智能建筑材料的应用

智能建筑材料的应用

上课班级：2班学院：信息学院年级：一年级专业：通信工程

学号：1004040314 姓名：王玉杰

【摘要】随着智能建筑的迅速发展,电气工程的地位和作用越来越重要,如何才能提高智能建筑电气施工管理及质量控制是电气工程师应

注意的问题。

智能建筑材料的特性：

自1984年智能建筑理念提出至今，智能建筑的发展历史较短，目前尚无统一的概念。例如，美国智能化建筑学会（American Intelligent Building Institute）定义“智能建筑”是将结构、系统、服务、运营及其相互联系全面综合，达到最佳组合，获得高效率、高功能与高舒适性的大楼。目前，业内大多数意见倾向于把智能建筑定义为：是采用系统集成方法将计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合在一起，通过对建筑设备的自动监控、对建筑内信息资源的管理和对使用者的信息服务，以及将设备监控技术、资源管理和信息服务与建筑要求优化组合，获得一个投资合理、适应信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利与灵活特点的建筑物。智能建筑是以大跨度框架式建筑结构为基础，由智能建筑环境内系统集成中心（SIC, System Integrated Center）利用综合布线系统（PDS, Premises Distribution System）形成标准化强电与弱电接口，连接3A系统即建筑自动化系统（BAS, Building Automation System）、通信自动化系统（CAS, Communi cation Automation System）和办公自动化系统（OAS, Office Automation System）,实现3A功能即建筑自动化、通信自动化和办公自动化功能。

建筑环境是智能建筑赖以生存的基础，而智能建筑则以创造舒适安全高效的建筑环境为目标，因此智能建筑应该是一座反映当今高科技成就的建筑物。智能建筑本身的智能功能随着知识产业和科学技术的不断发展而不断提高完善，从而要求建筑环境必然要适应智能建筑发展的需求。所以，智能建筑一般由SIC、PDS和3A系统五个部分

组成并实现智能化功能。

智能建筑系统集成中心（System Integrated Center，SIC）智能建筑的系统集成中心（SIC）具有各个自动化系统信息总汇集和各类信息综合管理功能，具体要达到以下三方面要求：

（1）汇集建筑物内外各种信息。接口界面要标准化、规范化，以实现各智能化系统之间的信息交换及通讯协议（接口、命令等）。

（2）实现对建筑物内各个智能化及自动化系统的综合管理。

（3）实现对建筑物内各种信息及数据通信的网络化管理，必须具有很强的信息处理及数据通讯能力。

在刚跨入21世纪的时刻，高科技正迅猛地渗透到包括土木工程在内的各个传统行业中，尤其是新材料技术、信息技术及计算机技术正在进一步地与传统生产方式相结合，使传统行业的生产力水平有了空前的提高。结构强度、完整性、安全性及耐久性的评估问题长久以来一直引起人们的普遍关注。尤其在美国“9．11”事件发生之后，结构安全更成为现代及未来社会的重点思考问题。智能结构是近年来业内人士的一个热点话题，由于它使建筑结构的功能从根本上得以扩充，能极大地满足人类对生活空间的安全信任需求，因此，智能结构已毫无疑问地成为未来土木工程结构的发展方向。这是高科技向土木工程渗透的必然结果。关于智能土木结构这一思想的理论、实验及应用研究目前尚处于初步探索阶段，大量概念尚待滤清，研究内容也界定模糊，尚没有一个涵盖其主要研究方向的理论框架问世，这极大地阻碍了研究工作的进展。为此，本文对智能土木结构的理论框架和其核心算法进行了一些探索和研究，概括如下：

1．本文借鉴首先由航空航天制造业提出的智能材料结构概念的定义方式，明确地提出了智能土木结构的概念及定义，即：“土木(桥梁)结构中因嵌入部分智能子结构或智能材料，使其具有自监测、自诊断、自适应或自修复等仿生功能，从而能极大地满足人们在结构安全性及使用维护方便性等方面的要求，这种土木结构就称为智能土木(桥梁)结构”。同时，还对各种智能土木(桥梁)结构进行了类型的划分，并指出了未来土木结构的智能化应以嵌入式智能土木结构为主要发展方向。

2．全面论述了智能土木结构的理论体系构成，从仿生学角度剖析了智能土木结构的构成要素。针对理论研究和应用研究的现状，提出了结构智能化三层次的概念。论述了智能土木结构的研究内容，指出了智能土木结构的设计特点及流程。同时，本文又针对桥梁结构，给出了智能桥梁结构的总体方案设计，它由三个系统子方案组成：健康状态自感知监测系统、健康状态自诊断系统及灾害响应控制系统，并分别对其做出较为具体的规划。

3．给出了可行的智能土木结构测控硬件系统的解决方案。首先对桥梁结构材料和智能材料的集成问题进行了深入的讨论，它是智能桥梁结构走向实施的一个关键。同时还建立了静力实验传感器布置优化设计的数学模型，提出了梁式桥静力应变传感器网络优化设计方法，并用实例证明了该方法的合理性。建立了基于传统测试技术的数据采集系统的硬件环境，并以Win 32API及MATLAB两种模式构建了应变仪与PC的接口软件方案。

4．从力学反问题的角度出发，阐述了智能桥梁结构的智能计算问题的两种西南交通大学博士研究生学位论文第n页思路一一无模型力学反问题的计算智能法解决思路以及有模型力学反问题的有限元法解诀思路。通过对这两种计算路线的比较，给出了可行的模块化智能上木结构智能计算方案，并对方案中各模块的功能及相互间的逻辑关系进行了详细规划和设计。

5．定义了桥梁结构工作状态指标——荷载水平。以带有偏差单元的递归神经网络为工具，建立了基于实时数据采集系统监测应变信息的智能桥梁结构荷载识别模型，给出了详细的神经计算基本步骤。通过实时识别，建立了桥梁结构工作状态实时在线监测、分检机制。针对人工神经网络学习算法的特殊需求，给出了两种学习模式的收集策略——基于模型试验的学习模式收集策略及基于原结构竣工荷载试验的学习模式收集策略。

6．除了对桥梁工作状态进行监测、分检工作以外，在工作状态指标超过某种限值时还须对桥梁进行力学场的计算。应变‘抹平’问题是智能土木结构在特殊计算环境下进行有限元分析所遇到的首要问题，其实质是如何将测点的应变测量信息与对应的有限元计算值修匀、抹平的问题。文中首先定义了结构静态应变残差矩阵，并利用有限元单元分析的推导过程建立了等效残差结点力列阵，从而提出了基于迭代法的应变抹平问题的有限元解法。最后，文中还讨论了部分预应力混凝土连续刚构桥的有限元计算模型问题。