新时期下的机电工程

1、新时期的工程机电与结构工程工程机电论文题目：新时期的机电工程与结构工程 专业：土木工程 姓名：孔军营 学号1351024I新时期下的机电工程与结构工程 【摘要】 机电工程是一门综合性很高的学科。它从产生到现在发展经历了很长一段历史，从不完善到完善，从不成熟到成熟，涉及的领域不断全面，所用科技技术不断的提高，在未来根据人们新的需求会保持强大的生命力。新时期下，随着计算机技术的发展，工程机电向微型化，智能化，数字技术优化发展。机电工程的发展必然导致与之有密切联系的结构工程的相应的技术的改变。本文就新时期下机电工程发展的现状以及与结构工程之间的联系，说明机电工程技术对一个土木工程师综合素质的重要性。

2、【关键词】新时期；机电工程；结构工程。 目录（0） 引言.11 结构工程与机电工程的结合.11.1 建筑工程与机电工程的结合.11.2 结构体系概念设计.32新时期的机电工程及发展的方向 .3 2.1 机电工程的微型化.4 2.1.1 机电微型化的概念.4 2.1.2 微型机电的意义与结构工程.52.2 建筑机电的智能化.6 2.2.1 智能建筑的定义.7 2.2.2 智能建筑系统的组成.7 2.2.3 楼宇智能化.9 2.2.4楼宇智能化与结构工程以及建筑形式的发展联系.103 数字技术优化3.1 BIM的定义.113.2 BIM的应用.113.3 BIM的优势以及在未来发展的趋势.134新

3、时期下对土木工程与机电工程的思考总结.15IV新时期下的机电工程与结构工程 引言：机电工程在我国近几十年来发展迅速已经形成了一个十分完善而庞大的业系统了，由一开始的一无所知、不专业、不完整、技术不足等一些问题也逐渐得到了解决，机电工程原理也己经由最初的简单发展到现在的各种复杂而又不乱的系统化阶段。其中发展的原动力便是计算机应用信息，电子科技技术以及通信技术所带来的技术上的便利。而且近些年来，智能化，微型化和数字技术优化的机电工程模式在综合性的建筑中也得到了广泛的应用，其巨大的优势使得建筑工程与结构工程结合更加密切，得到了更广泛的认可使得建筑结构本身的设计理念进行一系列相应的转变，不仅实现了建筑

4、空间功能的完善性，更加使得建筑结构与功能之间的搭配更加完善。文章也将分析新时期下机电工程的各个发展方向的特点，并分析出每种特点下与结构工程相应的关系，并作出相应的评价。结构工程与机电工程一直有很高的关联性，比如机电工程的安装与土建工程施工的配合，在建筑结构设计的同时如何结合机电工程使得建筑发挥更大的效益。新时代下，作为土木工程师如何去掌握与之相关行业的发展方向，掌握相应的技术知识，并在往后的工作中加以应用，使得结构的知识与机电工程之间的关系融汇贯通，在保证结构功能的同时，使得机电在建筑中发挥最大的效益。正文：1.结构工程与机电工程的联系1. 1建筑工程与机电工程的结合 随着社会的发展，建筑工程

5、的发展也比较迅速，施工过程越发的比较复杂。因此，在施工过程中如何能够与给排水以及与机电设备安装很好的配合，对建筑过程中更好的完成具有很大的影响。 建筑工程是一项非常复杂的工程，它涉及建筑、结构、机电、管理等各个行业，其中机电又涵盖了给水排水、采暖通风、建筑电气等各个方面。在这些行业里面，结构工程和机电工程的联系尤为紧密。在建设项目设计阶段，机电专业设计人员应根据设备的安装特点对结构设计提出技术要求，如预留排水套管的穿墙孔，大型机电设备的吊装洞口等，同时机电专业人员也必须了解结构工程中内部梁板布置，以及它们之间的连接关系，以便根据结构的施工方法来调整机电安装方式。此外在设计阶段机电工程与结构工程

6、的配合还需要注意：（1）设计图纸要满足机电安装的需要，在图纸上标示出机电线管道、预留构件和孔洞的嵌入位置；（2）机电设计人员与结构设计人员要对施工图共同审核，以免发生碰撞问题，双方也需共同检查构件预埋点和线路管道在施工图纸上是否有所遗漏。还有在施工阶段机电工程与建筑工程的结合，包括：（1） 在建筑结构的模板搭设完成阶段 在放线完成阶段中需保证给排水管道预留的位置和尺寸以及根据防线尺寸进行空洞的预留，并且在完成照明盒与配电箱以及开关面板的防线，还要保留出空调的排水管放置尺寸。完成对电梯等大型机械设备的位置预留，以及尺寸的测量。（2） 在沉粱和底筋的铺设完成阶段建筑预留管道 在这一阶段中要完成主要

7、管道的铺设和预留设备额放置工作。如针对防线工作做好排水管道预留的铺设和对穿梁管道的预留工作，完成空调排水管额预埋工作，完成照明灯盒的预埋工作。完成照明灯盒及开关配电箱的线路预埋工作。完成防雷接地网的焊接工作。加固大型机械设备的预埋工作。建筑预留管道图纸（3）面筋的完成以及封膜阶段 主要是对前面两阶段工程施工质量进行严格的检查，对发现问题的施工必须进行严格修正做好配电线路的土建工程的交接工作，保证工作的顺利进行，确保浇捣混凝土工作的顺利进行。 然而，随着建筑结构形式的多样化，机电工程和结构工程的施工图纸越发复杂。而且由于图纸是二维平面的，图纸上的内容需要花费较长的时间来理解，且理解过程只能依赖于

8、设计人员的三维想象能力和工程实践经验，可视化程度很差，这难免会发生结构施工和机电安装有矛盾的地方，即碰撞问题。1.2.结构体系概念设计建筑结构是由若干受力组成的有机的空间体系。是建筑物的骨架部分和主体工程部分。建筑物的结构部分的受力使得结构空间得以支撑。以此来满足建筑空间内部不同生产生活环境的空间布局的要求。不过在很多情况下，建筑的设计方案并不能与结构方案相匹配，因此会产生一系列的问题。比如增加了投资，增加了施工的难度，使得建筑的实际功能和原来设计不相符合。因此，结构体系概念便顺势而生。在长期施工经验总结的基础上，对力学，结构，材料，建筑理论，机电设备安装知识的综合评估，增强建筑师与工程师之间

9、的联系，把建筑方案，结构方案与设备方案有机的结合起来，针对不同方案的对于分析，构想出功能匹配、美观、坚固、经济使用的设计方案。2.新时期的机电工程及发展的方向 建筑设备就是在建筑物内为满足用户的工作、学习和生活的需要而提供整套服务的各种设备和设施的总称，是多种工程技术门建筑设备就是在建筑物内为满足用户的工作、学习和生活的需要而提供整套服务的各种设备和设施的总称，是多种工程技术门类的组合。包括：包括建筑给水排水、供暖、通风、空调、燃气、消防、电梯、电力、照明、通信信息、安全防范和建筑智能化等设备系统。然而传统的技术只是局限于单一的电子机械的模式，机电工程的各个部分没有相互协调联系的功能，使得建筑

10、结构物的功能不能满足人们多方面的需求。而且随着节能环保理念的盛行，对于机电设备本身的体积与耗能又提出了更的要求。同时网络技术与智能科技的发展使得研究人员更倾向与将未来高新科技的发展方与机电工程进行结合，使得机电工程本身更好的服务于建筑功能需求。概括来：新时期机电工程的发展方向主要有：微型化，智能化，数字技术。2.1机电工程的微型化发展 在机电工程的应用技术中，微型化技术是今后发展的主要趋势。伴随国内节能减排思想的广泛普及。同样随着国内各项科学领域的发展，各个行业的分工细化，也由于企业需要合理应用空间资源，同时也是因为旧的机电工程系统体积大占用面积大等一系列不利因素就使得机电工程技术必须要向微型

11、化发展下去才能满足当代社会发展的需要。科学利用有限空间及资源成为未来的一个主要趋势，而机电工程机制在应用环节也会面临着缩小自身，进而扩大空间的问题。机电微型化的概念也随着科学的发展越来越清晰。2.1.1机电微型化的概念 微型机电系统(M icroelectronicM achine System,MEMS),简称为“微机械”。它是采用半导体加工技术和机械加工技术制造的,由微型传感器、微型执行元件、微小机械组成的装置尺度在100mm以下,大多在10mm以下,乃至纳米范围的机电一体化系统。按结构尺寸大小,一般可将MEMS分为微小型机械结构尺寸在1100mm之间)、微型机械，结构尺寸在10m1mm之

12、间)和纳米机械结构尺寸在10nm10m之间)。这种分类实际上反映了在MEMS的研究过程,是在不断地由毫米级向微米级和纳米级过渡。 MEMS的概念是从微型机器人的构思中萌生的。研制微型机器人的初衷是为了降低机器人的制造成本,其目的是使还未实用化的机器人走出实验室。80年代,随着微电子技术的迅速发展,这种构想逐渐发展到更吸引人的方面-微型机电系统。1987年, IEEE举办一次名为M icro Robots and Teleoperators的国际研讨会,MEMS的概念被正式提出,使该会成为MEMS的创始性学术会议。1988年,美国的Lober和Howe以微型电机为研讨对象,以静电为微电机的换能形

13、式,制作出世界上首台静电电机的原始结构。同年,美国加州大学的华裔学者冯龙生等人制作出首台可动的转子直径为0. 08mm的微型静电电机1, 2,引起学术界的普遍重视。1989年起, IEEE每年举行一次MEMS的国际学术会议。国际上还有其它一些组织和机构召开了类似的学术会议和产品设备展示会。应该说,MEMS不仅在尺度上是一次革命,使人类在机械学领域改造自然的活动拓展到微观世界,更重要的是制造技术的革命,其加工装置的定位精度和测量精度要达到纳米量级或亚纳米量级。它的发展使纳米技术(Nanotechnology)形成了一个新的分支-纳米机械学。从总体上看,MEMS的特点可以描述为“微型化”(M in

14、iaturization)、“多重集成”(Mul-tiplicity)、微电子学(M icroeletronics)。微型化是MEMS最重要的特征,小而轻的结构更为坚固,谐振频率更高。高谐振频率意味着更快的宽频带工作。例如,当以电压激励微小质量的梁时,它将比那些更重的设备振动得更快,因而利用它可以制成更灵敏的传感器和检测仪器。所谓多重集成的意思是指可以利用大规模集成电路的设计和制造工艺。不仅把机械部分象电子电路一样集成起来,而且把传感器、执行器、微处理器以及其它电学和光学系统都集成于一个极小的几何空间内,形成具有特定功能的MEMS;部件组合的多样性和复杂程度导致了MEMS系统性能的不同。这种由

15、分散趋近集成的设计方法,可以利用同一工艺制作成千上万个装置,从而明显降低MEMS部件的造价,产生较大的经济效益。微电子化指明了MEMS的另一明显特征,即MEMS是机电一体化的微型装置,微电子赋予MEMS以智能,各种传感器、执行元件以及逻辑电路集成在一起,形成了闭环反馈控制器件和系统,工作更为可靠,使用更为方便。通过微电子化,MEMS可以感受并控制电子、机械运动、光、声、热及其它物质力量。2.1.2微型机电的意义与结构工程 微型机电的产生与发展，将大大的减少传统机电体积大，重量大，所占空间大的问题，在建筑设计过程中，设计师可以规划出更多的可利用的空间，使得建筑物本身的综合使用率提高。微型机电的体

16、积小，一方面意味着用电量将会大幅度降低，在节约资源的同时还意味着在线路的布置方面会更加简单化，这样在建筑设计和施工过程中使得相应的线路设计过程以及线路孔道的施工过程更加的方便，节约了成本。另一方面，机电微型化也将使得机电本身的重量减轻。在传统的机电设备中，由于特殊的需要某些机电比较大，重量比较重，在建筑物的空间里属于永久型的荷载，在结构设计施工的过程中，为了使得局部机电设备部分的结构的稳定性，会考虑对局部的结构进行加强处理。如在大型机电设备下会增加梁柱进行相应的承重。 而且对于索膜结构的建筑形式，微型机电的应用会更加广泛，因为索膜形式的结构与其他相应的结构形式相比，承重的能力更差，在进行排线与

17、管道的布置时更要求简单化的进行。而微型机电的特点将会满足这一建筑形式的需求。 总而言之，机电的微型化的发展是社会发展趋势下满足人们对环境，能源空间需求。对结构工程的发展也将会有很大的相得映彰的作用。虽然现在用的不太广泛，不过未来的情形下，将随着科技和结构相关学术的发展迎来更大的应用。2.2建筑机电的智能化机电的智能化发展一方面是说机电本身的智能化的发展，在另一个方面，是机电工程作为一个整体的系统，相互之间的配合使得建筑物本身拥有“智能化”，使得建筑整体相互之间的联系大为加强。建筑机电的智能化的意义，使得建筑在管理和功能的运行是上更加方便快捷，符合时代科技发展的主流，以及人的需求。当然结构有了相

18、应的要求，以符合智能化下对结构和空间的需求。2.2.1智能建筑的定义 建筑智能化的定义有很多，在中国国家标准GBT50314-2006智能建筑设计标准 中对智能建筑的定义如下：“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。”因此可以了解到建筑智能化的目的，就是为了实现建筑物的安全、高效、便捷、节能、环保、健康等属性。而美国研究所定义的是：智能化建筑通过对建筑的四个基本要素，即结构，系统，服务，管理以及她们之间内在的关联的最优化考虑，来提供一个投资合理的但又

19、拥有高效率的舒适、温馨、便利的环境，并帮助建筑物业主、物业管理人员和租用人实现在费用、舒适、便利和安全等方面的目标，当然还要考虑长远的系统灵活性及市场能力。 智能建筑是建筑发展的高级阶段。所谓智能建筑是在传统建筑的构架上，依靠楼宇智能化技术，给建筑加上一个“聪明”的大脑和“灵敏”的神经网络系统，从而可以迅速、经济、高效地实现业主或用户对建筑的使用要求，为用户提供方便和舒适的使用环境。智能建筑的功能的意义：办公自动化，通信自动化，楼宇自动化。智能建筑的特点：1.采用高新技术，增加工程总投资。2.具有重要性质和特殊地位3.应用系统配套齐全，服务功能4.需要高素质管理人才及完善的智能化管理制度。建设

20、智能建筑的目标：1.提供安全、舒适、快捷的优质服务。2.建立先进的科学的综合管理机制。3.节省能耗、环保健康与降低人工成本。2.2.2建筑智能化系统的组成建筑智能化包括了：火灾自动报警系统、有线电视系统、电话通信系统、综合安防系统、公共广播系统、综合布线系统、还有楼宇自动化系统。火灾自动报警系统包括了区域报警系统，集中报警系统以及控制中心报警系统。火灾自动报警系统所用的装置有火灭探测器和火灾报警控制器，所利用的技术就是传感器的技术，主要有：感烟式、感温式、感光式、可燃气体探测器。有线电视系统为三部分组成有：前端设备，信号传输分配系统，用户终端。而电话通信系统也分为若干部分，下图为室内电话连接图

21、：综合安防系统包括：闭路监控系统闭路监视系统、门禁系统、防盗报警系统、巡更系统、内部对讲系统和停车场管理系统组成。公共广播系统组成公共广播系统基本可分四个部分：节目设备、信号的放大和处理设备、传输线路、扬声器。综合布线是一个模块化、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道，是智能建筑的“信息高速公路”。它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其他信息管理系统彼此相连，也能使这些设备与外部通信网相连接。楼宇自动化系统(BAS) 是将建筑物( 或建筑群) 内的电力、照明、空调、运输、防灾、保安、广播等设备以集中监视、控制和管理为目的而构成的一个综合系统。它使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的

22、生活环境和高效的工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。2.2.3楼宇智能化 在建筑智能化之中，其中最让研究者心动的便是对楼宇智能化的研究，在研究的过程中使得楼宇智能化的概念不断的强化，并且提出了相关的楼宇智能化的解决方案。楼宇智能化，是信息化的重要组成部分，在现代的西方发达国家，楼宇智能化早已兴起，但在我国，楼宇智能化还是近年才出现的新鲜事物，我们根据形势的发展需要，及时组织科研力量，根据目前的实际国情，研究楼宇智能化这一新课题，并承担了多项大型建筑的智能化系统的设计和实施任务，深受用户好评。 楼宇智能控制系统针对楼宇内各种机电设备进行集中管理和监控。这其中主要包括空调新风机组、送

23、排风机、变配电、照明等，在整个楼宇范围内，通过整套楼宇智能控制系统及其内置最优化控制程序和预设时间程序，对所有机电设备进行集中管理和监控。在满足控制要求的前提下，实现全面节能，用控制器的控制功能代替日常运行维护的工作，大大减少日常的工作量，减少由于维护人员的工作失误而造成的设备失控或设备损坏。选用一套先进的楼宇智能控制系统，并通过优化软件进行控制，业主可以得到：1) 由现场控制器全面自动控制所有机电设备，达到一些无法由于手动实现的控制功能；2) 在中央控制电脑上，可以直接监视所有的机电设备，通过监视报警状态了解所有的机电设备是否正常运行，并可以实现记录、打印报表等管理功能；3) 减少日常运行维

24、护的工作量，进而减少日常运行维护人员；4) 通过最优化控制程序和预设时间程序控制对所有机电设备，尽可能减少相关的管理人员和最大限度地节约能耗，实现全面最化的节能效果，降低企业的管理和营运费用。在实际的应用案例当中，华南理工大学开发了一种叫做：B+300的系列楼宇控制系统，与计算机网络（TCP/IP 以太网）和智能企业管理中心系统三部分组成新的楼宇的控制系统。如图所示：其功能也有很多包括：四路控制电器输出（继电器控制方式）；可连接专用红外遥控、灯光调节控制、电动窗帘控制等模块，实现对空调、电视、灯光、电动窗帘等家庭电器设备的控制；可根据天气能见度自动调节室外路灯和室内照明（如办公室、宿舍等日光灯

25、）的开、关；可通过网络、电话、手机短信三种途径实现对电器设备进行远程操控；洗手间等处安装红外自动感应水龙头；配备射频遥控器等。智能化楼宇的优越性：和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面：具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。具有良好的节能效果。对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达1520%）。节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。2.2.4楼宇智能化与结构工

26、程以及建筑形式的发展联系智能楼宇建筑的发展趋势：1，向规模化发展。在设计、施工中，大多为专业人员安国家规定和规范进行，政府高度重视，并提供了各方面的支持，促进智能建筑向规模化方向发展。2，智能建筑草料与智能建筑结构的发展。当前智能建筑的“智能”是通过建筑设备的智能化系统来实现的。其实在未来应该还体现在其它三个方面；a，自修复混凝土b，光钎混凝土c，智能化平衡结构。3，智能化建筑向多元素发展。由于用户对智能建筑功能要求有很大差别，智能建筑正朝多元化方向发展。例如，智能建筑的种类已逐步增加，从办公写字楼向公共场馆、医院、厂房、宾馆、住宅等领域扩展；随着智能建设范围的扩大和数量的增加，智能建筑也正向

27、智能化小区、智能化城市发展，在未来必将与数字化国家数字化地球接轨。4，建筑智能化技术与绿色生态建筑的结合。绿色建筑是综合运用当代建筑学、生态学及其它技术科学的成果。绿色生态建筑在不损坏生态环境的前提下，提高人们生活质量及当代与后代的环境质量，其“绿色”的本质是物质系统的首尾相接，无废无污，高效和谐，开放式闭合性良好性循环。3.数字技术优化 机电工程数字技术的优化是基于BIM理论而产生一种数字分析优化的方式，通过BIM技术，按照各标准管路的性质进行建模，并确定相关的链接方式及布局格式，再按照施工现场实际情况选用，可大大提高施工效率，大幅减少人力、物力、财力并缩短工程工期。3.1 BIM的定义BI

28、M(Building Information Modeling)是以各项工程项目的相关信息数据作为模型的基础，进行模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点。他以CAD为主的传统设计平台为了表达需要不得不将项目拆分开来。而BIM设计平台贯穿于各个环节。3.2 BIM的应用采用BIM技术对施工过程中各种管线进行碰撞检测机电工程施工中，水、暖、电、智能化和通信等各种管线错综复杂，如在施工中发现各专业管路发生碰撞，将给各专业的现场施工带来极大的困难。因此，在施工前采用BIM技术建模，模拟各种施工条件下的管线布设，可提前发现施工现场存在

29、的碰撞和冲突，而尽早预知施工过程中可能存在的碰撞和冲突有利于减少设计变更，从而大大提高施工现场的生产效率。BIM技术经过项日各方的建筑模型整合后，可以实现整个项日的三维可视化。在机电安装工程施工之前，可以通过BIM技术，提供图纸盲点或较为复杂的位置三维视图交底，甚至可以提供更加直观地视频交底，便于指导现场机电安装工程施工。其卞要优势如下:三维可视化技术交底可直观地与实际工程进行比对，及时发现不合理的位置。能够帮助业主加深对设计与实际建设质量之间的对比，能够更精确地评估机电安装工程进度以及质量，便于业卞提出整改意见，及时进行整改。向现场施工人员进行三维技术交底，可以帮助施工人员快速理解设计意图以

30、及施工要点，对于机电安装来说，可以使施工人员快速学习管线布置以及设备安装，并通过不同角度进行观察，以期对整个安装工程有明确的了解，尽可能降低施工过程中的误差。3.3 BIM的优势以及在未来发展的趋势 BIM数字化技术的应用在机电工程领域具有很多的优势。比如包含全建筑信息，所谓全建筑信息，是指该建筑的设计信息、生产信息等，包括了该建筑的业卞、设计、施工、运营等多个方而的各类信息，信息量较人，涉及到的物料种类多样，管理难度较人。应用BIM技术可以建立统一的建筑信息模型，对于机电安装工程而言，包括综合管网、产品型号、费用、生产厂家等，可以进行统一管理，提供一个全建筑信息模型，便于管理和查询，降低工程

31、管理过程中出现纸漏的概率。还有就是全生命周期覆盖。机电安装工程的全周期始于方案规划，经建筑设计、施工组织以及后期运维以及最终的破拆动迁等，组成了整个建筑的全生命周期，时间跨度民，涉及到的相关单位多。BIM技术应用于机电系统的全生命周期管理，可以方便地对系统内数据进行更改和查询，可应用于建筑的每个周期。此外，BIM技术是一种可后续拓展技术，能够为建筑其他相关行业提供统一平台进行后续整改，尤其是当出现新的机电技术以及机电产品时，可实现快速的功能增加，提高工程改造效率。最后就是全过程协同管理。在机电工程的全生命周期中，设计单位关注重点在于整个机电工程设计的全周期费用，包括民期运营的便利以及成本的N约

32、，而并非简单的y省初次投入;而物料供应商则需考虑整个工程过程中产品型号的匹配;而机电安装施工单位则卞要应用BIM技术对整个安装工程进行全而掌握，以便高效高质量完成安装工作;对运营单位来说，则卞要通过BIM技术提供的信息进行机电产品的维护，技术更新，从而为新项日的建设提供指导。各单位在BIM技术指导下，协同合作，共同管理，能够人人提高机电安装工程的施工进度和施工质量。BIM技术是机电安装行业获得新生的必经之路，已成为机电施工企业的核心竞争力之一。利用BIM技术不断实现施工企业各专业的协同工作，可有效地降低施工成本、提高施工效率、明显提高施工精确度，为施工企业节约成本、提高质量、节省工期，不断增强机电施工企业在建筑市场的竞争力。未来几年我