本發(fā)明涉及建筑能耗預(yù)測(cè)，更具體的說(shuō)是涉及一種基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)、裝置及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，隨著全球能源消耗的持續(xù)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，建筑能耗的有效管理和降低成為迫切需求。傳統(tǒng)建筑能耗預(yù)測(cè)大多基于簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)公式，這種方法不僅需要大量的人工干預(yù)和假設(shè)條件，而且在面對(duì)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)和多樣化的使用模式時(shí)，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度往往不盡人意。具體而言，以下幾個(gè)方面的局限尤為顯著：

2、1、信息整合能力局限：現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法往往不能充分整合建筑設(shè)計(jì)與運(yùn)維階段的全生命周期數(shù)據(jù)，尤其是在將二維設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化為能夠進(jìn)行能耗分析的三維信息模型過(guò)程中，信息丟失和數(shù)據(jù)不一致性問(wèn)題頻發(fā)。

3、2、模型構(gòu)建粗糙：多數(shù)現(xiàn)有模型在構(gòu)建時(shí)，未能深入考慮建筑的微觀特征，如材料熱性能、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造、以及機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率等，這直接導(dǎo)致能耗預(yù)測(cè)的精度受限。

4、3、歷史數(shù)據(jù)分析不足：雖然歷史能耗數(shù)據(jù)是預(yù)測(cè)模型的重要輸入，但現(xiàn)有技術(shù)在數(shù)據(jù)收集、清洗、整合到模型中的過(guò)程效率低下，且缺乏對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的嚴(yán)格把控，影響了模型訓(xùn)練的可靠性和準(zhǔn)確性。

5、4、算法智能化程度低：傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型多依賴(lài)于統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)于非線性關(guān)系和復(fù)雜交互效應(yīng)的處理能力有限。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用尚不廣泛，未能充分利用其在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)隱含規(guī)律方面的優(yōu)勢(shì)。

6、5、反饋機(jī)制缺乏：預(yù)測(cè)與實(shí)際能耗數(shù)據(jù)之間的實(shí)時(shí)比對(duì)和動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制缺失，使得預(yù)測(cè)模型無(wú)法根據(jù)建筑運(yùn)行的實(shí)際表現(xiàn)進(jìn)行自我優(yōu)化，影響了能耗管理策略的及時(shí)調(diào)整和實(shí)施效果。

7、鑒于以上缺陷，如何提高建筑能耗預(yù)測(cè)精度、加強(qiáng)數(shù)據(jù)與模型的集成性，是我們亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)、裝置及介質(zhì)，通過(guò)高度集成的建筑設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理與智能算法，實(shí)現(xiàn)了建筑能耗的精確預(yù)測(cè)和有效管理。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)方法，包括：

4、獲取建筑物的設(shè)計(jì)圖紙，提取設(shè)計(jì)圖紙中的建筑信息，并使用預(yù)設(shè)bim軟件建立包含建筑物幾何、物理屬性和功能特性的三維信息模型；

5、收集與建筑物能耗相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，將所述歷史數(shù)據(jù)整理成bim模型可識(shí)別的格式，并導(dǎo)入三維信息模型中；

6、利用預(yù)設(shè)bim軟件中的能耗模擬工具，基于三維信息模型中的建筑信息和導(dǎo)入的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗模擬分析，生成能耗模擬分析結(jié)果；

7、根據(jù)能耗模擬分析結(jié)果，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立建筑能耗預(yù)測(cè)模型；將待預(yù)測(cè)建筑物的信息輸入到建筑能耗預(yù)測(cè)模型中，得出建筑物的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果展示。

8、進(jìn)一步，所述使用預(yù)設(shè)bim軟件建立包含建筑物幾何、物理屬性和功能特性的三維信息模型,包括：

9、使用autodesk?revit建立包含建筑物幾何、物理屬性和功能特性的三維bim模型；三維bim模型中至少包含建筑物結(jié)構(gòu)信息、建筑材料信息、圍護(hù)結(jié)構(gòu)信息、供暖信息、通風(fēng)信息、空調(diào)系統(tǒng)信息、照明系統(tǒng)信息和電氣系統(tǒng)信息；

10、對(duì)三維bim模型中，對(duì)與能耗相關(guān)的元素進(jìn)行復(fù)核，以確保與能耗相關(guān)的元素均成功建模。

11、進(jìn)一步，所述收集與建筑物能耗相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，將所述歷史數(shù)據(jù)整理成bim模型可識(shí)別的格式，并導(dǎo)入三維信息模型中，包括：

12、從傳感器記錄、氣象站數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的能源管理系統(tǒng)中收集與建筑物能耗相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，所述歷史數(shù)據(jù)包括但不限于環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、日照時(shí)間、建筑物內(nèi)部溫度設(shè)定、設(shè)備使用時(shí)間和功率；

13、對(duì)所述歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗處理，并轉(zhuǎn)換為csv格式的數(shù)據(jù)表格；

14、在三維信息模型中設(shè)定用于關(guān)聯(lián)與建筑物能耗相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)字段；建立所述歷史數(shù)據(jù)與三維信息模型中元素的映射關(guān)系；

15、利用預(yù)設(shè)bim軟件中的ifc工具，將所述歷史數(shù)據(jù)格式化后導(dǎo)入三維信息模型中。

16、進(jìn)一步，所述基于三維信息模型中的建筑信息和導(dǎo)入的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗模擬分析，包括：

17、根據(jù)建筑物特性和預(yù)測(cè)需求，設(shè)定能耗模擬分析的參數(shù)；

18、將三維信息模型中的建筑物劃分為多個(gè)具有獨(dú)立的溫度控制和能耗特性的區(qū)域；

19、根據(jù)建筑物的實(shí)際情況，設(shè)定模擬的邊界條件；

20、運(yùn)行預(yù)設(shè)bim軟件中的能耗模擬工具，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和邊界條件，進(jìn)行能耗模擬分析。

21、進(jìn)一步，所述根據(jù)能耗模擬分析的結(jié)果，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立建筑能耗預(yù)測(cè)模型，包括：

22、對(duì)收集到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、篩選和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除異常值和噪聲干擾；從三維信息模型中提取與能耗相關(guān)的特征變量；

23、使用隨機(jī)森林算法，對(duì)預(yù)處理后的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到建筑能耗預(yù)測(cè)模型；通過(guò)交叉驗(yàn)證或留一法對(duì)建筑能耗預(yù)測(cè)模型進(jìn)行評(píng)估，以確保建筑能耗預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力。

24、進(jìn)一步，所述將待預(yù)測(cè)建筑物的信息輸入到建筑能耗預(yù)測(cè)模型中，得出建筑物的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果展示，包括：

25、將待預(yù)測(cè)建筑物的信息輸入到能耗預(yù)測(cè)模型中，得出建筑物的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果；根據(jù)建筑能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，生成對(duì)應(yīng)的表格、圖表和報(bào)告進(jìn)行展示；

26、根據(jù)能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，提取其中的關(guān)鍵詞，并在預(yù)設(shè)策略庫(kù)中檢索出對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行策略；

27、將建筑能耗預(yù)測(cè)模型集成到實(shí)際的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)讀取建筑能耗監(jiān)測(cè)值和對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)值；當(dāng)所述監(jiān)測(cè)值和預(yù)測(cè)值的差值大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。

28、進(jìn)一步，所述使用隨機(jī)森林算法，對(duì)預(yù)處理后的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到建筑能耗預(yù)測(cè)模型，包括：

29、導(dǎo)入python庫(kù)，python庫(kù)包括但不限于pandas、train_test_split和randomforestregressor；

30、使用pandas加載csv文件中的歷史數(shù)據(jù)；

31、檢查歷史數(shù)據(jù)是否有缺失值，并對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

32、將75％的歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，將25％的歷史數(shù)據(jù)作為測(cè)試集；

33、創(chuàng)建一個(gè)隨機(jī)森林回歸器實(shí)例，設(shè)置估計(jì)器和相關(guān)參數(shù)；

34、使用訓(xùn)練集的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的能耗標(biāo)簽，通過(guò)fit方法訓(xùn)練隨機(jī)森林模型；

35、訓(xùn)練完成后，生成建筑能耗預(yù)測(cè)模型。

36、第二方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：基礎(chǔ)模型構(gòu)建模塊，配置用于獲取建筑物的設(shè)計(jì)圖紙，提取設(shè)計(jì)圖紙中的建筑信息，并使用預(yù)設(shè)bim軟件建立包含建筑物幾何、物理屬性和功能特性的三維信息模型；

37、數(shù)據(jù)收集整理模塊，配置用于收集與建筑物能耗相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，將所述歷史數(shù)據(jù)整理成bim模型可識(shí)別的格式，并導(dǎo)入三維信息模型中；

38、能耗模擬分析模塊，配置用于利用預(yù)設(shè)bim軟件中的能耗模擬工具，基于三維信息模型中的建筑信息和導(dǎo)入的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行能耗模擬分析，生成能耗模擬分析結(jié)果；

39、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建模塊，配置用于根據(jù)能耗模擬分析結(jié)果，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立建筑能耗預(yù)測(cè)模型；

40、能耗預(yù)測(cè)模塊，配置用于將待預(yù)測(cè)建筑物的信息輸入到建筑能耗預(yù)測(cè)模型中，得出建筑物的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)果展示。

41、第三方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)裝置，包括：

42、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)程序；

43、處理器，用于執(zhí)行所述基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上文任一項(xiàng)所述基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)方法的步驟。

44、第四方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)程序，所述基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上文任一項(xiàng)所述基于bim的建筑能耗預(yù)測(cè)方法的步驟。

45、對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果在于：

46、1、本發(fā)明通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的深度解析及bim模型的精細(xì)構(gòu)建，確保了建筑物理特性和功能信息的全面捕獲，結(jié)合歷史能耗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)整合，為能耗預(yù)測(cè)提供了詳實(shí)可靠的基礎(chǔ)。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，尤其是隨機(jī)森林模型，進(jìn)一步提高了模型對(duì)復(fù)雜能耗模式的學(xué)習(xí)能力，使預(yù)測(cè)結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。

47、2、本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)化數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換以及與bim模型的高效對(duì)接，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)預(yù)處理流程，提高了數(shù)據(jù)處理的效率與質(zhì)量。利用ifc工具導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)至bim模型，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與模型元素的精準(zhǔn)映射，增強(qiáng)了模型的綜合分析效能。

48、3、本發(fā)明通過(guò)建立基于bim的能耗預(yù)測(cè)模型，并將其集成到實(shí)際的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了能耗預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)對(duì)比，自動(dòng)報(bào)警機(jī)制的引入，確保了異常能耗情況的即時(shí)發(fā)現(xiàn)與響應(yīng)，為建筑運(yùn)維提供了智能化決策支持。

49、4、本發(fā)明基于預(yù)測(cè)結(jié)果，能夠自動(dòng)生成優(yōu)化建議和設(shè)備運(yùn)行策略，指導(dǎo)建筑管理者采取節(jié)能措施，合理配置資源，從而有效降低運(yùn)營(yíng)成本，提升建筑能效。

50、5、本發(fā)明能夠提供的詳盡能耗數(shù)據(jù)和分析報(bào)告，可作為政策制定者評(píng)估建筑能效標(biāo)準(zhǔn)、制定節(jié)能減排政策的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為綠色建筑認(rèn)證提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

51、6、本發(fā)明不僅提升了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，還促進(jìn)了建筑能耗管理的智能化升級(jí)，對(duì)推動(dòng)綠色建筑發(fā)展、節(jié)能減排具有重要意義。

52、由此可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。