基于物联网的混凝土施工智能管理系统的制作方法

本发明涉及施工管理，具体涉及基于物联网的混凝土施工智能管理系统。

背景技术：

1、现有的混凝土施工方案，进行的大体积混凝土温控、智能喷淋养护等闭环控制，普遍采用简单阈值启停，例如内部温度＞70℃，则通水，完全未考虑混凝土自身水化热的时变特性、外界气温、冷却水温及内部温度梯度与应力场的耦合关系，结果是冷却过快，反而引发温度应力裂缝，或者养护用水浪费严重，且湿度不足，存在混凝土施工时，不能基于多因素耦合实施精准调控的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于物联网的混凝土施工智能管理系统，用于解决背景技术中提到的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于物联网的混凝土施工智能管理系统，包括：

4、水化热时变感知与温度场动态预测模块：采集混凝土内部多深度温度、外界气温、冷却水进出口温度、环境风速及相对湿度的多源异构数据并处理，构建考虑温度对水化速率时变影响的水化放热模型，并结合热传导差分方程，生成混凝土内部温度场的动态演化预测序列；

5、多维风险耦合评估模块：基于生成的温度场动态演化预测序列，沿温度应力维度，计算温度梯度与弹性模量时变特性的耦合应力，输出裂缝风险评估指数；沿湿度散失维度，计算表面蒸发速率与内部水分迁移速率的失衡程度，输出干燥收缩应力指数；沿冷却过程维度，计算各深度层温度变化速率，相对于安全冷却速率的偏离程度，输出冷却速率突变指数；将裂缝风险评估指数、干燥收缩应力指数与冷却速率突变指数，通过加权聚合与交叉耦合运算进行协同融合，生成综合风险态势向量；

6、冷却-养护协同精准调控模块：基于生成的综合风险态势向量，结合水化放热模型中的水化热衰减趋势，动态生成冷却水流量的渐变调控指令与喷淋养护强度的自适应调节指令，实现冷却与养护的协同闭环控制。

7、进一步地，构建考虑温度对水化速率时变影响的水化放热模型时，采用arrhenius方程，并利用采集的混凝土内部第个深度节点的实测温度，将浇筑后的实际时间，按离散时间步进行累加，计算等效龄期；为深度节点索引。

8、进一步地，基于等效龄期，计算水化热释放速率；为表征水化热的衰减趋势，基于水化热释放速率，计算相邻两个时间步的水化热衰减比。

9、进一步地，在获得水化热释放速率后，将其作为内热源项，代入非稳态热传导方程的有限差分格式，生成混凝土内部温度场的动态演化预测序列。

10、进一步地，将温度应力预测值与抗拉强度的比值，作为裂缝风险评估指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的裂缝风险评估指数；为第个时间步的温度应力预测值；为第个时间步等效龄期对应的混凝土抗拉强度；为第个时间步的等效龄期；为时间步索引。

11、进一步地，在获得蒸发速率和迁移速率后，计算两者的失衡程度，并结合干燥收缩应变，输出干燥收缩应力指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的干燥收缩应力指数；为表面水分蒸发速率；为内部水分迁移速率；为第个时间步等效龄期对应的混凝土干燥收缩应变；为混凝土极限干燥收缩应变；函数确保当蒸发速率小于或等于迁移速率时，干燥收缩应力指数为零，不产生虚假风险信号。

12、进一步地，将各深度节点的温度变化速率，与安全冷却速率和临界冷却速率进行比较，输出冷却速率突变指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的冷却速率突变指数；表示对所有深度节点取最大值；为第个深度节点的实际温度变化速率；为安全冷却速率上限；为临界冷却速率。

13、进一步地，在获得调控输入基准后，基于综合风险态势值、水化热衰减趋势和冷却速率抑制需求，动态生成冷却水流量的渐变调控指令。

14、进一步地，在获得调控输入基准后，基于干燥收缩风险、冷却速率约束、环境湿度偏差和表面温差，动态生成喷淋养护强度的自适应调节指令。

15、进一步地，在获得冷却水流量调控指令和喷淋养护强度调控指令后，将指令下发至执行机构，并通过闭环反馈验证调控效果，完成冷却与养护的协同闭环控制。

16、相比于现有方案，本发明实现的有益效果：

17、本发明通过物联网传感器网络，实现多源异构数据的全面采集，通过等效龄期理论，建立水化放热与温度历程的定量关联，通过热传导差分方程，将水化热时变特性、冷却水作用及外界环境影响，统一纳入温度场预测模型，通过残差校正机制，保证预测序列与实测数据的持续一致性；通过温度应力、湿度散失和冷却过程，通过三维指数的独立计算，确保每个维度的风险均被充分量化；通过交叉耦合项的引入，捕捉多因素同时恶化时的非线性叠加效应；通过分项态势向量的保留，为后续精准调控，提供分维度差异化响应的依据；通过风险变化速率的计算，实现从被动阈值触发，到主动趋势预判的转变；以综合风险态势向量为多维驱动信号，以水化热衰减趋势为前馈补偿信号，通过多因子乘性结构，分别生成冷却水流量的渐变调控指令和喷淋养护强度的自适应调节指令，并通过闭环反馈、指数平滑和协调约束机制，实现冷却与养护的协同闭环控制。

1.基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，构建考虑温度对水化速率时变影响的水化放热模型时，采用arrhenius方程，并利用采集的混凝土内部第个深度节点的实测温度，将浇筑后的实际时间，按离散时间步进行累加，计算等效龄期；为深度节点索引。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，基于等效龄期，计算水化热释放速率；为表征水化热的衰减趋势，基于水化热释放速率，计算相邻两个时间步的水化热衰减比。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，在获得水化热释放速率后，将其作为内热源项，代入非稳态热传导方程的有限差分格式，生成混凝土内部温度场的动态演化预测序列。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，将温度应力预测值与抗拉强度的比值，作为裂缝风险评估指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的裂缝风险评估指数；为第个时间步的温度应力预测值；为第个时间步等效龄期对应的混凝土抗拉强度；为第个时间步的等效龄期；为时间步索引。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，在获得蒸发速率和迁移速率后，计算两者的失衡程度，并结合干燥收缩应变，输出干燥收缩应力指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的干燥收缩应力指数；为表面水分蒸发速率；为内部水分迁移速率；为第个时间步等效龄期对应的混凝土干燥收缩应变；为混凝土极限干燥收缩应变；函数确保当蒸发速率小于或等于迁移速率时，干燥收缩应力指数为零，不产生虚假风险信号。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，将各深度节点的温度变化速率，与安全冷却速率和临界冷却速率进行比较，输出冷却速率突变指数，涉及的表达式为：；其中，为第个时间步的冷却速率突变指数；表示对所有深度节点取最大值；为第个深度节点的实际温度变化速率；为安全冷却速率上限；为临界冷却速率。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，在获得调控输入基准后，基于综合风险态势值、水化热衰减趋势和冷却速率抑制需求，动态生成冷却水流量的渐变调控指令。

9.根据权利要求8所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，在获得调控输入基准后，基于干燥收缩风险、冷却速率约束、环境湿度偏差和表面温差，动态生成喷淋养护强度的自适应调节指令。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的混凝土施工智能管理系统，其特征在于，在获得冷却水流量调控指令和喷淋养护强度调控指令后，将指令下发至执行机构，并通过闭环反馈验证调控效果，完成冷却与养护的协同闭环控制。