一种基于用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统与流程

本发明涉及码头建造模拟与优化，尤其涉及一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统。

背景技术：

1、板桩码头是一种常见的港口工程结构，用于方便货物装卸和船只停靠。在传统的板桩码头建造过程中，通常需要进行大量的实地试验和现场施工，这不仅费时费力，而且存在一定的安全风险和成本压力。目前，虚拟建造技术在工程领域得到了广泛应用，能够提供高度准确的模拟和优化方案。然而，在板桩码头建造领域，尚缺乏一种专门针对该结构的数字化平台。因此，本发明旨在填补这一空白，提供一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统。从而，工程师和施工人员可以在虚拟环境中进行板桩码头的设计和施工模拟，包括桩基施工、桩身安装、桩头连接等关键过程。能够准确模拟板桩的下沉、定位、固定等关键环节，帮助用户评估施工方案的可行性和安全性。此外，根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。

2、综上所述，本发明的背景是基于传统板桩码头建造过程的局限性和需求，结合虚拟建造技术的发展，提出一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，以提高施工效率、降低风险和成本，推动港口工程领域的发展和进步。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的缺陷，提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，其重要目的在于提高施工效率和质量。

2、为实现上述目的本发明第一方面提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，包括：

3、获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；

4、获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；

5、结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；

6、获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；

7、对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。

8、本方案中，所述获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型，具体为：

9、获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息进行工程解析，确定设计参数和材料参数，得到工程解析信息；

10、根据所述工程解析信息进行属性分析，分析建造材料的属性和结构组件的属性，得到属性分析信息；

11、根据工程解析信息和属性分析信息结合三维模型设计软件构建板桩码头模型；

12、基于有限元法将所述板桩码头模型进行网格化，得到不同的离散网格，提取各网格的使用属性作为评估权重，对各离散网格进行重要性评估，得到网格评估结果信息；

13、根据所述网格评估结果信息对所述板桩码头模型进行网格细化，根据不同网格的重要程度对所述板桩码头模型进行优化。

14、本方案中，所述获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法，具体为：

15、获取目标工程信息，所述目标工程信息包括：设计要求、约束条件、环境参数和工程建造参数；

16、构建三维仿真算法，通过目标工程信息对建造项目进行仿真，包括沉箱下沉过程仿真、沉箱-地基相互作用仿真和沉箱稳定性仿真；

17、所述沉箱下沉过程仿真的步骤包括：获取板桩码头模型，提取所述板桩码头模型中的网格划分结果，基于各网格的位置属性和使用属性进行网格区域划分，得到网格区域划分信息；

18、根据所述目标工程信息设定初始条件，将沉箱定义为一个质点或以质块为单元的体系并设定重量、形状和体积；

19、基于有限元法建立沉箱的动力学方程，将下沉过程分为离散时间步，通过动力学方程迭代计算每个时间步中沉箱变形和响应，并进行求解，根据求解结果更新沉箱的位置、速度和变形；

20、所述沉箱-地基相互作用仿真的步骤包括：根据所述目标工程信息确定土体力学参数，预设弹性阈值，通过mohr-coulomb准则建立土体承载力描述规则；

21、建立接触模型和结构动力学方程，通过接触模型计算地基对沉箱的反作用力，根据土体承载力描述规则和目标工程信息进行承载力分析，结合结构动力学方程计算沉箱的结构状态，并进行沉箱状态迭代更新；

22、所述沉箱稳定性仿真的步骤为：基于目标工程信息获取约束条件，通过有限元法构建稳定性分析模型，根据稳定性分析模型计算滑坡因子、荷载和应变，并与预设阈值进行判断，得到沉箱稳定性信息。

23、本方案中，所述结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台，具体为：

24、将板桩码头模型和三维仿真算法进行耦合，构建板桩码头建造模拟机制；

25、构建用户交互机制，包括场景更改、环境交互、组件交互和更改、参数调整和输入、仿真数据提取和反馈；

26、构建信息展示机制，将仿真模拟的数据通过图形界面或数据显示窗口进行可视化展示，并通过三维动画技术将进行模拟分析的过程生成动态的施工过程模拟视频；

27、基于板桩码头建造模拟机制、用户交互机制和信息展示机制构建码头施工模拟平台。

28、本方案中，所述获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，具体为：

29、获取施工区域信息和施工方案信息，所述施工区域信息包括施工区域地形信息、土壤特征信息和水文特征信息；

30、根据所述施工区域信息和施工方案信息设定初始模拟条件，输入至码头施工模拟平台进行模拟分析，得到模拟分析结果信息；

31、预设方案评估权重，根据方案评估权重结合模拟分析结果信息对各施工方案进行稳定性评估和可行性评估，得到施工方案评估信息；

32、根据所述施工方案评估信息对各施工方案进行筛选，将施工方案评估信息与预设阈值进行判断，得到初始施工方案信息。

33、本方案中，所述对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐，具体为：

34、获取初始施工方案信息，对各初始施工方案进行特征提取，提取各施工方案的施工方法特征、施工区域特征、施工材料特征和施工结构特征，得到施工方案特征信息；

35、基于大数据检索获取各种不同施工条件下的板桩码头施工方案实例，构成实例数据集；

36、基于pso算法和sa算法构建施工方案优化模型，通过所述实例数据集构建训练数据集对所述施工方案优化模型进行训练；

37、将所述施工方案特征信息输入至所述施工方案优化模型中进行方案优化，根据施工方案特征信息结合实例数据集进行相似方案检索；

38、将所述施工方案特征信息与所述实例数据集进行相似度计算，获取相似度值，并与预设阈值进行判断，得到相似方案信息；

39、预设优化目标和约束条件，根据所述施工方案特征信息进行初始化，随机生成初始粒子群，将所述初始粒子群群中的个体作为初始粒子的位置，得到初始粒子群信息；

40、对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，结合初始粒子群信息进行替换、更新、添加或删减优化操作，并计算各粒子对应位置的目标函数值，与预设阈值进行判断，得到当前最优解；

41、预设迭代策略和初始温度，将当前最优解作为sa算法的初始解，结合迭代策略和初始温度生成新解，并计算新解的目标函数值与当前最优解的目标函数值进行判断，得到新解信息；

42、根据新解信息进行迭代优化，通过迭代策略判断是否达到收敛条件，得到最终解信息，通过最终解信息得到优化方案信息；

43、计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐，得到最优施工方案信息。

44、本发明第二方面提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包含用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序，所述用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

45、获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；

46、获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；

47、结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；

48、获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；

49、对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。

50、本发明公开了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，包括：获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；结合板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。提供一个可视化、交互式的环境，用于模拟和优化板桩码头的设计和施工建造过程，帮助评估施工方案的可行性和安全性。提供多次试验和优化，可以根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。