基于多源感知与天气耦合的混凝土温控方法及设备与流程

本发明涉及混凝土振捣质量管控领域，特别涉及一种基于多源感知与天气耦合的混凝土温控方法及设备。

背景技术：

1、大体积混凝土在浇筑初期，由于水泥水化反应释放大量热量，导致内部温度急剧升高。若降温速率过快或内外温差过大，极易产生温度裂缝，影响结构耐久性。现有的温控手段主要依赖于埋设冷却水管和人工测温，存在滞后性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多源感知与天气耦合的混凝土温控方法及设备。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于多源感知与天气耦合的混凝土温控方法，包括：

3、步骤s1，获取未来24-48时气象预报数据和混凝土内部的各个传感器的实时感知数据集；

4、步骤s2，基于实时感知数据集，进行实时换热系数反演，得到混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地；

5、步骤s3，基于未来24-48时气象预报数据、混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地，得到未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2；

6、步骤s4，基于混凝土构件总质量m、混凝土比热容c和有限元绝热仿真边界条件，得到未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2；

7、步骤s5，基于步骤s3 输出的每日未来第i、i+1和i+2天的总散热量、步骤s4 输出的天胶凝材料水化放热量、混凝土总质量m、混凝土比热容c和预设目标降温速率k，建立地基耦合动态热平衡方程，确定优化求解变量以及上限和下限约束条件；

8、步骤s6，基于第i、i+1和i+2天对应地基耦合动态热平衡约束方程组、优化求解变量、上限和下限约束条件、未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2、未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2，通过优化算法求解最优瞬时冷却水进水温度指令、最优瞬时冷却水供水流量指令；

9、步骤s7，基于最优瞬时冷却水进水温度指令和最优瞬时冷却水供水流量指令，下发控制指令，冷却水调控硬件子系统基于控制指令执行闭环调控；

10、步骤s8，循环执行步骤s1-s7 ，持续闭环迭代，直至大体积混凝土降温阶段结束，其中，步骤s7 调控后物理实体混凝土构件更新后的温度状态，由步骤s1通过各类传感器重新采集原始传感信号，生成新一轮实时感知数据集，完成闭环迭代。

11、进一步的，在上述方法中，步骤s1，获取未来24-48时气象预报数据和混凝土内部的各个传感器的实时感知数据集，包括：

12、步骤s11，无线采集器接收混凝土内部温度传感器、地基内温度传感器、环境监测传感器组、冷却水管入水口温度计、冷却水管出水口温度计和流量表输出的原始传感信号的全部原始传感信号，对全部原始传感信号完成模数转换，组装实时感知数据集上传智能控制柜；

13、步骤s12，智能控制柜的气象数据接入模块拉取未来 24-48 小时预报环境温度、预报风速和预报降雨数据，汇总生成未来24-48小时气象预报数据集。

14、进一步的，在上述方法中，步骤s2，基于实时感知数据集，进行实时换热系数反演，得到混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地，包括：

15、步骤s21，智能控制柜的热工计算模块读取实时感知数据集，依据牛顿冷却定律q= h · (tn - tw)，结合混凝土表层实测温度、环境实测温度和地基实测温度反演求解，得到混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地；其中，q为热流密度，tn为混凝土表层内温度，tw为环境温度。

16、进一步的，在上述方法中，步骤s3，基于未来24-48时气象预报数据、混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地，得到未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2，包括：

17、步骤s31，热工计算模块基于混凝土对应空气换热系数h空和混凝土对应地基换热系数h地，并结合来 24-48 小时气象预报数据集中的预报风速、预报环境温度和预报降雨，修正得到预测换热系数h未，权重，预测换热系数h未包括：预测空气换热系数h空_未和预测地基换热系数h地_未；

18、步骤s32，将预测空气换热系数h空_未和预测地基换热系数h地_未，代入散热量如下积分公式：，分别计算未来第i、i+1和i+2天的空气散热量q散空i、q散空i+1、q散空i+2，未来第i、i+1和i+2天的地基散热量q散地i、q散地i+1、q散地i+2和未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2。

19、进一步的，在上述方法中，步骤s4，基于混凝土构件总质量m、混凝土比热容c和有限元绝热仿真边界条件，得到未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2，包括：

20、步骤s41，获取混凝土构件总质量m、混凝土比热容c和有限元绝热仿真边界条件，其中，所述有限元绝热仿真边界条件为构件四周对流换热系数强制置 0，隔绝构件与外部环境热交换；

21、步骤s42，热工计算模块执行有限元绝热仿真，计算绝热条件下未来第i、i+1和i+2天的混凝土温升变化量、、；

22、步骤s43，依据公式，分别计算未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2。

23、进一步的，在上述方法中，步骤s5，基于步骤s3 输出的每日未来第i、i+1和i+2天的总散热量、步骤s4 输出的天胶凝材料水化放热量、混凝土总质量m、混凝土比热容c和预设目标降温速率k，建立地基耦合动态热平衡方程，确定优化求解变量以及上限和下限约束条件，包括：

24、步骤s51，定义两个优化求解变量：瞬时冷却水进水温度和瞬时冷却水供水流量； 其中，瞬时冷却水供水流量经对应日期时间积分得到每日冷却水循环总体积：

25、；

26、步骤s52，基于步骤s3 输出的每日未来第i、i+1和i+2天的总散热量、步骤s4 输出的天胶凝材料水化放热量、混凝土总质量m、混凝土比热容c和预设目标降温速率k以第i天为当前控制日，构建第i天地基耦合动态热平衡方程：；其中，冷却水带走热量；其中，为水的比热容，为水的密度，为冷却水循环总体积，为冷却水进水温度，为冷却水出水温度；

27、步骤s53，同步代入、，建立第i+1天和第i+2天对应的地基耦合动态热平衡约束方程；

28、步骤s54，加载行业规范对应的瞬时冷却水进水温度、瞬时冷却水供水流量加载行业规范对应的瞬时冷却水进水温度、瞬时冷却水供水流量的上限和下限约束条件，输出第i、i+1和i+2天对应地基耦合动态热平衡约束方程组、优化求解变量及上限和下限约束条件。

29、进一步的，在上述方法中，步骤s6，基于第i、i+1和i+2天对应地基耦合动态热平衡约束方程组、优化求解变量（瞬时冷却水进水温度和瞬时冷却水供水流量）、上限和下限约束条件、未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2、未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2，通过优化算法求解最优瞬时冷却水进水温度指令、最优瞬时冷却水供水流量指令，包括：

30、步骤s61，智能控制柜的优化算法求解模块，以第i、i+1和i+2天每日降温速率均等于目标降温速率k为优化目标，带入未来第i、i+1和i+2天的总散热量q散i、q散i+1、q散i+2和未来第i、i+1和i+2天的胶凝材料水化放热量q放i、q放i+1、q放i+2，在变量约束范围内求解最优瞬时冷却水进水温度指令值和最优瞬时冷却水供水流量u指令值。

31、进一步的，在上述方法中，步骤s7，基于最优瞬时冷却水进水温度指令和最优瞬时冷却水供水流量指令，下发控制指令，冷却水调控硬件子系统基于控制指令执行闭环调控，包括：

32、步骤s71，智能控制柜的指令输出模块，将最优瞬时冷却水供水流量指令下发至变频水泵、流量控制阀和调节冷却水供水流量；

33、步骤s72，智能控制柜的指令输出模块，将最优瞬时冷却水进水温度指令下发热水箱受控部件；

34、当热水箱实测水温低于最优瞬时冷却水进水温度指令，启动加热器提升热水箱水体温度；

35、当热水箱实测水温高于最优瞬时冷却水进水温度指令，启动冷却塔普通水泵、冷却塔变频风机，利用冷却塔对热水箱水体散热；冷却塔散热能力不足时，启动冷水箱普通水泵，将冷水箱低温水体泵入热水箱，冷热水混合调节热水箱出水温度；

36、热水箱输出达到目标温度和目标流量的冷却水送入混凝土冷却水管；混凝土构件温度状态发生更新。

37、根据本发明的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，该计算机可执行指令被处理器执行时使得该处理器：执行上升任一项所述的方法。

38、根据本发明的另一方面，还提供一种计算设备，其中，包括：

39、处理器；以及

40、被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器：执行上述任一项所述的方法。

41、本发明提供一种能够实时感知、动态预测、闭环调控的智能温控方法，通过融合环境气象数据、地基热交换参数与混凝土内部热场，实现对混凝土降温速率的精准控制。本发明具有如下优点：

42、1）预防性强： 通过接入天气预报，实现了从"被动应对"到"主动防御"的转变，有效防止寒潮导致的温差裂缝。

43、2）精度高： 引入地基热交换监测，修正了边界条件误差，使热工计算更符合实际。

44、3）节能高效： 通过双箱混合与变频控制，避免了过度冷却或加热，节约了水资源和能源。