一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法与流程

本发明属于建筑光伏一体化，具体涉及一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法。

背景技术：

1、随着建筑光伏一体化技术的快速发展，将光伏组件直接集成于建筑屋面已成为绿色建筑的重要发展方向。其中，双曲柔性屋面因其造型优美、结构效率高、排水性能好等优点，被越来越多地应用于大型公共建筑、体育场馆和交通枢纽等工程中。然而，双曲柔性屋面的大曲率、大跨度及柔性变形特性，给光伏板的精准安装带来了严峻挑战。

2、目前，双曲屋面光伏板的安装通常采用以下方式：先在屋面结构上按设计位置固定安装支架，再将光伏板吊装至支架上并通过紧固件锁紧。为应对屋面变形，部分方案在支架中设置可调节螺杆，施工人员根据现场测量结果手动调节螺杆高度，使光伏板四角大致齐平。还有部分方案采用在光伏板与支架之间加装弹性垫片的方式，以吸收屋面变形引起的位移差。

3、然而，上述现有技术存在以下不足：

4、第一，缺乏对分区施工累积效应的预测与控制。双曲柔性屋面面积大，光伏板通常按分区依次安装。已安装分区在后续分区施工荷载作用下会产生持续累积的附加位移，而现有安装方法均为一次安装、一次锁定模式，未考虑后续施工对已安装光伏板的影响。当后续分区施工时，已安装光伏板被迫跟随屋面变形，导致相邻光伏板之间出现错台，严重时甚至拉裂板间电缆连接。

5、第二，缺乏对光伏板四角接触力的均衡控制。现有手动调节螺杆的方式高度依赖施工人员的经验，无法精确感知光伏板四角的受力状态。当四角支撑高度不一致时，光伏板内部会产生附加弯矩和扭矩，由于光伏板为脆性薄板结构，极易产生隐裂甚至碎裂，严重影响发电效率和使用寿命。

6、第三，缺乏对双曲屋面不同区域变形差异的自适应能力。双曲屋面不同位置的高斯曲率差异显著，曲率大的区域变形梯度大，曲率小的区域变形平缓。现有安装方法对所有区域采用统一的调节策略和精度标准，无法适应双曲屋面各处变形不均的实际状况，导致高曲率区域安装精度不足，低曲率区域施工效率低下。

7、第四，缺乏对屋面变形的事后补偿机制。现有安装方法在光伏板安装完成后即永久锁定，无法在后续施工过程中对已安装光伏板进行位移补偿。当屋面因后续施工产生较大变形时，只能通过拆除重装的方式处理，不仅施工效率低、成本高，还可能对光伏板和屋面结构造成二次损伤。

8、因此，亟需一种能够适应双曲柔性屋面变形特性、实现分区施工全过程中光伏板精准安装与动态补偿的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，包括以下步骤：

4、s1：获取屋面三维实测数据建立有限元模型，将全部安装区域划分为多个分区并确定施工顺序，仿真计算每个已安装分区在后续各个施工阶段荷载作用下所产生的理论累积附加位移；

5、s2：在各安装节点设置电控可调连接装置，包括电控伸缩调节件和电控锁止件，在光伏板各角部布设压力传感器，并设置坐标测量装置，均与中央控制器通信连接；

6、s3：安装任一光伏板时，中央控制器实时获取各压力传感器反馈的接触力信号，逐轮向当前光伏板各角对应的电控伸缩调节件发出独立的伸缩驱动信号，直至同一光伏板的四角接触力满足预设的均衡条件时，发出锁止信号驱动电控锁止件锁定该光伏板；

7、s4：在后续每一个尚未施工的分区进行安装之前，中央控制器对全部已安装分区执行补偿操作：通过坐标测量装置获取各节点的当前实际空间坐标，根据当前实际空间坐标与对应的初始基准坐标计算各节点的当前累积位移，初始基准坐标为该分区安装完成并锁定时采集的节点坐标，将各节点的当前累积位移与s1中对应的理论累积附加位移进行比较得到偏差量，解除电控锁止件的锁止状态，根据偏差量驱动电控伸缩调节件进行反向补偿，直至全部已安装分区中所有节点的偏差量均满足预设精度要求后，重新驱动电控锁止件锁定；

8、s5：全部施工完毕后，向全部电控锁止件发出最终锁止信号。

9、本发明的有益效果在于：

10、第一，实现了对分区施工累积效应的预测与全过程控制。本发明通过建立有限元模型，按施工顺序逐分区激活光伏板单元，仿真计算每个已安装分区在后续各施工阶段的理论累积附加位移，并在s4中于每个新分区安装前对全部已安装分区执行补偿操作，将已安装光伏板的当前累积位移与理论累积附加位移进行比对和反向补偿。由此，已安装光伏板不再被动跟随屋面变形，相邻光伏板之间的错台量被控制在预设阈值以内，有效避免了板间电缆被拉裂的风险。

11、第二，实现了光伏板四角接触力的精确均衡控制。本发明通过在各安装节点布设压力传感器，由中央控制器实时获取四角接触力信号，并基于影响矩阵的逆运算或迭代算法计算各电控伸缩调节件所需的调节量，逐轮调节直至四角接触力差值小于预设均衡阈值。与现有手动调节螺杆的方式相比，本发明不依赖施工人员经验，能够精确感知并消除四角受力不均，避免光伏板因附加弯矩和扭矩产生隐裂或碎裂。

12、第三，实现了对双曲屋面不同区域变形差异的自适应分区与施工。本发明通过综合高斯曲率绝对值、光伏板四角支撑点法向量最大夹角以及单位面积理论累积附加位移敏感度，生成分区综合指标，据此将屋面划分为多个分区，并采用多目标遗传算法或粒子群算法优化施工顺序。由此，高曲率区域获得更精细的补偿控制，低曲率区域施工效率得到提高。

13、第四，实现了对屋面变形的全过程事后补偿机制。本发明在s4中通过解除电控锁止件的锁止状态，根据偏差量驱动电控伸缩调节件进行反向补偿，补偿完成后重新锁定，形成了循环迭代机制。与现有一次安装、永久锁定的方式相比，本发明无需拆除重装即可对已安装光伏板进行位移补偿，避免了二次施工对光伏板和屋面结构的损伤。

1.一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：s1具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：s2具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：s3具体包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：s4具体包括以下步骤：

6.根据权利要求2所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于： s13中将全部安装区域划分为多个分区并确定施工顺序，具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：坐标测量装置为布设于屋面周边的自动跟踪全站仪，各安装节点上设置反射靶标，全站仪通过扫描各反射靶标获取各节点的当前实际空间坐标。

8.根据权利要求4所述的一种双曲柔性屋面光伏一体化结构的精准安装方法，其特征在于：s32中，影响矩阵为四行四列矩阵，其中对角元素表示各电控伸缩调节件自身伸缩量变化对对应角部接触力的影响，非对角元素表示各电控伸缩调节件伸缩量变化对其他角部接触力的影响。