基于BIM技术的聚光器优化及结构非高斯风压模拟

摘要

20世纪70年代起太阳能作为绿色环保的可再生能源逐渐得到重视，并且进入了快速的发展时期。槽式太阳能聚光器是一种可以有效地利用太阳能的设施，其不仅需要具有转化太阳能为热能的功能，而且需要具备稳定性比较好的结构体系以保证正常的工作。因此，在进行槽式聚光器的设计与制作时需要从系统、整体的角度进行协同化的设计和制作，以同时满足多个不同方面的需求目标。
　　BIM（Building Information Modeling）作为一个可以集设计、建造、运营管理为一体的新型工具，已经在设计、建造、运营等方面获得了广泛的运用。本文首先介绍了BIM的概念、特点和国内外的发展现状，重点介绍了基于BIM技术的协同设计，以及采用BIM技术对槽式聚光器的设计方法进行了研究,具体说明了如何应用BIM技术进行槽式聚光器系统整体协同设计。
　　其次，槽式聚光器的结构构成决定了用钢量是影响其成本高低的主要因素。为控制成本，本文以镜面位移和杆件应力为约束条件，以主三角桁架和拉翅的截面尺寸为连续变化的定量参数，拉索初拉力为状态变化的定性参数，采用均匀设计法对聚光器进行了优化。根据优化得到的参数取值修改槽式聚光器 BIM模型，并依据模型包含的钢材型号、数量、长度、质量等信息进行钢材成本的计算。结果表明：均匀设计法可用于含有定性和定量因素的聚光器结构优化，在满足既定的约束条件下聚光器的钢材成本可降低10.32％，用钢量可减少11.86%，优化效果较好。本文提出的方法对于同时包含定量参数和定性参数的复杂优化问题具有一定参考价值，借助于聚光器三维 BIM信息模型对钢材成本的计算，进一步证明了该优化方法的可行性。
　　再次，为保证聚光器更好地发挥作用，通常选择较为空阔、平坦的场地作为聚光器的选址，因此在主要荷载—风荷载作用下结构表面会产生漩涡，其湍流特性使得某些工况下的镜面局部区域风压呈现明显的非高斯分布，本文基于风洞试验中采集的有关厦门沿海的某高层建筑模型表面风压时程，考虑脉动风时程的分形特性，结合相关性变形法，采用Weierstrass-Mandelbrot函数对具有明显非高斯特性的4个测点的脉动风压进行了模拟。通过对比，4个测点的模拟非高斯脉动风压时程和风洞试验的脉动风压时程二者的概率分布曲线能较好吻合，功率谱图形较相似，分形维数、偏度系数及峰度系数都相差不大。说明本文提出的分形方法模拟非高斯脉动风压是可行的，可以弥补谐波叠加法、线性滤波器法等的传统模拟结果不具备分形特性的缺点，可以为聚光器表面非高斯脉动风压的模拟提供参考。

目录

声明

第1章 绪 论

1.2 BIM概述

1.3 BIM的研究现状分析

1.4 均匀设计法概述

1.5 非高斯脉动风压及分形理论的研究现状

1.6 本文研究的主要内容

第2章 基于BIM技术的协同设计

2.3 基于BIM的协同设计

2.4 BIM协同设计的实现方法

2.6 本章小结

第3章 BIM在聚光器协同设计中的应用

3.3 基于BIM技术的槽式太阳能聚光器协同设计

3.4 本章小结

第4章 槽式聚光器结构的优化分析

4.2多元线性回归模型概述

4.3 槽式聚光器有限元分析

4.4 基于定性因素和定量因素混合均匀设计法对聚光器结构的优化

4.5 基于BIM技术统计钢材成本

4.6 本章小结

第5章 非高斯脉动风压的分形模拟

5.2 基本模拟方法

5.3 计算实例

5.4 非高斯脉动风压时程的选取

5.5 非高斯脉动风压时程的模拟

5.6 试验与模拟脉动风压时程的对比

5.7 本章小结

结论与展望

主要创新点

展望与建议

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研项目