一种基于先进数学算法的喷淋布置方法

摘要

本发明涉及一种基于先进数学算法的喷淋布置方法，步骤包括：将建筑资料图各个相对封闭独立房间划分为不同的小单元；运用计算机识别划分单元轮廓形状；对不同的独立单元房间分别进行坐标系转换；根据图形识别划分结果及相关规范要求布置喷头，结合模拟退火算法思想求解局部的全局最优喷头布置；根据喷头布置结果，结合配水管控制的洒水喷头数量，构造赋权最小生成树。全部小单元赋权最小生成树构造计算完成后，恢复为原坐标系，指定主横干管位置将上述各赋权最小生成树连接至立管起点处，至此计算结束，得到全部区域的最优喷淋布置。本发明利用计算机结合数学方法合理布置喷淋，减少喷头数量，优化管道布置，达到降低成本，减少施工难度的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及喷淋设计技术领域，具体涉及一种基于先进数学算法的喷淋布置方法。

背景技术

随着人类社会的发展，人们对居住环境的要求也越来越高。多项用途、多功能、复合型的方向发展，使得同一栋建筑的同一楼层复合各种社会服务功能，这些对建筑防火技术都是挑战。自动喷水灭火系统是一种在发生火灾时，能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施。自动喷水灭火系统具有安全可靠、经济实用、成功灭火率高的优点，其作为当今最有效的建筑消防系统，已经得到广泛的应用。

但是目前建筑设计行业普遍都是由相关设计制图人员借助相关软件来完成喷淋平面图，工作量大且繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于先进数学算法的喷淋布置方法，其利用计算机结合数学方法均匀合理布置喷淋，在满足相关规范要求的同时，减少喷头数量，优化管道布置，达到降低成本，减少施工难度的目的，推进自动喷水灭火系统的智能化发展。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种基于先进数学算法的喷淋布置方法，包括如下步骤：

化整为零，包括：根据建筑提供的资料图，将各个相对封闭独立房间的边界分别赋予数学属性，划分为不同的小单元F

图形识别，具体包括：用计算机对划分的小单元F

喷头布置，具体包括：根据形状识别结果以及相关规范中喷头布置要求布置喷头；

赋权最小生成树构造，具体包括：根据喷头布置结果以及相关规范中配水支管、配水管控制的喷头数量要求，构造所有小单元赋权最小生成树；

合零为整，具体包括：全部小单元赋权最小生成树构造计算完成后，指定主横干管位置将上述各赋权最小生成树连接至立管起点处，至此计算结束，得到全部区域的最优喷淋布置。

进一步地，本发明的基于先进数学算法的喷淋布置方法还包括如下步骤：坐标系转换，具体包括：对划分的小单元F

进一步地，用计算机对划分的小单元F

进一步地，根据形状识别结果以及相关规范中喷头布置要求布置喷头，具体包括：按照设定顺序依次对各个小单元F

进一步地，当遇到小单元F

对于遇到的规则几何形状的小单元F

F

控制喷头间间距在A～B，A≤a

当y＝y

当x＝x

相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，相关规范中该矩形或平行四边形的长边边长要求等于或小于规范要求间距B，且大于或等于规范要求间距A，则max{a

相邻4个喷头构成正方形时，相关规范中该正方形的边长要求等于或小于规范要求间距C，且大于或等于规范要求间距A，则A≤a

进一步地，当遇到小单元F

将遇到的非规则几何形状的小单元F

对该小单元F

F

控制喷头间间距在A～B：A≤a

当y＝y

当x＝x

相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，相关规范中该矩形或平行四边形的长边边长要求等于或小于规范要求间距B，且大于或等于规范要求间距A，max{a

相邻4个喷头构成正方形时，相关规范中该正方形的边长要求等于或小于规范要求间距C，且大于或等于A，A≤a

当F

对该小单元F

若存在相邻喷头S

若存在相邻喷头S

对不同划分方式，选取F

进一步地，当遇到小单元F

当遇到F

进一步地，根据喷头布置结果以及相关规范中配水支管、配水管控制的喷头数量要求，构造所有小单元赋权最小生成树，具体包括：令有向图G

对于生成树G

本发明至少具有如下有益效果：本发明的基于先进数学算法的喷淋布置方法，其步骤包括：将建筑资料图各个相对封闭独立房间划分为不同的小单元；运用计算机识别划分单元轮廓形状；为方便计算对不同的独立单元房间分别进行坐标系转换；根据图形识别划分结果及相关规范要求布置喷头，结合模拟退火算法思想求解局部的全局最优喷头布置；根据喷头布置结果，结合配水管控制的标准流量洒水喷头数量，构造赋权最小生成树。重复上述步骤求解各划分单元的最优喷淋布置至全部划分单元计算结束后，恢复为原坐标系，指定主横干管位置将上述各赋权最小生成树连接至立管起点处，至此计算结束，得到全部区域的最优喷淋布置。本发明采用上述方案利用计算机结合数学方法均匀合理布置喷淋，在满足相关规范要求的同时，减少喷头数量，优化管道布置，达到降低成本，减少施工难度的目的，推进自动喷水灭火系统的智能化发展。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的基于先进数学算法的喷淋布置方法的方法流程图；

图2为模拟退火算法流程图；

图3为非规则几何形状F

具体实施方式

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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和简化描述，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。

参见图1，本发明实施例提供一种基于先进数学算法的喷淋布置方法，包括如下步骤：

化整为零，包括：根据建筑提供的资料图，将各个相对封闭独立房间的边界分别赋予数学属性，划分为不同的小单元F

坐标系转换，具体包括：对划分的小单元F

图形识别，具体包括：用计算机对划分的小单元F

喷头布置，具体包括：根据形状识别结果以及相关规范中喷头布置要求布置喷头；

赋权最小生成树构造，具体包括：根据喷头布置结果以及相关规范中配水支管、配水管控制的喷头数量要求，构造所有小单元赋权最小生成树；

合零为整，具体包括：全部小单元赋权最小生成树构造计算完成后，转换恢复为原坐标系，指定主横干管位置将上述各赋权最小生成树连接至立管起点处，生成全部的优化喷淋布置，至此计算结束。

进一步地，对划分的小单元F

坐标转换是空间实体的位置描述，是从一种坐标系统变换到另一种坐标系统的过程。通过建立两个坐标系统之间一一对应关系来实现。坐标系转换为优选方案，为了方便计算。当然，也可以不进行坐标系转换。

进一步地，工程图基于线条信息表示，图形通常由点、线、面、体等几何元素属性组成。目前来说普遍是二维的，不同的划分单元F

进一步地，根据形状识别结果以及相关规范中喷头布置要求布置喷头，具体包括：按照设定顺序(如按照从上到下、从左到右的顺序)依次对各个小单元F

进一步地，当遇到小单元F

对于遇到的规则几何形状的小单元F

F

控制喷头间间距在A～B，A≤a

当y＝y

当x＝x

相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，相关规范中该矩形或平行四边形的长边边长要求等于或小于规范要求间距B，且大于或等于规范要求间距A，则max{a

相邻4个喷头构成正方形时，相关规范中该正方形的边长要求等于或小于规范要求间距C，且大于或等于规范要求间距A，则A≤a

进一步地，当遇到小单元F

将遇到的非规则几何形状的小单元F

对F

F

控制喷头间间距在A～B：A≤a

当y＝y

当x＝x

相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，相关规范中该矩形或平行四边形的长边边长要求等于或小于规范要求间距B，且大于或等于规范要求间距A，max{a

相邻4个喷头构成正方形时，相关规范中该正方形的边长要求等于或小于规范要求间距C，且大于或等于A，A≤a

当F

重新构造闭合区域，F

对F

若存在相邻喷头间距>规范要求间距B或当相邻喷头构成正方形时喷头间距>规范要求间距C时，作出如下调整：当相邻喷头间距与规范要求间距之差≤左右小分单元的可调间距之和，则增大喷头间距；当相邻喷头间距与规范要求间距之差>左右小分单元的可调间距之和，则缩小喷头间距再增设喷头；

若存在相邻喷头间距<规范要求间距A时，作出如下调整：当左右或上下间邻喷头间距L

如参见图3，本发明的F

若存在相邻喷头S

若存在相邻喷头S

对不同划分方式，选取F

将遇到的非规则几何形状的小单元F

相关规范如《自动喷水灭火系统设计规范》(FB50084-2017)中7.1.2条，洒水喷头的布置间距及相邻配水支管的间距，应根据设置场所的火灾危险等级等确定，并应不大于表格的规定，且不应小于A(如规范中A为1.8m)，下以中危险级Ⅰ级为例说明，其余未列举危险等级的喷头布置距离要求对应修改。

表1直立型、下垂型标准覆盖面积洒水喷头的布置

当遇到小单元F

从F

(1)F

(2)控制喷头间间距在1.8～4m：1800mm≤a

(3)当y＝y

当x＝x

(4)相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，max{a

(5)相邻4个喷头构成正方形时，1800mm≤a

(6)当该小分单元计算结束后，对下一个小分单元进行计算，直至F中所有小单元计算完成。

当遇到小单元F

从F

(1)对将该非规则几何形状的小分单元分别进行竖向或横向划分(不同划分方式)计算；

(2)F

(3)控制喷头间间距在1.8～4m：1800mm≤a

(4)当y＝y

当x＝x

(5)相邻4个喷头构成矩形或平行四边形时，max{a

(6)相邻4个喷头构成正方形时，1800mm≤a

(7)当F

(8)重新构造闭合区域。F

(9)对F

若存在相邻喷头间距>4m或当相邻喷头构成正方形时喷头间距>3.6m时，作出如下调整：当相邻喷头间距与规范要求间距之差≤左右小分单元的可调间距之和，则增大喷头间距；当相邻喷头间距与规范要求间距之差>左右小分单元的可调间距之和，则缩小喷头间距再增设喷头。

若存在相邻喷头间距<1.8m时，作出如下调整：当左右或上下间邻喷头间距≤4m或间邻喷头构成非正方形时喷头间距≤3.6m时，则删除喷头间距更小侧喷头。当左右或上下间邻喷头间距>4m或间邻喷头构成正方形时喷头间距>3.6m时，作出如下调整：若间邻喷头间距与规范要求间距之差≤左右小分单元的可调间距之和，则删除喷头间距更小侧喷头再增大喷头间距；若间邻喷头间距与规范要求间距之差>左右小分单元的可调间距之和，则缩小喷头间距更大侧喷头间距；

(10)对不同划分方式，选取F

(11)当该小分单元计算结束后，对下一个小分单元进行计算，直至F中所有小单元计算完成。

进一步地，若小单元F

当F

模拟退火算法得益于材料的统计力学的研究成果。统计力学表明材料中粒子的不同结构对应于粒子的不同能量水平。在高温条件下，粒子的能量较高，可以自由运动和重新排列。在低温条件下，粒子能量较低。如果从高温开始，非常缓慢地降温(这个过程被称为退火)，粒子就可以在每个温度下达到热平衡。当系统完全被冷却时，最终形成处于低能状态的晶体。从某一较高初温出发，伴随温度参数的不断下降，结合概率突跳特性在解空间中随机寻找目标函数的全局最优解，即在局部最优解能概率性地跳出并最终趋于全局最优。

《自动喷水灭火系统设计规范》(FB50084-2017)中8.0.9条，中危险级场所中配水支管、配水管控制的标准流量洒水喷头数量，不宜超过表格的规定，且配水管两侧每根配水支管控制的标准流量洒水喷头数量不应超过8只，下以中危险级Ⅰ级为例说明，其余未列举危险等级配水支管、配水管控制的喷头数量要求对应修改。

表2中危险级场所中配水支管、配水管控制的标准流量洒水喷头数量

进一步地，根据喷头布置结果以及相关规范中配水支管、配水管控制的喷头数量要求，构造所有小单元赋权最小生成树，具体包括：图G

对于生成树G

权重是一个相对的概念，是针对某一指标而言，反映在整体中的相对重要程度。根据不同管径的人工材料等综合成本、生产施工难易程度等因素对有向图的每条边赋予不同的权数值。

设置两个集合P和Q，其中P用于存放G的最小生成树中的顶点，集合Q存放G

当G

通过本发明的上述技术方案，利用计算机结合数学方法，提供向智能化喷淋布置转变的思路，减少人工的重复繁琐制图设计过程，同时提升制图设计的效率，推进自动喷水灭火系统的智能化发展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。