CN108681654A - 一种基于大数据的建筑结构设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于大数据的建筑结构设计系统，在既有技术的基础上，提出通过建筑结构数据采集及储存、数据挖掘与处理、结构方案评价与优化三个模块所构成的建筑结构设计系统，既能提高结构设计速率，快速设计建筑结构，又能充分利用已建建筑结构设计信息数据，实现建筑结构设计的数据共享。采用数据采集与储存模块、信息挖掘与处理模块进行结构设计方案的初步选定，以及经过方案评价与优化模块对初步设计方案进行分析评价及打分，确定得分相对较高的设计方案，并对此方案根据用户的需求进一步优化，使结构更加合理化。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构设计领域，特别是一种基于大数据的建筑结构设计系统。
背景技术
建筑的结构设计是建筑物建造过程中至关重要的一环。目前，建筑结构设计以个人或单位的设计经验为主，设计工作内容繁琐，修改率高，建筑结构数据利用率低，工作耗时、耗力、耗资源。各设计单位之间交互较少，缺乏信息共享的观念，导致信息滞后、结构设计的发展缓慢等问题。
随着信息化时代的到来，大数据技术应用于各行各业，成为一个重要的技术手段。建筑结构设计要顺应大数据的发展，用“数据核心、数据价值、全样本、关注效率、可预测、人机智能交互”的大数据核心思维完善结构设计方案，实现建筑结构设计的信息化、数据化和智能化。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于大数据的建筑结构设计系统，在既有技术的基础上，提出通过建筑结构数据采集及储存、数据挖掘与处理、结构方案评价与优化三个模块所构成的建筑结构设计系统，既能提高结构设计速率，快速设计建筑结构，又能充分利用已建建筑结构设计信息数据，实现建筑结构设计的数据共享。
本发明采取的方案为：
一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，包括数据采集与储存模块、信息挖掘与处理模块、方案评价模块；所述的数据采集与储存模块，用于采集建筑结构的各项信息，并储存至建筑结构信息数据库；所述的信息挖掘与处理模块，用于对建筑结构信息数据库中进行建筑结构信息的筛选挖掘，以得到初步结构设计方案；所述的方案评价块，用于分析初步结构设计方案的综合得分，选择得分最高的方案。
优选的，所述数据采集与储存模块，包括：已建建筑结构信息单元、建筑规范信息单元、国家及行业相关政策信息单元、行业相关动态信息单元；所述已建建筑结构信息单元，包括：结构设计数据采集与储存和运营期结构数据采集与储存两个子单元；所述建筑规范信息单元，包括：建筑结构荷载规范、建筑抗震设计规范、建筑地基基础设计规范、混凝土结构设计规范、砌体结构设计规范、高层建筑混凝土结构技术规程、钢结构设计规范七个子单元。
优选的，所述方案评价与优化模块，包括：综合评分单元和方案优选单元；所述综合评分单元，包括结构功能适用性评分、结构受力合理性评分、结构可施工性评分和结构成本经济性评分四个子单元；所述方案优选单元，包括经济优化方式和结构优化方式两个子单元。
优选的，该系统的建筑结构设计步骤是：(1)根据功能要求信息、设计前的勘察信息、结构设计师初步规划信息，选定建筑结构初步参数；
(2)将建筑结构初步参数输入数据采集与储存模块，经过信息挖掘与处理模块得到多个结构设计方案；
(3)通过方案评价与优化模块得到最佳设计方案。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
(1)结构设计信息资源共享
本发明通过建立建筑结构设计信息数据库，收集已建建筑的结构设计各项参数，由于结构设计的参数是各个结构设计单位或结构设计师编制的，可以达到相互借鉴、以长补短、共同进步的目的，进而促进资源的共享。
(2)节省结构设计时间
依据设计要求与功能需求，从建筑结构设计信息数据库中筛选出合适的结构设计方案，减少结构设计中复杂的截面设计、配筋等计算过程，从而提高结构设计工作效率，节约时间成本和人力资源成本。
(3)建筑结构更加合理
采用数据采集与储存模块、信息挖掘与处理模块进行结构设计方案的初步选定，以及经过方案评价与优化模块对初步设计方案进行分析评价及打分，确定得分相对较高的设计方案，并对此方案根据用户的需求进一步优化，使结构更加合理化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于大数据的建筑结构设计系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种基于大数据的建筑结构设计方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种数据挖掘方法流程图；
图4是本发明实施例提供的一种方案评价分析层次模型。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示为一种基于大数据的建筑结构设计系统的结构框图，如图1所示，该系统包括：数据采集与储存模块1、信息挖掘与处理模块2、方案评价与优化模块3；所述的数据采集与储存模块1，用于采集建筑结构的各项信息，并储存至建筑结构信息数据库；所述的信息挖掘与处理模块2，用于从建筑结构信息数据库中进行建筑结构信息的筛选挖掘，以得到初步结构设计方案；所述的方案评价与优化模块3，用于分析初步结构设计方案的综合得分，选择得分最高的方案，并进行优化。
所述数据采集与储存模块1、信息挖掘与处理模块2、方案评价与优化模块3，三个模块具有层层深入的逻辑关系，是用于结构设计的三个步骤，各模块的连接关系如图1所示。
所述数据采集与储存模块1，包括：已建建筑结构信息单元4、建筑规范信息单元5、国家及行业相关政策信息单元6、行业相关动态信息单元7，其中，所述已建建筑结构信息单元4，包括结构设计数据采集与储存10和运营期结构数据采集与储存11两个子单元；所述建筑规范信息单元5，包括建筑结构荷载规范12、建筑抗震设计规范13、建筑地基基础设计规范14、混凝土结构设计规范15、砌体结构设计规范16、高层建筑混凝土结构技术规程17、钢结构设计规范18七个子单元。运营期结构数据采集与储存11子单元可以经过各种监测器、传感器等监测、传输仪器获取全生命周期评价信息与健康监测信息。
所述方案评价与优化模块3，包括：综合评分单元8和方案优选单元9；所述综合评分单元8，包括结构功能适用性评分19、结构受力合理性评分20、结构可施工性评分21和结构成本经济性评分22四个子单元；所述方案优选单元9，包括经济优化方式23和结构优化方式24两个子单元。
图2为一种基于大数据的建筑结构设计方法的流程图，如图2所示，一种基于大数据的建筑结构设计方法，包括以下步骤：
(1)根据功能要求信息25、设计前的勘察信息26、结构设计师初步规划信息27，选定建筑结构初步参数28；
(2)将建筑结构初步参数28输入数据采集与储存模块1，经过信息挖掘与处理模块2得到多个结构设计方案29，作为初步的设计方案；
(3)通过方案评价与优化模块3得到最佳设计方案30。
所述信息挖掘与处理模块2，用于通过建筑结构信息数据库，使用数据挖掘方法对建筑结构方案进行分析筛选；数据挖掘方法可以参照图3，图3所示为一种数据挖掘流程图，步骤为：从建筑结构信息数据库中提取任一建筑的结构设计参数，计算其与建筑结构初步参数的相似度ai，保证各个建筑物都有相对的相似度，将建筑物按照相似度ai从到小排列，取前三到五名(可以去三名、四名或无名)的建筑物对应的结构设计方案作为备选方案；相似度是由欧式(Euclidean)权距离的相似度定义的，计算公式如：ωk为第k设计参数指标的权重，可由专家调查法确定；dik为目标建筑Y与数据库中建筑Xi的第k设计参数指标yk与xik间的相对距离，xkmax与xkmin分别为数据库中所有建筑物的第k设计参数指标的最优值与最差值；设计参数指标参照建筑结构初步参数28，最优值与最差值与设计参数的自身性质有关。
所述方案评价与优化模块3，用于对初步设计方案进行评价，以及对评价得分最高的方案进一步优化；图4为方案评价分析层次模型，从上到下依次为目标层、准则层、子准则层和方案层；其中目标层是选择出最佳设计方案30以达到目标；准则层为综合评分单元8的四个准则层，子准则层是准则层的细分；方案层为多个结构设计方案29；依据图4，可采用层次分析法作为方案的决策评价方法，通过评价得到各方案准则层、子准则层的得分，以及各方案的综合得分；依照子准则层的得分情况对综合得分最高的方案进行进一步优化，从而得到最佳设计方案。
将大数据技术应用到建筑结构设计领域，显著减轻结构设计师工作，减少繁琐的结构计算，有效减少结构设计的时间；采集、储存、利用已建建筑结构运营期数据，可以为结构设计提供借鉴，从而更好发挥结构设计引领建筑全生命周期性能的体现，促使建筑结构数据资源价值与实际设计工作的搭接，引领结构设计工作的精准化、科学化和合理化。
以上所描述的实施例仅仅是本发明一个实施方式，并不能用此限制本发明，凡是在本发明的原则上，没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，均包含于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，包括数据采集与储存模块、信息挖掘与处理模块、方案评价模块；所述的数据采集与储存模块，用于采集建筑结构的各项信息，并储存至建筑结构信息数据库；所述的信息挖掘与处理模块，用于对建筑结构信息数据库中进行建筑结构信息的筛选挖掘，以得到初步结构设计方案；所述的方案评价模块，用于分析初步结构设计方案的综合得分，选择得分最高的方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，所述数据采集与储存模块，包括：已建建筑结构信息单元、建筑规范信息单元、国家及行业相关政策信息单元、行业相关动态信息单元；所述已建建筑结构信息单元，包括：结构设计数据采集与储存和运营期结构数据采集与储存两个子单元；所述建筑规范信息单元，包括：建筑结构荷载规范、建筑抗震设计规范、建筑地基基础设计规范、混凝土结构设计规范、砌体结构设计规范、高层建筑混凝土结构技术规程、钢结构设计规范七个子单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，还包括优化模块，该优化模块对得分最高的方案进一步优化，从而得到最终设计方案；所述方案评价与优化模块，包括：综合评分单元和方案优选单元；所述综合评分单元，包括结构功能适用性评分、结构受力合理性评分、结构可施工性评分和结构成本经济性评分四个子单元；所述方案优选单元，包括经济优化方式和结构优化方式两个子单元。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，该系统的建筑结构设计步骤是：(1)根据功能要求信息、设计前的勘察信息、结构设计师初步规划信息，选定建筑结构初步参数；
(2)将建筑结构初步参数输入数据采集与储存模块，经过信息挖掘与处理模块得到多个结构设计方案；
(3)通过方案评价模块得到最佳设计方案。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的建筑结构设计系统，其特征在于，所述信息挖掘与处理模块，用于通过建筑结构信息数据库，使用数据挖掘方法对建筑结构方案进行分析筛选；步骤为：从建筑结构信息数据库中提取任一建筑的结构设计参数，计算其与建筑结构初步参数的相似度ai，保证各个建筑物都有相对的相似度，将建筑物按照相似度ai从到小排列，取前三到五名的建筑物对应的结构设计方案作为备选方案；相似度是由Euclidean权距离的相似度定义的，计算公式如：ωk为第k设计参数指标的权重，可由专家调查法确定；dik为目标建筑Y与数据库中建筑Xi的第k设计参数指标yk与xik间的相对距离，xkmax与xkmin分别为数据库中所有建筑物的第k设计参数指标的最优值与最差值；设计参数指标参照建筑结构初步参数。
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