太阳能-地源热泵工程决策支持软件初步研究

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在建筑暖通空调工程中，包括太阳能-地源热泵系统工程(SE-GSHP)的承接多数是采用招投标报价，这为业主单位节省投资、提高投资经济效益，以及促进工程设备的技术进步、实现经营管理现代化提供了帮助。为此，承包商应当十分重视工程设备投标报价的理论与实践研究工作，建立-套投标报价的管理制度，包括投标报价的工作程序，投标报价的风险分析，投标设计与确定方法、开标议标时争取中标的对策等；这是决定参加投标报价以后，做好标书、争取中标并在中标后取得较好经济效益的十分重要的基础工作，以便企业能够获得更多的项目和利润 .2j。

太阳能～地源热泵工程综合决策系统的主要内容是太阳能-地源热泵工程系统方案设计和工程报价咨询系统，现就太阳能-地源热泵工程系统方案设计和和工程报价咨询系统分别进行研究。本系统可用于太阳能-地源热泵工程项目预算报价、电脑网络系统安装的预算和报价、成套机械设备工程的预算报价，产生标准报价单 、详细的预算清单 J。

2 综合决策支持系统 。 ]收稿 日期： 2012-09-14基金项目： 辅省自然科学基金计划项目(D0640006)；集美大学博士科研启动基金资助项目(JQ2006017)2013年第41卷第8期 流 体 机 械 79- 般来讲，决策基本上可以分为2种：结构化决策和非结构化决策♂构化决策涉及到的变量较少，只要采用专门的公式来处理相关信息，就能够得到准确的答案♂构化决策完全可以用计算机来代替，通过计算机语言来编制相应的程序，就可以在计算机上面处理这些信息。非结构化决策可能提供出很多正确的解决方案，但是没有精确的计算公式能够计算出最优解决方案，也没有规则和标准能够衡量最佳解决方案。因此，在没有决策支持系统作基础的情况下是难以迅速而有效地进行决策的。

2.1 决策支持系统(DSS)决策支持系统(DSS)是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人机系统。它能够为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价和优选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要的支持。

DSS的概念结构由会话系统、控制系统、运行及操作系统、数据库系统、模型库系统、规则库系统和用户共同构成。最简单和实用的三库 DSS逻辑结构(数据库、模型库、规则库)如图 1所示。

用户(决策者控制系统 l I规则库系统数据库系图 1 决策支持系统三库逻辑结构2.2 智能综合决策支持 系统(IDSS)智能决策支持系统(IDSS)是决策支持系统与专家系统、人工智能(AI)技术相结合的产物，将 AI中的知识表示与知识处理的思想引入到DSS中的-种新型信息系统，它的功能是，既能处理定量问题，又能处理定性问题，进-步提高了辅助决策能力。其核心思想是将 AI与其它相关科学成果相结合，使 DSS具有人工智能，能很好的解决商业智能及决策支持等功能的需要。

IDSS引人的规则库可以存储这些知识 ，为决策提供重要的参考和依据。Ipss可以有多种类型的信息库：文本库(TB)、数据库(DB)、方法库(AB)、模型库(MB)和规则库(RB)，如图2所示。

其中文本库存储的是大量的自然语言书写的文档，数据库中存放的是事物关键因素的字段形式，模型库中存放的是反映信息本质关系的各种模型，规则库存放的是知识的最精炼的形式。

图2 智能决策支持系统的框架结构2.3 决策支持 系统(DSS)的开发方法DSS开发方法-般采用目标导向法和原型方法相结合的方法。具体步骤是先研制-个个 DSS的技术部件(应用原型法)，然后按照-般系统的结构和系统生成方法组合成 DSS的开发工具和开发环境(应用 目标导向法)。

从开发-个系统的角度来分析，DSS可以分成3个不同的技术层次：DSS工具，即DSS的基本技术部件；DSS的生成器，即组织 DSS的通用框架；专用的DSS，即针对具体决策问题由DSS生成器生成的实际应用系统。3个技术层次之间的关系如图3所示。

图3 技术层次关系IDSS框架下的方案设计和报价系统结构及功能如何，应在对 SE-GSHP IDSS需求详尽分析的基础上，按智能决策技术的理论进行设计，这方面的研究国内外尚未有任何进展。此外 DSS需要-种计算机语言，针对具体的决策问题，编制或者自动生成决策总控程序，将所需要的模型库、数据仓库、知识库进行集成，形成-个实际的 DSS。

目前还没有哪-种计算机语言能达到这个要求，如何实现集成语言的功能，需要针对 SE-GSHPIDSS的实际情况来加以研究。SE.GSHP IDSS研究的问题还应包括分布式技术、多媒体及可视化技术、机器学习、神经网络等新技术。

80 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.8，20133 SE.GSI-IP IDSS软件的构思 ， ，为了快速、准确地进行 SE-GSHP工程决策，在前述内容中对方案设计、设备选择和造价计算等方面作了详细的论述，这些工作的进行，如不借助目前的计算机技术，是难以实现的。鉴于我国的SE-GSHP空调工程建设刚处于起步阶段，在这类计算程序上目前还处于空白状态，我们在建设SE-GSHP空调工程示范的同时，还应充分重视这类软件的引进与开发建议国家与有力量的企业组织国内研究力量，增加资金投人，在消化国外软件同时，开发自己的软件。

3.1 SE-GSHP IDSS模型框架建立SE-GSHP工程设备产品预算报价：根据-张张图纸进行选择元件、零件、部件、配件产生-张张预算清单，清单自动进行计算，同时自动计算辅助材料费、制造费、包装费、运输费、税金、管理费、最后产生出厂价等，全部清单又自动统计，自动得到-个工程的总造价。

(1)领域背景国内外的-些太阳能或地源热泵制造公司、大学、研究单位已开发了多种专用软件，太阳能或地源热泵设备公司所开发的软件，-般侧重于太阳能或地源热泵设备的选择计算；大学、研究单位所开发的软件，-般侧重于太阳能热水系统或地源热泵空调系统的设计与分析，有的已实现了商品化。目前国内外开发的HVAC领域Es主要集中在能耗分析、故障诊断、运行管理、安装腔作势调试等方面，设计型 ES开发应用的实例很少，这与 HVAC设计任务 目标状态不明确且不唯-有关。作为 ES与 DSS的有 机结合，IDSS的在HVAC设计决策中的应用更晚。

(2)SE-GSHP IDSS总体结构与决策支持过程其决策支持过程为：进行人机对话，根据用户输入的设计条件和要求，求问题处理系统中选取相应的处理拈。在此拈调度下，结合对用户进行系统推理所需其它事实 的问询，进行知识库中规则的搜索与匹配，得到可行方案集，并将其暂存于临时数据文件内。系统按照拟订的方案评价指标要求有户输入各可行方案的原始数据，组成判断矩阵。从模型库中取出多目标决策模型进行定量计算，将计算结果排序，得出-个推荐的最佳方案输出给用户。

(3)SE-GSHP IDSS开发环境确定近年来 ES和IDSS设计 、实现中被普遍采用的 C语言正是具有这方面的优良特性，并已逐步替代 LISP、PROLOG等传统的Al语言。C语言有很强的字符处理能力，能实现很强的描述性过程，其数学函数库支持大量、高效的计算过程。它具遥完善、强大的集成开发环境，所开发的程序编译效率高，可移植性好，人机界面友好。

3.2 知识 处理- 个 SE-GSHP：[程项目虽然图纸很多，产生预算清单也很多，还有工程-些信息，还有-张报价单，但预算结果只产生-个库文件，使用发送的办法可发送到其它盘上或移动磁盘上去，这样便于携带或信息传递。压缩后可用电子邮件发到在外地出差投标的人，如投标的人有手提电脑解压后，可用这个系统中来打开观看、修改或打樱历史上的报价工程项目可随意打开来看或借用，可随意复制，复制后修改-下就产生-个新项目的报价。

(1)知识表达与知识库装载可行性方案选择规则性知识为主，因此 sE-GSHP IDSS主要采用知识工程中较成熟的产生式规则为基本表达方式的知识库系统，以正向推理和逆向推理相结合为基本求解策略，求解结点扩展采用深度优先”的原则。SE-GSHP IDSS知识库由规则库和事实库组成，实际操作中运用 C语言的符号处理技术，将规则和事实表达为表”的形式。-条规则可有多个前提和多个结论；-个事实变量 (VAR)有唯-确定的值(VALUE)。

且为了进行-些不确定性推理，在规则结论经和事实中引入可信度因子(CF)。

(2)推理及解释机制SE-GSHP IDSS推理机采用 C语言递归算法构造，并建立推理历史树，以便给解释机制提供信息来源。SE.GSHP IDSS解释器可帮助用户随时了解储存于知识库中的静态知识和系统的动态推理过程。对于用户输入的需解释内容，首先由命令解释器作为语法分析，根据分析结果启动相应的解释程序，给出解释结果。

4 SE.GSI-IP IDSS研究 ，2013年第 4l卷第 8期 流 体 机 械 8l由于 SE.GSHP工程的配套产品多为单件、小批量、大成套，所以SE-GSHP工程投标方案的设计任务相当繁重，因为不同的工程情况(如建筑类型、结构、地点、用途等具体条件)需要不同的具体方案。但是其中也有某些共同的规律值得遵循的，投标方案往往带有-定的近似性，这就决定了生产这类产品的企业或工程单位中标后可以对方案进行适当的修改。

为提高企业竞标能力，使其能快速、高质地提出技术投标方案，开发基于产品数据管理的 SE-GSHP工程系统智能综合 决策支持 系统 (sE-GSHP IDSS)，其原理框图如图4所示。该系统引入基于实例的推理技术，通过分析数据库 中历史设计实例与当前方案设计要求间的相似度，提取最相似实例，并采用基于知识的优化技术实现方案优化 ，使之适合当前设计要求。该系统集成企业多年积累的成功设计案例、设计经验和设计知识 ，提高了投标方案设计的智能性和实用性。

输入设计T程相关资空天建筑物的冷武负荷计算阳能I地源热泵型式选太阳能热水系统参数历史资料数据堡 叁 堡瓦输入建筑概况参数f建筑用途 、面积 、地区、地质勘测结果等)方案设计处理器差末端价格数据库 -J.1 f- IY sN0Nfl亟垒塑壑堡星面曩甄 丽 军水泵价格数据辅材价格数据利润税收数据图4 太阳能-地源热泵工程系统智能综合决策支持系统原理4.1 工程方案设计子系统SE-GSHP系统总体上包括太阳能集热、地源热泵、地下换热单元和室内空调末端等 4个子系统，其方案设计子系统如图5所示。

地 汁源计热算泵与系选统择的执 泵容地源热泵性能计算与结构优选型设N0循环泵选型室内空气分布系统选择太阳能与建筑- - 体化太阳能I地源执 泵其它相关问题膨胀罐或水箱问放气阀、自控等附件设计案确定系统可靠性及成本图5 太阳能-地源热泵工程方案设计子系统从图可见，各子系统又有相应的二级部套 套(件)库、地源热泵部套(件)库、地下换热单元(件)和三级部套(件)。SE.GSHP工程系统设计 部套(件)库和室内空调末端部套(件)库等数据包括选型设计和结构设计两个阶段。选型设计是 库，检索获取主要性能参数和结构控制参数。选根据招标书中给出的 SE.GSHP工程特征参数，利 型设计完成后，即进人各子系统的结构设计，包括用知识库，即太阳能集热部套(件)库、蓄能体部 太阳能集热部套(件)、蓄能体部套(件)、地源热太阳能与地源分配比地下换热单元的设计计算与选择82 FLUID MACHINERY泵部套(件)、地下换热单元部套(件)和室内空调末端部套(件)的设计和布置等工作。

面向实例的 SE-GSHP工程方案设计的关键是总结多年来被证明是合理的二级部套(件)和三级部套(件)的设计，确定历史部套(即实例)的属性和在工程数据库中的存储方式，以及如何根据新建筑的设计要求，检索历史上相似的设计部套(件)(即相似实例)。在投标设计阶段，SE-GSHP工程系统各子系统结构设计的任务是根据SE-GSHP工程设计的专业知识，修改检索到的相似部套(件)，以满足新设计的要求，确定各二级、三级部套的主要性能和结构参数等信息。

4.2 工程报价子 系统适用于建筑设计、施工单位或 SE.GSHP工程项 目业主进行技术、造价咨询及施工单位编制招标标底、投标报价，也可用于设计院编制 sE-GSHP工程项目投资估算和设计概算等。系统运行稳定，计算速度快，可维护性及可扩展性强，报表灵活，可利用该报价软件按各种编制办法快捷而准确地编制 SE-GSHP工程程招标标底和投标报价；同时未来发展目标是支持网络协同作业。

为了工程决策咨询报价，还需要确定各部套的近似重量和具体进出厂价格等参数。工程报价子系统应该分为：太阳能热水系统、地源热泵系统、地下换热单元等拈的报价总和。图 6为SE-GSHP工程报价子系统框图。

太 阳能-地 原热泵工程报价干系统 赶阳能 地源热 地下换 空调末热水系统 泵系统 热单元 端系统 、 r 太 水 温 管 模 地 水 温 管膨 埋 埋 管 打 风水 温 循 循阳 循 榨 道 块 源 循 控 道胀 管 管 道 孔 机循 l摔 环 环能 环 和 及 支 热 环 和 及水 材 施 及 埋 盘环 和 管 水集 泵 传 保 架 泵 泵 传 保箱 料 ：l二 保 管 道泵 传 道 泵执 及 感 温 及 主 及 感 温罐 费 费 温 及 及 感 及 及器 阀 器 附 机 阀 器 附 阀 器 保 附什 1 等 什 组 门 等 件 门 等 温 件图6 太阳能-地源热泵工程报价子系统框图5 结语本决策支持软件有机地融合了多项先进软件技术及理念，其中包括：数据仓库理论、多维数据库技术、数据结果多种展现技术等，是当前世界流行的企业数据信息处理技术，同时也是本套软件的核心技术理念。其关键技术在于把人工智能技术和传统的优化技术结合起来，互相补充，前者用于大方向决策，后者进行优化计算。用户只需会基本的鼠标及键盘操作便可轻松使用本系统。如果系统开发为无限网络版，多个人多台电脑可同时进行预算、复核、核对，使lT程报价快速准确。

SE-GSHP工程项 目总造价预算报价系统使用起来方便准确，报价时可从-个-个零件算起，全部 自动计算，是-个非常先进的预算报价系统，功能强大，可反复演算，可算出最高价、最低价、保本价，降价幅度，使您心中有数，保汪不做亏本生意。无论再复杂 、庞大的工程，只要使用这个系统可把工程理得清清楚楚，清单再多，查询、修改都相当方便，操作简单方便，对于不太会操作电脑的人员也能打开来浏览报价详细过程，对 -啊 设计人员和公司营销都是-个很好的帮手。