基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

基于BIM技术的建筑钢结构数字化教学资源建设

近年来,慕课、网课、翻转课堂等线上课程和混合式课程发展迅速,教学的信息化与数据化是许多高校的重点课题。数字化教学资源是教学信息化与数据化的基础,其内容因学科、课程而异。以建筑钢结构课程为例,文章提出了一种基于BIM技术的数字化教学资源建设框架即“教材—PPT—模型—动画”框架,即以教材为基础、以PPT为载体、以三维模型和动画为重点完成了数字化资源的建设,各部分内容环环相扣、知识点逐渐拓展。将数字化教学资源运用于教学中,预期能够有效提高学生的全过程学习质量、学习积极性和自主学习能力。

结合密度图回归与检测的密集计数研究

针对基于检测以及基于密度图两种主流的密集计数方法中,基于检测的方法召回率较低、基于密度图的方法缺失目标物体位置信息的问题,将检测任务与回归任务相结合后提出一种基于密度图回归的检测计数方法,可以实现对密集场景中目标物体的计数以及定位,对两种方法进行优势互补,在提高召回率的同时,实现标定所有目标物体的位置信息。为提取出更加丰富的特征信息以面对复杂的数据场景,网络提出特征金字塔优化模块,该模块纵向融合底层高分辨特征与顶层抽象语义特征,横向融合同尺寸的特征,丰富目标物体的语义表达;考虑到密集计数场景中目标物体所占像素比例较低的问题,提出一种针对小目标的注意力机制,通过对输入图像构建掩膜以增强网络对目标物体的注意力,从而提高网络的检测敏感性。实验结果表明,所提出方法在保持准确率基本不变的情况下,大幅度提高了召回率,同时可准确标定目标物体位置,有效提供输入目标图像的计数以及定位信息,在工业以及生态等各种领域具有广泛的应用前景。

铰接方钢管组合异形柱框架抗震性能研究

为解决村镇住宅体系存在的装配式程度及标准化程度较低、现场焊接工作繁多、室内建筑面积浪费等问题,提出了一种铰接方钢管组合异形柱框架体系。该体系中异形柱采用3根空钢管通过钢板与加劲肋组合而成的L形柱,梁柱节点为腹板螺栓连接的铰接节点。通过拟静力试验对该体系的抗震性能进行研究。研究结果表明:相比于铰接钢管混凝土组合异形柱,铰接空钢管组合异形柱框架体系先于梁端出现转角,最后破坏模式为柱脚破坏,具有更优良的抗震耗能和更缓慢的强度与刚度退化,并通过对比刚接节点和铰接节点的骨架曲线,发现节点刚接程度对结构整体的抗侧刚度影响较大。

融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由

针对水声传感器网络路由过程中的空洞问题和数据传输中能效低下的问题,该文提出了融合深度调整和自适应转发的水声网络机会路由(OR-DAAF)。针对路由空洞,区别于传统绕路策略,OR-DAAF提出一种基于拓扑控制的空洞恢复模式算法—利用剩余能量对空洞节点分级,先后调整空洞节点到新的深度以克服路由空洞,恢复网络联通。针对数据传输中的能效低下问题,OR-DAAF提出了转发区域划分机制,通过转发区域的选择自适应转发面积以抑制冗余包,并提出基于加权推进距离,能量和链路质量的多跳多目标路由决策指标,综合考虑区域能量,链路质量和推进距离实现能效平衡。实验数据表明,相比DVOR协议,OR-DAAF的包投递率和生命周期分别提高10%和48.7%,端到端时延减少22%。

基于改进GAN的智能网联车CAN总线异常检测研究

为提高智能网联汽车(ICVs)的安全性,提出了一种能适应异常流量低的、泛化能力强的控制器局域网(CAN)总线异常检测算法,以应对车辆可能会产生的潜在的和难以察觉的异常情况,有效提高异常数据的检测精度。该文探讨了生成对抗网络(GANs)的理论意义,并在一辆智能网联公交车上,收集了4类不同攻击数据,2类罕见报警数据,基于计算数据的重构误差来衡量异常程度,验证算法的适应性。结果表明:该文提出的算法在低流量数据集Data4上的F1分数和误报率分别达到98.31%和2.90%,超过初始模型及深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法,且对罕见报警数据的误报率减少到3%,说明该算法适用于低流量异常检测,且泛化能力强。

基于EMD的螺旋输送机叶片运动速度静电检测方法

螺旋输送机广泛应用于化工、冶金、粮食和运输等领域,其螺旋叶片的运动对输送状态有直接的影响。多采用封闭运输,且运行环境恶劣,经过较长时间工作后,易出现螺旋叶片变形甚至断轴等事故。通过实时检测螺旋叶片的运动速度,可及时获得螺旋输送机的运行状态。针对缺少有效的螺旋叶片运动速度检测手段的问题,本文设计了静电传感器,针对静电信号噪声干扰严重的问题,提出了基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的静电信号滤波处理方法,对滤波处理后的信号通过互相关计算,可以获得螺旋叶片的上升速度。实验结果表明:螺旋输送过程中,管壁处检测到的静电信号具有周期性,且与螺旋叶片经过电极的频次一致,经基于EMD的滤波处理和螺旋转速修正,螺旋转速测量相对误差为0.67%。

对失效传感器具备鲁棒性的故障诊断方法

针对传感器失效对故障诊断效果的影响,提出带有退化特征惩罚机制的故障诊断方法 (FDCFP).利用卷积神经网络提取局部特征,使用Transformer编码器进一步融合全局信息,缓解局部传感器失效对特征学习的影响.引入自注意力掩码对传感器失效引入的特征伪关联性进行惩罚,使编码器更关注未受失效影响的传感器数据.掩码在自注意力层参与权重计算,以较低的复杂度代价提高含有失效数据模型的鲁棒性.在CWRU、PU、SEU和XJTU-SY数据集上进行FDCFP的性能验证,当数据失效比例为0.7时,FDCFP在CWRU、PU和XJTU-SY数据集上的故障诊断准确率相较于现有方法分别提升了5.9%、3.1%和3.7%.

铁路客站碳排放物理边界界定与运行碳排放研究

随着我国铁路网快速发展,铁路客站数量持续增加,碳排放总量持续增长,准确量化铁路客站碳排放量,可以加快推动铁路客站低碳转型发展。根据客站工程设计界面,提出界定铁路客站碳排放物理边界的方法。依据铁路客站的客流强度,分析供暖空调系统、生活热水及开水系统、照明系统、电梯及自动扶梯系统、客运服务信息系统、可再生能源系统和碳汇系统的能源消耗量及其碳排放因子,构建铁路客站运行碳排放计算模型。以严寒地区哈尔滨市某线侧式客站为例,测算结果表明:该客站运行单位面积年碳排放量为154 kg/(m^(2)·a),50 a全寿命周期总碳排放量为7 700 kg/m^(2),其中供暖空调系统、电梯及自动扶梯系统和照明系统碳排放占比较高。

预混火焰离子/电子电流区域性差异研究

研究预混火焰不同区域离子电流与电子电流分布对分析火焰燃烧状态具有重要作用.在探针测量预混火焰的实验中,发现了预混火焰不同区域两种电流分布存在差异.为了进一步对离子电流与电子电流产生差异的原因进行分析,基于FLUENT通过数值模拟仿真得到了影响电流的因素——正负极性带电粒子及其迁移率的分布,并在此基础上结合电离反应机理、带电粒子性质以及火焰流场速度对带电粒子的分布进行了解释.研究发现,由于电子迁移率远大于其他带电粒子,导致预混火焰整体区域的电子电流高于离子电流,其中,中性物质的分布是影响电子迁移率最重要的因素.电子电流与离子电流的差值随着与本生灯距离的增加表现为类似“M”状变化趋势,并在预混火焰反应区附近出现了极小值.不同极性带电粒子在火焰中的分布存在差异,该差异反映了化学反应、对流和带电粒子自身性质等多种因素的共同作用,其中,电子与正离子均在反应区产生,导致正离子集中存在于反应区,而电子由于具有极小的质量,导致其扩散到火焰的其他区域,负离子分布在中性物质与电子共同存在的区域.由于火焰中不同极性带电粒子分布存在差异,因此火焰的局部区域可能表现出单一的电极性,这为基于静电感应原理的火焰非接触式电学测量提供了可能.

“双碳”背景下铁路行业碳排放量预测与交易研究

随着全球对气候变化问题日益关注,在碳达峰与碳中和“双碳”政策背景下,铁路行业作为交通运输领域的重要组成部分,其碳排放量预测与交易对于推动交通运输绿色转型、助力实现“双碳”目标至关重要。基于对数正态分布模型,将国家“双碳”目标作为约束条件,提出铁路行业碳排放预测方法。结合历史碳排放数据,利用遗传算法优化对数正态分布参数,提高碳排放预测拟合效果和模型预测精度。在此基础上,分析铁路行业纳入碳交易市场的时机与挑战,提出“双碳”背景下铁路行业入市发展对策:推动技术创新,优化内部机制,争取政策支持,参与市场策略,强化人才队伍。通过有效、精准地预测行业碳排放量,确保各行业碳排放配额的准确分配,为铁路行业在“双碳”背景下进入碳交易市场实现绿色低碳转型提供理论与实践指导。

预制双钢板剪力墙围护结构热力学数值研究

预制双钢板组合剪力墙抗侧力性能表征良好,但由于内部高热导率组件繁多造成不均匀传热,易形成局部低温区域引发结露霉变.基于预制双钢板组合剪力墙围护结构的热力学性能优化,提出一类围护结构构造设计原型,利用COMSOL Multiphysics建立有限元计算模型,结合参数化方法,探究双钢板剪力墙的保温设计参数、结构组件参数对其墙体内部的热流分布影响规律.研究结果表明:保温锚栓形成的点状热桥远大于对拉螺栓,双层钢板塞焊连接处则未出现明显温度波动,相邻构造层中不同连接件应保持一定间距,使热流尽可能通过完整保温层,避免形成连续热桥.相较于无热桥时的理想模型,含连接件时实际模型单位面积的壁面法向总热通量显著增益;改用低热导率保温材料能够明显减少主体法向热通量,但对点状热桥的抑制作用有限,热通量减小梯度随材料热导率减小而增大,保温材料宜将防火性能佳、经济成本低的岩棉或热导率低的EPS作为技术经济性优选;增大板厚能够有效抑制点状热桥处法向热通量,且该作用随板厚增大而减小;连接件在能够达到结构要求时建议优先增大布置间距、减小锚固深度以改善内部温度分布,其次考虑改用低热导率的玻璃钢制连接件改善局部热流,最后在锚固末端加覆保温砂浆或隔热垫块有效削弱热桥的影响.研究得到了法向热通量分布关于保温设计、结构组件中热工相关参数的变化规律,以指导双钢板剪力墙结构体系的围护结构热工设计.

我国建筑信息模型(BIM)政策文本内容研究——基于政策工具视角

建筑信息模型(BIM)是建筑行业数字化、智能化转型升级的一项关键性技术,如何从政府层面制定合理的BIM政策从而有效推进其全面深入实施是目前急需解决的重要实践问题。本文选取国家层面BIM相关政策及出台文件共81份,基于政策工具视角构建二维政策分析框架,利用内容分析法对政策文本进行处理。根据文本量化分析的结果,本文明晰了我国政府出台BIM政策的发展路径,指出现阶段的推行情况和存在的现实障碍,并针对BIM技术在项目全寿命周期中的集成和深化应用提出建议,为相关政府部门完善BIM技术政策环境提供参考。

含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法

针对分布式光伏出力不确定性造成的配电网规划成本增加、运行稳定性降低问题,文章提出了一种含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法。通过K-means聚类对光伏出力数据进行场景削减,得到典型场景集及其概率模型,基于蒙特卡洛概率潮流生成不确定性场景,模拟分布式光伏实际运行情况。基于所得不确定性场景,建立双层概率规划模型:上层以投资建设成本最小和光伏渗透率最大为目标,对分布式光伏及储能进行选址定容,下层考虑分布式光伏出力的不确定性,以概率潮流下的运维成本、网损成本、购电成本和电压偏差指数最小为目标,对分布式光伏出力以及储能各时段充放电功率进行优化。采用改进的粒子群(particle swarm optimization,PSO)算法对概率规划模型进行求解。采用安徽某地光伏出力作为典型数据,以IEEE 33节点系统为算例开展多场景算例分析,结果表明:与传统规划方法对比,所提方法能够提升光伏渗透率和配电网运行稳定性,并降低综合成本。

基于Revit二次开发与深度学习的钢框架节点智能审图

近年来,为了提高审图的工作效率、降低返工率,基于BIM的智能审图与自动审图技术成为BIM领域中的研究热点,然而在结构中至关重要的节点模型目前尚未有自动合规性检查的相关研究。为此,提出了基于Revit二次开发与深度学习的智能审图框架,包括信息抽取、语义丰富、合规性推理与建议三部分内容,针对钢框架四种梁柱节点完成了智能审图系统开发。以节点特征值为样本所训练的一维卷积神经网络充分考虑了模型的几何特征,在优化后对梁柱节点分类的准确率达到98.59%,高于其他常用的机器学习分类算法。通过所设计的合规性推理算法可完成节点模型的构造规则校核与强度校核,并提出优化建议。所开发的智能审图系统完成了一栋四层钢框架模型,共计136个梁柱节点的智能审图,准确率为97.79%,耗时86 s,与人工审图相比提高了准确率与审图效率。

基于区域细节强化的偏振去散射方法(特邀)

在散射环境下获取的图像质量退化严重,细节对比度降低,极大地限制了光学成像技术在诸多领域的应用。由于散射光具有部分偏振特性,基于偏振成像的去散射技术近年来得到了广泛的关注及应用。但传统的偏振去散射方法的复原效果十分依赖对场景偏振参数的准确估计,对强散射的复杂场景难以取得理想的去散射效果。为了克服这一缺点,提高偏振去散射方法在不同环境中的适用性,着眼于偏振图像的区域细节,提出一种基于区域细节强化的偏振去散射新方法。该方法结合对比度和Stokes矢量来确定两幅待复原的偏振子图,通过频域处理估计模型的关键参量,然后利用散射退化模型反解出未退化图像,最终融合形成去散射图。实验结果表明:所提方法在不同种类散射环境(雾霾或浑浊水体)和不同散射强度下均具有良好的复原效果,提高了偏振算法的适用性;同时,充分利用了偏振图像的强度分布特点,能够突出原图中的强偏振区域,可同时复原高低偏振目标物体,增强图像的细节信息。

散射介质中偏振图像模拟方法及应用

散射介质中的可见光偏振模拟数据集较为匮乏,这限制了开发和验证散射介质中偏振成像算法。针对此问题,分析了散射环境中的散射退化、光照等对偏振成像的影响,提出了一种散射介质中偏振图像模拟方法。首先采用物理渲染器精确模拟光的传播路径,得到经偏振滤波片的无退化偏振图像;之后利用真实散射环境数据集(水下及雾天环境),计算不同环境下的散射退化参数;最后结合散射退化模型得到不同偏振态下的模拟散射退化图像。结果表明:模拟数据集准确反映真实散射环境中的图像特征,偏振度和偏振角图像有效呈现了真实散射环境中的退偏现象。相应的模拟偏振图像为分析散射介质中目标和背景的偏振特性提供了可靠基础,也为改进偏振去散射算法提供依据。

基于BIM的装配式整体卫生间数字化设计工具开发与应用

传统住宅产业的生产模式耗费了大量材料和能源,还导致住宅寿命较短,住宅建设转向为工业化住宅的趋势开始愈发明显。整体浴室作为集成度最高的工业化住宅部品之一发展迅速,对卫生间的设计要求也不断提高,然而目前整体浴室初步设计效率低与需要快速获取初步设计方案的实际场景需求相矛盾,制约了整体浴室的发展。为了解决这些问题,提出了整体卫生间实现快速初步设计的方法,并在此基础上以C#和Python为程序开发语言来编程,开发了配套的初步设计工具,解决了整体卫生间构件库建立、参数推荐、模型快速建立、图纸及标注一键生成等模块的代码开发问题。通过实际工程项目来验证本文提出的初步设计方法,结果表明该工具可以快速生成模型,并获取符合实际需求的初步设计方案;此外,构件库的建立可以方便用户自由载入构件,实现自由设计。