《大型公共建筑项目节能建造智能技术研究与应用》

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1.项目所属科学技术领域:城镇化与城市发展。

2.主要内容、特点:

建筑业是高能耗产业,占社会总能耗的40%,大型公共建筑更是建筑能耗的高密度领域,“十三五”国家科技创新规划将建筑节能列为重点研究方向。建筑能耗一直对全球能源供应产生着巨大压力,形势严峻。其关键问题在于:1)设计阶段过度追求各种节能技术的叠加,未考虑节能系统与建筑系统的耦合匹配和协调运作,容易导致实际能耗不减反增;2)主要关注设计和运营阶段的节能技术,忽略施工阶段的节能减碳;3)运营阶段节能系统运行成本高,能源利用率低,建筑难以按需供能。

该项目在国家科技支撑计划等课题支持下,从2008年开始开展大型公共建筑项目的节能建造智能技术的攻关研究。围绕上述关键问题,构建了节能建造智能技术体系,提出了建筑节能一体化设计技术,设计了低能耗施工管控方法,研发了按需供能控制的成套技术,实现了大型公共建筑项目全生命周期节能的动态管理。主要创新点包括:

1)建筑-能源系统耦合建模及智能优化技术针对各节能子系统之间难以匹配以及节能设计与建筑设计脱节,所导致的供能效率无法达到最优的问题,基于数字化模型构建了综合能源耦合优化系统;设计了参数化生成设计算法,实现了在节能目标下的建筑设计方案的最优智能选型,解决了节能设计与建筑设计一体化的难题。该技术支撑建成了华中地区第一个国家级三星绿色公共建筑和10兆瓦建成时全球单体最大的光伏建筑一体化工程(武汉国际博览中心),并推广至湖北省90%以上的光电建筑一体化项目。该工程整体发电量为用电量的1.5倍,已升级成为“负能耗建筑”。

2)低能耗约束下施工过程优化及管控技术针对施工过程能耗监控断档问题,提出了施工碳排放测算模型,构建了基于低碳的施工过程可视化仿真及优化技术,建立了建筑能耗信息模型(E-BIM),设计了基于离散施工行为模拟的施工方案能耗动态测算方法,实现了对施工过程的低能耗实施。该技术成功应用于全国最大球壳混凝土结构工程湖北省科技馆新馆项目,并推广至英国William Hill建筑公司,用于该公司所有项目的施工过程节能控制。同时也推广至澳大利亚Woodsides公司的LNG石油天然气项目,澳大利亚最有影响力的报纸媒体《Australian》评价“该项目采用先进的智能化技术,减少返工,节材节能,取得了巨大经济效益”。

3)智能能源优化调度管理技术针对运营期供能效率低、成本高的问题,研发了面向按需供能的智能能源优化调度技术,提出了基于机器视觉的用户行为智能识别方法,实现不同公共建筑项目类型的用户行为模式识别。设计了智能传感网络,根据用户行为模式和舒适度需求,动态调整供能设备及电力设备的运行参数,提升供能效率,降低能源供应成本。该技术支撑建成了湖北省第一个真正实现“自发自用,余电上网”的分布式能源站项目,2017-2018连续两年获中国分布式能源优秀项目特等奖。

3.应用推广情况:

该项目经秦顺全院士及专家鉴定“取得了显著的经济、社会及生态环保效益。鉴定委员会一致认为,研究成果整体上达到国际先进水平,在BIM技术综合应用方面处于国际领先水平。”相关成果已在武汉、北京、上海、深圳等多个大型公共建筑项目中得到应用,并推广至北京冬奥会延庆赛区场馆重大工程、澳大利亚和英国等海外工程,取得了显著的社会效益和社会影响力。该项目直接经济效益达7亿多元,运营期间减少煤燃烧17620吨/年,经济和环保效益显著。

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