建筑模型论文范文

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篇1

关键词：计算机程序建筑热过程状态空间模拟数学模型

Abstract

AmethodforreducingdimensionsofstatespacebuildingmodelispresentedinthispaperandthereducedbuildingmodelisusedinacomputerprogramBTPtosimulatethethermalbehaviourofbuildings.Finally,thehourlyindoorairtemperatureofaresidentialroomunderactualweatherconditionsisprovidedinordertoevaluatethemethod.

Keywords：computerprogramindoorairtemperaturemathematicalmodelstatespacesimulationthermalbehaviourofbuildings

1引言

状态空间建筑建筑热模型[1]采有现代控制论中"状态空间"的概念，对多个房间的建筑物的热过程列写动态平衡方程，其中包括各围护结构内部的导热，各表面与空气之间的对流换热，各表面之间的长波辐射，各房间之间的空气流动以及室内外遮阳等过程的细致描述。对于一个建筑物的动态热过程，此模型表达为

（1）

式中，T为建筑物各围护结构表面及其内部节点和空气节点的温度构成的向量，W为室外气象参数（空气温度、太阳辐射等）和室内热源等扰量构成的向量，C是热容阵，A是热导阵，B是边界阵，它们都取决于建筑结构热物性，表示T对时间τ的导数。

某个房间的空气温度可以写成：

(2)

式中m为热扰量数，n为状态空间维数，{φij}和{λi}分别是由矩阵A、B和C导出的系数向量序列和系数序列。利用（2）式可以很好地模拟室温的动态过程，这已被子BTP程序[3]有用，并在实用中得到验证。

在描述建筑物动态热过程的诸多方法中，状态空间能灵活方便地处理多个房间多个表面之间的耦合关系，各种热边界条件和各种热扰量。而反应系数法不能考虑各个表面之间的长波辐射，谐波反应法在计算时必须先对各种热扰量进行Fourier分解。另外，状态空间法可以取任意的模拟时间步长，大到1小时，小到几秒钟表，而有限差分法由于受算法稳定性的限制只能限较小的时间步长。但是状态空间法为保证模拟精度，单个房间的热模型要求的维数一般不低于30，房间多时，维数不更大，因此要花不少CPU时间去完成（2）式的计算。为此，笔者在参考Cools等从的降维理论[2]的基础上，提出一种实用可行的状态空间建筑热模型的降维方法，并用BTP程序模拟实际气候条件下的典型结构房间在建筑热模型降维前后的室温过程。结果表明，7维建筑热模型的模拟结果与39维的模拟结果相当一致，室温最大误差不大于0.1℃。因此，降维的状态空间建筑热模型可以广泛应用于建筑热过程的研究。

2状态空间建筑热模型的降维过程

状态空间建筑热模型的降维实际上是先找出状态空间中的主要节点，然后把其它节点集结到这些主要节点上，得到降维后的状态空间建筑热模型。

（3）

另一方面，各种热扰量对各节点的作用强度不同，如取Wj（τ）为Dirac函数，则（2）式变成

（4）

于是，各节点对第j种热扰量的响应为

（5）

经归功一化处理，得到各种热扰量对各节点的综合作用强度为

（6）

其中，

（7）

因此，在模拟建筑热过程时，只要选取综合响应强度大于δ（控制精度的常数，一般可取百分之几）的节点作为主要节点。即选j1，j2，…，jq，使

Ei≥δ，i=j1，j2，…，jq(8)

综合考虑以上两方面，取{j1，j2，…，jq}与{j1，j2，…，jq}的交集作为主要节点，记它们相应的为λi为λ*1，λ*2，…，λ*k,下面的工作是把其它节点集结到这些节点，也就是寻找{φij}，使

（9）

最小，经类似最小二乘法的推导，从（9）式可得到

（10）

式中，

…………………………

通过以上分析，可以把n维建筑热模型降到k维，且k＜＜n。

3例子与分析

采用BTP程序计算实际气候条件下一栋砖混结构建筑物中间层一个南向房间的动态室温，选择的房间的内部尺寸（m）为2.7×4.8×3.6，只有一面外墙和一个单层外窗，外墙为370mm砖墙，内抹灰18mm；内墙为240mm砖墙，两侧抹灰18mm；楼板为30mm水泥砂浆+120mm空心楼板+10mm石灰砂浆；室内换气次数为1h-1，室内自由得热量为3.8W/m2，该房间与其上下左右四个房间具有对称的热边界条件。

表1状态空间建筑热模型中的节点及其时间常数和响应强度iτi/minEi/%iτi/minEi/%

*13.94.52110.30.1

2965.40.32234.60.6

380*23301.34

*45176.231.62414.60

57.902511.90.2

620.20263.60

711.60*274.42

8101.20.4289.90

98.402963.90.2

1024.10.83018.10.3

11903158.90

1254.60.13232.30

*1314.41.13311.70

*14227.21.534150.90

157.103520.90.2

163.603613.60.5

1790371.20

18715.50383.316

1931.40392.935.3

209.20.1

表1给出39维的建筑热模型的节点时间常数和响应强度，可以看出节点之间的时间常数相关最大为4300倍，只有8个节点的响应强度大于1%，而它们竟占所有节点响应强度的96%，图1给出5月21～30日伦敦郊外的逐时外温和水平面太阳辐射过程，图2给出该房间用降维前（39维）和降维后（7维，取τ*为3min，δ为1%）的建筑热模型模拟出的5月25～30日之间的室温过程，从图2可以看出两种模拟室温相当一致，最大误差不大于0.1℃。如果用4维（取τ*为12min，δ为1%）建筑模型去模拟室温，那么最大误差为0.5℃左右。因此，为保证室温模拟精度，也不能把状态空间建筑热模型的维数降得太低，否则，无法真实反应室内外各种热扰量作用下的建筑热过程。

图1室外空气温度与水平面太阳辐射

图2不同维数建筑热模型模拟得到的室温过程

4结论

状态空间建筑热模型可以在基本保证模拟精度要求的条件下大大降低维数，从而在保证模拟精度的同时节省CPU的时间。一般单个房间的状态空间建筑热模型降到10维左右，具体取决于实际建筑物结构各种热扰量变化情况，以及模拟时所取的时间步长。通过合理选择具有合适时间常数和响应强度的节点，可以控制建筑热模型的维数，从而实现模拟精度与模拟时间的最优化。

5参考文献

1JiangYi.State-spacemethodforthecalculationofair-conditioningloadsandthesimulationofthermalbe-haviouroftheroom.ASHRAETrans.1981,88(2):122～132.

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长期以来，建筑业一直被视为技术落后的领域。这一方面在于其劳动密集的生产特点，另一方面也源于其技术创新的落后。本文主要研究解决建筑企业应该通过何种方式实现技术创新的问题。目前建筑业广泛采用的低层次、不连续的明示性知识导入模式是导致建筑企业创新能力低下和技术雷同化的主要原因。具体来说，对于广大技术经济条件较差的中小建筑企业，提出了在同一经济区域内建立以当地建筑大企业为龙头的联营体创新合作模式；针对少数技术经济条件较好的大型建筑企业，提出了围绕建筑企业核心技术的外在技术合作及并购导入模式。

一、建筑业技术导入模式的种类

建筑业的技术导入就是指建筑企业在生产建筑产品活动时主动地将游离于建筑企业的外在技术资源或技术的物质载体吸引到企业的内部生产活动中来，并加以融合的过程。根据建筑技术创新的外在导入技术资源同实施导入创新的建筑企业的关系，可将建筑技术导入分为三种基本的导入模式：通过市场交易导入技术或者说是技术的市场购买模式、通过准内部化的方式导入技术或者说是通过介于市场和内部化之间的方式（战略联盟）导入技术，通过内部化方式导入技术或者说是通过并购实现技术导入。

1.技术购买，是指实施创新的主体通过市场向外在的技术创新源直接交易购买技术。一般购买含新技术或新工艺的成套设备、关键设备或单项设备、技术许可、专利技术、专有技术、商标权许可、技术服务以及技术咨询。

2.通过准内部化方式导入技术，即通过介于市场和内部化方式（战略联盟或合作）的方式导入技术，是企业双方或多方为获得某种外在的创新资源所采取的非市场导向交易方式。根据合作对象的不同，具体可分为两种战略联盟类别。一种是企业同企业之间的合作。另一种则是企业同R&D机构的合作。根据合作的紧密程度，战略联盟的形式是多样的，可分为合同创新模式、项目合伙创新模式、基地合作创新模式、研究公司合作创新模式等。

（1）合同创新模式是指以合同形式确定的合作创新模式。通常由委托方提供资金和规定创新目标，受委托方提供人力、设备并实施创新过程。由于竞争越来越综合化，因此对企业而言，这种创新模式不应该成为创新的主要模式。

（2）项目合伙创新模式是指企业为完成某一特定技术项目的研究开发，通过合伙投入并合作组织研究与开发过程，共享研发成果的一种合作创新方式。从单个项目上看，这种合伙的创新模式的确有助于项目的迅速研发，然而对于企业而言，从长远的技术能力发展角度上看，由于项目的分散进行使企业间不能共享创新的经验和技能，这无助于企业技术能力的发展，另外，合伙创新对合伙企业的技术有着较高的互补性要求。因此该模式也不是企业长远的创新模式。

（3）基地合作创新就是指企业同大学或研究机构建立共同技术创新的基地的一种合作形式。一般由企业提供资金和设备，大学或研究机构提供场地和研究人员。从组织特征上看，企业基本上不涉及基地的建设和管理，对基地没有很强的约束力。从产权上特征上看，有两种安排：一种是基地所在单位拥有；另一种是参与企业同基地企业共同拥有。另外，基地合作企业参与较少，虽能获得过程中的信息和经验，但不能分享过程中直接经验。

（4）研究公司合作创新模式是企业为增进和加速某一或某些技术领域的创新而共同组建的股份制合作组织。从产权特征上看，凡研究公司主持的或资助的项目所有成果都属公司所有，成员企业或持股单位要取得使用权，得向研究公司支付一定费用。另外，创新成果亦向外开放。从过程特征上看，成员项目共同参与项目的选择并共同参与执行，不仅能分享创新的中间成果与最终成果，还能分享到创新过程中的直接经验。

3.内部化方式导入技术是指企业出于创新的目地而对那些掌握本企业重大技术创新所需要的核心技术或关键技术的外在技术资源实施兼并的方式。该种方式有利于消除重复性研发工作，减少不同部门生产中互不信任而出现的机会成本，防止技术合同交易所带来的“双边垄断”后果。在技术效果上，具有整批交易的特点，可迅速获得企业需要的核心技术，直接进入相关的技术领域。

二、技术导入模式的效果及其选择

（一）技术效果比较

不同的技术导入模式对创新导入主体有不同的要求，也存在着不同的技术导入效果。因此了解和研究各种导入模式的特点，有利于帮助建筑导入企业选择合理的导入模式，提高技术创新的成功率和效率。

（二）建筑业技术导入模式的选择

建筑业的技术发展历程体现了建筑业技术的外在导入特性，如下图：

公元前4000年

公元前2200年第一部建筑法规Hammurabi

公元1176年石桥取代木桥

公元1775年第一座铸铁桥

公元1824年水泥浆

公元1850年强混凝土

 公元1856年钢工艺

公元1861年第一座起重机

公元1885年

比一个用于摩天大楼的钢结构技术

1912年混凝土搅拌机（下转第194页）

（上接第192页）

公元1986年建筑技术发展

TheHistoryoftheConstructionTechnologyDevelopment

这些技术的出现导致了建筑业一次又一次的重大技术创新。作为建筑技术融合系统中的一部分，新材料和新组件以及以此相关的新设计技术对于传统建筑企业的技术平台来说正显得越来越复杂化和隐含化[2]。因此，建筑企业采用较为长期的稳定的合作模式和并购模式有利于建筑企业获得隐含性较强，技术较复杂的外在导入技术，有利于建筑企业能力的发展，避免技术的雷同化和形成能力的差异化。

并购模式是对技术掌握最彻底的导入模式，它能够迅速促进并购企业的技术能力和企业规模的增长，但它也有不利的一面，即要求并购企业有较高的管理能力和技术整合能力，这种能力和企业的规模是呈正相关的。

对于大多数的中小建筑企业，普遍存在企业规模小，资金缺乏，技术能力低下的状况，因此上述的并购导入模式是不适合的。本文认为对于大多数技术经济条件较差的建筑中小企业应积极发展这种稳定的、较为长期的合作创新模式。

三、结语

随着我国加入WTO，迎接国际大型建筑集团的挑战，通过产业的技术创新提高建筑企业的国际竞争力和劳动生产效率已经迫在眉睫。本文主要研究解决建筑企业应该通过何种方式实现技术创新的问题。通过分析，我们认为建筑行业当前采取的创新模式应为具有长期、稳定的技术导入合作和并购等较高层次的创新导入模式。由于学识和理论深度的欠缺,本文许多问题仍需进一步的探讨和深化。

【参考文献】

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2计算结果和分析

在计算过程中当荷载施加到475.01×10－3MPa时，预应力托换梁跨中最大拉应力达到混凝土抗拉强度2.39MPa，当再施加下一荷载子步时，托换结构预应力托换梁混凝土开裂，出现了拉应力释放现象。这说明托换结构的开裂荷载为475.01×10－3MPa，此开裂荷载即为托换结构的承载力极限荷载，极限荷载对应的上部结构自重为490t。文中研究的古塔平移工程中设计的托换结构承载能力安全储备系数为1.58。托换结构的承载力安全储备系数的评判标准现今还没有一个明确的标准，文中参考规范中采用的单一安全系数法和《预应力混凝土结构设计与施工》一书中预应力受弯构件的安全系数，考虑托换结构是临时结构只在平移施工过程中起作用。文中分析过程中，将托换结构的承载力安全储备系数安全值定义为1.5。托换结构的承载力安全储备系数为1.58，大于定义的安全储备系数1.5。说明托换结构具有足够的承载力安全储备，能够抵抗平移施工过程中可能出现的超载或其他不利的状况，为古塔的平移施工提供一定的安全保证。

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1.1.1对照组

应用常规方案护理，责任护士通过讲授法进行常规的健康教育。

1.1.2观察组

除进行常规方案护理外，加强整体、全面的健康教育，教育方式包括演示法、座谈讨论法、发放健康宣传册、专题讲座等，对老年病人或文化水平较低者，采用一对一的方法进行健康宣教，具体内容如下：

①良好情绪调节。病人发病后，常因长期绝对卧床全身酸痛或头晕、头痛而情绪不稳定，此时应耐心向病人讲解情绪激动可能引起血压、颅内压升高而发生再出血的可能性，指导病人可听轻音乐、深呼吸缓解紧张情绪，同时保持病室安静及减少陪伴及家属探视时间等方法，使病人能得到良好的休息。

②改变不良习惯，如吸烟、饮酒，通过宣传册、临床培训以及家属的配合，对病人进行全方位的宣教，使病人能够自身调节，并乐意接受，积极配合，逐渐改掉不良习惯。培养良好的睡眠习惯，病人患病后，因病痛或病前存在不良的睡眠习惯导致病人经常失眠，而失眠则会引发各种疾病甚至加重病情，指导病人可进行适当的头部按摩，同时，要尽量避免烦恼、忧虑和紧张情绪，保持良好的心态。此外，要做到睡前不吸烟、不饮酒、不喝浓茶，晚餐不宜过饱。如病人夜里确实难以入睡，可遵医嘱给予镇静剂。

③均衡饮食的指导。病人因长期绝对卧床休息，食欲、消化功能较前减退，可导致全身无力甚至电解质紊乱，给疾病的治疗造成不利。应指导病人建立一个良好的食谱及培养良好的饮食习惯，同时要做好家属的指导工作，积极配合病人所需；如有合并糖尿病病人应根据血糖值进行饮食调整，高血压病人应低盐低脂饮食。

④养成良好的排便习惯。在自发性蛛网膜下隙出血病人中，常因卧床、饮食、睡眠的改变而导致病人常常便秘，用力排便则是引起颅内压增高的另一重要因素，首先应向病人讲解良好排便的重要性，养成定时排便的习惯，如病人超过3d仍未排便者，可遵医嘱给予排泄剂。

⑤调节。指导病人应绝对卧床休息4周～6周，抬高床头15°～30°，有利于降低颅内压，更换时动作应迟缓，避免用力动作。如体胖或体虚者应指导家属积极配合病人的生活起居。

⑥病人用药安全的指导。自发性蛛网膜下隙出血病人一般要长期使用甘露醇、呋塞米等脱水降颅压治疗，并给予具有抗纤溶作用的止血药物降低再出血率，静脉尼莫地平治疗，防治蛛网膜下隙出血后脑血管痉挛的发生。而这些药物对血管的刺激性较大，病人容易产生不耐烦心理，所以应耐心讲解用药目的、注意事项以及药物可能产生的副反应以及如何对症处理，及时与病人和病人家属沟通，深入了解病人的担忧心理，增强病人的信心，缓解心理负担，积极配合治疗，同时也应配合医生积极治疗原有合并症，如糖尿病、心脏病等，按医嘱服药的必要性，减少并发症的发生。

⑦呼吸道的维护。急性期病人常伴有呼吸道功能防御减退、神经反应迟钝等，又加上病人长期卧床休息，导致口腔分泌物增多、黏稠，不易咳出，用力咳嗽又可能加重颅内压升高导致再出血，所以除常规的口腔护理外，应指导病人加强口腔清洁，坚持餐后漱口，多饮水稀释口腔分泌物，对年老体弱者应协助加强翻身、叩背，必要时予雾化吸入、使用化痰药等治疗。

1.1.3效果观察

健康知识知晓率：采用护理部发放的质控内容指标进行健康知识知晓评分，分值0分～30分。满意度调查：采用医院发放的满意度调查表进行评分，分值0分～100分。再次出血病人通过CT检查确诊。

1.1.4统计学方法

采用SPSS13．0统计学软件，组间计量数据采用均数±标准差（x±s）表示，计量资料行t检验，计数资料行χ2检验，以P＜0．01为差异有统计学意义。

2.结果

常规健康教育与加强健康教育前后比较，病人对疾病知识知晓率及满意度均有明显提高，病人再出血率也显著下降，差异有统计学意义（P＜0．01），说明健康教育能提高病人的自我保健能力。