一种基于BIM的建筑风能模拟的装置及方法与流程

一种基于bim的建筑风能模拟的装置及方法
技术领域
1.本发明涉及节能建筑领域，特别是涉及一种基于bim的建筑风能模拟的装置及方法。


背景技术：

2.风能是指地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后，气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，水平方向的高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。目前风能发电得到大力发展，符合国家关于节能减排规定政策，实施建筑节能、减少建筑能耗是我国经济可持续发展必须研究并尽快解决的重大问题，在我国建筑能耗总量和耗能比重不断攀升的背景下，能源危机日益加剧。如何把风能发电应用到建筑节能中，是解决建筑能源问题的重大抉择，目前的节能建筑无法良好地利用风能发电进行节能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于bim的建筑风能模拟的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于bim的建筑风能模拟的装置，包括两个对称设置的两层的建筑体，两个所述建筑体的顶层之间连接有通道，两个所述建筑体之间架设有横梁，所述横梁的前端面上设有风能发电组件，所述风能发电组件位于所述通道的底部，所述横梁的两端设有连接组件，所述横梁通过连接组件固定在建筑体上；所述连接组件包括两个保护壳，两个所述保护壳分别设置在所述横梁的两端，所述保护壳固定在建筑体上，所述保护壳靠近建筑体的一端固定有第一防震垫，所述横梁的端部伸入保护壳固定有连接板，所述连接板与第一防震垫接触连接，所述连接板的外侧套接有限位块，所述限位块固定在第一防震垫上，所述横梁的端部套接有第二防震垫，所述连接板远离第一防震垫的一端与所述第二防震垫接触连接，所述第二防震垫远离连接板的一端与所述保护壳的端面接触连接，所述第一防震垫、第二防震垫与连接板之间固定有螺栓；所述横梁的后端面可拆卸连接有风力测量组件，所述横梁的顶面可拆卸连接有风向测量组件，所述风力测量组件用于同步所述风能发电组件的转速并测量风力强度，所述风向测量组件用于实时检测两个所述建筑体之间流动的风向。
5.优选的，所述建筑体的侧面设置为弧面，所述建筑体的顶面和底面均为椭圆形结构。
6.优选的，所述保护壳远离建筑体的一端开设有开口，所述开口处固定有密封圈，所述横梁的端部伸入开口并固接连接板，所述横梁的端部与密封圈相适配，所述螺栓通过密封圈伸入保护壳并固定第一防震垫、第二防震垫与连接板。
7.优选的，所述风力测量组件包括同步齿轮，所述同步齿轮轴接在所述横梁的后端
面，所述同步齿轮上安装有转速器，所述风能发电组件的叶轮轴的尾端伸出横梁并与所述同步齿轮传动连接有同步齿条带。
8.优选的，所述风向测量组件包括丝杠，所述丝杠的两端分别轴接有电机和轴座，所述电机和轴座分别可拆卸连接在所述横梁的顶面上，所述丝杠上滑动连接有滑块，所述滑块上固定有风向测量仪。
9.优选的，所述风向测量仪中传感器的变换器为码盘和光电组件。
10.优选的，所述第一防震垫、第二防震垫的材料为丁橡胶。
11.一种基于bim的建筑风能模拟的装置的模拟方法，其具体方法为步骤一：模拟施工，运用bim技术对建筑体进行模拟施工，预先展现出建筑体实体的形态，以实际施工过程中出现的问题，及时进行纠正，涉及横梁上因风力作用导致的共振现象时，在设计连接组件时克服该现象，减少因设计不当造成的工期延误的问题；步骤二：节能设计，运用bim技术，通过风场分析对两个建筑体之间的空间的方位及朝向做出调节，进而准确地布设风能发电组件的位置，而后对使用过程中建筑体每年的能量消耗、采暖制冷负荷、照明所需耗费的电力资源进行模拟分析，预测节能效果；步骤三：分析在平原的典型环境下，选择建筑体模型的最优节能设计方案；分别在建筑体的外墙保温材料选择，窗户选择，风能转化利用，进行技术经济性对比分析。
12.本发明公开了以下技术效果：设计每户建造两个建筑体，并通过通道连通顶层，使得两个建筑体与通道之间的空间作为通风位置，在该位置上设置横梁，将风能发电组件安装在横梁上，外界风通过该位置时，带动风能发电组件的扇叶旋转并通过风能发电组件中的风能发电机进行发电，对建筑体进行供电，外界风频繁通过再加之风能发电组件的工作容易使得横梁产生共振现象，进而使得建筑体产生共振现象，在横梁与建筑体之间设置连接组件，通过连接组件中的两层防震垫最大限度消除共振，同时在防震垫、限位块、螺栓的作用将横梁稳定地与建筑体固接，通过保护壳对该连接位置提供防尘、防水、防腐作用，提高风能发电组件的使用寿命，保证其稳定在横梁上工作，通过风力测量组件、风向测量组件可直接测量实时的风向、风力，以确定是否开启风力发电组件工作，使用方式便捷，实现工作模式的任意切换，极大地降低了能耗，提高了风能的利用率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明基于bim的建筑风能模拟的装置的主视图；图2为本发明基于bim的建筑风能模拟的装置的后视图；图3为本发明基于bim的建筑风能模拟的装置的俯视图；图4为图1中a的局部放大图；图5为图2中b的局部放大图；其中，1为建筑体，2为通道，3为横梁，4为风能发电组件，5为保护壳，6为第一防震垫，7为连接板，8为限位块，9为第二防震垫，10为螺栓，11为弧面，12为开口，13为密封圈，14为同
步齿轮，15为转速器，16为同步齿条带，17为丝杠，18为电机，19为轴座，20为滑块，21为风向测量仪。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
17.参照图1-5，本发明提供一种基于bim的建筑风能模拟的装置，包括两个对称设置的两层的建筑体1，两个所述建筑体1的顶层之间连接有通道2，两个所述建筑体1之间架设有横梁3，所述横梁3的前端面上设有风能发电组件4，所述风能发电组件4位于所述通道2的底部，所述横梁3的两端设有连接组件，所述横梁3通过连接组件固定在建筑体1上；在本实施例中，建筑体1为村庄中常见的两层居室建筑物，设计每户建造两个建筑体1，并通过通道2连通顶层，便于走动，且建筑体1空间大，居住适宜，使得两个建筑体1与通道2之间的空间作为通风位置，在该位置上设置横梁3，将风能发电组件4安装在横梁3上，外界风通过该位置时，带动风能发电组件4的扇叶旋转并通过风能发电组件4中的风能发电机进行发电，对建筑体1进行供电。风能不足时可开启日常电闸，可任意切换供电模式，且进一步降低了供电能耗，提高风能利用。
18.所述连接组件包括两个保护壳5，用于对建筑体1与横梁3之间的连接位置提供防尘、防水、防腐作用，提高使用寿命，两个所述保护壳5分别设置在所述横梁3的两端，所述保护壳5固定在建筑体1上，所述保护壳5靠近建筑体1的一端固定有第一防震垫6，所述横梁3的端部伸入保护壳5固定有连接板7，所述连接板7与第一防震垫6接触连接，所述连接板7的外侧套接有限位块8，所述限位块8固定在第一防震垫6上，所述横梁3的端部套接有第二防震垫9，所述连接板7远离第一防震垫6的一端与所述第二防震垫9接触连接，所述第二防震垫9远离连接板7的一端与所述保护壳5的端面接触连接，所述第一防震垫6、第二防震垫9与连接板7之间固定有螺栓10；所述保护壳5远离建筑体1的一端开设有开口12，所述开口12处固定有密封圈13，所述横梁3的端部伸入开口12并固接连接板7，所述横梁3的端部与密封圈13相适配，所述螺栓10通过密封圈13伸入保护壳5并固定第一防震垫6、第二防震垫9与连接板7，所述第一防震垫6、第二防震垫9的材料为丁橡胶。外界风频繁通过再加之风能发电组件4的工作容易使得横梁3产生共振现象，进而使得建筑体1产生共振现象，通过连接组件中的两层防震垫最大限度消除共振，在防震垫、限位块8、螺栓10的作用将横梁3稳定地与建筑体1固接，通过密封圈13保证其开口12处的密封性能。
19.所述横梁3的后端面可拆卸连接有风力测量组件，所述横梁3的顶面可拆卸连接有风向测量组件，所述风力测量组件用于同步所述风能发电组件4的转速并测量风力强度，所述风向测量组件用于实时检测两个所述建筑体1之间流动的风向。风力测量组件、风向测量组件分别采用简易的风力测量仪和风向测量仪，分别对风力、风向进行检测，无需购进风速风向测量仪，降低了使用成本。
20.所述建筑体1的侧面设置为弧面11，所述建筑体1的顶面和底面均为椭圆形结构。该建筑体1的椭圆长边为短边的8倍，且通过侧面的弧面11设置能够提高引导风的流量，补偿风能发电组件4的风量，通过该位置的风速能够加强20%左右，通过弧面11引导使得流过的风呈s形路径通过，总体能够增大15%的电力。
21.所述风力测量组件包括同步齿轮14，所述同步齿轮14轴接在所述横梁3的后端面，所述同步齿轮14上安装有转速器15，所述风能发电组件4的叶轮轴的尾端伸出横梁3并与所述同步齿轮14传动连接有同步齿条带16，风能发电组件4工作状态下，叶轮轴（即栀杆）旋转，通过同步齿条带16带动同步齿轮14同速旋转，通过转速器15测量同步齿轮14的转速，通过计算可知风力。
22.所述风向测量组件包括丝杠17，所述丝杠17的两端分别轴接有电机18和轴座19，所述电机18和轴座19分别可拆卸连接在所述横梁3的顶面上，所述丝杠17上滑动连接有滑块20，所述滑块20上固定有风向测量仪21，通过电机18带动丝杠17自转，使得滑块20在丝杠17上直线运动，带动风向测量仪21在通风位置上左右移动，提高其与风的接触面积，进一步使得检测更准确。
23.所述风向测量仪21中传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中的转动，产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出，传感器的变换器可采用精密导电塑料电位器，从而在电位器活动端产生变化的电压信号输出。
24.一种基于bim的建筑风能模拟的装置的模拟方法，其具体方法为步骤一：模拟施工，运用bim技术对建筑体1进行模拟施工，预先展现出建筑体1实体的形态，以实际施工过程中出现的问题，及时进行纠正，涉及横梁3上因风力作用导致的共振现象时，在设计连接组件时克服该现象，减少因设计不当造成的工期延误的问题；步骤二：节能设计，运用bim技术，通过风场分析对两个建筑体1之间的空间的方位及朝向做出调节，进而准确地布设风能发电组件4的位置，而后对使用过程中建筑体1每年的能量消耗、采暖制冷负荷、照明所需耗费的电力资源进行模拟分析，预测节能效果；步骤三：分析在风能发电站的典型环境下，选择建筑体1模型的最优节能设计方案；分别在建筑体1的外墙保温材料选择，窗户选择，风能转化利用，进行技术经济性对比分析。
25.其中，建立建筑体1模型时，根据建筑体1的第一bim模型和第二bim模型中每个构件的几何信息，获取所述第一bim模型和第二bim模型中每个构件的形状分布，根据所述第一bim模型和第二bim模型中每个构件的形状分布，计算所述第一bim模型中每个构件与所述第二bim模型中每个构件之间的几何相似度；将第一bim模型和第二bim模型的坐标系进行配准，根据配准后，第一bim模型和第二bim模型中每个构件的位置信息，计算第一bim模型中每个构件和第二bim模型中每个构件之间的位置相似度；根据第一bim模型中每个构件与第二bim模型中每个构件的几何相似度和位置相似度，获取第一bim模型和第二bim模型之间构件匹配的结果，并对匹配的构件进行对比获取所述第一bim模型和第二bim模型之间的对比结果。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。