基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法及系统与流程

本发明涉及钢结构厂房数字化设计领域，更具体地说，涉及基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法及系统。

背景技术：

1、钢结构厂房构件布置需同时满足结构受力、规范条文、审图要求、加工运输及现场吊装条件。现有技术中，cn116150839b公开了一种基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法及系统，其通过厂房分隔特征、平面设计条文特征和屋面设计条文特征生成构件布置和截面设计数据；cn118981829b公开了一种基于bim的建筑钢结构深化设计及虚拟预拼装系统，其侧重多专业模型集成、碰撞检测及虚拟预拼装。上述技术虽能提高建模或设计效率，但更多关注初始方案生成、模型协调或拼装模拟，对历史审图意见、企业内控规则和施工偏差记录之间的联动利用不足。特别是在柱间支撑跨位、屋面支撑区段、吊车梁端部约束、构件分段及节点连接区域中，现有方案难以将规范冲突转化为可执行修正参数，也难以基于历史施工偏差提前识别可施工性风险。因此，有必要提出一种能够融合规范反例和施工偏差风险，并通过局部重生成与二次校核实现闭环优化的钢结构厂房构件布置设计方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法及系统，其解决了现有钢结构厂房构件布置设计中规范约束、审图经验、企业规则和施工偏差风险难以联动处理的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法，所述方法包括：

3、获取钢结构厂房设计条件数据，并对所述钢结构厂房设计条件数据进行坐标统一、构件编码统一和约束字段标准化处理，得到标准化设计条件数据；

4、根据钢结构设计规范、企业内控标准和历史审图意见，构建规范约束知识库，所述规范约束知识库中的知识单元由适用条件、构件类型、约束对象、约束阈值、例外条件和优先级构成；

5、根据所述标准化设计条件数据生成初始构件布置方案，所述初始构件布置方案包括钢柱、屋面梁、吊车梁、柱间支撑、屋面支撑、系杆、檩条、墙梁和节点连接区域的空间位置、连接对象、布置间距、分段位置和端部约束形式；

6、将所述初始构件布置方案与所述规范约束知识库进行规则匹配，识别规范冲突、审图风险和企业规则冲突，并生成规范反例向量，所述规范反例向量包括冲突构件、冲突位置、冲突类型、冲突级别、影响范围和修正方向；

7、调用历史施工偏差数据库，将所述初始构件布置方案中的构件与历史偏差样本进行相似匹配，生成施工偏差风险标签，所述施工偏差风险标签包括加工风险标签、运输风险标签、吊装风险标签、拼装风险标签、节点返修风险标签和现场偏差放大风险标签；

8、融合所述规范反例向量和施工偏差风险标签，确定待修正构件、待修正区域和修正优先级；

9、按照所述修正优先级对所述待修正区域执行构件布置局部重生成，得到局部重生成布置方案；

10、对所述局部重生成布置方案进行规范校核和施工可实施性校核，在满足收敛条件时输出最终构件布置方案、构件清单、冲突消除记录、风险消除记录、局部修正说明和可施工性评价结果。

11、进一步地，所述钢结构厂房设计条件数据包括：

12、建筑输入数据、结构输入数据和施工输入数据；

13、所述建筑输入数据包括厂房平面轮廓、功能分区、门洞位置、设备通道位置和围护边界；

14、所述结构输入数据包括轴网尺寸、跨度、柱距、檐口高度、屋面坡度、吊车参数、抗震设防参数、荷载组合条件和构件材料级别；

15、所述施工输入数据包括运输宽度上限、运输高度上限、构件长度上限、吊装设备作业半径、现场堆场位置和施工顺序约束；

16、所述坐标统一是将建筑输入数据、结构输入数据和施工输入数据映射至同一厂房轴网坐标系；

17、所述构件编码统一是为钢柱、屋面梁、吊车梁、柱间支撑、屋面支撑、系杆、檩条、墙梁和节点连接区域分别配置唯一构件编码；

18、所述约束字段标准化是将跨度、柱距、构件长度、布置间距、吊装半径、运输宽度和运输高度转换为可被规范约束知识库调用的数值字段。

19、进一步地，所述构建规范约束知识库，包括：

20、从钢结构设计规范中提取柱间支撑布置约束、屋面支撑布置约束、吊车梁支承约束、檩条间距约束、墙梁布置约束、节点连接约束、构件长细比约束、构件分段约束和安装稳定性约束；

21、从企业内控标准中提取构件规格优选规则、节点构造优选规则、支撑跨位优选规则、构件分段长度控制规则和审图风险控制规则；

22、从历史审图意见中提取退回问题、修改问题和补充计算问题，并将其转化为审图风险规则；

23、将所述钢结构设计规范、企业内控标准和历史审图意见形成的规则存储为知识单元，并按照构件类型、适用条件和优先级建立索引。

24、进一步地，所述生成初始构件布置方案，包括：

25、根据厂房平面轮廓和轴网尺寸确定钢柱布置位置；

26、根据跨度、柱距、檐口高度和屋面坡度确定屋面梁布置位置和屋面支撑布置区段；

27、根据吊车参数、柱列位置和轨道位置确定吊车梁布置位置及端部约束形式；

28、根据抗震设防参数、功能分区、门洞位置和设备基础位置确定柱间支撑所在跨、系杆连接位置、檩条布置位置、墙梁布置位置和节点连接区域；

29、根据运输宽度上限、运输高度上限、构件长度上限、吊装设备作业半径和现场堆场位置，生成禁止布置区域、限制布置区域和优先布置区域；

30、将上述布置信息写入构件布置矩阵，得到初始构件布置方案。

31、进一步地，所述生成规范反例向量，包括：

32、将初始构件布置方案中的构件类型、构件位置、连接对象、布置间距、支撑跨位、分段位置和节点连接区域，与规范约束知识库中的知识单元进行匹配；

33、当构件布置信息不满足对应知识单元的约束阈值时，生成规范冲突；

34、当构件布置信息落入历史审图意见转化形成的审图风险规则时，生成审图风险；

35、当构件布置信息满足钢结构设计规范且不满足企业内控标准时，生成企业规则冲突；

36、根据所述规范冲突、审图风险和企业规则冲突对应的冲突构件、冲突位置、冲突类型、冲突级别、影响范围和修正方向，构建规范反例向量，使所述规范反例向量作为后续局部重生成的输入参数。

37、进一步地，所述生成施工偏差风险标签，包括：

38、从历史施工偏差数据库中读取构件加工偏差、运输超限记录、吊装半径记录、现场拼装误差、螺栓孔错位记录、节点返修记录和验收偏差记录；

39、按照构件类型、构件长度、构件截面、节点形式、运输路径、吊装工况和施工阶段，对所述历史施工偏差数据库进行分类索引；

40、将初始构件布置方案中的目标构件与分类索引后的历史偏差样本进行相似匹配；

41、当所述目标构件命中历史偏差样本时，根据偏差出现次数、偏差影响范围和返修次数，生成加工风险标签、运输风险标签、吊装风险标签、拼装风险标签、节点返修风险标签和现场偏差放大风险标签中的至少一个风险标签；

42、将所述至少一个风险标签绑定至对应构件编码、节点连接区域或构件分段位置。

43、进一步地，所述确定待修正构件、待修正区域和修正优先级，包括：

44、将同一构件编码或同一节点连接区域对应的规范反例向量和施工偏差风险标签进行关联，形成构件布置问题集合；

45、按照规范冲突级别、施工风险级别、影响范围、构件受力属性和风险可消除属性，对所述构件布置问题集合进行排序；

46、当同一构件同时存在规范反例向量和施工偏差风险标签时，将该构件以及与该构件直接连接的构件确定为待修正构件；

47、当至少两个待修正构件处于同一轴线区段、同一跨内区段或同一节点连接区域时，将该轴线区段、跨内区段或节点连接区域确定为待修正区域；

48、根据排序结果为每一个待修正区域配置修正优先级。

49、进一步地，所述构件布置局部重生成，包括：

50、根据规范反例向量中的修正方向和施工偏差风险标签中的风险类型，从局部重生成动作集合中选择至少一个局部重生成动作；

51、所述局部重生成动作集合由调整柱间支撑所在跨、调整屋面支撑区段、调整系杆连接位置、调整檩条布置位置、调整吊车梁端部约束、调整构件分段位置、调整节点连接区域和增加局部加强构件组成；

52、执行局部重生成动作时，保持非待修正区域的钢柱、屋面梁、吊车梁、柱间支撑、屋面支撑、系杆、檩条、墙梁和节点连接区域的既有布置不变；

53、执行局部重生成动作后，重新计算待修正区域与非待修正区域之间的连接连续性、运输可达性、吊装可达性和安装顺序可行性；

54、当规范冲突级别低于预设冲突阈值、施工风险级别低于预设风险阈值、构件连接连续性满足预设连接条件、运输可达性满足预设运输条件、吊装可达性满足预设吊装条件且安装顺序可行性满足预设施工条件时，判定满足收敛条件；

55、当不满足所述收敛条件时，返回执行所述规范反例向量和施工偏差风险标签的融合步骤。

56、基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计系统，用于执行上述的基于领域知识增强的钢结构厂房构件布置设计方法，所述系统包括：

57、设计条件处理模块，用于获取钢结构厂房设计条件数据，并进行坐标统一、构件编码统一和约束字段标准化处理；

58、知识库构建模块，用于根据钢结构设计规范、企业内控标准和历史审图意见构建规范约束知识库；

59、初始布置生成模块，用于根据标准化设计条件数据生成初始构件布置方案；

60、规范反例生成模块，用于将初始构件布置方案与规范约束知识库进行规则匹配，生成规范反例向量；

61、施工风险识别模块，用于调用历史施工偏差数据库，生成施工偏差风险标签；

62、融合决策模块，用于融合规范反例向量和施工偏差风险标签，确定待修正构件、待修正区域和修正优先级；

63、局部重生成模块，用于按照修正优先级对待修正区域执行构件布置局部重生成；

64、二次校核输出模块，用于对局部重生成布置方案进行规范校核和施工可实施性校核，并在满足收敛条件时输出最终构件布置方案、构件清单、冲突消除记录、风险消除记录、局部修正说明和可施工性评价结果。

65、进一步地，所述规范反例生成模块包括：

66、规则匹配单元、冲突识别单元和反例向量构造单元；

67、所述规则匹配单元用于将构件类型、构件位置、连接对象、布置间距、支撑跨位、分段位置和节点连接区域与规范约束知识库中的知识单元进行匹配；

68、所述冲突识别单元用于识别规范冲突、审图风险和企业规则冲突，并确定冲突构件、冲突位置、冲突类型、冲突级别、影响范围和修正方向；

69、所述反例向量构造单元用于将所述冲突构件、冲突位置、冲突类型、冲突级别、影响范围和修正方向写入规范反例向量；

70、所述局部重生成模块包括动作选择单元、连续性保持单元和迭代控制单元；

71、所述动作选择单元用于根据规范反例向量和施工偏差风险标签，从局部重生成动作集合中选择至少一个局部重生成动作；

72、所述连续性保持单元用于在执行局部重生成动作时保持非待修正区域的既有布置，并校核待修正区域与非待修正区域之间的连接连续性；

73、所述迭代控制单元用于在二次校核输出模块判定不满足收敛条件时，驱动融合决策模块和局部重生成模块再次运行。

74、本发明的有益效果在于：

75、1、将钢结构设计规范、企业内控标准和历史审图意见转化为结构化的规范约束知识库，使构件布置设计能够在初始生成阶段即调用规范约束和审图风险规则，提高了构件布置方案的规范符合性和审图稳定性。

76、2、通过规范反例向量对冲突构件、冲突位置、冲突类型、冲突级别、影响范围和修正方向进行表达，使规范冲突不再仅作为提示信息，而是作为后续局部重生成的输入参数，提高了冲突修正的方向性和可执行性。

77、3、调用历史施工偏差数据库生成施工偏差风险标签，能够在设计阶段提前识别加工风险、运输风险、吊装风险、拼装风险、节点返修风险和现场偏差放大风险，从而减少后续构件返工、运输调整和现场安装修正。

78、4、融合规范反例向量和施工偏差风险标签确定待修正构件、待修正区域和修正优先级，能够避免仅对单一构件进行孤立调整而导致相邻构件产生新的规范冲突或施工风险，提高构件布置方案的整体协调性。

79、5、采用局部重生成与二次校核相结合的闭环机制，仅对存在规范冲突或施工风险的区域进行修正，并在满足收敛条件后输出最终构件布置设计结果，提高了钢结构厂房构件布置设计效率、方案可靠性和施工可实施性。