一种基于智能体的索力张拉决策方法及系统与流程

本发明属于桥梁施工控制，尤其涉及一种基于智能体的索力张拉决策方法及系统。

背景技术：

1、斜拉桥、悬索桥、系杆拱桥、空间索网结构和索膜结构等索承结构在施工过程中需要通过张拉或调索使结构逐步接近设计目标状态，索力张拉不仅影响单根索的受力，还会通过主梁、索塔、拱肋、锚固区和临时支承改变全桥线形、内力和稳定状态，对于独塔斜拉桥、空间扭索面斜拉桥、异形钢塔桥以及支架拆除或体系转换工况，拉索之间的耦合作用更明显，单根索的张拉偏差可能导致相邻索索力变化、索塔偏位增加或主梁线形偏离设计目标；

2、目前现有的张拉控制通常依赖有限元预先计算目标索力，并在现场根据索力、线形或经验进行人工调整，但该方式存在以下不足：

3、第一，有限元模型通常基于设计参数建立，难以及时反映现场支承刚度、节段重量、临时构造、温度场、锚具回缩和设备误差等实际状态；

4、第二，现场数据来自索力仪、张拉设备、全站仪、水准仪、应变计、温度传感器和施工记录等多个来源，数据物理量、坐标系、采样频率和施工阶段不一致，难以直接与有限元模型形成可计算的模型校核关系；

5、第三，人工试算和调索主要针对当前索或局部指标，难以同时考虑后续施工阶段、相邻索影响、设备能力、施工顺序和安全阈值；

6、第四，传统软件多提供有限元分析或数据展示功能，不能将现场数据按模型实体关系转换为可用于张拉计算的数据。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于智能体的索力张拉决策方法及系统，以有限元施工阶段模型为力学计算基础，以现场多源数据为状态反馈，以智能体内部功能编排为决策机制，实现监测数据自动化处理、有限元模型实时修正、张拉方案智能生成、分级校核、指令下发与闭环迭代更新，提升索承桥梁张拉施工控制精度与智能化水平。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种基于智能体的索力张拉决策方法及系统，包括如下步骤：

4、步骤s1、基础资料入库，获取目标索承结构的有限元模型、设计成桥目标、施工阶段划分和张拉设备参数，从所述有限元模型中提取拉索单元、主梁节点、索塔节点、锚固区单元、临时支承、施工荷载和边界条件，形成包含模型实体、空间位置、构件类型、施工阶段和力学自由度的模型实体表；

5、步骤s2、获取现场数据通道表，建立现场数据与模型实体表之间的关联关系；

6、步骤s3、智能体数据处理，智能体读取现场数据，对现场数据进行通道完整性检查、异常跳变检查、时间戳对齐、温度补偿、设备标定系数换算以及施工阶段匹配，得到当前施工阶段的现场状态向量；

7、步骤s4、智能体模型修正，智能体根据现场数据与模型实体表之间的关联关系将现场状态向量投影至有限元模型的对应节点、单元或自由度，计算现场状态向量与有限元预测状态之间的残差，并基于所述残差修正有限元模型的模型参数，得到当前施工阶段的修正有限元模型；

8、步骤s5、智能体生成候选张拉方案，智能体调用修正有限元模型对候选张拉索、候选张拉顺序和候选张拉增量施加单位扰动计算，形成线性索力影响矩阵或有限元响应面，再调取张拉决策知识库，以成桥索力、主梁线形、索塔偏位、构件应力、施工安全和设备能力为约束条件，通过多目标优化求解生成多组候选张拉方案；

9、步骤s6、逐级有限元方案校核，智能体对每套候选张拉方案进行有限元复算，判断张拉后的索力偏差、主梁线形偏差、索塔偏位、构件应力、锚固区受力、相邻索影响、千斤顶能力和单级张拉增量是否满足预设约束，并输出通过校核的张拉方案；

10、步骤s7、智能体输出现场执行指令；

11、步骤s8、在每一级或每一根索张拉完成后，重新采集现场数据并返回步骤s3，以修正后续张拉方案。

12、在一个实施方式中，在步骤s2中，关联关系包括模型-现场映射集合，集合中的每一条映射记录至少包括有限元模型节点编号或单元编号、拉索编号、梁端或塔端锚点编号、测点通道编号、物理量类型、坐标转换参数、数据换算系数、可靠度权重、施工阶段号以及有效时间窗。

13、在一个实施方式中，在步骤s3中，现场状态向量表示为：

14、；

15、其中，为现场索力，为千斤顶油压，为千斤顶行程，为主梁位移，为索塔偏位，为构件应力，为测点应变，为温度场，为环境荷载，为施工阶段状态标识。

16、在一个实施方式中，在步骤s4中，参数灵敏度筛选方式为：

17、对各候选模型参数施加扰动，采用中心差分法计算各参数对索力、主梁线形、索塔偏位以及构件应力的归一化综合灵敏度系数，将综合灵敏度系数低于预设阈值的低灵敏度参数固定为初始设计值，不参与优化迭代；

18、定义施工阶段残差向量为：

19、；

20、再通过如下目标函数修正有限元模型参数：

21、；

22、其中，为第t个施工阶段的残值向量，为待修正模型参数，为初始模型参数，为施工阶段t的有限元模型，为有限元求解或响应面求解函数，为有限元计算输出至现场观测量的映射矩阵，为观测量权重矩阵，为正则化系数，为索力荷载向量，为施工荷载向量，为结构温度场。

23、在一个实施方式中，在步骤s4中，待修正模型参数包括拉索有效弹性模量、拉索垂度等效刚度修正系数、锚具回缩量、临时支承刚度、施工荷载偏差、温度修正系数、主梁节段重量修正系数、边界条件修正系数、主梁/索塔材料弹性模量修正系数中的至少一种。

24、在一个实施方式中，在步骤s5中，线性索力影响矩阵的线性关系为：

25、；

26、二阶响应面表示为：

27、

28、其中，为候选张拉增量向量，为结构响应变化向量，为第i个观测目标的预测值，为当前状态下第i个观测目标的基准值，为第k根索张拉增量对第i个观测目标的一阶影响系数，为第k根索和第l根索张拉增量对第i个观测目标的二阶耦合影响系数；

29、所述观测目标包括索力、主梁线形、索塔偏位、构件应力、临时支承反力和锚固区受力中的至少一种。

30、在一个实施方式中，在步骤s5中，多目标优化函数为：

31、；

32、约束条件包括：

33、；

34、；

35、；

36、，或；

37、；

38、；

39、其中，为设计目标状态；为候选方案有限元预测状态；、为对角权重矩阵，用于不同量纲物理量归一化；为张拉顺序风险指标；为需要同步调整的相邻拉索数量，为主梁、索塔和锚固区的应变能或弯矩不均匀性指标，、和均按预设规则归一化；和为索力上下限值；为线形允许偏差；为索塔目标偏位；为索塔偏位允许偏差；和为构件允许应力范围；为应力利用系数；为千斤顶能力限值；为各项指标归一化权重系数。

40、在一个实施方式中，在步骤s5中，调用的张拉决策知识库所存储内容包含各施工阶段基准状态、成桥设计目标、索力允许区间、线形与索塔偏位控制阈值、构件应力限值、千斤顶标定曲线、单级张拉增量限值、对称张拉施工规则、相邻索联动阈值、几何非线性计算规则、残差超限异常处置策略和有限元模型调用控制策略中的至少一种。

41、在一个实施方式中，在步骤s5中，还包括：

42、当线性索力影响矩阵对某一候选方案输出的结构响应预测值与有限元求解得到的结构观测响应预测值进行比对，当相对偏差超过预设阈值时，判定线性索力影响矩阵失效，并在候选张拉增量范围内抽取样本点，调用有限元模型计算样本点响应，并建立二阶响应面模型替代线性索力影响矩阵。

43、本发明还提供了一种基于智能体的索力张拉决策系统，用于执行上述索力张拉决策方法，包括：

44、数据接入模块，用于基础资料入库，以接入有限元模型、施工阶段资料、张拉设备参数以及现场数据；

45、物理-数字关联模块，用于构建模型实体表以及现场数据通道表，生成模型-现场映射集合以及映射矩阵；

46、张拉决策知识库模块，用于存储施工阶段基准状态、设计目标状态、阈值规则、设备标定曲线、历史张拉方案、异常处置规则和有限元工具调用策略；

47、智能体模块，集成数据处理功能、模型修正功能、方案生成功能、方案校核功能以及执行反馈功能；

48、数据区模块，用于存储模型实体表、现场状态向量、映射矩阵、残差数据、修正后模型参数、候选张拉方案、校核结果和执行记录。

49、本发明的有益效果在于：

50、将有限元模型实体与现场测点、张拉设备和施工阶段建立显式关联，使现场数据能够按映射关系投影到有限元模型对应节点、单元和自由度；通过智能体内的数据处理功能进行质量检查、时空对齐和温度修正，减少因数据源异构、采样不同步或测点异常导致的错误张拉决策，通过智能体内的模型修正功能依据现场数据修正施工阶段有限元模型，使张拉方案基于当前真实结构状态而非静态设计模型，通过智能体内的方案生成功能利用索力影响矩阵或有限元响应面生成候选张拉方案，降低人工反复试算成本，通过智能体内的方案校核功能逐级复算候选张拉方案，能够同时约束索力、线形、索塔偏位、应力、相邻索影响和设备能力，通过智能体内的执行反馈功能将张拉方案转换为现场指令并接收复测反馈，在每级张拉后修正后续方案，降低调索风险并提高成桥状态控制精度。