CN114638466B - 一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑施工技术领域，具体是涉及一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质。本发明首先根据预先估计的环境数据，利用扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，在施工之前先得到与预估的环境数据相匹配的施工设计参数。并利用有限元软件建立施工过程分析模型，根据预先估计的环境数据，计算结构的温度分布和应力分布，验证上述施工设计参数是否符合规范设计要求。符合要求后，依据施工的设计参数进行施工，在施工的过程中实时监测材料所在的环境数据，依据监测的数据调整施工方案。本发明的施工方法能够提高所建造的建筑结构的耐久性，进而提高了建筑结构质量。

Description

一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，具体是涉及一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，建筑结构耐久性问题引发了全社会的关注，而施工耐久性主要体现在施工过程是否规范，施工方案是否合理，是否能及时发现施工过程中存在的问题并合理地解决。但是，由于目前施工及管理人员素质良莠不齐，施工人员上岗前得不到正规培训，只经过口头或文字技术交底培训后即上岗；而且施工管理体制方面也存在一定的问题，不能科学合理的编制现场施工组织计划书，在施工工艺、施工流程、施工管理上都没能做出明确的规范，施工质量控制得不到有效保证。而施工质量控制在工程实践中是至关重要的，但同时又往往是被设计方和施工方忽视甚至互相推诿的灰色区域。
现有技术只是在施工前确定出能够让建筑结构的耐久性达到标准所对应的施工方案，这属于一种施工前制定出施工方案的方法，在施工过程中由于施工材料所对应的环境数据随时会发生改变，导致施工前所制定的施工方案并不适用于继续施工了，继续采用施工前制定的施工方案会降低所建造出来的建筑结构质量。
综上所述，采用现有的施工方法降低了所建造出来的建筑结构质量。
因此，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质，解决了采用现有的施工方法降低了所建造出来的建筑结构质量的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于设计和实时监测的施工方法，其中，包括：
获取施工材料所对应的预估环境数据；
依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。
在一种实现方式中，所述依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数，包括：
依据所述预估环境数据，得到所述预估环境数据中的混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度；
依据所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到混凝土的预估强度和渗透性参数；
获取混凝土的材料预估参数；
在所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算混凝土的预估应力场；
比较所述预估强度和所述预估应力场，得到比较结果；
依据所述比较结果，得到混凝土的材料设计参数。
在一种实现方式中，所述依据所述比较结果，得到混凝土的材料设计参数，包括：
依据所述比较结果，得到所述比较结果中的所述预估应力场大于所述预估强度；
当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述材料预估参数，得到调整之后的所述材料预估参数；
在调整之后的所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算更新之后的所述预估应力场；
直至更新之后的所述预估应力场小于所述预估强度，得到此时的调整之后的所述材料预估参数为混凝土的材料设计参数。
在一种实现方式中，所述当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述材料预估参数，得到调整之后的所述材料预估参数，包括：
依据所述材料预估参数，得到所述材料预估参数中的混凝土材料预估配合比、模板预估导热系数；
当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述混凝土材料预估配合比和所述模板预估导热系数，得到调整之后的所述混凝土材料预估配合比和调整之后的预估导热系数所对应的模板，所述模板用于在施工过程中固定混凝土。
在一种实现方式中，还包括：
获取混凝土的材料预估参数、与所述材料预估参数所对应的样本应力场；
获取混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度；
将所述材料设计参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场；
依据所述样本应力场和所述预估应力场，调整所述施工过程分析模型的参数，直至所述预估应力场和所述样本应力场相吻合，得到调整参数之后的所述施工过程分析模型。
在一种实现方式中，所述依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案，包括：
依据所述环境实时监测数据，得到所述环境实时监测数据中的混凝土实时内部局部温度和混凝土实时外部局部温度以及混凝土所在环境的湿度；
依据所述混凝土实时内部局部温度、所述混凝土实时外部局部温度、所述湿度、所述材料设计参数，通过调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到混凝土实时内部温度分布数据和混凝土实时应力场；
依据所述混凝土实时内部温度分布数据和所述混凝土实时应力场，得到继续施工所对应的施工方案。
在一种实现方式中，所述依据所述混凝土实时内部温度分布数据和所述混凝土实时应力场，得到继续施工所对应的施工方案，包括：
将所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场和内部温度预估分布数据；
当所述混凝土实时内部温度分布数据与所述内部温度预估分布数据相异和/或所述混凝土实时应力场与预估应力场相异时，调整施工方案，得到继续施工所对应的施工方案。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于设计和实时监测的施工装置，其中，所述装置包括如下组成部分：
环境数据采集模块，用于获取施工材料所对应的预估环境数据；
参数计算模块，用于依据所述预估环境数据，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
监测模块，用于获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
方案调整模块，用于依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。
第三方面，本发明实施例还提供一种终端设备，其中，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于设计和实时监测的施工程序，所述处理器执行所述基于设计和实时监测的施工程序时，实现上述所述的基于设计和实时监测的施工方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于设计和实时监测的施工程序，所述基于设计和实时监测的施工程序被处理器执行时，实现上述所述的基于设计和实时监测的施工方法的步骤。
有益效果：本发明首先根据预先估计的环境数据，在施工之前先得到与预估的环境数据相匹配的施工材料的设计参数，之后依据施工材料的设计参数进行施工，在施工的过程中实时监测材料所在的环境数据，当实时的环境数据不符合要求时，就要改变当前的施工方案，直至改变施工方案之后的实时环境数据符合要求了，才继续在改变施工方案的基础上继续施工。本发明的施工方法在施工过程中实时采集能够表征耐久性的实时环境数据，以根据实时环境数据调整施工方案，从而使得在调整施工方案下所建造的建筑结构的耐久性更高，进而提高了建筑结构质量。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明的实施例中的流程图；
图3为实施例中的双孔双层隧道的示意图；
图4为混凝土温度的绝热温度随时间变化示意图；
图5为温度分布示意图；
图6为平面主应力分布示意图；
图7为Z方向应力分布示意图；
图8为本发明实施例提供的终端设备的内部结构原理框图。
具体实施方式
以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
经研究发现，目前，建筑结构耐久性问题引发了全社会的关注，而施工耐久性主要体现在施工过程是否规范，施工方案是否合理，是否能及时发现施工过程中存在的问题并合理地解决。但是，由于目前施工及管理人员素质良莠不齐，施工人员上岗前得不到正规培训，只经过口头或文字技术交底培训后即上岗；而且施工管理体制方面也存在一定的问题，不能科学合理的编制现场施工组织计划书，在施工工艺、施工流程、施工管理上都没能做出明确的规范，施工质量控制得不到有效保证。而施工质量控制在工程实践中是至关重要的，但同时又往往是被设计方和施工方忽视甚至互相推诿的灰色区域。现有技术只是在施工前确定出能够让建筑结构的耐久性达到标准所对应的施工方案，这属于一种施工前制定出施工方案的方法，在施工过程中由于施工材料所对应的环境数据随时会发生改变，导致施工前所制定的施工方案并不适用于继续施工了，继续采用施工前制定的施工方案会降低所建造出来的建筑结构的质量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质，解决了采用现有的施工方法降低了所建造出来的建筑结构的质量的问题。具体实施时，先提前设计施工所需要材料的参数，之后采用提前设计好参数的材料进行施工，在施工过程中实时采集材料所在环境的数据，再根据实时环境数据调整施工方案。采用本发明的施工方法能够提高所建造建筑的耐久性。
举例说明，采用施工材料A去建筑一栋楼，在施工之前先预估施工材料A大概会处于什么样的环境，即得到施工材料A在施工过程中可能对应什么样的环境数据，以此得到施工材料A的预估环境数据，依据预估环境数据再去找到在该环境条件下施工材料A所对应的参数，使用该参数下的施工材料A去建造楼，在建造楼的过程中实时监测施工材料A的环境数据，当实时环境数据不符合要求时，通过调整施工方案而改变施工材料A所对应的实时环境数据。
示例性方法
本实施例的基于设计和实时监测的施工方法可应用于终端设备中，所述终端设备可为具有视频播放功能的终端产品，比如电视机、电脑等。在本实施例中，如图1中所示，所述基于设计和实时监测的施工方法具体包括如下步骤：
S100，获取施工材料所对应的预估环境数据。
施工材料可以是混凝土，也可以是水泥，本实施例中的施工材料为混凝土。
本实施例是在使用混凝土施工之前，先根据历史经验得到施工现场可能的情况(即预估环境数据)。本实施例中的预估环境数据包括施工过程中混凝土内部可能的温度、混凝土外部可能的温度、外部环境湿度值、混凝土入模温度。混凝土入模即混凝土施工过程中需要用模板固定住，混凝土入模温度即混凝土进入模板时的温度。
S200，依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数。
本实施例中，预估的混凝土内部温度、混凝土外部温度、外部环境湿度值、混凝土入模温度都是一个范围值，而不是具体值，依据范围值找到与范围值所对应的材料设计参数。
步骤S200包括如下的步骤S201、S202、S203、S204、S205、S206、S207、S208、S209、S2010：
S201，依据所述预估环境数据，得到所述预估环境数据中的混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度。
本实施例中的预估环境数据不仅包括混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度，还包括外部环境湿度值和混凝土入模温度值，它们都是一个范围值。该范围值与实际的施工现场的环境数据所对应。
S202，依据所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度，得到混凝土的预估强度。
本实施例，将混凝土内部预估温度、混凝土外部预估温度、外部环境湿度值和混凝土入模温度值输入到扩展权重成熟度算法中，得到混凝土的预估强度。
扩展权重成熟度算法为现有技术，扩展权重成熟度是指根据施工现场变化的温度和湿度环境，在原有权重成熟度理论基础上，提出一种耦合湿度因素的扩展权重成熟度预测模型：基于某种特定配合比混凝土在结构浇筑前，事先对某项部分工程建立精确的扩展权重成熟度与相对28天强度、渗透性关系曲线，在后期施工现场中可实时监测温、湿度数据并进行反馈，通过已建立的扩展权重成熟度-相对28天强度、渗透性关系曲线图相应的值，即可预测所期望的混凝土强度值或渗透性值(渗透性为氯离子的渗透性)。因此，本实施例通过扩展权重成熟度算法不仅得到了混凝土的预估强度，还得到了混凝土的渗透性。强度和渗透性都可以用来表征采用混凝土所建造的建筑耐久性。
S203，获取混凝土的材料预估参数。
本实施例中的材料预估参数包括混凝土材料预估配合比、模板预估导热系数、混凝土绝热温度演化、混凝土早期流变性能。
本实施例的材料预估参数是人为设定的参数大小。
S204，在所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算混凝土的预估应力场。
S205，比较所述预估强度和所述预估应力场，得到比较结果。
S206，依据所述比较结果，得到所述比较结果中的所述预估应力场大于所述预估强度。
S207，依据所述材料预估参数，得到所述材料预估参数中的混凝土材料预估配合比、模板预估导热系数。
本实施例是利用有限元软件建立施工过程分析模型(现有技术)，根据预设数据(混凝土的材料预估参数)，计算预设条件(预设条件即混凝土内部预估温度、混凝土外部预估温度、外部环境湿度值和混凝土入模温度值)下结构内部的温度分布和应力场，并将其中的预估应力场与步骤S202得到的预估强度进行比较。本步骤中的温度分布和应力场均不是实际施工过程中混凝土所对应的温度分布和应力场，而是在施工之前计算出来的理论值。
S208，当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述混凝土材料预估配合比和所述模板预估导热系数，得到调整之后的所述混凝土材料预估配合比和调整之后的预估导热系数所对应的模板，所述模板用于在施工过程中固定混凝土。
当预估应力场大于预估强度，说明从理论上讲在该材料预估参数下建造的建筑已经不能满足设计要求了，需要调整材料预估参数。
S209，在调整之后的所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算更新之后的所述预估应力场；
S2010，直至更新之后的所述预估应力场小于所述预估强度，得到此时的调整之后的所述材料预估参数为混凝土的材料设计参数。
本实施例通过不断调整混凝土材料的预估参数，使得使用调整之后参数之后的材料所建造的结构的预估应力场小于预估强度，此时的材料就是可以用于施工的材料。
举例说明，以混凝土外部温度(预估环境数据)和混凝土材料预估配合比(材料预估参数)为例，说明步骤S200的整体过程：
计划在某地使用混凝土建造一栋楼，提前预估一下某地的温度范围为T，通过温度T采用扩展权重成熟度计算出混凝土凝固时所对应的强度为Y。同时还设定了混凝土材料配合比为C，将C和T都输入至施工过程分析模型中，模型输出混凝土在温度T和配合比C的条件下所对应的应力场R。如果应力场R大于强度Y，就调整配合比C，直至基于新得到的配合比C′计算出的应力场R′小于强度Y，此时配合比为C′的混凝土材料就是材料设计参数，即采用配合比为C′的混凝土材料就可以开始实际的施工了。
S300，获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配。
本实施例的环境实时监测数据包括混凝土实时内部局部温度和混凝土实时外部局部温度以及混凝土所在环境的湿度。由于是实时监测，因此不能采集到混凝土所有位置处的温度，只能采集在施工过程中的混凝土所形成结构的某几个点的温度。
S400，依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。
本实施例是先对步骤S200中的施工过程分析模型中的参数进行调整，以使调整参数之后的施工过程分析模型能够满足实际计算的需求。然后再利用调整参数之后的施工过程分析模型去计算使用混凝土材料所建造的结构所具有的实时内部温度分布数据和内部实时应力场。
本实施例中调整模型参数具体包括如下步骤S401、S402、S403、S404：
S401，获取混凝土的材料预估参数、与所述材料预估参数所对应的样本应力场。
举例说明，在数据库中一个混凝土材料配合比对应一个样本应力场，不同的混凝土材料配合比就对应不同的样本应力场。
S402，获取混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度。
S403，将所述材料设计参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场。
S404，依据所述样本应力场和所述预估应力场，调整所述施工过程分析模型的参数，直至所述预估应力场和所述样本应力场相吻合，得到调整参数之后的所述施工过程分析模型。
当预估应力场和样本应力场不一样时，就说明此时的模型是不适用于实际计算的，需要调整模型的参数。
通过步骤S401至步骤S404得到调整参数之后的模型，利用调整参数之后的施工过程分析模型去计算使用混凝土材料所建造的结构所具有的实时内部温度分布数据和内部实时应力场，包括如下步骤S405、S406、S407、S408：
S405，依据所述环境实时监测数据，得到所述环境实时监测数据中的混凝土实时内部局部温度和混凝土实时外部局部温度以及混凝土所在环境的湿度。
S406，依据所述混凝土实时内部局部温度、所述混凝土实时外部局部温度、所述湿度、所述材料设计参数，通过调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到混凝土实时内部温度分布数据和混凝土实时应力场。
S407，将所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场和内部温度预估分布数据。
S408，当所述混凝土实时内部温度分布数据与所述内部温度预估分布数据相异和/或所述混凝土实时应力场与预估应力场相异时，调整施工方案，得到继续施工所对应的施工方案。
本实施例中的混凝土实时内部局部温度和混凝土实时外部局部温度都是混凝土所建造结构的某一点处的温度和湿度。根据某一点的内外部温度、湿度，得到混凝土实时内部温度分布数据和混凝土实时应力场。实时内部温度分布数据能够代表混凝土内部各个位置的温度。
当计算出来的混凝土实时内部温度分布数据与内部温度预估分布数据不一样时，以及混凝土实时应力场与预估应力场相异，就需要调整当前的施工方案了。
本实施例中，实时计算混凝土结构内部温度场、应力场，分别做极限状态分析，并根据将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的强度和耐久性模拟值和前期预设条件下的预计算值(双关联模型预测结果和有限元计算结果)进行比较，判断实际施工是否满足要求。最后，若实际施工不满足设计要求，则根据预计算结果对现场施工方案进行实时优化，具体的优化方案可以是增加冷却管、改变拆模时间等措施。其中增加冷却管是为了通过冷水循环降低混凝土温度，防止混凝土硬化过程中水化热过高造成混凝土开裂；改变拆模时间是为了提高混凝土强度，避免拆模过早导致混凝土强度不足以支撑自身重量，塌边有裂缝，麻面等问题。与此同时，持续实时监测施工现场数据，直到将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值相拟合，则达到建筑施工设计要求。
以图2为例，整体说明一下本发明的施工方法的详细过程：
步骤一：首先，根据《普通混凝土配合比设计规程》，确定混凝土材料配合比，在实验室测定结构施工模板导热系数，计算出混凝土绝热温度演化、混凝土早期流变性能等混凝土材料设计参数，为数值计算及有限元模拟计算提供依据。
步骤二：设定不同数值的混凝土内部温度值，取值范围为20℃-55℃，设定入模初始温度分别为25℃、30℃和35℃，外部环境湿度分别取为98％、80％、70％，拆模时间为48h、72h和96h。
20℃-55℃、25℃、30℃和35℃、98％、80％、70％都是预估环境数据，即混凝土在施工过程中可能处于的内部温度以及可能的入模温度、可能的外部环境湿度。
步骤三：根据步骤一测得的混凝土材料设计参数和步骤二预设的预估环境数据，输入到预先建立的扩展权重成熟度预测强度和渗透性模型中，获取扩展权重成熟度值。再根据扩展权重成熟度值与预先建立的扩展权重成熟度值-混凝土强度值曲线图、扩展权重成熟度值-混凝土渗透性曲线图，得到混凝土强度和混凝土渗透性预测值，获得强度及耐久性的预计算结果。
步骤三就是先采用历史数据建立强度值曲线图和渗透性曲线图，然后再根据预估环境数据在强度值曲线图上找到对应的强度值，以及再根据渗透性曲线图得到混凝土的渗透性。
步骤四：利用有限元软件建立施工过程分析模型，模型基于多相多孔介质框架，综合采用热传导方程和结构力学模块进行多物理场耦合模拟。结构的上表面为自由换热，周长和底面为内表面，被模板边界覆盖，外边界设置为环境温度。底板下为粘土，其热阻率显著提高，并采用了绝热条件。对于力学边界，考虑了混凝土重量的恒载，固定表面支撑应用于底板底部周围，没有活荷载或约束应用于结构的其余部分。全面考虑施工过程中对于混凝土耐久性能的影响参数，并在已经建立好的模型中预先输入预设温度、湿度等数据，计算预设条件下结构内部温度场、应力场，并与前期成熟度预测的强度进行比较。
步骤五：判断事先预设条件下的预计算结果是否符合施工设计要求。若预计算结果符合设计要求，则进入实际施工阶段；若预计算结果不符合施工设计要求，则立即优化施工方案设计，做到事前控制，并重复步骤三内容，直至预计算结果符合施工设计要求，则进入实际施工阶段。
本实施例的事前优化施工方案就是优化步骤一中的混凝土材料设计参数，即优化混凝土材料配合比、施工模板导热系数、混凝土绝热温度演化、混凝土早期流变性能。使得采用优化之后的混凝土材料设计参数所建造的建筑的耐久性得到提高。
步骤六：实际施工过程中，在施工现场的结构内部和外部安装温度传感器，实时监测混凝土内部和外部温度演化，在混凝土外部设置湿度传感器，对混凝土外部环境湿度演化进行实时监测，并记录实际混凝土入模温度。
步骤七：调整有限元软件建立的施工过程分析模型参数，全面考虑施工过程中对于混凝土耐久性能的影响参数，并在模型中输入实时监测数据，实时计算结构内部温度场、应力场，准确获得混凝土内部温度和应力分布，并进行极限状态分析。
步骤八：根据将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值进行比较，判断实际施工是否满足要求。如果施工质量满足设计要求，则施工过程结束；若实际施工不满足设计要求，则根据预计算结果对现场施工方案进行实时优化，如采取增加冷却管、改变拆模时间等措施。调整施工方案后，重复步骤五和步骤六内容，持续实时监测施工现场数据，并将调整方案后新获得的实时监测数据放入到有限元模型中进行计算，直到将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值相拟合，则达到建筑施工设计要求。据此进行闭合而且高效的施工质量控制设计，为工程应用及现场施工提供技术支撑，从而提高结构耐久性。
步骤八中的调整施工方案为施工过程中的调整施工方案。调整施工方案就是增加冷却管、改变拆模时间。
下面以采用混凝土建造双孔双层隧道为例，介绍本发明的施工方法的详细过程：
本实施例，如图3所示，隧道侧壁和中间板厚1m，顶板和底板分别厚1.2m和1.4m。该结构段的施工分为五个阶段，其中模拟由施工时间的顺序决定。不同阶段的材料性能随时间连续变化，而后一阶段继承了前一阶段的外边界条件、载荷和温度/热量历史。第一阶段是底板施工，耗时7天。第二阶段为第一阶段后10天一层侧墙和中墙的浇筑养护。第三阶段是中间板块的施工，耗时7天。第四阶段是二层侧墙和中墙的施工，与一层几何形状相同，该阶段需要10天。第五阶段为顶板施工，顶板厚1.2m，养护14天后回填。
首先，确定如表1所示的混凝土材料配合比：
Figure BDA0003490185640000131
在实验室利用热导仪测定结构施工模板导热系数，经实验室测定，木模板的导热系数取为0.120/0m·0)、热阻为0.14m0·0/0。关于传热问题，混凝土的热源由绝热温升确定，绝热温升即混凝土在绝热环境中所对应的温度随时间的变化，如图4所示给出了混凝土温度的绝热演化。材料特性是预先确定的。基本参数如下:热容2500kJ/m3，导热系数：2.40/(m·0),热膨胀系数:1.2×10-5/℃，通过确定以上设计参数和数据，为数值计算及有限元模拟计算提供依据。
设定不同数值的混凝土内部温度值，取值范围为20℃-55℃，设定入模初始温度分别为25℃、30℃和35℃，外部环境湿度分别取为98％、80％、70％，拆模时间为：48h,72h,and96h。将以上确定的设计参数、测量数据和预先设定值输入到预先建立的扩展权重成熟度预测强度和渗透性模型中，获取扩展权重成熟度值。再根据所述扩展权重成熟度值与预先建立的扩展权重成熟度值-混凝土强度值曲线图、扩展权重成熟度值-混凝土渗透性曲线图，得到混凝土强度和混凝土渗透性预测值，获得混凝土强度及耐久性的预计算结果。
然后利用有限元软件建立施工过程分析模型，模型综合采用热传导方程和结构力学模块进行多物理场耦合模拟。由于隧道的几何形状和边界条件，本数值模拟中考虑了平面应变。有限元模型共网格1444个四边形单元和1704个节点，本研究中使用了性能随时间变化的混凝土。新老混凝土之间的接缝在不同施工阶段使用共享节点和边界进行建模，新老混凝土的计算采用不同时间段的本构方程。结构的上表面为自由换热，周长和底面为内表面，被模板边界覆盖，外边界设置为环境温度。底板下为粘土，其热阻率显著提高，并采用了绝热条件。对于力学边界，考虑了混凝土重量的恒载，固定表面支撑应用于底板底部周围，没有活荷载或约束应用于结构的其余部分。全面考虑施工过程中对于混凝土耐久性能的影响参数，并在已经建立好的模型中预先输入预设温度、湿度等数据，计算预设条件下结构内部温度场、应力场，并与前期成熟度预测的强度进行比较。
进入实际施工阶段，在施工现场的结构内部和外部安装温度传感器，实时监测混凝土内部和外部温度演化，在混凝土外部设置湿度传感器，对混凝土外部环境湿度演化进行实时监测，并记录实际混凝土入模温度。将施工现场测量的温度分布与模拟结果进行比较，同时将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值(实际施工过程中所对应的混凝土温度分布、平面主应力分布、Z方向应力分布)和前期预设条件下的预计算值进行比较。
如图5所示，混凝土实际的温度分布与预估的温度分布吻合较好，说明当前的施工方案是适合继续施工的。如图6所示为平面主应力分布随时间的变化曲线，如图7所示为Z方向应力分布随时间变化曲线。
在本实施例中，由于将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值一致，所以施工质量满足设计要求，故施工过程结束。据此实现了闭合而且高效的施工质量控制设计，为工程应用及现场施工提供技术支撑，提高了结构耐久性。
但如果实际施工不满足设计要求，则根据预计算结果对现场施工方案进行实时优化，如采取增加冷却管、改变拆模时间等措施。调整施工方案后，持续实时监测施工现场数据，并将调整方案后新获得的实时监测数据放入到有限元模型中进行计算，直到将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值相拟合，则达到建筑施工设计要求，
综上，本发明首先根据预先估计的环境数据，在施工之前先得到与预估的环境数据相匹配的施工材料的设计参数，之后依据施工材料的设计参数进行施工，在施工的过程中实时监测材料所在的环境数据，当实时的环境数据不符合要求时，就要改变当前的施工方案，直至改变施工方案之后的实时环境数据符合要求了，才继续在改变施工方案的基础上继续施工。本发明的施工方法在施工过程中实时采集能够表征耐久性的实时环境数据，以根据实时环境数据调整施工方案，从而使得在调整施工方案下所建造的建筑结构的耐久性更高，进而提高了建筑结构质量。
另外本发明还具有以下有益效果：
(1)本发明强调实时监测施工过程中的温度和湿度变化，具有时效性，能够准确而及时地发现施工过程中存在的质量问题。
(2)以往的施工质量控制方法，是针对施工设备进行改进，针对建筑材料质量进行控制，或者加强对施工人员的培训管理。而本发明是将施工质量控制进行数据化反映，用实时监测数据判断施工过程时的施工质量是否满足设计要求，并能够实时进行监测，及时做出相应方案的调整。
(3)区别于传统数值模拟计算，以往利用有限元进行数值模拟计算，计算过程所考虑的影响因素单一，不能全面反映影响因素。而且在施工过程中进行模拟计算后，没有给出优化方案，施工质量控制方法未闭合。而本发明用有限元软件建立施工过程分析模型，模型基于多相多孔介质框架，综合采用热传导方程和结构力学模块进行多物理场耦合模拟，计算结构内部温度场、应力场，进行极限状态分析。并且在模拟计算完成后，通过将实时监测数据输入到施工过程分析模型中所得的模拟值和前期预设条件下的预计算值进行比较，能够实时判断实际施工是否满足施工质量控制要求。若实际施工不满足施工质量控制要求，能够实时优化方案，并在方案优化的同时，持续实时监测数据变化，准确掌握方案改变后的效果，从而更好地实现施工质量控制的闭合。
(4)不仅进行事前模拟控制，而且还在事中和事后对施工质量进行实时监测，施工质量控制更加有效，没有人为因素干扰，能够有效提高结构耐久性。
(5)在本发明中，采用了权重成熟度法，能够准确、无损地建立与混凝土强度和渗透性双指标相关联模型，同时与混凝土结构的强度与耐久性均有关联。
示例性装置
本实施例还提供一种基于设计和实时监测的施工装置，所述装置包括如下组成部分：
环境数据采集模块，用于获取施工材料所对应的预估环境数据；
参数计算模块，用于依据所述预估环境数据，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
监测模块，用于获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
方案调整模块，用于依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。
基于上述实施例，本发明还提供了一种终端设备，其原理框图可以如图8所示。该终端设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏、温度传感器。其中，该终端设备的处理器用于提供计算和控制能力。该终端设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于设计和实时监测的施工方法。该终端设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该终端设备的温度传感器是预先在终端设备内部设置，用于检测内部设备的运行温度。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端设备的限定，具体的终端设备以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种终端设备，终端设备包括存储器、处理器及存储在存储器中并可在处理器上运行的基于设计和实时监测的施工程序，处理器执行基于设计和实时监测的施工程序时，实现如下操作指令：
获取施工材料所对应的预估环境数据；
依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
综上，本发明公开了一种基于设计和实时监测的施工方法、装置及存储介质，所述方法包括：获取施工材料所对应的预估环境数据；依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案。本发明的施工方法在施工过程中实时采集能够表征耐久性的实时环境数据，以根据实时环境数据调整施工方案，从而使得在调整施工方案下所建造的建筑结构的耐久性更高，进而提高了建筑结构质量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，包括：
获取施工材料所对应的预估环境数据；
依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案；
所述依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数，包括：
依据所述预估环境数据，得到所述预估环境数据中的混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度；
依据所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到混凝土的预估强度和渗透性参数；
获取混凝土的材料预估参数；
在所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算混凝土的预估应力场；
比较所述预估强度和所述预估应力场，得到比较结果；
依据所述比较结果，得到混凝土的材料设计参数。
2.如权利要求1所述的基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，所述依据所述比较结果，得到混凝土的材料设计参数，包括：
依据所述比较结果，得到所述比较结果中的所述预估应力场大于所述预估强度；
当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述材料预估参数，得到调整之后的所述材料预估参数；
在调整之后的所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算更新之后的所述预估应力场；
直至更新之后的所述预估应力场小于所述预估强度，得到此时的调整之后的所述材料预估参数为混凝土的材料设计参数。
3.如权利要求2所述的基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，所述当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述材料预估参数，得到调整之后的所述材料预估参数，包括：
依据所述材料预估参数，得到所述材料预估参数中的混凝土材料预估配合比、模板预估导热系数；
当所述预估应力场大于所述预估强度，调整所述混凝土材料预估配合比和所述模板预估导热系数，得到调整之后的所述混凝土材料预估配合比和调整之后的预估导热系数所对应的模板，所述模板用于在施工过程中固定混凝土。
4.如权利要求1所述的基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，还包括：
获取混凝土的材料预估参数、与所述材料预估参数所对应的样本应力场；
获取混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度；
将所述材料设计参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场；
依据所述样本应力场和所述预估应力场，调整所述施工过程分析模型的参数，直至所述预估应力场和所述样本应力场相吻合，得到调整参数之后的所述施工过程分析模型。
5.如权利要求4所述的基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，所述依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案，包括：
依据所述环境实时监测数据，得到所述环境实时监测数据中的混凝土实时内部局部温度和混凝土实时外部局部温度以及混凝土所在环境的湿度；
依据所述混凝土实时内部局部温度、所述混凝土实时外部局部温度、所述湿度、所述材料设计参数，通过调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到混凝土实时内部温度分布数据和混凝土实时应力场；
依据所述混凝土实时内部温度分布数据和所述混凝土实时应力场，得到继续施工所对应的施工方案。
6.如权利要求5所述的基于设计和实时监测的施工方法，其特征在于，所述依据所述混凝土实时内部温度分布数据和所述混凝土实时应力场，得到继续施工所对应的施工方案，包括：
将所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度输入至调整参数之后的所述施工过程分析模型，得到所述施工过程分析模型输出的预估应力场和内部温度预估分布数据；
当所述混凝土实时内部温度分布数据与所述内部温度预估分布数据相异和/或所述混凝土实时应力场与预估应力场相异时，调整施工方案，得到继续施工所对应的施工方案。
7.一种基于设计和实时监测的施工装置，其特征在于，所述装置包括如下组成部分：
环境数据采集模块，用于获取施工材料所对应的预估环境数据；
参数计算模块，用于依据所述预估环境数据，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数；
监测模块，用于获取采用所述材料设计参数进行施工时所述施工材料所对应的环境实时监测数据，所述预估环境数据与所述环境实时监测数据相匹配；
方案调整模块，用于依据所述环境实时监测数据，得到继续施工所对应的施工方案；
所述依据所述预估环境数据，得到与所述预估环境数据所对应的材料设计参数，包括：
依据所述预估环境数据，得到所述预估环境数据中的混凝土内部预估温度和混凝土外部预估温度；
依据所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度，通过扩展权重成熟度和混凝土强度、混凝土渗透性双关联模型，得到混凝土的预估强度和渗透性参数；
获取混凝土的材料预估参数；
在所述材料预估参数、所述混凝土内部预估温度和所述混凝土外部预估温度条件下，计算混凝土的预估应力场；
比较所述预估强度和所述预估应力场，得到比较结果；
依据所述比较结果，得到混凝土的材料设计参数。
8.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于设计和实时监测的施工程序，所述处理器执行所述基于设计和实时监测的施工程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于设计和实时监测的施工方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于设计和实时监测的施工程序，所述基于设计和实时监测的施工程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于设计和实时监测的施工方法的步骤。
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