CN110083586A - 一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统及其构建方法，本发明通过建立包括综合数据库和知识库管理系统的能量桩知识库系统，将能量桩系统的基础数据、标准规范和推理规则通过本体模型的方式加以统一，在使用时，可通过实例结构的方式，选择合适的本体模型和数据，生成新的事实的推理数据，并通过输入部件和查询部件查询相关结果，最后根据设计需要加以选择。本发明可从宏观角度来衡量能量桩的性能，量化能量桩系统的性能指标，从备选方案中选择最优方案，提高了工作效率。

Description

一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及土木工程管理领域，更具体地，涉及一种辅助能量桩系统设计的能量桩知识库系统及其构建方法。

背景技术

中国目前的能源结构以煤炭为主，发展节能减排的新能源技术是我国及世界各国追求的重要发展方向。

随着人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和空调系统已成为普遍的需求，而该部分能耗可占到社会总能耗的25％～50％，是CO₂排放的最大贡献者。能量桩系统作为一种新兴的建筑能源节能技术，受到社会的认可，被广泛采用。

参见图1，能量桩直接将地源热泵系统的地埋管换热器埋设在建筑物的混凝土桩基中，使其与建筑物相结合，成为一种新型的地埋管换热器，也称为桩基埋管地热换热器。能量桩技术将桩基和地源热泵技术结合在一起，克服了地源热泵需求空间大、建筑成本较高的缺陷，因此，在现代建筑中被逐渐应用。

由于在桩基内部预埋地热换热器，那么地热换热器占比体积大小必然会影响桩基的承载力，占比体积小，会降低地热换热器的制冷/致热效率，反之，则会降低桩基的承载力。地热换热器的制冷/致热效率不足，则无法满足建筑物对制冷/致热的需求，导致建筑物空调成本增加，反之，降低空调成本，但是需要增大桩基的成本，对企业而言，成本考量也是重要因素，因此，能量桩的设计需要综合考虑安全、节能、成本等各种因素。

但是，目前能量桩的设计通常在地面建筑物设计完成后才进行，能量桩的设计无法和建筑设计相融合，导致安全、节能、成本无法得到最优匹配，当上述因素更复杂时，个人设计已无法准确考虑更多因素，对于AI技术迅速发展的时代，有必要发展一个辅助建筑设计师进行能量桩设计的智能系统，提高工作人员的工作效率，以及提高能量桩各参数计算的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助能量桩系统设计的能量桩知识库系统及其构建方法，通过建立包括综合数据库和知识库管理系统的能量桩知识库系统，将能量桩系统的基础数据、标准规范和推理规则通过本体模型的方式加以统一，在使用时，可通过实例结构的方式，选择合适的本体模型和数据，生成新的事实的推理数据，并通过查询部件查询相关结果，最后根据设计需要加以选择。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，包括综合数据库、知识库管理系统，其中，

综合数据库用于存储基础数据、规则库和本体模型；

知识库管理系统包括本体模型编辑器、规则编辑器、推理机、输入部件、查询部件和实例结构；

知识库管理系统的本体模型编辑器用于编辑本体模型并存储在综合数据库中；

本体模型包括类、对象、数据；

类包括建筑物供热与制冷系统类和能量桩系统类，能量桩系统类包括地源热泵类、桩基类、桩基内换热管类、桩基以及换热管的材料类；建筑物供热与制冷系统类包括建筑物供热与制冷系统类型子类；地源热泵类包括地源热泵类型子类，桩基类包括桩基类型子类，桩基内换热管类包括换热管类型子类，桩基以及换热管的材料类包括材料类型子类；

各类和子类包括对应的对象属性和各对象属性对应的数据属性；数据属性可以为数值也可以为计算公式；能量桩系统类的对象属性至少包括成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力；建筑物供热与制冷系统类的对象属性至少包括成本、换热效率、使用寿命；地源热泵类的对象属性至少包括热泵成本、热泵数量、热泵功率；桩基类的对象属性至少包括桩基长度、桩基数量、桩基与土壤的换热效率、单桩基竖向承载力、桩基直径；桩基内换热管类的对象属性至少包括换热管长度、单位长度换热管成本、换热管换热效率；桩基以及换热管的材料类的对象属性至少包括材料成本的对象；

规则编辑器用于编辑规范标准和能量桩知识库系统自定义的推理规则，生成自建规则库；自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库，并存储于综合数据库中；

本体模型、基础数据以及规则库在推理机作用下构建实例结构，实例结构可通过输入部件、查询部件与设计人员完成交互操作；

输入部件用于输入待查询的能量桩系统方案以及为能量桩系统方案添加对象的数据属性；

查询部件用于根据设计重点对备选的能量桩系统方案进行查询，以得到最优的能量桩系统方案。

运行能量桩知识库系统，由推理机基于本体模型、基础数据以及规则库生成实例结构；通过输入部件输入待查询的能量桩系统方案，通过查询部件得到当前方案的能量桩系统的数据结果；比较各不同能量桩系统方案可得到适合建筑物的最优的能量桩设计方案。

优选地，所述建筑物供热与制冷系统类型子类至少包括空气源热泵系统子类、水冷中央空调系统子类、水暖系统子类。

优选地，所述地源热泵类型子类至少包括热泵和冷泵。

优选地，所述桩基类型子类至少包括灌注桩子类、PCC桩子类、预制桩子类。

优选地，所述换热管类型子类至少包括单U型子类、单螺旋型子类、W型子类、并联双U子类、串联双U子类。

优选地，所述材料类型子类至少包括水泥子类、PE子类、钢筋子类。

优选地，所述能量桩系统的成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力的推理规则，分别为：

成本的推理规则为：

C^E＝C^T+C^P

其中C^E代表总的设备成本(RMB)，C^T则代表总的换热管成本(RMB)，C^P代表总的热泵成本；i代表不同类型的桩基，共有n种类型的桩基，代表第i种类型的桩基的桩内单位长换热管价格(RMB/m)，代表第i种类型的桩基的桩内换热管长度(m)，N_i表示第i种类型的桩基数量(根)，j代表不同类型的热泵机组，共有m种类型的热泵机组，表示第j种热泵类型的单价(RMB)，代表第i种热泵类型的数量(个)；

成本回收时间的推理规则为

其中T^C则代表成本回收时间(hour)，C^E代表总的设备成本(RMB)，H^T代表能量桩系统所提取地热的功(kW·h)，P则代表每度电的价格(RMB/kW·h)；i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，H_i表示第i种类型桩每延米每小时所交换的热量(W/m)，则代表第i种类型桩的桩长(m)，N_i代表第i种类型桩的数量(根)，H^T代表能量桩系统每小时提取热量的功(kW·h)；

节省CO₂排放的推理规则为

CO₂＝H^T×T^C×0.997

式中H^T表示能量桩系统所提取热量的功(kW·h)，T^C则代表成本回收时间(hour)，由S42中计算得到，0.997(kg/(kW·h))则是每消耗1kW·h电能所排放的CO₂，CO₂则代表成本回收时间内减少排放的CO₂质量(kg)；

竖向承载力的推理规则为

式中i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，Q_i ^uk代表第i种类型桩的单桩竖向极限承载力标准值(kN)，K为安全系数，N_i代表第i种类型桩的数量，Q则是能量桩系统的竖向承载力(kN)。

一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集基础数据并储存在综合数据库中；

S2：收集标准规范和能量桩知识库系统自定义的推理规则，使用规则编辑器生成自建规则库，自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库；

S3：使用本体模型编辑器建立本体模型，包括以下步骤：

S31：定义各类和子类，构建各类和子类的层次结构；

S32：定义类和子类的对象属性和各对象对应的数据属性；

S4：使用推理机将规则库和基础数据与本体模型进行关联并运行，完成能量桩知识库系统构建。

从上述技术方案可以看出，本发明通过实例结构的方式，选择合适的本体模型和数据，生成新的事实的推理数据，并通过查询部件查询相关结果可从宏观角度来衡量能量桩的性能，量化能量桩系统的性能指标，从备选方案中选择最优方案。因此，本发明具有提高工作效率、量化标准明确的显著特点。

附图说明

图1是本发明的能量桩知识库系统的结构示意图；

图2是本发明的能量桩知识库系统的建立流程图；

图3是本发明的本体模型中类、子类及其对象的构成关系图；

图4是本发明具体实施例中设计案例中能量桩知识库系统的推测界面；

图5是本发明具体实施例中设计案例中查询所有信息反馈的界面；

图6是本发明具体实施例中设计案例中不同换热管类型对能量桩系统设备成本的影响；

图7是本发明具体实施例中10种设计案例中不同备选方案的性能数据；

图8是本发明具体实施例中设计案例中设备成本在250万元以下的设计方案选择结果；

图9是本发明具体实施例中设计案例中承载力要大于7×10⁶kN的设计方案选择结果；

图10是本发明具体实施例中设计案例中动态负载应大于200kW且承载力要大于7×10⁶kN的设计方案选择结果；

图11是本发明具体实施例中设计案例中动态负载应大于200kW且设备成本在250万元以下的设计方案选择结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

本发明公开了一种基于Ontology方法对能量桩系统进行一体化设计的方法，它通过向设计人员提供能量桩系统的经济性、安全性和对环境的影响等相关信息，以促进早期设计阶段对能量桩系统的智能决策过程。该方法通过推理计算不同配置的能量桩系统的成本投资、成本回收时间、竖向承载力和节省排放的CO₂等指标，为设计人员提供不同的指标以辅助最优设计。

一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，包括综合数据库、知识库管理系统，其中，

综合数据库用于存储基础数据、规则库和本体模型。综合数据库是组成能量桩知识库系统的重要组成部分，是整个系统的数据基础，综合数据库中的基础数据和本体模型均可存成OWL文件的形式。

基础数据是指将关于能量桩系统设计的几大领域的基础数据，本发明通过建构平台(protégé软件)将这些基础数据转化为OWL文件形式的基础数据库，并储存在综合数据库中，为建立的综合知识库做数据基础。

规则库包括自建规则库与平台自有规则库，其中平台自有规则库是建构平台(protégé软件)中自带的规则库，存在一定局限性，数学计算能力有限，且有些规则并不适用于能量桩系统领域，因此还需建立自建规则库。

自建规则库又包括两部分来源，第一部分是能量桩系统设计以及建筑和其它领域的设计规范，是国家或行业强制性要求的体现，本发明将相关标准规范(2005G B.地源热泵系统工程技术规范[S][D].,2009.；2008J G J.建筑桩基技术规范[S][D].,2008.)通过架构平台转化为推理规则。

第二部分是能量桩知识库系统自定义的推理规则，能量桩系统一体化设计主要涉及能量桩系统的经济性、成本回收时间、可持续性和安全性。因此其自定义的推理规则包括能量桩系统的成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力的推理规则。分别按如下的思路和共识进行计算。

在成本计算中，主要涉及设备成本与人工成本计算，设备成本主要包括换热管成本与热泵机组成本，建筑内部的暖气片和风盘不算能量桩系统的额外投资，本研究不予计算，因此成本的推理规则为：

C^E＝C^T+C^P

其中C^E代表总的设备成本(RMB)，C^T则代表总的换热管成本(RMB)，C^P代表总的热泵成本；i代表不同类型的桩基，共有n种类型的桩基，代表第i种类型的桩基的桩内单位长换热管价格(RMB/m)，代表第i种类型的桩基的桩内换热管长度(m)，N_i表示第i种类型的桩基数量(根)，j代表不同类型的热泵机组，共有m种类型的热泵机组，表示第j种热泵类型的单价(RMB)，代表第i种热泵类型的数量(个)。

成本回收时间主要涉及整个能量桩系统可节省的热量成本与设备投资之间的计算，由此可得到成本回收时间。因此成本回收时间的推理规则为

其中T^C则代表成本回收时间(hour)，C^E代表总的设备成本(RMB)，H^T代表能量桩系统所提取地热的功(kW·h)，P则代表每度电的价格(RMB/kW·h)；i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，H_i表示第i种类型桩每延米每小时所交换的热量(W/m)，L_i ^S则代表第i种类型桩的桩长(m)，N_i代表第i种类型桩的数量(根)，H^T代表能量桩系统每小时提取热量的功(kW·h)。

节省排放的CO₂则是指在成本回收时间内所节省排放的CO₂，根据相关测试，每消耗1(kW·h)电能要排放0.997kg的CO₂。因此节省CO₂排放的推理规则为

CO₂＝H^T×T^C×0.997

式中H^T表示能量桩系统所提取热量的功(kW·h)，T^C则代表成本回收时间(hour)，由S42中计算得到，0.997(kg/(kW·h))则是每消耗1kW·h电能所排放的CO₂，CO₂则代表成本回收时间内减少排放的CO₂质量(kg)。

能量桩系统的安全性主要涉及竖直承载力计算。因此竖向承载力的推理规则为

式中i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，Q_i ^uk代表第i种类型桩的单桩竖向极限承载力标准值(kN)，K为安全系数，N_i代表第i种类型桩的数量，Q则是能量桩系统的竖向承载力(kN)。

本体模型包括类、对象、数据。本体模型的类和对象关系，参见图3。

类包括建筑物供热与制冷系统类和能量桩系统类，能量桩系统类包括地源热泵类、桩基类、桩基内换热管类、桩基以及换热管的材料类。

建筑物供热与制冷系统类包括建筑物供热与制冷系统类型子类。建筑物供热与制冷系统类型子类至少包括空气源热泵系统子类、水冷中央空调系统子类、水暖系统子类。

地源热泵类包括地源热泵类型子类。地源热泵类型子类至少包括热泵和冷泵。

桩基类包括桩基类型子类。桩基类型子类至少包括灌注桩子类、PCC桩子类、预制桩子类。

桩基内换热管类包括换热管类型子类。换热管类型子类至少包括单U型子类、单螺旋型子类、W型子类、并联双U子类、串联双U子类。

桩基以及换热管的材料类包括材料类型子类。材料类型子类至少包括水泥子类、PE子类、钢筋子类。

各类和子类包括对应的对象属性和各对象属性对应的数据属性；数据属性可以为数值也可以为计算公式；能量桩系统类的对象属性至少包括成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力；建筑物供热与制冷系统类的对象属性至少包括成本、换热效率、使用寿命；地源热泵类的对象属性至少包括热泵成本、热泵数量、热泵功率；桩基类的对象属性至少包括桩基长度、桩基数量、桩基与土壤的换热效率、单桩基竖向承载力、桩基直径；桩基内换热管类的对象属性至少包括换热管长度、单位长度换热管成本、换热管换热效率；桩基以及换热管的材料类的对象属性至少包括材料成本的对象。

知识库管理系统包括本体模型编辑器、规则编辑器、推理机、输入部件、查询部件和实例结构。知识库管理系统是用于建立综合数据库和使用能量桩知识库系统的组成部分。

其中，知识库管理系统的本体模型编辑器用于编辑本体模型并存储在综合数据库中。

规则编辑器用于编辑规范标准和能量桩知识库系统自定义的推理规则，生成自建规则库；自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库，并存储于综合数据库中。本发明中，基于SWRL规则语言建立能量桩知识库系统自定义的推理规则。本推理规则采用语义网语言，通常，在SWRL规则中有四种原子，分别为：Class atoms；Individual Propertyatoms；Data Valued Property atoms；Built-in atoms，原子之间用“^”相连接，推理与结果用“->”相连接，“？”用来代表变量。与上文所述的能量桩系统的成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力的推理规则对应的语句参见表1～4所示。

表1能量桩系统的成本

表2成本回收时间

表3节省CO2排放

表4竖向承载力的推理规则

本体模型、基础数据以及规则库在推理机作用下构建实例结构。设计人员可根据建筑特点和能量桩系统设计要求建立相应的实例结构，实例结构中构建的实例是类的具体例子，不是抽象的概念，它同类一样与着自己的位置和层次结构。建立实例时可依照如下步骤：(1)选择需要建立实例的类；(2)在选择的类中创造实例；(3)为实例添加属性。本体中关于数据类型主要有五种数据类型：string，number，boolean，enumeration和instance-type。由于设计案例中将要涉及大量运算和多种数据类型，用户可以根据自己的需求选择数据类型。

在建立实例结构后，推理机将会推理能量桩系统的隐含关系和数据关联，产生新的事实和评价数据。实例结构所对应的事实和评价数据可通过查询部件与设计人员完成交互操作。输入部件用于输入待查询的能量桩系统方案以及为能量桩系统方案添加对象的数据属性。查询部件用于根据设计重点对备选的能量桩系统方案进行查询，并得到最优的能量桩系统方案。设计人员可根据不同的设计侧重点选择查询语句，输入查询条件筛选符合设计要求的方案。下面给出常用的几类查询语句，参见表5～8。设计人员也可根据具体情况自我设定查询条件。

表5查询相关数据的SQWRL语句

表6查询设备成本的SQWRL语句

注：*＊*表示成本控制金额，用户可根据具体设计要求进行设定

表7查询换热量的SQWRL语句

注：*＊*表示供暖和制冷要求的下限，设计人员可根据具体要求进行设定

表8查询承载力的SQWRL语句

注：*＊*表示建筑桩基承载力下限，设计人员可根据具体工程自行设定

在得到符合设计要求的备选方案后，设计人员可选择最优方案，也可根据查询到的数据对备选方案进行微调，以达到优化设计方案的目的。

运行能量桩知识库系统，由推理机基于本体模型、基础数据以及规则库生成实例结构；通过查询部件输入待查询的能量桩系统方案，得到当前方案的能量桩系统的数据结果；比较各不同能量桩系统方案可得到适合建筑物的最优的能量桩设计方案。

一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集基础数据并储存在综合数据库中。

S2：收集标准规范和能量桩知识库系统自定义的推理规则，使用规则编辑器生成自建规则库，自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库。

S3：使用本体模型编辑器建立本体模型，包括以下步骤：

S31：定义各类和子类，构建各类和子类的层次结构；

S32：定义类和子类的对象属性和各对象对应的数据属性；

S4：使用推理机将规则库和基础数据与本体模型进行关联并运行，完成能量桩知识库系统构建。

当使用时，可按照以下步骤进行

1设计人员可根据建筑特点和能量桩系统设计要求建立相应的实例结构。运行建立的能量桩综合本体模型，得到其隐含关系和新的事实。

2在输入部件中输入SQWRL查询语句，根据不同的设计侧重点选择查询语句，输入查询条件筛选符合设计要求的方案，并在查询部件中得到结果。

3比较各不同能量桩系统方案可得到适合建筑物设计需求的最优的能量桩设计方案。

本发明具体实施例可通过如下设计案例进行进一步的详细说明。

中国北方一处建筑面积为40万平方米左右的住宅与商务两用的建筑，该建筑可利用的钻孔灌注桩约有700根，桩长在10米左右，桩直径1000毫米,采用负荷模拟计算软件DEST-C来计算本项目的逐时动态负荷，峰值约为200kW。

此处建立五种埋管形式不同的能量桩系统，利用700根桩基与部分利用625根桩基共10种备选方案。在建立实例结构时，选取的数据性质如下表所示。

表9设计案例的数据

建立完成实例结构后，运行建立的能量桩综合本体模型，得到其隐含关系和新的事实，生成界面如图4所示。

在查询部件中输入SQWRL查询语句，得到图5所示的反馈结果。

根据相关文献和经验，所查询的反馈结果符合能量桩客观规律，即，一般来讲，单U换热管类型的能量桩系统的成本最低；若以最大换热量为参考标准，则螺旋换热管类型的能量桩系统效果最佳；换热效率高的换热管类型对桩基承载力影响最大；一般建筑具有使用能量桩系统的必要，因结果中成本回收时间均在设计年限以内(通常20～30年)。根据以上10种备选方案中，设计人员可以根据不同设计侧重点选择最优方案，以控制成本为例，在满足换热性能要求下，单U换热管类型的能量桩系统的成本最低；若以最大换热量为参考标准，则螺旋换热管类型的能量桩系统符合要求；同时设计人员也可以通过节省排放的CO₂来考量能量桩系统对环境的影响。为了更加清晰的比较不同备选方案对能量桩系统的影响，本示例将查询结果转化成柱状图，如图6是10种备选方案的设备成本、承载力和换热量，图7是10种备选方案的成本回收时间和节省CO₂的排放量。

本设计案例中，设计人员可根据不同的建筑特点和制冷供暖要求调整能量桩系统的配置，推算出衡量能量桩系统性能的各个性能指标。

1)如以控制成本设计重点，要求成本在250万元以下，则设计人员可输入表10的查询语句来查询符合要求的设计方案。

表10选择设备成本在250万元以下的设计方案

如图8所示，共有8种方案符合设计要求，方案的成本回收时间都在设计年限内(一般为20～30年)，即有使用能量桩系统的必要性，其中单U换热管类型的能量桩系统设计方案的成本最低。设计人员可在符合要求的设计方案中选择最优方案，或者根据反馈的数据对方案进行调整以得到理想的方案。

2)以安全性为设计侧重点，要求本示例系统的承载力要大于7×10⁶kN，则设计人员可输入以下查询语句来筛选方案。

表11选择承载力大于7×10⁶kN的设计方案

得到的反馈结果如图9所示，共有9种设计方案符合设计要求，且承载力差别均在一个数量级上，从侧面我们也可以得知，在桩基内埋设换热管对桩基的承载力的影响在可接受的范围内。

3)因为设计要求动态负载应大于200kW，若要再要求承载力在700000kN以上，可输入查询语句限制查询条件，可得图10结果。

4)选用能量桩系统最主要的原因是它可以提取地热来对建筑制冷和供暖，则换热性能和经济性是衡量能量桩系统的重要指标，本设计案例采用负荷模拟计算软件DEST-C计算的逐时动态负荷的峰值约为200kW，控制成本在250万元，则设计人员可输入表12的查询语句进行查询，得到图11的反馈结果。

表12选择负荷大于200kW和设备成本低于250万的设计方案

从图11中可知，共有3种符合要求的设计方案，且700根桩并联换热管的设计方案成本最低，因本算例中各方案采用相同的地泵，且价格偏高的类型，所以价格未有明显差别，在具体工程中，价格差别会更加明显。

通过本方法，设计人员能够从宏观角度来衡量能量桩的性能，量化能量桩系统的性能指标，从备选方案中选择最优方案，而不是单单根据经验或者单个目标进行设计，大大提高了能量桩设计的工作效率和性能。

本发明通过建立能量桩系统的综合本体模型，设计人员通过本模型输入设计备选方案，并运行本体模型后，推理机和预设语义规则可以得到各个领域的隐含关系和数据关联，生成新的事实和评价数据，设计人员能够从宏观角度来衡量能量桩的性能，量化能量桩系统的性能指标，从备选方案中选择最优方案，而不是单单根据经验或者单个目标进行设计，大大提高了能量桩系统设计的工作效率和性能，优化了能量桩系统设计方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，包括综合数据库、知识库管理系统，其中，

综合数据库用于存储基础数据、规则库和本体模型；

知识库管理系统包括本体模型编辑器、规则编辑器、推理机、输入部件、查询部件和实例结构；

知识库管理系统的本体模型编辑器用于编辑本体模型并存储在综合数据库中；

本体模型包括类、对象、数据；

类包括建筑物供热与制冷系统类和能量桩系统类，能量桩系统类包括地源热泵类、桩基类、桩基内换热管类、桩基以及换热管的材料类；建筑物供热与制冷系统类包括建筑物供热与制冷系统类型子类；地源热泵类包括地源热泵类型子类，桩基类包括桩基类型子类，桩基内换热管类包括换热管类型子类，桩基以及换热管的材料类包括材料类型子类；

各类和子类包括对应的对象属性和各对象属性对应的数据属性；数据属性可以为数值也可以为计算公式；能量桩系统类的对象属性至少包括成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力；建筑物供热与制冷系统类的对象属性至少包括成本、换热效率、使用寿命；地源热泵类的对象属性至少包括热泵成本、热泵数量、热泵功率；桩基类的对象属性至少包括桩基长度、桩基数量、桩基与土壤的换热效率、单桩基竖向承载力、桩基直径；桩基内换热管类的对象属性至少包括换热管长度、单位长度换热管成本、换热管换热效率；桩基以及换热管的材料类的对象属性至少包括材料成本的对象；

规则编辑器用于编辑规范标准和能量桩知识库系统自定义的推理规则，生成自建规则库；自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库，并存储于综合数据库中；

本体模型、基础数据以及规则库在推理机作用下构建实例结构，实例结构可通过输入部件、查询部件与设计人员完成交互操作；

输入部件用于输入待查询的能量桩系统方案以及为能量桩系统方案添加对象的数据属性；

查询部件用于根据设计重点对备选的能量桩系统方案进行查询，以得到最优的能量桩系统方案；

运行能量桩知识库系统，由推理机基于本体模型、基础数据以及规则库生成实例结构；通过输入部件输入待查询的能量桩系统方案，通过查询部件得到当前方案的能量桩系统的数据结果；比较各不同能量桩系统方案可得到适合建筑物的最优的能量桩设计方案。

2.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述建筑物供热与制冷系统类型子类至少包括空气源热泵系统子类、水冷中央空调系统子类、水暖系统子类。

3.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述地源热泵类型子类至少包括热泵和冷泵。

4.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述桩基类型子类至少包括灌注桩子类、PCC桩子类、预制桩子类。

5.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述换热管类型子类至少包括单U型子类、单螺旋型子类、W型子类、并联双U子类、串联双U子类。

6.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述材料类型子类至少包括水泥子类、PE子类、钢筋子类。

7.根据权利要求1所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统，其特征在于，所述能量桩系统的成本、成本回收时间、节省CO₂排放、竖向承载力的推理规则，分别为：

成本的推理规则为：

C^E＝C^T+C^P

其中C^E代表总的设备成本(RMB)，C^T则代表总的换热管成本(RMB)，C^P代表总的热泵成本；i代表不同类型的桩基，共有n种类型的桩基，代表第i种类型的桩基的桩内单位长换热管价格(RMB/m)，代表第i种类型的桩基的桩内换热管长度(m)，N_i表示第i种类型的桩基数量(根)，j代表不同类型的热泵机组，共有m种类型的热泵机组，表示第j种热泵类型的单价(RMB)，代表第i种热泵类型的数量(个)；

成本回收时间的推理规则为

其中T^C则代表成本回收时间(hour)，C^E代表总的设备成本(RMB)，H^T代表能量桩系统所提取地热的功(kW·h)，P则代表每度电的价格(RMB/kW·h)；i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，H_i表示第i种类型桩每延米每小时所交换的热量(W/m)，则代表第i种类型桩的桩长(m)，N_i代表第i种类型桩的数量(根)，H^T代表能量桩系统每小时提取热量的功(kW·h)；

节省CO₂排放的推理规则为

CO₂＝H^T×T^C×0.997

式中H^T表示能量桩系统所提取热量的功(kW·h)，T^C则代表成本回收时间(hour)，由S42中计算得到，0.997(kg/(kW·h))则是每消耗1kW·h电能所排放的CO₂，CO₂则代表成本回收时间内减少排放的CO₂质量(kg)；

竖向承载力的推理规则为

式中i代表不同类型的能量桩，共有n种类型的能量桩，代表第i种类型桩的单桩竖向极限承载力标准值(kN)，K为安全系数，N_i代表第i种类型桩的数量，Q则是能量桩系统的竖向承载力(kN)。

8.一种如权利要求1～7任意所述的辅助能量桩设计的能量桩知识库系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集基础数据并储存在综合数据库中；

S2：收集标准规范和能量桩知识库系统自定义的推理规则，使用规则编辑器生成自建规则库，自建规则库与平台自有规则库共同构成规则库；

S3：使用本体模型编辑器建立本体模型，包括以下步骤：

S31：定义各类和子类，构建各类和子类的层次结构；

S32：定义类和子类的对象属性和各对象对应的数据属性；

S4：使用推理机将规则库和基础数据与本体模型进行关联并运行，完成能量桩知识库系统构建。