2026-10-08
各学院（部）：
为深化“新工科”人才培养成效，持续提升智慧热网领域毕业设计的工程实践价值，在前期“智慧热网——网联智控供热系统构建及运行维护”新工科毕设项目基础上，聚焦供热管网巡检机器人细化设计、功能延伸及智慧运维核心方向，启动新一轮新工科毕业设计项目。
一、项目背景、目的及意义
为深化“新工科”人才培养成效，持续提升智慧热网领域毕业设计的工程实践价值，在前期“智慧热网——网联智控供热系统构建及运行维护”新工科毕设项目基础上，项目团队拟聚焦供热管网巡检机器人细化设计、功能延伸及智慧运维核心方向，启动新一轮新工科毕业设计项目。
北洋园校区B能源站自2019年启动智慧热网改造以来，节能成效显著，累计为学校节约供热运行成本超千万元，已覆盖机械、水利建工等多栋建筑团组，供热面积超23万平米。智慧热网已实现能源中心、末端室温、调控节点参数的实时采集与双向传输，推动人工智能与热力系统深度融合，后勤集团供热中心为项目提供全流程应用场景与落地支持。
本项目针对现有巡检运维体系存在缺陷识别受限、定位精度不足、处置闭环缺失、数字孪生联动性弱等短板，依托新工科毕业设计项目载体，聚焦巡检机器人迭代升级与智能运维体系建设，攻克关键技术瓶颈，落地数字孪生运维体系，助力校园供热绿色高效升级，充分保障毕业设计工程实践价值。
二、项目已具备的条件
前期已初步搭建管网巡检机器人、无人机巡检平台，建成运行数据库、数据分析软件，形成管网热状态评估方案，具备扎实的软硬件基础。后勤集团供热中心提供全流程应用场景与落地支持，系统已实现能源站、末端及调控节点参数的充足数据积累，具备场景落地与多学科实践条件。目前，团队已形成大学生创新创业+SRPT项目+新工科毕业联合的多层次、强反馈培养体系，助力学生能力提升与创新实践成果输出。
为保障新工科毕业设计项目的质量，团队形成了严格全面的过程管理制度，包含以下内容：（1）汇报制度，规定每两周进行一次大展示交流，教师实时点评和指导；（2）数据共享体系，保障学生可线上发布模型、仿真视频和分析结果，便于不同专业教师共同指导；（3）交流机制：建立联合交流群，分配模块和任务到具体学生和指导教师，设立固定时间进行小组内成员交流；（4）时间节点控制机制：制定毕业设计的时间节点安排，确保各阶段任务的顺利完成。
在上述体系支撑下，前期项目获评2026届新工科毕业设计研究与实践优秀项目，培养学生获得2026年第十九届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛一等奖2项，市赛特等奖1项、一等奖2项；于首届首届全国“AI+能源”大学生科技创新竞赛获特等奖1项，一等奖1项。
三、项目期限与目标
项目实施周期为两学年（四学期），其中2026年10月至2027年6月培养期内，拟设置“供热管网数字孪生技术实现与智能运维调控”与“供热管网智能巡检机器人细化设计与功能延伸”两大研究方向，下设六项细分研发任务，配备指导教师团队，吸纳学生参与实践。项目将围绕“智能巡检升级”、“数字孪生实现”“故障主动处置”、三大核心目标，重点开展巡检机器人的精细化设计、功能拓展及智慧运维提升，攻克管道缺陷深度辨识、机器人精准定位、主动补漏作业等关键技术，完善供热管网数字孪生运维体系，探索适用于北方集中供热场景的智能化无人运维方法，助力校园供热系统向绿色、高效、全智能方向升级。
项目旨在形成可演示、可落地的成套技术成果，探索适配北方集中供热场景的智能化无人运维方法。其核心功能及演示成果拟包括：
（1）供热管网多物理场数字孪生系统与巡检联动可视化；
（2）智能巡检机器人高精度定位与缺陷深度识别演示；
（3）供热泄漏精准定位与主动补漏作业流程演示。
四、项目主要方向及任务
项目设置两个研究方向，下设六项研究任务，每个方向设2~3名指导教师岗位，每项任务拟安排1~2名学生。预计招募天津大学2027届本科生6-9名，欢迎感兴趣的2028届本科生提前加入！
有数据挖掘分析，知识图谱实现，人工智能算法，数学建模，网络控制，软件开发，嵌入式开发，机械设计等基础知识的同学优先。
方向一：供热管网数字孪生技术实现与智能运维调控
聚焦数字孪生系统的技术实现，融合巡检多源数据，实现管网运行状态的全景映射与智能调控。
任务1.1 供热管网多物理场数字孪生系统构建
关键词：数字孪生、全景映射、多物理场
研究背景：当前供热管网普遍存在运行数据碎片化、多维度信息割裂的问题，管网拓扑、热力参数、流体工况与现场巡检数据相互独立，缺乏统一的数字化映射载体，难以实现运行状态的全景感知与缺陷演化的超前预判，制约了运维管控的精细化水平。
目标：整合管网拓扑结构、热力参数、流体数据与巡检机器人采集的缺陷、影像数据，构建涵盖热状态、流场状态、设备健康状态的多物理场数字孪生模型，实现管网运行状态全景可视化、缺陷演化趋势预测与运维方案验证。
能力培养：多物理场耦合建模能力、多源异构数据融合能力、三维可视化系统集成开发能力、工程场景数字化落地能力。
学生需求：1人（本学年）
任务1.2 供热管网热状态评估与智慧平衡策略优化
关键词：热状态评估、智慧调控、供热平衡
研究背景：传统供热管网的热力平衡多依赖经验式调节，热损核算精度不足，负荷波动与工况变化下的自适应调整能力薄弱，尤其在管道缺陷、极端气温等非理想工况下，易出现热力失衡、能效偏低、终端供热质量不稳定等问题。
目标：基于数字孪生全维度数据，开展供热管网热损定量核算、流量动态分配及终端温度分布规律研究，结合智能优化算法，在现有初步管网热状态评估及智慧平衡策略的基础上，提出适配缺陷工况的供热平衡动态调整策略，提升系统能效与运行稳定性。
能力培养：热力系统性能定量分析能力、智能优化算法建模与求解能力、复杂工况适配策略设计能力、系统能效提升方案规划能力
学生需求：1人（本学年）
任务1.3 数据驱动的供热管网运行调节与故障联动研究
关键词：数据驱动调控、故障联动响应、故障预测
研究背景：现有管网运行调控多基于稳态设定值，对历史运行数据与巡检故障数据的挖掘深度不足，管道缺陷与负荷波动的耦合影响机制不清晰，故障预警与运行调节脱节，难以实现故障场景下的动态联动与精准控温。
目标：融合历史运行数据与巡检故障数据，建立数据驱动的管网运行状态辨识模型，分析负荷波动与管道缺陷的耦合影响，提出故障预警下的动态调节策略，实现供回水温度精准匹配与系统能效协同优化。
能力培养：数据驱动的状态辨识建模能力、故障耦合机理分析能力、闭环联动调控策略设计能力、系统能效协同优化能力。
学生需求：1人（本学年）
方向二：供热管网智能巡检机器人细化设计与功能延伸
本项目核心方向，针对巡检机器人的核心能力短板，开展缺陷辨识、定位导航、主动补漏三大关键技术的细化设计，实现巡检能力的全面升级。
任务2.1 管道缺陷深度辨识与分类及运维策略优化
关键词：多模态缺陷辨识、分级运维、精确诊断
研究背景：供热管道长期运行面临泄漏、结垢、覆泥、腐蚀等多类缺陷，传统单一视觉检测手段难以实现缺陷深度量化与精细分类，缺陷风险等级划分缺失依据，导致运维处置存在“过修”或“失修”的两难问题。
目标：针对供热管道泄漏、结垢、覆泥、腐蚀等典型故障，突破单一视觉识别局限，研究融合视觉、红外、声学的多模态缺陷检测方法，实现缺陷深度量化、类型精细分类与风险等级评估；构建多类型缺陷数据库，提出分级分类的运维处置策略，支撑管道故障的精准诊断与差异化运维。
能力培养：多模态检测算法研发能力、缺陷量化评估与分级能力、运维决策体系构建能力、工程数据库建设能力。
学生需求：1人（本学年）
任务2.2 供热管网巡检机器人高精度定位与导航系统设计
关键词：组合导航定位、管网自主巡检、导航算法开发
研究背景：地下供热管网具有长距离、多弯道、金属屏蔽、GPS信号弱的复杂环境特征，单一导航方式定位精度差、可靠性低，无法支撑巡检机器人的自主路径规划与缺陷定点复核，成为制约井下巡检智能化的核心瓶颈。
目标：针对地下长距离、多弯道、深埋管、金属屏蔽的复杂管网环境，研究融合惯性导航、视觉里程计、管道特征标记、蓝牙通讯的组合定位方案，设计适配井下场景的导航算法，实现巡检机器人的全程高精度定位，向自主路径规划的未来目标推进，为缺陷定点复核、补漏作业引导提供核心支撑。
能力培养：多传感器组合导航设计能力、信息融合算法开发能力、复杂约束场景路径规划能力、工程适配性方案设计能力。
学生需求：1人（本学年）
任务2.3 巡检机器人主动补漏策略及作业装置设计
关键词：主动补漏装置、巡检作业一体化、轻量化装置设计
研究背景：当前供热管网巡检机器人普遍仅具备检测感知能力，针对微小泄漏缺乏现场快速处置手段，传统人工补漏需停机开挖、作业周期长、安全风险高，巡检与作业环节脱节，难以满足管网高效运维的需求。
目标：围绕供热管道微小泄漏的现场快速处置需求，研究适配巡检机器人搭载的主动补漏技术路径，设计轻量化、高可靠性的覆胶补漏作业执行装置；明确不同泄漏等级、不同工况下的补漏作业流程与控制策略。
能力培养：轻量化机电装置设计能力、作业控制策略研发能力、巡检-作业一体化流程设计能力、工程化方案验证能力。
学生需求：1人（本学年）
五、报名及联系方式
相关课题细节请直接联系指导团队教师：
梁兴雨：lxy@tju.edu.cn
龙正伟：longzw@tju.edu.cn
杨俊红：yangjunhong@tju.edu.cn
戴胡伟：dhwmail@tju.edu.cn
贺泳迪：ap_phd_yongdihe@tju.edu.cn
智慧热网——智能巡检机器人迭代升级与智能运维体系
建设毕设工作组
2026年9月30日
欢迎各位同学踊跃报名，期待你的加入！！！
