,减少或取消控制台,由应用层服务器统一显示和控制,将来甚至可以取消集控室或货控室,由数据监测和设备控制中心取代。
5.2能化感知系统的补充与完善随着船舶安全监测及人居环境评价等相关业务需求的发展,可以建设用以船体健康监测的分布式光纤传感网络及其智能化的设备终端,可以建设用以船体、设备、平台振动或噪声监测的感知网络。
5.3泛在接入的模块化标准化实现对于现场感知层异构网络,其数据定义格式、网络实现形式等的差异性较大,需要采用接口及协议转换模块来实现由底层异构网络向平台性基础网络的接入。采用模块化标准化的接口转换模块,并实现相应转换协议的自定义配置,这将是高效便捷的实现方法及应用模式。
5.4基于策略集的数据分析与补充策略集是对装备系统构成及其内部逻辑的计算机语言表述,这是由装备系统的构成原理、分系统间关系、人员认知水平等先验知识所决定的,对装备功能性能的描述与评价具有非常积极的作用。由于认知水平的发展,以及分系统间关系的变更等,策略集需进行相应补充、完善或调整。
5.5基于相关属性的数据挖掘与解释实现数据挖掘是需要成本的,这就需要采用较为经济高效的分析方法。而基于相关属性的数据挖掘则相对较为容易,对于其所产生的知识特征也较为容易判读和解释,对于有用的知识特征可将其补充到数据分析的策略集中。
5.6顶层应用开发及其终端设备以面向用户和需求拉动的方式来规划设计顶层应用,并且按照人员的领域特性及视角特点来规划信息实现,通过不同的信息聚合方式及上下钻取方式、导航方式等来提供人性化智能化的信息消费及应用服务。
5.7远程监控、诊断、托管等实现智能船舶实现所需的基础设施、网络资源、计算资源、存储资源、软件资源、应用资源等的订购、开发、建设、部署、应用等相对受设计建设时的资金预算、布置空间分配、使用范围及其体系性作用、可复用程度及其成本摊薄、智能化实现的软件能力及等级水平等条件所限制。因此,即使最先进的智能化船舶,其单船智能化程度在实现上也是受限制的,更为专业而复杂的业务功能,如领域性故障分析诊断、路径规划决策、方案优化设计等,需采用服务租用的形式,交付给相应的岸基服务中心来获取。通过相应的隧道通信技术、镜像管理技术等保证岸船间的准实时性和近似同步;相应的监控、诊断、托管等技术实现也是柔性化的,相应物理系统间的关系是自主化的;岸基服务中心的软硬件资源、知识库资源、专家库资源都是最优化的。
5.8特殊应用开发及其业务实现环境(1)船舶安全中心:火灾报警、疏散指示、防火门及防火风闸控制、风机控制、速关阀控制、水喷淋控制、CO2释放报警与控制、船体健康监测、舱室环境监测、船体振动监测等监控系统的开发与应用集成。(2)视情维修监测、决策、保障系统:基于装备系统构成与业务逻辑的故障分析、预警、告警、诊断、评价、决策的装备监控系统的开发与应用集成,以及基于设备维护保养规程的计划性维修提醒、基于设备实时监控与状态性能评价的视情性维修决策、备品件出入库管理及申报管理等智能化的管理软件。(3)完整性、安全性、可靠性能力评价系统:基于船舶系统间接口关系与业务逻辑的模型描述,以及对平台体系内相关能力的评估和体系贡献率的计算,并据此设计的评价推演软件或仿真平台。
5.9用户端无线接入与桌面集成的平台环境包括人性化的移动用户端的无线接入与单点登录方式,以及对工作站形式的桌面应用客户端主机及其显示器等的统一桌面集成,还有所需的网络管控、正常电源、应急电源、接地系统等平台条件、环境条件。这是智能船舶实现人机交互的宏观接口,是增强或改善人机交互体验的一个重要环节。
6集成展示环境
智能船舶集成展示环境的打造引领了未来船舶设计建造与装备使用管理的新方向。船舶系统的设计建造具有典型的集约性,从设计到交付的时间周期相对较短,而所需集成的设备设施却日益增多、日趋先进,以满足不断提高的功能性能要求。与此相比,智能船舶对于智能装备及其标准化接口、通讯协议的要求更严,系统实现的难度和复杂度更高。这就需要有较为成熟、经济、敏捷、高效的指导船舶系统进行装备集成的设计开发框架、标准化接口体系和总体责任单位,并可以采用推的方式来促进智能装备、智能船舶的应用实现。对于具体的船舶项目而言,其总体设计单位、总体施工单位基本具有唯一性,在此基础上引入智能船舶系统集成的总体责任单位可以形成更为专业化、系统化、标准化的业务分工与协同合作,并形成为船舶系统设计建造过程中高效运行推进的一种新形式。基于高安全性、可靠性、稳定性、经济性、可变更性、可扩展性、可演进性的软硬件体系架构,构建人性化智能化的数据分析、消息推送、应用开发、软件部署、配置管理、应用交互、辅助决策、监控管理的平台化应用集成环境,这是满足用户关于设备智能化集约化平台化管理、应对复杂业务场景、新功能新需求可以不断植入、变更实现较为敏捷经济高效的必然趋势与有效途径,并可以由该类型业务需求及其应用实现的不断丰富、完善与发展来拉动智能装备、智能船舶的不断发展。对于需要新造船舶的用户而言,智能船舶的集成展示环境实际上是用户各类型潜在需求及其应用实现的范例性成果展示平台。基于该平台,用户可以获取相关应用实现的感互体验,并对其作用、价值等作出合理评估,进而可用以指导自身的业务需求分析与选择规划,最终以菜单选项的方式完成对相关业务需求及其应用实现的快速配置。总体责任单位则可据此进行基于相关框架体系、标准接口、使用经验、应用范例的项目定制,对内外部产品及其配套厂商等进行合理计划、分配、跟进、管理等;可据此进行基于产品设计制造流程的资源配置、范例复制、软件移植等工作。
7结论
本文以实现智能船舶的应用为关注点,突出了用户需求及关键业务内容的牵引性作用,从顶层规划层面分析其在功能实现上的基本内涵和在技术实现上的主要外延;提出符合智能船舶平台化集成要求的软硬件体系架构及标准化接口体系,该框架可以敏捷经济高效地指导智能船舶相应规划设计、设备订购、船厂施工、分系统调试、大系统集成与信息融合等应用实现;指出用以支持智能船舶应用实现的关键技术及应用内容,确认智能船舶由概念走向实现的主要内容及基本方法;并论述了集成展示环境对于促进智能船舶推广应用的意义及作用。
参考文献:
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关键词:水厂建造 三维工厂设计系统 碰撞检查 模拟
Application of 3D Plant Design System in Water Plant Construction
Hejinjia、Zhengwei、Cuicunjie、Gaoguoxin、Chenyi
Nuclear Industry Research And Engineering CO.,LTD BEIJING SHUNYI 101300
Summary:3D Plant Design System, as an advanced design tool which is universally used in various industries around the world, can effectively improve design quality, reduce the site modification, integrate project management information and reduce the construction cost. 3D Plant Design System has been widely used in petroleum, chemical, nuclear power and ship building projects. However, most of the water plant construction projects that concerned with people’s livelihood are still remaining in 2D design level. This thesis analyzes the actual application effectiveness of the features of 3D technology for Water Plant Construction in China with reference to the successful application cases of 3D Plant Design System in large projects like nuclear power projects, and affirms that 3D technology has been playing an active role in the development of construction technology for water plants. Meanwhile, the thesis also makes a preliminary exploration for the development of digital water plant construction technology in China.
Keyword :Water Plant Construction,3D Plant Design System, Collision Detection, Simulation.
中图分类号:TU2 文献标识码:A
一、概述
三维工厂设计系统是目前世界上通用的先进工厂设计工具,对工程项目而言,它不仅可以缩短工程设计时间,提高设计质量、减少设计差错,而且能与工程采购,施工管理及水厂的运营维护形成一个整体。
国内石油、化工、核电、船舶等大型项目都选择了具有三维虚拟现实特性的三维数字化工厂设计系统,如PDMS、PDS、SP3D等世界主流应用软件,作为其工程设计的技术手段和设计管理手段进行项目的设计和项目开发。此项技术手段大大提高了设计及设计管理的效率,缩短了设计综合时间,减少了现场设计变更,使工程设计技术和工程设计管理水平跨上了一个新的台阶。三维工厂设计技术,在这样一个发展过程中起到非常重要的作用。在此基础上,各行业又将三维设计的知识成果延伸到工程建设管理和生产运行管理的各个阶段,特别是将三维工厂设计成果应用于业主工程管理阶段,如物料和设备采购管理、工程接口控制、工程形象进度控制、工程质量控制点管理以及现场施工组织设计、模块化设计、模块化施工等,这些技术的广泛应用大大地改善了业主和现场施工的工程管理水平,缩短了工程的建设周期,减少了现场工作的准备时间,协调现场各方的工作,获得了显著的经济效益和市场效益。而在工程运行管理领域,上述知识的成果则被广泛地应用于现场维修、现场隔离、维修空间的布置和规划、维修过程动作规划和路径规划、设备历史记录和管理、工程人员培训等多方面。
图1 某大型项目三维工程模型效果图及从模型抽取的各专业施工图
而我国的水厂建造大多还处于二维设计阶段,从建造到后期运行维护仍以二维化的施工图纸为依据,各类建造信息未能有效地集成,业主及施工方对项目建造进度控制能力较弱,项目建造过程中产生大量变更,导致水厂建造效率不高,成本增加。
水厂建造要提高安全性、经济性和质量性,一个关键的解决方案是从设计阶段就采用三维数字化技术进行设计,在三维设计数据基础上实现水厂设计、施工、调试、运行、检修整个生命周期的全过程管理,最大限度提高设计质量,降低设计、运行、管理、维修的各项成本,从而全面提高水厂的效益。
二、水厂三维设计系统的优势
协调性:
这个方面是水厂建造中的重点内容,不管是施工单位还是业主及设计单位,无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题,就要将各有关人士组织起来开协调会,找各施工问题发生的原因,及解决办法,然后出变更,做相应补救措施等进行问题的解决。在设计时,往往由于各专业设计师之间的沟通不到位,而出现各种专业之间的碰撞问题,例如泵房的结构设计与设备、管道布置设计,由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的,真正施工过程中,可能在布置管线时正好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置,这种就是施工中常遇到的碰撞问题,三维工厂设计系统的协调就可以帮助处理这种问题,利用碰撞检查技术在水厂建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成碰撞检查报告,以便各专业间协调解决问题。
三维布置的模型能够直接进行碰撞检查,能够进行硬碰撞(实体碰撞)和软碰撞(考虑保温层、服务空间及安全距离)检查,能够进行自动碰撞检查和在线碰撞检查,碰撞提示方式要包括三维实体颜色变化等,并且要自动生成碰撞检查报告,报告内容包括碰撞类型、空间位置、碰撞对象的参数属性等。通过三维技术可以实现水厂建造过程中的零碰撞,减少了水厂建造中的现场变更率,有效地降低建造成本 。
可出图性:
目前市场上主流的三维工厂设计系统都具有用户自定义出图技术,能够从三维模型直接生成管道ISO图,管段下料图、材料报表,在出图时可以任意控制模型表达,如管道可以按管道系统或管径大小等任意属性直接表达为双线带中心线、或双线不带中心线、或单线等。能够对模型进行任意剖切。能够在高亮版本间差异。修改设计模型时图纸标注只需更新,不需重新切图、重新标准。能够与CAD进行良好的集成以满足所有出图要求。
开放性:
三维设计工厂系统开放程度高,易客户化,与其他软件的数据转换和接口也很方便,易于将各种格式元件库和等级库转为三维设计元件库及等表。
PID工艺及三维系统设计接口,PID能够进行水厂工艺系统、仪控系统设计,工艺系统包括泵、阀门、容器、管线等,并包含有压力、温度、流量、管径、壁厚及连接方式等诸多属性,容易生成满足要求的设备、阀门、管线等各种清单。
三维布置设计与PID工艺及仪控系统设计及电气系统设计高度集成,对多种不同的设计方案能够按需要生成多种不同的版本,并同时存在于数据库中。数据库要能够自动生成设计过程文件和设计文件所需要的各种清单和报表,并能进行动态可视化的二三维校验。
通过将三维工厂系统与计划软件的接口研究,可以将水厂施工建造计划作为时间参数加入模型数据中形成4D模型,用于施工进度管理控制,加强水厂建造的调控能力。
通过将三维工厂系统与应力分析的接口研究,将三维数据转化为应力分析计算命令流,避免人工编辑命令流的模式,形成先进的智能化应力分析模式,提高水厂应力分析工作效率。
易用性:
安装方便,便于管理,易用易学,编辑及修改容易。三维布置设计的模块为智能化特征,各工种能方便地根据本工种内不同的技术要求选取不同的部件。
软件智能化程度高,操作简单,使用方便,设计、修改功能强,包括具有图形编辑功能。
元件库和等级库是一切三维设计软件的基础,并且易于维护并可以通过交互式建模方式直接生成复杂元件。
模拟性:
在设计阶段,三维技术可以对设计中不确定的技术方案进行模拟实验,例如:不同专业间的安装顺序,安装方案,操作路径模拟等;在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(三维模型加项目的发展时间),也就是根据施工的组织设计模拟实际施工,从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于3D模型的造价控制),从而来实现成本控制;后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟等。
通过三维漫游技术对水厂整体进行动态浏览,在建造时期通过安装状态的不同设置异色显示,便于管理方掌握水厂建造进度状况。在水厂运行维护时期,可以利用三维技术提供虚拟现实空间,进行大型施工操作的模拟演示,为水厂的维修改造和人员培训服务,记录设备维修改造的信息,可以缩短水厂维修时间,延长水厂的运行时间,提高水厂的利用率。设备退役阶段利用三维模拟设备的拆卸,这些优势必将明显降低工程造价。
协同性:
三维设计系统中的异地协同设计技术,可以实现水厂三维设计网络并发多用户协作,也可以进行远距离数据共享和传输,远距离设计协调及施工配合。系统提供包括系统设计和布置设计的异地协同设计及管理功能,使本部、现场及设计、设备、施工分包商的项目工程数据实现中央管理、异地动态实时更新及协同一致。可以把按权限将项目数据分配到任务位置,如现场及设计、设备、施工分包商。可以设置同步时间间隔,自动传输异地间项目数据的变化,保持设计一致性。可以根据项目数据位置需要而配置网络地址,支持当地局域网连接和用户组的管理。支持离线设计,并可以项目需要时将离线设计数据同中央数据。提供安全检测,错误恢复,状态信息报告等功能。提供网络容错功能在网络中断时各地仍能继续工作,当网络恢复时,数据重新自动更新。
普及性:
国内化工、石油、造船、核电已经普遍使用了三维工厂设计系统,三维软件拥有广大的用户群和大量的实际项目应用经验,水厂的设计密度相比上述各行业都较为小,三维技术的优势可更好地发挥在水厂建造中。
长期性:
在水厂招投标时期,运用三维工厂设计系统便作为投标标准之一,在整个水厂建造过程中运用三维技术,并在建造完毕技术交底时将水厂的三维数据库及模型作为交底文件之一。包含水厂完整建造信息的三维模型,在后期水厂运行、维护时将到充分运用。
三、结论
三维工厂设计系统在市场上已有着成熟的技术运用及成功的应用案例,推行数字化水厂建造,将缩短现场变更的处理时间和周期,也可以减少施工单位的工作准备时间,加快水厂的施工进度;可以为业主和施工单位提供准确的设备材料管理手段,缩短采购准备和招投标的周期;与进度控制相结合,可以准确及时地反映施工安装进度,并可为投资控制提供准确的工程量计算;在质量控制上,可以提供准确的质量控制点清单和质量计划,保证质保工作准确及时到位;在设计审查和设计管理领域,可以提供准确的接口管理和系统移交管理;为施工单位提供施工组织设计的虚拟现实空间,从而大大提高工程管理效率和工作准确性,降低整个现场工程管理和施工单位的劳动成本。水厂建设是关系我国民生的关键项目,将先进的三维技术应用于水厂建设,有利于降低水厂建造成本,提高建造质量,实现水厂整体三维数字技术化,保障水厂的建造、运行、维护。
参考文献
王辉 郑雷 浅谈水厂工程建设质量管理城市建设理论研究 2012年第14期
陈享 浅谈城市某水厂建设工程的施工及管理 《中国城市经济》 2010年10期
戴一辉 刘强 核电站三维设计体系初探 《核工业自动化》2004年 第1期.
作者简介
关键词:船舶企业现状;安全教育;分析与对策
与其他企业相比较,船舶企业85%以上的工程都采取外包的方式进行生产。船舶建造的从业人员除高级技工外,更多的是来自偏远地区的农民工。在行业划分方面,船舶建造属于“高危”行业。其作业环境复杂,作业强度大、周期长,易发生事故。农民工在进入船舶建造行业后,因接受、学习新事物的能力相对较差,使得船舶安全建造培训面临巨大挑战。为了保证船舶建造行业安全可持续发展,对农民工进行安全培训工作势在必行。
一、培训重要性研究
(一)培训是企业收益的保证安全培训从表面看都是资金的投入,短期内没有任何回报,但就长远而言,是企业发展的重要保证之一。企业在发展过程中,违规操作引起的事故会导致企业资金损失,影响工期。进行安全培训在有效地降低安全事故发生的同时,更能推动生产流程的智能化。
(二)思想层面的重视安全培训首先要在领导阶层引进重视,才能保证在企业内部有效开展。在进行安全培训教育时,领导层要身先士卒。领导层接受教育,从更深层认识到教育的重要性,员工接受教育的经费等便有所保证。其次是管理层。管理层是培训一般员工中的主力军,接受教育培训能够提升其对事故的分析、把控能力。管理层从思想上认识到培训的重要性,其培训员工的积极性、主动性就会被调动起来。最后是员工培训。员工培训最为重要的是思想认知。思想上对培训重视起来,他们学习就会主动、认真。
二、安全教育培训的基本情况
(一)行业对安全培训认识不足船舶建造中大部分企业的领导对安全教育培训工作不重视,导致在整个行业领域中安全教育培训无法达到应有的效果。员工培训时间不足,相关经费不到位使得大多数情况下安全教育都流于形式。
(二)培训走过场,缺乏实用性船舶建造行业安全培训面对的人群是企业新员工,培训内容为公司教育、车间教育和班组教育。培训内容笼统单一,结构划分不合理,人员覆盖面小。大多企业在对从业人员进行培训时采用的方式多为理论授课,没有实操性。建造从业人员中的特殊工种缺少针对性的安全培训导致整个安全培训存在的意义不大。
(三)外包从业人员缺乏安全操作培训船舶作业属于“高危”作业,愿意从事这一工作的人员大多为农民工。农民工文化水平整体偏低,想要通过简单的几节安全教育课程使其掌握安全操作技能不现实。大多数企业对农民工安全操作不重视,往往为了赶工期,对农民工进行简单的培训后就让他们单独工作,使得违规事故多发,不安全系数进一步加大。
(四)安全教育机制设置不全面通常情况下,企业都有系统的安全教育工程、安全教育培训计划,却往往忽略安全操作评价、考核机制的建立。实施培训计划可以使员工学到安全操作技能,考核机制不完善则导致员工的学习不扎实,对相关内容一知半解。建立完善的操作技能考核能够调动员工对安全生产的热情,使他们积极主动地去学习。
三、教育培训改革
船舶业的迅速发展对相关从业人员的操作技能等提出了更高的要求,企业在安全操作培训方面的投入也进一步加大。科技发展使得船舶制造相关设备更新换代,安全操作技术重要性进一步突显。加大对技术操作培训投入,在短时间内探索出一套行之有效的操作方法,是企业快速适应行业发展的必然要求。
(一)加大技能培训投资科技进步使得相关生产设备更加智能化,技术人员的操作要求则进一步提升。面对接受能力较差的农民工,企业在技能投资方面的力度要进一步加大,培训方式与内容要更具实用性。如:电焊工技能培训可以分为岗前培训与上岗后培训。岗前培训的要求是员工能够取得三类焊工的从业资格证。上岗后培训指他们步入工作岗位后继续强化技能,由三类焊工向中高级焊工方向靠拢。船舶建造整个流程的工种非常多,不同工种的安全培训方式各不相同,因此,安全培训要分门别类,即针对不同的工种制定不同的培训方法,不同教育层次的工人相关培训内容与方法也应有所区分。
(二)采取多元化培训方式船舶建造企业在安全培训方面除自我经验总结外,更要多学习国外的先进知识。企业可以聘请国外的专家对高级技师进行授课,或聘请他们在企业内部担任技术指导等,以促进内部发展。内部培训方面,可以多举办调动员工学习积极性的知识竞赛等活动,也可以与同类型企业进行技能比拼,以求共同前进。
(三)培训更具实用性安全教育培训最忌理论丰富,实操为零。安全培训课程可以在生产车间进行,以实际操作带动理论讲授,使整个授课清晰、直观。检验员工学习成果方面,建立操作考核机制,考核通过则给予奖励,考核不通过则扣除一定薪资。这样能充分调动员工的主观能动性,让其从思想深处重视安全培训,从而积极学习实践。
四、结束语
船舶企业要适应社会发展,要使质量与数量都得到进一步提升,安全教育不可或缺。船舶企业安全教育培训中存在着人员思想认识不足、培训方法缺乏实用性等问题,只有这些问题得到解决,企业才能更好地发展,整个船舶行业的发展才会得到更大的提升。
参考资料:
关键词:未来建筑, 艺术化,传统化,智能化 , 绿色建筑
Abstract: along with the development of science and technology, the international cultural exchange between the building and the development of the cause, and international architecture aesthetics has also had the quite big changes, this makes the significance of building spirit got change, also more and more important. A lot of new architectural concept so has come to the design of the building of. This article from the nature of the subject construction, function and characteristics of the subject that people have a comprehensive understanding of the whole. Also analyzed in construction in our country faces problems such as population, land, water, pollution, energy and construction of mechanism and system, and so on. Our country is in today's economic transition, must pay much attention in urban planning, construction of the environment, energy conservation and emission reduction, low carbon, to form a green and sustainable development. The development of the discipline of to from the macroscopic and microscopic to analysis, from the natural environment to artificial environment, from people and the natural ecological relations to social ecology, city, agriculture, the integration of urban and rural integration, harmonious, scientific development and control. This is our direction and the future trend of the development of architectural design.
Keywords: future architecture, art is changed, the traditional, intelligent, green building
中图分类号:G267文献标识码:A 文章编号:
随着建筑事业的快速发展,建筑学科越来越受到欢迎。建筑学即研究建筑物及其环境的科学,这一学科旨在总结人类建筑活动的经验,运用先进的科学技术来指导规划与建筑设计,创造某种形体环境,其内容包括技术和艺术两个方面。随着科技和社会的进步,人们对居住环境有了更高的要求,不仅要求建筑外表具有形式美,而且要求建筑要给人们提供一个安全、舒适、便捷的生活环境。建筑艺术是建筑师赋予建筑物的灵魂,现代建筑中优秀艺术作品不断涌现,如澳大利亚的悉尼歌剧院、法国埃菲尔铁塔和中国国家体育馆鸟巢等,这些建筑都给人类留下了很高的文化价值和审美价值。而伴随着人们对“绿色环境”的追求,倡导节约能源、可循环利用、回归自然的设计理念的“绿色建筑”登上了建筑舞台。尽管是新时代的建筑,融入一些传统的中国元素似乎更能吸引人们的眼球。不断进步的科技也将使建筑更加智能化,从而给人们提供更为舒适、便捷的生活环境。本文就建筑的艺术化、传统化、智能化以及绿色生态化这四方面来展望一下未来建筑的发展趋势,以便更好地发展建筑事业。
一、建筑要讲究艺术性
虽然说建筑本身是要讲究实用性的,但在实用性的基础上再将其艺术化,这样的建筑将会受到更大的欢迎。所谓建筑艺术,是指按照形式美的规律,运用独特的艺术语言,使建筑具有文化价值和审美价值。它是通过建筑的形象表现出来的。随着城市的发展和人们建筑审美的提升,建筑形象在建筑设计中的地位越来越重要。建筑形象包括客观形象和审美形象。它的构成手法多样,对人的感染力也是多种多样的,不同特性的建筑要求具有与之相匹配的建筑形式。比如纪念性建筑或者其他需要表现庄严的公共建筑应使用对称的建筑形式,因为这种形式给人端庄、雄伟、严肃的感觉。不仅建筑本身存在韵律,建筑之间也存在韵律。韵律是任何物体各要素重复出现所形成的一种特征,一个建筑物的大部分艺术效果就是依靠这些韵律关系的协调性、简洁性来取得的。不同建筑物之间的韵律能够赋予城市以音乐美、形象美,从而给城市的规划注入了活力。信息时代的到来呼唤着新的空间和造型以体现其时代特征。因此,现代建筑师要突破传统设计,从绘画上吸收营养,使建筑在实用的基础上更体现其艺术价值。
二、在建筑设计中融入中国传统文化
社会的不断发展和进步,使得现代建筑也得到了长足的发展,但也存在着弊病,而其中最大的弊病就是建筑设计与传统文化的割裂。值得高兴的是,随着世界上文化多元性的发展和,建筑设计师们都已意识到把传统文化融入到当代建筑设计中是十分必要的,只有将建筑理念、设计技术、传统文化三者相结合,才能使所设计出来的建筑物充满长久的生命力。在中国现代的建筑设计中融入传统文化的方式有以下几种:
一是在地区建筑或民居建筑中融入传统文化。民居的建设是一个国家、民族在传统生活习俗上的真实反映。例如香山饭店的设计创作就是与当地的民居、园林建筑相关联的。中国是一个幅员辽阔的国家,民族众多,各地的地理环境乃至人文环境都大相径庭,形成的民居建筑特色也是各不相同的。设计师们在设计时就应该将各地的地域和文化特色融入其中。
二是在官式建筑中体现中国传统文化。许多古建筑上的建筑设计都是中国传统建筑艺术的体现,成为当代建筑师模仿的对象,从而设计了一批官式建筑。例如大屋顶、拱形设计、飞檐等中国传统文化符号都被大量运用到建筑设计上。利用这些创作而成的建筑大多是成功的,其优势就在于造价少却能够与周围环境进行结合,继承了中国的传统文化。
三是模仿古代建筑,新兴“历史文化名城”。许多城市为了提高自身的知名度,会挖掘本地的历史文化,一般是采用民间流传的神话故事来附会历史,从而建造有关历史的人文景观或者是流传中的景观。通过这些“历史文化名城”,不仅提高了城市的知名度,同时也吸引更多的游客,带动了当地的经济发展。
三、当代建筑设计应追求绿色环保
当今社会,鉴于人类面临着迫在眉睫的环境危机,世界性的生态观念和共识已逐步形成,绿色建筑的概念也逐渐流行开来。所谓绿色建筑,指的是在建筑的规划、设计、施工、运行、拆除、再利用的过程中,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。它是“可持续发展建筑”的形象代名词,是实现“以人为本”中“人、建筑、自然三者和谐统一”的重要途径。绿色建筑是发展低碳经济、构建节约型社会的必然要求。
绿色建筑的设计建造首先要从能源入手,建筑师在设计建造时应融入以下设计理念:1.尽可能地节约能源。采用节能的建筑围护结构以及节能的通风、采暖和空调设备。比如,利用自然通风的原理设置风冷系统,使建筑能够有效地利用夏季的主导风向改善室内的温、湿环境;采用适应当地气候条件的平面布置形式及总体布局,以减少通风、采暖和空调设备的使用时间。2.推广应用绿色能源。设计师在设计过程中应因地制宜,根据地域条件和用户的功能使用特点,尽可能考虑使用太阳能、风能、潮汐能、地热和地冷等绿色可再生能源,以减少对碳排放能源的使用和依赖。3.设计上应最大限度地节约资源。绿色建筑在设计、建造过程中应充分考虑建筑材料的选择使用,尽量选用当地生产或天然可再生的建筑材料,减少不可再生资源的使用,节约资源,保护环境,减轻对环境的二次污染。如在规划设计时同时考虑节约水资源的措施,在住宅小区内设置脏水收集处理系统,使水资源能合理循环利用。4.大力提倡回归自然。绿色建筑外观设计要尽可能与建筑周边的环境相协调,建筑的形态、色彩、布局应与建筑所处环境相融合。尽量做到和谐一致、动静互补,让人们有回归自然的感觉。总之,我国对于绿色建筑这一理念的认识日益完善,绿色意识已慢慢地从理想变成现实。
四、现代建筑不能缺少智能性
建筑的智能化是建筑设计师们一直追求的目标。今后的建筑设计必将是围绕保护环境、节省资源、降低能耗而展开。建筑智能技术的发展要与生态建筑相结合,以实现建筑智能化。建筑智能技术是以建筑为平台,兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统,集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优组合,向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境的技术。比如日本开发成功的智能化主动质量阻尼技术,当地震发生时,建筑中的驱动器和控制系统会迅速改变建筑物内的阻尼物的质量,从而改变阻尼物的振动频率,以此来抵消建筑物的震动。这就需要一些具有一种或数种功能的建筑材料——智能建材,如一些具有呼吸功能,可自动吸收和释放热量、水汽,能够调节智能建筑的温度和湿度的建材等。此外,光学纤维技术、纳米技术、声控技术和有效利用自然能源的技术等都是建设智能生态建筑的关键技术。随着科技的进步,这些技术日趋成熟,相信在不久的将来,智能建筑将被广泛修建,这样的建筑必将会受到广大人们的欢迎。
随着社会的快速发展,人们的审美标准、对生活质量的要求越来越高。因此,对建筑的要求也不再局限在使用功能上,更重在一种享受和可持续发展。所以,崇尚艺术、追求绿色和建筑智能化也就成为了建筑师们设计的主流思想。这就要求建筑工作者要不断的学习、更新自己的设计理念,以更好地切合现代人对建筑的高要求、高标准。
作者姓名:陈宗任
以其提供的服务功能多而日渐受到成为各地发展的重点项目。其建筑特点包括体量大,建筑
面积大,功能复杂,建筑高度大等特点。这种建筑形式对建筑智能化提出了挑战,既要关注
项目建筑建造目标,又要兼顾商业物业的管理需求。
关键字:建筑智能化;建筑弱电;综合布线及通信网络;城市综合体;楼宇自控
中图分类号:TU984文献标识码:A
勒泰中心位于石家庄市中心区的商业繁华地段。西侧为街;南侧为东西向贯穿石家
庄的交通主干道中山东路,交通繁忙;北侧为正东路;东临栗康街。
勒泰中心商业广场由6层的商业裙房和两栋超高层写字楼,一栋假日酒店、一栋五星
级酒店,共4栋高层超高层建筑组成。其中超高层1#loft29层,高度159米,用于商业
办公;超高层2#写字楼46层,高度190米,用于高端用户的办公;超高层假日酒店30
层,高度126米;超高层豪华酒店43层,高度164米。地下停车场4层,共有停车位
2700个左右。4栋超高层建筑错落合围布置,与形态自由、富于活力的商业裙房有机整合,
组成了极富特色的综合建筑群落。总建筑面积为62.4万平米。
该商业综合体包含了大型超市、餐饮、健身、洗浴、电影院、剧场、游泳池、室内真冰
场、黄金首饰及服饰等商业业态。综合体内商业业态多,每家的运行需求都有侧重点。为此
根据需求规划的情况,除按建筑特点配套有空调、给排水、强电等设备外,该商业综合体配
置了完备完善建筑智能化系统:包括综合布线系统和通信系统、安防系统、消防系统、楼宇
自控系统等。
1.综合布线系统和通信系统以满足用户的语音和数据通信为目标,主干部分大量采用了
光纤系统,保障系统容量和带宽,同时兼顾日后的通信系统升级。这部分设计和施工同电信
运营商密切沟通,保障进入项目的具备充足的接入预留。在地下室部分的负一层设有建筑群
的电信接入机房,作为项目的建筑群通信接入机房。各个单体塔楼在地下一层设有自己的建
筑物配线间。
2.整个地下室各单体建筑均有各自独立的消防安保中心,其中商业地下一层的消防安保机
房(中央控制室)为总控制中心,面积400平米。其余单体的消防安保中心将各自的信号汇集
至此,总控分控模式就此建立。结构模式如下图所示:
3.机房工程是弱电系统工程的一个重要组成部分,机房工程按相关国家标准及规范的技术
要求进行规划和设计。在设计方案中,全面考虑弱电机房所应达到防尘、屏蔽、防雷接地、
供电、防静电、空调系统、防漏水设施、隔热、防火、安防等技术要求和标准。
4.视频监控系统:项目的建设始于2009年,常规的视频监控系统是常规的模拟系统,摄
像机的各项指标与数字式比较起来要差一些,但模拟摄像机发展成熟,造价较低,而数字式
摄像机投放市场不久,应用案例不多,虽指标上有优势,但造价相对较高,为此在考虑系统
扩展性、造价控制和集中管理的思路上,在设计规划上采用了前端模拟摄像头加编解码的方
式进行设计,即图像的模拟采集和数字式传输。虽然这种模式不是纯数字视频监控张,属于
半混合模式系统,但在图像集中网络存储和管理、系统扩展等方面体现出很大的优势和便利。
5.智能网络:考虑建筑的复杂程度,及各个单体的物业管理规划要求,安防系统的末端
监控点位(诸如摄像头、门禁等)按照分散布置及重点监控的原则进行布置,通常的安防系
统的各个子系统采用常规的铜线软线缆,每个系统布置敷设一套独立的线路,不能共用。出
现了设备重复购置、线缆重复施工等问题,不利于系统的扩展及维护。经过多次的专家论证
和技术可行性分析,在设计中组建了商业综合体的支持TCP/IP协议的智能网系统。主干以
光缆为主要线路,辅以备份线路和设备构成,光缆稳定可靠,配以支持VLAN的网络交换
机设备,实现了不同系统可共用一套网络系统的目的,节省了施工、设备材料和后期维护。
目前在该智能网络的系统上传递的数据信息包括语音通讯、商业数据流、客流计数数据、门
禁控制信息、视频监控视频流、楼宇设备控制数据、信息等系统。拓扑结构如下:
此方案(智能网络系统)在实施后取得了巨大的成功,节省了大量的昂贵的铜缆线材,降低
了造价,采用光缆的智能网络系统稳定可靠,只有支持TCP/IP网络协议的设备都可以接入
该智能网络,因该系统在建筑均中均匀分部,使得在商业综合体正式投入使用后在物业管理
及维护中及系统扩展中体现出很大的优势。主干交换机采用了华为型交换机,光缆采用多模
光纤。
机电配置概况:机电配套上,强电配套按照4用2备的方式接入,在负一层设置有独
立为项目服务的开闭所和变配电所,分别为商业裙房、写字楼、2个酒店服务。对于酒店配
置有柴油发动机组,用来保障对项目的第三路供电备份。综合体设置有中央空调系统,分
为裙房冷冻机房、写字楼冷冻机房、万豪酒店冷冻机房进和假日酒店冷冻机房。高层塔楼采
用分区接力供水,在设备层设有中间水箱。
按照建筑规范、机电配置具体情况、高层建筑的物业维护要求,建设单位对机电设备
监视和控制,通过楼宇自控系统整体规划和设计,包括对供配电、暖通空调、给排水、电梯、
照明、消防、安全防范系统等进行远程监督控制,并预先编写了物业设备的运行规范,设备
监视控制的内容包括:设备自动启停控制、运转状态、温湿度控制、风阀开度控制、自动倒
备、设备报警提醒、电气火灾报警、电梯运行状态、水箱水位监视等;根据外部条件、环境
因素、负载变化情况自动调节各种设备,使之总处于最佳运行状态,并检测并及时处理各种
意外、突发事件,实现对大楼内各种设备的统一管理,协调控制。
结语:
综上所述,建筑智能化系统在商业综合体中的应用非常重要,涉及节能应用、绿色环
保、保障安全、提供有序舒适服务的建造目标。随着电子设备产品的更新换代的飞速发展,
建筑智能化系统将越来越普及,功能越来越强大,成为不可或缺的建筑组成部分。
参考文献:
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[2]《综合布线系统验收规范》(GB50312-2007),中华人民共和国建设部
[3]《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339-2003),中华人民共和国建设部
[4]《安全防范工程技术规范》(GB50348-2004),中华人民共和国建设部
[5]吴斌:建筑智能化系统的运行和维护技术,中国电力出版社
【关键词】智能建筑;弱电系统;集成技术
随着我国计算机技术、网络技术以及信息化技术的快速发展,以及人们对建筑物功能的要求越来越高,为了给人们建造舒适、高效、标准的建筑环境,适应信息化发展要求已经成为建筑行业急需解决的问题,智能建筑的出现极大的缓解了这一问题。智能建筑的发展也可以说是一个系统集成发展的过程,建筑弱电系统是智能建筑中机电设备的主要方面,目前也正在向集成化的方向发展,集成化的智能建筑必将成为建筑行业的主流。目前我国智能建筑建设过程中,真正符合智能集成化标准的并不多,这主要是没有了解集成目的与内容,或者是选择的集成方式不合理等原因造成的,下文提出弱电系统集成内容与方式,供有关人员参考。
1 智能建筑弱电系统集成目标
智能建筑的发展过程其实就是集成化的发展过程。在智能建筑领域,可以说智能化的实质就是集成化,就是将建筑相关信息资源以及主要任务与全局进行统一一体化的管理,并通过系统集成技术,实现资源的综合共享,提升服务的质量以及智能建筑管理的效率。
智能建筑弱电系统集成技术的核心,主要体现在弱电系统功能、软件、共享网络等技术上,是一种新型的技术,其技术目标为信息化集成。系统集成具有以下几点特征:(1)系统集成以网络为基础,建立一个监控平台;(2)利用采集、处理为一体的数据软件,并通过系统集成网络进行,实现系统资源、信息的管理与共享;(3)系统集成具有操作简单的界面,能够满足不同用户的条件,并且本系统具有较强的兼容性,能够适应多种应用环境。
2 智能建筑弱电系统集成的主要内容
智能建筑弱电集成的主要内容,就是将智能建筑弱电系统的各个子系统进行集成,实现功能、信息等的高度集成。其中智能建筑弱电系统中包括办公自动化系统、楼宇自动化系统、通信系统、网络系统以及安全防范系统等。
3 智能建筑弱电系统集成的方式
目前,智能建筑弱电系统集成方式的选择,可以根据集成内容分布、管理需要等。针对目前智能建筑系统集成目的以及现状,主要采取以BAS为中心的系统集成方式以及区域网-子系统集成方式。
3.1 以BAS为中心的系统集成方式
BAS是楼宇自动控制系统的简称,以楼宇自控系统为中心的集成,就是将楼宇自控系统的通信控制装置与其他产品连接起来,采用串行通信的方式,实现数据在系统间的传递。
采用这种系统集成方式具有以下几个方面的特点:(1)利用这一集成方式,能够对建筑电气设备参数进行采集与控制,并对其进行优化,实现了对智能建筑现场设备的实时监控;(2)目前智能建筑弱电系统中,采用这一集成方式,其软件一般都是自成独立的系统,在对外开放功能方面存在严重的缺陷。大部分的楼宇自控系统在网络环境下与其他的应用程序实施数据交换存在局限性,并且与上级集成系统实施数据交换过程中会产生瓶颈,影响信息集成与共享的效果。(3)通常情况喜爱,楼宇自控系统不具备在网络环境下的信息集成管理能力,不能提供较为透明的网络信息数据源,并且也不具备开放的数据接口,不能像用户提供分布式的使用环境与条件。(4)目前智能建筑弱电系统以楼宇自控系统为中心的集成产品,可供选择的方面以及优化的空间都存在严重的局限性,这就说明这一集成系统向下的包容能力极差。
3.2 区域网-子系统集成方式
区域网-子系统集成方式,采用集成智能建筑管理系统。该系统结构包括集成管理层、系统管理层以及设备层。该集成方式下的系统硬件采用通信网关将各个子系统进行连接,并对各个子系统电气设备相关数据进行实时采集。系统的网络结构为以太网结构,瞎用智能技术,并采用C/S工作模式。
智能建筑弱电系统采用这一集成方式,其可行性主要体现在以下几个方面:(1)随着我国科技的发展,新一代支持集成技术的软件已经趋于完善。如C/S工作模式、开放式的数据接口、支持代码重用构件等,这一软件的支持,使得区域网-子系统集成方式成为了可能,并可以提升集成系统运行的效果。(2)网络操作系统运行的稳定性逐渐的提升,并且越来越普及,一些如WindowsNT4.0操作系统的出现,为区域网-子系统集成方式打下了坚实的基础;(3)计算机性能逐渐加强,网络器件的价格也不断的降低,使得这一集成系统下的硬件体系成本降低;(4)区域网一子系统集成的投资一般占全部弱电系统总投资的十分之一以下,但可使智能建筑在智能化、信息化方面提高相当大的水平,具有质的飞跃。
4 智能建筑弱电系统集成技术实践应用
智能建筑弱电系统集成技术主要体现在工程设计、工程施工、物业管理等几个方面。
在工程设计阶段,弱电系统集成化设计需要遵循以下几个原则:(1)集成系统的设计要能够满足用户的需求;(2)在集成系统内部同一层次上采用同一条通信通道作为公共通道;(3)集成系统操作界面要体现不同的操作层次要求。
在智能建筑工程施工方面,进行系统集成是保证施工质量、控制工程成本的有效手段,也是提高工程施工效率的有效方法。选择合适的系统集成商,其必须具备工程承包商以及设备供应能力,在建筑主体设计的基础上,要对集成系统产品进行审核与优化。
在物业管理方面,智能建筑的物业管理不同于普通的建筑物业管理,其管理属于综合管理范畴。智能建筑物业管理要以集成以及信息共享作为基础,并用决策系统作为主要的辅助手段,对智能建筑中的相关事件、事务等进行综合性的管理。
5 总结
随着我国社会经济的快速发展,特别是科技水平的提升,智能化技术逐渐的应用于建筑行业,为我国的智能化发展起到了良好的促进作用,智能建筑逐渐的得到了推广与应用。住宅小区建筑中应用智能集成系统,能够为小区居民、住户提供更优质的服务,保证建筑、住户等的安全,是现代化建筑的具体体现。集成智能建筑能够适应现代居民对建筑功能的基本要求,能够提升居民的生活品质,并推动现代化建筑行业发展,值得大力推广与应用。智能建筑弱电系统集成技术具体体现在智能建筑工程设计、工程施工以及物业管理等方面,与传统的建筑相比具有明显的优势,是我国建筑行业发展的主流趋势。
【参考文献】
[1]高素萍.关于智能建筑弱电系统集成的探讨[J].低压电器.2010,25(1):157-158.
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[4]旦巴欧珠.信息网络系统来电防护技术探讨[J].科技,2010,26(5):101-102.
合同编号
G*-**
密级
集团公司 2018 年度科技发展计划课题合同
课 题 名 称:
承 担 单 位:
课题负责人 :
起 止 年 限: 2018年 月 至 年 月
填 写 说 明
1. 1、本合同由集团公司科技管理部与课题承担单位签订,甲方为集团公司科技管理部,乙方为课题承担单位。
2. 2、本合同一式六份,甲方三份,乙方两份,课题负责人一份;
3. 3、合同采用A4纸打印上报,填写内容采用小4号宋体。
4. 4、合同编号以“集团公司年度科技发展计划”中合同号为准。
5. 5、合同密级由课题承担单位提出建议,集团公司科技管理部审定。
一、国内外现状及简要说明
我国幅员辽阔,有70%的国土面积为山区,地质条件十分复杂,是世界上喀斯特地貌分布面积最广的国家之一。我国境内可溶岩分布面积达3400000km2,约占我国国土面积的1/3。其中,裸露于地表的碳酸盐岩面积为910000km2,接近我国国土面积的1/lO。如此广阔的岩溶面积,严重影响着我国交通基础设施的建设和发展。喀斯特地貌不良地质条件给隧道的施工和运营造成了严重的威胁。
喀斯特地貌岩溶隧道问题的研究可以追溯到上世纪30年代的前苏联,当时召开了第一届全苏喀斯特会议,此会议由舍维亚科夫院士发起。在70年代,德国也首次举行了主题为“与可溶岩有关的工程地质问题”的国际研讨会。
当前岩溶隧道施工技术在溶洞施工处治工艺和施工方法的研究方面比较丰富。但由于问题的复杂性,喀斯特地貌高速铁路隧道系统研究还不足够,距解决隧道施工中出现的复杂问题尚有差距。
二、主要研究内容、关键技术及研究方法
1、 复杂艰险重山区大临便道施工(1)研究内容
在复杂艰险重山区进行大临便道建设,不仅要面临喀斯特地貌重山区带来的多种建设难题,还要在规划选线之初将所有自然环境因素考虑进去,尽可能规避自然灾害对基础设施的负面影响,如暴雨、飓风、滑坡、泥石流、滚石等。施工难度有多高,可想而知。
(2)关键技术与研究方法
①施工便道规划选线
施工便道规划选线应在充分调查工程所在地自然环境、地质状况、社会风俗、既有房屋利用条件等的基础上,根据工程规模、特点和施工组织要求等进行规划选线,确定施工便道标准。
②施工便道安全风险预控
施工便道无论在施工期还是运营期都应当以人为本,坚持安全发展,坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。同时应建立应急管理制度、成立组织机构、明确人员职责,根据现场可能发生的紧急情况,编制应急预案。
2、加工场智能建造(1)研究内容
加工场使用大量的智能机械达到高度的自动化加工,减少人工操作;提高工作效率和生产效率;使整个工艺的加工流程稳定,提高产品的质量与标准。
(2)关键技术与研究方法
设备选型根据工程规模及加工场至各工点运距主要设备配置按照专业化、自动化流水作业配置。
主要设备包括双柱卧式金属带锯床、小导管箭头成型机、多功能联合冲剪机、数控弯拱机、数控龙门式等离子切割机、智能钢筋弯箍机器人、8字筋对焊机、8字筋液压成型机、数控小导管打孔机、智能钢筋焊网机、数控全自动调直切断机等。通过智能机械生产,对比传统加工方法,研究其经济价值。
3、拌和站管理系统(1)研究内容
拌和站是现场施工最重要的基础保证,通过拌和站管理系统达到“提高效率、节省成本、保障安全、轻松管理”的精细化管理目标,减轻各个岗位人员的负荷,减少各种错误率,提升生产效率。
(2)关键技术与研究方法
根据工程规模,合理配置拌和站管理系统中生产管理、实验室管理、原材料管理、设备监控、手机APP等各功能模块,对接拌和站厂家的工控系统,保证数据准确,传输稳定,流程化管理,图形化操作。
4、信息化系统(1)研究内容
依托铁路工程管理平台,实现信息资源共享、各单位及时沟通、管理模式及业务流程的优化,达到优化管理过程,提升高速铁路建造品质的目的。
(2)关键技术与研究方法
根据工程规模,合理配置铁路工程管理平台各模块的应用,在原有工作的基础上,实现各种数据的自动抓取、自动分析、自动形成各种直观的图形化报表,便于各方了解项目有关信息,第一有利于提升工作速度,第二有利于提升管理质量。让工程的透明度提升,使大家可以更准确、深入掌握工程建设情况。利用共享的信息平台为有效的建设项目管理提供了基础数据信息。
主要使用模块有资料管理系统、劳务工管理系统、基于BIM技术的征拆进度现场管理系统、施工日志(包含检验批)系统、沉降观测系统、超前地质预报系统、围岩量测系统、视频监控系统、桩基检测系统、物资设备系统、验工计价系统等。
5、岩溶隧道体外排水系统(1)研究内容
隧道围岩范围内岩溶水的存在使得隧道工程地质和水文地质条件发生变化,造成围岩强度降低,渗透水压力增加;而岩溶水的渗透、结晶问题将导致隧道运营病害,同时又具有侵蚀性,对隧道结构、防排水工程等的侵蚀作用不可忽视。所以隧道排水非常重要,本研究就是为了研究岩溶隧道的体外排水系统,减少水害。
(2)关键技术与研究方法
配合中铁二院对复杂岩溶新型衬砌结构体系研究的科研成果,隧道排水采用双侧沟+中心水沟排水;拱墙衬砌背后设φ50环向盲管,两侧边墙角附近铺设φ80纵向盲管,隧底设置φ50环向盲管,围岩集中出水点设置专管引排至中心水沟;侧沟壁与道床板间设纵向排水槽,排水槽与中心水沟间设置横向水沟;边墙设置泄水孔,孔径φ110;可溶岩地段中心水沟两侧交错设置竖向泄压孔,并设弯管引入中心水沟。仰拱及填充浇筑时预留φ110PVC管。
6、大型机械化配套施工(1)研究内容
目前,我国铁路隧道在建设配套技术水平、施工装备以及国产化还处于隧道施工机械化初期,该项主要为铁路隧道施工Ⅰ、Ⅱ级机械化配套方案的实施与优化,达到“自动化减人,机械化省人”的目的,同时,减少安全隐患,满足安全目标。
(2)关键技术与研究方法
以开挖钻孔作业线(全电脑三臂凿岩台车)、加强支护作业线(多功能拱架安装台车)、喷混凝土作业线(湿喷机械手)、仰拱作业线(移动式仰拱栈桥、自行式弧形模板)、二次衬砌作业线(防水板铺挂台架、轻型二衬台车、蒸汽养护台架)、水沟电缆槽作业线(水沟电缆槽台车)6条生产作业线为主,对作业线所需工装、配套设备进行优化调整,形成铁路隧道施工Ⅰ、Ⅱ级机械化配套方案。
7、复杂地质隧道超前地质预报系统(1)研究内容
隧道超前的目的是为了进一步查清隧道开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件,指导工程施工顺利进行;降低地质灾害发生的几率和危害程度;为优化工程设计提供地质依据;为编制竣工文件提供地质依据。超前地质预报的要内容为地层岩性、地质构造、不良地质、地下水进行预测预报。
(2)关键技术与研究方法
铁路隧道超前地质预报采用地质调查法、超前钻探法和物探法,做到地质调查与勘探相结合、物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合、地面与地下相结合、超前导坑与主洞探测想结合,并对各种方法预报结果综合分析,相互验证,提高预报准确性。
8、艰险山区长大隧道精密控制网测量技术(1)研究内容
隧道工程测量是在隧道工程的规划、勘测设计、施工建造和运营管理的各个阶段进行的测量。为保证隧道能按规定的精度正确贯通及相关的建筑物与构筑物的位置正确,从而要求:规划阶段,提供隧道选线用的地形图和地质填图所需的测绘资料;勘测设计阶段,在隧道沿线布测测图控制网,测绘带状地形图,实地进行隧道的洞口点、中线控制桩和中线转折点的测设,绘制隧道线路平面图、纵断面图、洞身工程地质横断面图、正洞口和辅助洞口的纵断面图等工程设计图;施工建造阶段,根据隧道施工要求的精度和施工顺序进行相应的测量,首先根据隧道线路的形状和主洞口、辅助洞口、转折点的位置进行洞外施工控制网和洞口控制网的布没及施测,再进行中线进洞关系的计算及测量,随隧道向前延伸而阶段性地将洞内基本控制网向前延伸,并不断进行施工控制导线的布测和中线的施工放样,指导并保证不同工作面之间以预定的精度贯通,贯通后进行实际贯通误差的测定和线路中线的调整,施工过程中进行隧道纵横断面测量和相关建筑物的放样,以及进行竣工测量;在施工建造和运营管理阶段,定期进行地表、隧道洞身各部位及其相关建筑物的沉降观测和位移观测。
(2)关键技术与研究方法
①隧道平面控制测量应结合隧道长度、平面形状、辅助坑道位置以及线路通过地区的地形和环境条件等,采用GPS测量、导线测量、三角形网测量及其综合测量方法。
②隧道高程控制测量采用水准测量、光电测距三角高程测量。
③隧道变形测量在隧道主体工程完工后进行,变形观测期不少于3个月。
④运营及养护维修阶段,对各级控制网的复测、构筑物变形监测、区域沉降地段变形监测、轨道几何状态检测等。
9、复杂岩溶隧道综合施工技术(1)研究内容
复杂岩溶地区的隧道工程施工具有危害大、预防难的特点,是目前隧道工程中尚未很好解决的难题。若冒然施工,极有可能会产生突泥涌水,造成重大安全事故。从超前预报指导施工,到揭示后溶洞处理措施,最后保证施工安全、运营安全为主要研究内容。
(2)关键技术与研究方法
复杂岩溶隧道的关键技术在于准确的超前地质预报、安全的掘进方法、合理的处理措施。
三、课题预期目标、经济技术指标和成果形式
1、预期目标(1)编制复杂艰险重山区大临便道施工图;
(2)编制智能加工场实施标准指导手册;
(3)编制信息化拌和站实施标准指导手册;
(4)编制高速铁路建设期信息化系统指导手册;
(5)岩溶隧道体外排水技术专利;
(6)高速铁路大型机械化配套施工指导手册;
(7)复杂地质高速铁路隧道超前地质预报施工指导手册;
2、经济技术指标(1)目前高速铁路建设期人工费约占20%,设备费约占15%,而且随着我国经济的快速发展,施工建设期较中标时的人工费、设备费、材料费等增长迅速,若不能采取措施则会造成巨额亏损。从规划开始,结合工程实际情况,使用信息化手段,大量采用智能化机械、设备,规范化管理、集约化生产、标准化控制,做到源头能控制,过程可追溯,质量有保证,降低人工费占比,增加设备的利用率,减少材料浪费,提高经济效益。
(2)复杂艰险重山区,尤其是岩溶发育地段的高速铁路隧道施工安全风险高,不可预见因素多,以“预防为主、防治结合、综合治理”为原则,降低建设期与运营期的安全风险,创造经济效益。
(3)复杂岩溶隧道体外排水系统为新型衬砌结构体系,具有巨大的发展空间与经济价值,在室内实验、理论分析及数值计算的基础上,本项目通过对各个问题的分析,拟建立最优化的隧道体外排水系统,为以后的类似工程提供宝贵的参考依据。
3、成果形式(1)施工技术总结及指导手册;
(2)发明专利及著作权;
(3)科研论文。
四、课题的年度计划及年度目标
年度
计划及目标
2018
2019
2020
2021
2022
1、
2023
1、整理、分析试验数据,撰写试验报告;
2、形成复杂岩溶隧道综合施工技术的科研成果;
五、课题参加单位及主要研究人员
参加单位
研究任务及分工
中铁十八局集团有限公司贵南高铁项目经理部
制定总体研究方案,并具体实施,负责成果总结。
课题
负责人
性
别
年
龄
职务
职称
研究任务
及分工
全时率
所在单位
(全时率取100%、75%、50%、20%)
六、经费预算 单位:万元
经费来源预算
经费支出预算
科目
预算数
科目
预算数
来源预算合计
4545
支出预算合计
一、集团公司计划拨款
一、人员费
二、国家拨款
二、设备费
三、省市拨款
1、购置费
四、单位自筹款
4545
2、试制费
五、银行贷款
3、租赁费
六、其他来源款
三、相关业务费
1、材料费
2、燃料及动力费
3、测试及化验费
4、会议差旅费
5、资料费、咨询费
6、国际合作与交流费
7、文整费
四、课题管理费
五、其他费用
说明:全部课题经费由项目自筹解决,课题所发生费用计入项目研发经费。
七、拨款计划 单位:万元
计划拨款总额
首次拨款
( 年)
中间拨款
( 年)
结题拨款
-
-
-
-
八、合同签定双方意见
集团公司科技管理部(甲方) (章)
负责人(签字) 年 月 日
课题承担单位(乙方) (章)
课题负责人(签字)
开户银行:
帐户名称:
帐 号:
九、共同条款
1、合同双方共同遵守《集团公司科研发展计划合同管理办法》,《集团公司科研费用管理办法》,若有争议时,按办法中有关规定处理。
2、乙方必须按要求编报年度计划执行情况及时上报甲方,逾期不报,甲方有权终止拨款。
3、合同执行过程中,乙方如需变更合同,应根据“办法”中有关规定,向甲方提出变更内容及理由的申请报告,经甲方审核批准后实施。甲方提出变更合同书有关内容时,要与乙方协商达成书面协议后实施。在变更合同未经双方确认前,双方仍应履行原合同书内容。
4、乙方课题经费开支应符合财务管理有关规定和《集团公司科研费用管理办法》经费开支范围要求。
5、甲方根据“办法”的规定,及时向乙方拨付经费,并监督经费使用情况。对不符合规定的开支,甲方有权提出调整意见。
6、遇下列情况之一,甲方可通知乙方终止合同:
(1)课题所需自筹资金等条件长期不落实的;
(2)经论证,课题所选技术路线、方案已无实用价值,或依托的工程项目发生较大变化致课题无法进行的;
(3)参加研究开发的合作单位或课题人员发生较大变化,致课题无法进展的。
(4)乙方违反财经纪律弄虚作假、截留、挪用、挤占课题经费情节严重的。
随着现代城市化的发展,人们对于居住环境的关注日趋细致化,越来越多的市民开始考虑自己的生活质量,考虑自己小区的各种配套设施,生态小区也是在此种背景下产生的新鲜事物。生态小区是通过调整人居环境生态系统内生态因子和生态关系,使小区成为具有自然生态和人类生态、自然环境和人工环境、物质文明和精神文明高度统一、可持续发展的理想城市住宅区。本文试图对现代城市生态小区的规划与设计作相关探讨。
关键词:生态小区;规划;设计
一、生态小区内涵、特点、类型
(一)生态小区的内涵、特点
生态小区基础设施完善,空间结构合理,生态智能建筑都广泛应用,人工环境与自然环境实现了巧妙的融合。它符合城市规划以及区域规划发展的需要,与区域城市融洽,是生态城市的一部分,体现了所在城市的风貌和特质。
与传统小区相比,生态小区有着本质的区别,主要有以下特点:和谐生态小区内人与自然共生,人类回归自然,自然融于小区,小区融于自然;同时,能营造满足人类自身发展需求的环境,富有人情味,充满浓厚的文化气息,拥有强有力的互帮互助的群体,呈现出有别于传统小区的繁荣、生机和活力。
可持续性生态小区是以可持续发展理念为指导的,它倡导既要满足当代人的需要,又不对子孙后代的需求造成威胁,因而它能实现小区内经济、社会、环境的发展,能够实现社会效益和经济效益的统一,实现经济又好又快发展,能把小区自然环境作为小区公共资源得到持久利用。生态小区并不是狭隘地单单追求环境的优美和自身的繁荣,而是兼顾经济、社会、环境三者的整体协调发展,小区生态化也不仅局限于某一方面的生态化,而是小区整体上的生态化。因此,生态小区的建设将会推动我国城市建设中治理环境污染,保护小区环境的进程,实现节能、节地、节水、低污染以及物业等的有效管理,为城市小区的健康发展带来强大的动力。
(二)生态小区的类型
主要分为两类:
1、生态住宅类:该类型的生态小区提倡以艺术为源头,最大限度地开发生态住宅的艺术功能, 把生态住宅当成艺术品去创造,使此类住宅无论从外或者从内看起来都是一件艺术品。
2、生态智能类:该类型小区以突出各种生态智能为特征,极力发挥住宅的智能性。凡是能对人的居住提供智能服务的装置,都在适当的部分被置入,使主人可以凭借想象和简单的操作就可以达到一种特殊的享受。
二、生态小区规划的内容
(一)生态小区规划的目标
生态规划就是要从自然生态和社会心理两个方面去创造一种融合技术和自然的人类活动的最优环境,诱发人的创造精神和生产力,以提高物质和文化生活水平。我们可把生态小区规划目标理解为:以生态学相关原则为指导,通过生态设计方法提高人居环境质量,促进人与自然和谐、协调人工设施与自然环境,实现小区社会―经济―自然复合系统整体协调从而达到一种稳定、平衡、有序的状态。
(二)生态小区规划的方法
充分运用生态规律,以小区的可持续发展为目标,以工程和技术手段为支撑,对传统意义上的小区进行规划设计,使小区成为真正的生态小区,以推动城市化发展。
(三)生态小区规划的内容
包括小区自然生态规划、经济生态规划和社会生态规划。
1、自然生态规划
绿化指标:该指标是衡量生态小区规划建设水平最重要的指标之一。根据生态小区的标准,绿地率(包括景区和水面)须达50%以上,人均公共绿地应在28平方米以上。地面保水指标:本指标旨在强调建筑基地渗水保水能力,尽量减少混凝土覆盖面积,采用自然排水系统,以利于雨水的渗透,理想指标是小区80%的地具有透水性能。
节水指标:此指标是为了节约水资源,在小区建筑设计中导入雨水利用或净水系统的设计,把雨水、生活废水汇集处理后,达到规定的用水水质标准、重复使用于非饮用水及非与身体接触的杂用水。
节能指标:生态小区应该是节能小区,小区的设计使用需要通过空调系统、照明、白昼光利用、太阳能利用等途径节约能源。
二氧化碳与废物减量指标:此指标鼓励应用轻量化的建筑结构,如使用钢构造建筑来减少砂石、砖等建材的使用;提倡居家简朴的装潢设计、建材的回收利用。
污水垃圾处理指标:前者要求建设雨水、生活污水分流管道系统,一方面有利于雨水的回收利用,另一方面可减少污水的处理量。后者指垃圾的分类收集和资源的回收利用。
绿色交通指标:采用低污染、适合都市环境、对健康有益的运输工具来完成社会经济交往活动。
2、社会生态规划
建立标志性建筑、具有中心性的广场和对居民有魅力的开敞空间以增强小区的归属感;建立配套齐全、布局合理的生态基础设施,创造便利于各个年龄层次人群的生活环境;小区应提供多样性、个性化住宅,以保证各种经济收入的人与各种年龄层次人们的需求;小区应成为有商业活动、市民服务、文化活动、娱乐活动等集中的中心地区。
综上所述,生态小区既是一种小区规划的新理念,又是未来城市规划所追求的目标,将成为城市可持续发展理想休憩乐园和未来住宅小区发展的必然趋势。它的建设是一项宏伟的综合工程,需要我们长期不懈的努力。
三、生态住宅的设计及建设
改革开放以来,我国的经济发展取得了举世瞩目的成就,伴随着城市化水平的快速发展,资源的浪费和环境的污染也在不断加速。由于生产技术和观念的落后,我国平均建筑能耗是发达国家的2到3倍,造成的污染也相当严重,我国有若干城市被世界卫生组织列为“严重污染”城市,这是对我国经济社会繁荣发展浇的一盆冷水,需要引起我们的重视。房地产开发和使用是一种消耗大量资源,产生大量废弃物的产业。为了人们卫生、健康、舒适地生活,必须将环境保护放在重要位置。由此衍生的生态小区的设计和建设需要做到以下几个方面:
(一)充分利用太阳能
太阳能是绿色能源中最重要的能源,是取之不尽、用之不竭、可永续利用并且广泛存在的天然能源。太阳能的优点是丰富、洁净、安全、廉价。目前,在住宅区中太阳能的利用主要有3个方面:太阳能热水器、太阳能空调和太阳能电池。
我国的太阳能资源十分丰富,年日照时数为2500h的地区占国土面积的2/3 以上,有的地区高达3000h。这为我国太阳能的开发利用提供了良好的条件。随着科学技术的进步,太阳能利用的范围将会更广,能量转换效率将会更高。
(二) 合理规划用地
我国是一个地少人多的国家,近年来,随着经济的发展,越来越多的土地被工厂和住宅所替代,我国的土地资源日趋减少,尤其是房地产产业的发展,严重制约着我国经济的可持续性发展。住宅小区的规划用地应该从以下几个方面着手:
1、容积率控制在合理的水平,并非越低越好;
2、停车场架空或入地,即建造立体化的多层停车场或地下、半地下停车场;
3、从节地与节能两个因素综合考虑,宜建造多层和小高层万方数据公寓,控制建设单门独户的别墅,尤其是依山傍水、景观优美的“风水宝地”更不应建造高档别墅和私家花园供极少数人享用,而应建造小区公园等公共设施,供大众
使用。
(三)高度重视环保
房屋的建设和使用都存在着对环境污染的问题。环境被污染,直接危害人类健康,这是众所周知的。关于环境污染问题,过去只提“三废”(废水、废气、废渣)污染,现在增加了防治声污染和光污染的内容。这是切合现实情况的。此外有个经常被人们所忽视的问题,就是电磁的污染。随着人们生活水平的提高,家用电器的普及率和使用率也在日益提高,电磁污染已经出现,并有不断增长之势。提议把这方面的内容纳入治污计划和措施之内。