云上高博会

适用于装配式外加电梯井道施工的小型自提升式吊装设备和施工方法

项目成果/简介:技术分析(创新性、先进性、独占性)目前在我国城镇住宅中，大量建于20世纪八、九十年代，高度在10-24米之间，层数在4-7层之间的多层住宅，受当时经济发展水平、建设标准和相关建筑规范的限制，都没有配建电梯。随着我国人口老龄化问题日趋严重，为既有多层住宅加装电梯的适老化改造势在必行。创新性由于本发明设备和施工方法，借助下部已完成的电梯井道作为支撑结构，设备自身随施工进度逐层自提升，无需独立支撑结构和巨大的吊臂，极大地减小了设备的自身体积和重量。由于本发明设备和施工方法，实现了电梯井道的土建施工与电梯设备的安装施工的有机结合，交叉同步进行，一机多用，极大地提高了施工的效率和速度。由于本发明设备和施工方法，设备安装在电梯井道内部，无需占用其他场地，吊臂尺寸及作业范围小，极大地减少了对居民日常生活的干扰，提高了施工的安全性。先进性由于本发明设备和施工方法，利用电梯轿厢轨道、导靴和安全钳作为设备自身提升的垂直导向和安全制动装置,利用电梯轿厢为施工垂直运输和人员操作的平台，极大地简化了设备的结构。由于本发明采用了格构化的吊臂结构，相对于常见的液压伸缩吊臂基本都采用方钢截面形式，具有重量轻、稳定性强的特点，极大地减小了设备的自重。由于本发明采用双向液压缸带动液压杆与两根吊臂组合的形式，不仅加大了两根液压杆的伸缩范围，提高了液压缸的灵活性，可以到达设备的正上方和后上方，更大大简化了整体机械结构。独占性本发明与技术由华城(天津)建筑科技有限公司和天津大学建筑学院、建筑工程学院、机械学院、电气自动化与信息工程学院共同组成的研究团队自主完成，具有完全的知识产权，并同时申报国家发明和实用新型专利，目前已取得实用新型专利2项，1 项发明专利已进入实质性审查阶段，另有1项发明专利和1项实用新型专利已经完成申报。总之，本发明设备具有体积小、重量轻、结构简单、操作简便，易于搬运及安装，作业空间范围小的特点。采用该设备和施工方法，不仅摆脱因老旧小区内部道路狭窄，大型的运输和起重车辆难以进入，以及因老旧小区空间狭小，环境复杂，使用大型起重机械进行施工，场地内部干扰多，对居民及周边建筑干扰大，存在安全隐患等现实问题；更有利于提高施工效率，缩短现场施工周期，降低劳动力成本，提高施工精度，保证施工质量与安全，减少对居民日常生活的干扰，符合建筑工业化、标准化、装配化的发展趋势。应用范围:应用范围及目前应用状态目前既有多层建筑加装电梯的相关技术，大多数采用构建工厂预制现场拼装的施工方式，或工厂整体预制现场整体吊装的施工方式。如公开号CN102583131A的专利文献公开了一种采用组合式井架组装的电梯井道壁，其包括由分布于井道四角的4根立柱和至少8横梁连接形成的井架结构，横梁与立柱之间设有拉条或加强板，上下相邻井架结构通过立柱顶端立柱接头和连接座对位，并通过连接孔用高强螺栓连接。再如公开号CN107117517A的专利文献公开了一种模块化电梯井道单体及其电梯井道。其包括多个竖向方通、横向方通和槽钢焊接形成的截面为方形的井道单元，相邻两个竖向方通的上、下两端均有槽钢沿横向连接，相邻两个竖向方通的中部设有横向方通，上下相邻两个井道单元通过焊接在井道单元上下两端槽钢侧面的缀块，以及竖向方钢内的芯柱连接。公开号CN107215749A的专利文献公开了一种电梯井道结构及提升方法，提出采用工厂整体预制现场分段提升的施工方式。但其中所采用提升设备安装在下层结构框架的侧边上，每次提升结束后都需要将提升设备升至到新的高度，以完成下一步提升作业，且每次提升操作都需要完成垂直和水平两个方向的移动，作业环节多，技术较复杂。上述解决方案，虽然主体框架结构可以实现工厂标准化预制，但构件数量与种类多，连接节点复杂。而且即使采用工厂整体预制和现场整体吊装的施工方式，在主体框架结构施工完成后，进行幕墙等围护结构的施工仍然无法避免大量的高空作业，以及搭建脚手架和防护工程等二次施工。同时，现实整体吊装的施工过程中，由于场地内部道路狭窄，既有建筑之间距离有限，加上周围树木、路灯等的干扰，大型的运输车辆和起重机械很难进入。即使能够靠近施工场地，不仅作业的空间受限，而且安全措施也无法保证，存在较大安全隐患，对居民干扰大。现代工程技术的进步不仅表现为工程规模的巨大和工程技术的复杂，而且也体现在工程施工的机械程度越来越高。各种工程机械种类繁多，在出现大量通用工程机械设备的同时，各种用于特定施工场景和特定用途的专用设备也越来越多。如目前最常见塔吊就是专门用来进行高层建筑工程施工的专用设备，集装箱码头用的龙门吊就是为了适应集装箱规格统一但吊装效率高的需求而发明的专用设备。对于通常工程施工、设备安装，以及抢险、救援等场最使用的起重机械大多采用液压伸缩吊臂的形式。由于受机械结构和力学原理的限制，液压伸缩吊臂的规格和重量一般都比较大，通常直接采用轮胎式或履带式车载的方式来提高搬运和组装的效率，大大提高的起重机械的灵活性。目前既有多层建筑加装电梯的相关技术，大多数采用工厂整体预制，现场整体吊装的施工方式。虽然现场整体吊装施工，可以使用通用的大型吊车来完成，但通常情况下由于场地内部道路狭窄，既有建筑之间距离有限，加上周围树木、路灯等的干扰，大型的运输车辆和起重机械很难进入。即使能够靠近施工场地，不仅作业的空间受限，而且安全措施也无法保证，存在较大安全隐患，对居民干扰大。因此，需要针对空间小、干扰多的施工场最发明既有多层建筑加装电梯工程吊装施工的专用小型起重设备。针对目前既有多层建筑装配式外加电梯井道工程中，施工周期长，施工场地空间受限、对居民干扰大、存在安全隐患、操作环节多、技术复杂等问题，本发明提供一种适用于装配式外加电梯井道施工的小型白提升式吊装设备。使用该设备进行电梯井道的吊装施工，占地空间小，施工周期短，对居民干扰小，方便、安全、快捷。效益分析:前景及经济社会效益分析等根据1956年联合国《人口老龄化及其社会经济后果》确定的标准，当一个国家或地区 65岁及以上老年人口数量占总人口比例超过7%时，则意味着这个国家或地区进入老龄化。1982 年维也纳老龄问题世界大会，确定60 岁及以上老年人口占总人口比例超过10%, 意味着这个国家或地区进入严重老龄化。根据2000年第五次人口普查结果，我国65岁以上老年人口已达8811 万人，占总人口6.96%，60 岁以上人口达1.3亿人，占总人口10.2%，按国际标准我国正式进入了老龄化社会。而截至2017年底，我国60周岁及以上人口2.4亿人，占总人口的17.3%，其中65周岁及以上人口1.58亿人，占总人口的1.4%中国老年人口比例严重超标，已经成为世界上老年人口最多的国家，社会老龄化问题已经十分严峻。近年来，广东、上海、北京、福州、杭州等各地方政府鼓励城市居民自行出资加装电梯，并已开展了大量改造工程实践，并取得了较好的社会效果。2018至2021四年间国务院总理李克强的政府工作报告中都明确提出鼓励和支持既有多层住宅加装电梯。据统计，我国2000年前建成的老旧小区约有17万个，总面积近100亿平米，几乎等于欧洲主要国家的总和，约是日本的4倍，涉及约4200万户和上亿居民。按照可操作性预估，如果全部加装电梯，市场需求量约为500万台。去除因建筑设计、无法协商等客观因素无法加装的，保守估计至少需要200万台以上。按目前每部电梯综合造价60万元计算，可以带动至少1.2万亿的固定资产投资。如此巨大的改造范围和工程量，不仅是一项重大的民生和民心工程，也蕴含着巨大的市场潜力，成为新常态下拉动内需促进经济增长的重要引擎，具有重要政治、经济、社会和环境意义。知识产权类型:发明专利技术成熟度:正在研发技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:与院校合作自筹资金:100.00万元自筹资金来源:企业

天津大学 2021-04-11

考虑时空关联与数据隐私性的有源配电网分布式光伏功率预测技术

（一）成果背景分布式光伏可在用户侧就近安装与消纳，减少因长距离输送带来的线路损耗问题，在新型电力系统建设中发挥着重要作用。2021年6月，国家能源局综合司发布了《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，用以推动分布式光伏高质量发展、支撑新型电力系统建设。在该政策的推进下，分布式光伏容量迅猛增长。截至2021年底，国内分布式光伏装机容量已达到107.5GW，约占光伏总装机容量的三分之一，且其增长速度已经超过了集中式光伏。（二）痛点问题对于配电网来说，光伏出力易受天气因素影响，具有极强的随机波动特性，大规模分布式光伏接入，一方面加剧了配电网负荷短时波动，影响电力实时平衡，制约负荷预测精度提升；另一方面，分布式光伏出力特性与负荷特性的不匹配造成其难以消纳，为有源配电网运行管理带来严峻挑战。对于电力市场交易来说，随着新一轮电力体制改革的持续深入，分布式光伏所有者作为售电商参与市场竞争成为必然趋势。分布式光伏出力的不确定性与短时剧烈波动性，使得分布式光伏电站/售电商难以制定合理的市场交易策略与电力交易合同，面临严重的市场风险。因此，亟需精准的分布式光伏功率预测，为有源配电网调度运行、分布式光伏消纳，分布式光伏参与电力市场等提供有力数据支撑。（三）技术方案 1、基于变分模态分解与动态图卷积网络的分布式光伏功率预测首先利用变分模态分解各分布式光伏复杂出力序列分解为相对简单、波动较小的不同频率子序列，以减小场站间关联关系的挖掘难度。然后，基于分布式光伏场站间时空关联性处于动态变化中的考虑，利用全连接神经网络将各节点特征映射到多维空间，而后利用时域卷积挖掘跨节点关联关系，由此以数据驱动方式挖掘各频率下各场站子序列关联性，有效实现子序列动态图结构的构建。最终，基于可用于非欧式空间结构数据建模的卷积神经网络，将其与动态图结构结合，建立考虑动态时空关联性的图卷积预测模型，针对不同频率下出力子序列分别预测，而后重构得到各场站功率进而获取配电网分布式光伏总功率。 2、基于深度联邦学习的分布式光伏发电功率预测首先，基于长短期记忆神经网络构建时域自编码器模型，该模型编码器用于提取每个时间步输入的时域特征，而后利用解码器将该特征向量转换为输出序列进行未来时间步的预测，自编码能显著增强长短期记忆神经网络的时域建模能力。而后，利用注意力机制解决其在处理长输入时间序列时会导致解码器面临特征冗余问题，且使模型聚焦于对输出更关键的时域特征。由此，利用注意力自编码预测模型通过对时域特征的有效挖掘实现功率预测精度的进一步提升。在此基础上，开发了用于分布式光伏功率预测的联邦学习框架，在该框架中，本地用户仅需将本地模型进行共享，无需数据的传输，而后由中央服务器进行模型的聚合以实现用户间信息共享。在各本地场站进行注意力自编码预测模型的训练；在中央服务器，基于联邦平均算法实现各本地预测模型的汇聚、全局模型的生成与下发。在保证数据隐私性的前提下取得与传统集中式机器学习训练近似的预测效果。（四）竞争优势 1、有效表征广域分布式光伏集群间时空关联特征，实现分布式光伏功率预测精度提升。当缺乏气象实测或预报数据时，考虑分布式光伏时空相关性可有效提升分布式光伏功率预测精度。现有研究多利用各光伏场站地理距离或者整体出力表征时空相关性。这种静态建模方式在分布式光伏出力模式长期稳定的情况下，可以取得较好的预测效果。然而，易受天气因素的影响，分布式光伏出力极易发生短时波动，因而各场站关联性处于动态变化过程。以恒定的场站间关联关系去考虑这种复杂的集群出力序列，显然无法反映天气影响下分布式光伏出力短时变化，难以实现功率预测精度的有效提升。所提的基于变分模态分解与动态图卷积网络的分布式光伏功率预测方法，利用数据驱动方式实现挖掘各场站间关联特性的动态实时挖掘。在基础上，考虑到不同模态分量下各场站间关联关系的差异性，将各场站原始功率分解为了相对简单、波动较小的不同频率模态分量，减小关联关系的挖掘难度。 2、有效保证各分布式光伏数据隐私性，且能取得与传统集中式机器学习训练方式近似的预测效果现有的数据驱动预测方法性能在很大程度上依赖于训练数据的数量，因此大多以一种集中的训练方式实现，即中央服务器汇聚来自各场站的运行数据而后进行模型的训练。然而，这种集中训练的方式会期限数据隐私，使用户信息暴露在公共环境而导致被外部攻击者进行数据分析、行为探测等。此外，在竞争激烈的电力市场中，分布式光伏场站所有者可能不愿共享数据。这些因素使传统模型训练方式难以实现。所提的基于深度联邦学习的分布式光伏发电功率预测方法，利用注意力自编码模型在本地场站进行建模预测，实现对本地功率时域特征的有效挖掘；利用分散式训练的联邦学习框架，实现各场站预测模型信息共享，有效保证本地用户的数据隐私的同时取得不错的预测效果。创新点 1、考虑了场站间关联关系的动态性。对于分布式光伏，虽然场站数量众多、分布广泛，但是其位置临近，由于云团运动等气象因素导致的相关性较强。所提方法以数据驱动方式根据网络当前的各场站输入功率进行关联关系的动态表征，实现功率预测精度的有效提升。 2、在保障各分布式光伏站点数据隐私应的前提现实现信息共享。利用自编码结构进一步提升LSTM的时间序列建模能力；利用注意力机制模型聚焦于对预测更关键的输入特征，以此实现时域特征的有效挖掘。在此基础上，利用联邦学习框架聚合各本地模型，实现各站点信息聚合，实现精度有效提升。市场前景随着新型电力系统建设目标的推进，分布式光伏装机容量呈爆发式增长。所研成果可应用于配电网负荷预测、用户可调度容量评估、激励型需求响应基线负荷估计等场景中，为高比例分布式光伏有源配电网的安全、经济、高效运行，维持电力平衡等工作提供重要参考。同时，随着分布式光伏逐步参与到电力市场，所研成果可为分布式光伏售电商制定最优的交易策略，签订合理的价格合同提供有力数据支撑。综上所述，所研成果市场前景广阔。

华北电力大学 2023-08-10