[發明專利]一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法及系統

有效

• 申請號: 202210115304.7
• 申請日: 2022-02-07
• 公開（公告）號: CN114139270B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 陳仁朋;張超;劉拯安;徐智文;郎志雄;周家興;孟凡衍;劉源
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06N20/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 湖南岑信知識產權代理事務所(普通合伙) 43275
• 代理人: 谷萍

1.一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統，其特征在于，包括近接工程-地層-既有結構數字孿生體和分別與所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體通信連接的施工現場物理空間和地層結構物理模型試驗，其中：

所述施工現場物理空間，用于提供位移和/或力實時監測數據并輸出給所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體；

所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體，用于根據位移和/或力實時監測數據建立高保真數值模型，通過該高保真數值模型開展施工過程預演，評估建造風險，為施工現場提供風險預警和施工參數優化，同時生成力學邊界條件并輸出給所述地層結構物理模型試驗；

所述地層結構物理模型試驗通過作動器加載模擬該力學邊界條件，獲得既有結構力學響應數據，并反饋給所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體，所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體根據反饋的既有結構力學響應數據為所述施工現場物理空間提供建造風險超前預警。

2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統，其特征在于：所述力學邊界條件包括邊界位移數據和邊界力數據。

3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統，其特征在于：所述地層結構物理模型試驗采用大比尺模型。

4.一種使用權利要求1所述的基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗系統的試驗方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟一、在施工現場物理空間布設監測點，利用傳感器獲取監測點的位移和/或力實時監測數據；

步驟二、基于設計資料和獲取的監測數據建立近接工程-地層-既有結構數字孿生體；

步驟三、通過抽樣方法獲得土體參數和地層分界面特征參數的隨機樣本庫；

步驟四、將所述隨機樣本庫代入所述近接工程-地層-既有結構數字孿生體中計算，生成訓練樣本，選取土體參數和地層分界面特征參數為自變量X、傳感監測點計算結果為因變量Y；

步驟五、利用機器學習算法模擬自變量X到因變量Y的映射關系，獲得數字孿生體簡化模型；

步驟六、以數字孿生體簡化模型為計算內核，結合智能優化算法建立數字孿生體動態更新算法；

步驟七、以施工現場物理空間的監測數據為優化目標，利用數字孿生體動態更新算法獲取最優土體參數和地層分界面特征參數；

步驟八、將最優土體參數和地層分界面特征參數輸入至近接工程-地層-既有結構數字孿生體中，實現近接工程-地層-既有結構數字孿生體的動態更新；

步驟九、移除近接工程-地層-既有結構數字孿生體的目標既有地下結構及其周圍土體部分，構建數值子結構；

步驟十、針對數值子結構中所移除目標既有地下結構及其周圍土體部分，建立大比尺地層結構物理模型以作為試驗子結構；

步驟十一、通過該試驗子結構開展試驗，實現近接工程-地層-既有結構數字孿生體與地層結構物理模型試驗間的數據交互，得到近接工程建設荷載作用下既有地下結構的力學響應數據，并反饋給近接工程-地層-既有結構數字孿生體；

步驟十二、近接工程-地層-既有結構數字孿生體根據反饋的既有結構力學響應數據為所述施工現場物理空間評估建造風險并提供超前預警。

5.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法，其特征在于：在步驟一中還包括：搭建基于5G網絡的物聯網系統，實現監測數據的實時傳輸。

6.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法，其特征在于：在步驟三中，抽樣方法為拉丁超立方抽樣方法。

7.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法，其特征在于：在步驟五中，機器學習算法為深度卷積神經網絡機器學習算法。

8.根據權利要求4所述的一種基于數字孿生的近接工程建設荷載試驗方法，其特征在于：在步驟六中，智能優化算法為遺傳算法。