CN117473840B - 一种基于用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，包括：获取板桩码头建造信息，根据板桩码头建造信息构建板桩码头模型；获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；结合板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。提供一个可视化、交互式的环境，用于模拟和优化板桩码头的设计和施工建造过程，帮助评估施工方案的可行性和安全性。提供多次试验和优化，可以根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及码头建造模拟与优化技术领域，尤其涉及一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统。
背景技术
板桩码头是一种常见的港口工程结构，用于方便货物装卸和船只停靠。在传统的板桩码头建造过程中，通常需要进行大量的实地试验和现场施工，这不仅费时费力，而且存在一定的安全风险和成本压力。目前，虚拟建造技术在工程领域得到了广泛应用，能够提供高度准确的模拟和优化方案。然而，在板桩码头建造领域，尚缺乏一种专门针对该结构的数字化平台。因此，本发明旨在填补这一空白，提供一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统。从而，工程师和施工人员可以在虚拟环境中进行板桩码头的设计和施工模拟，包括桩基施工、桩身安装、桩头连接等关键过程。能够准确模拟板桩的下沉、定位、固定等关键环节，帮助用户评估施工方案的可行性和安全性。此外，根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。
综上所述，本发明的背景是基于传统板桩码头建造过程的局限性和需求，结合虚拟建造技术的发展，提出一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，以提高施工效率、降低风险和成本，推动港口工程领域的发展和进步。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺陷，提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，其重要目的在于提高施工效率和质量。
为实现上述目的本发明第一方面提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，包括：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。
本方案中，所述获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型，具体为：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息进行工程解析，确定设计参数和材料参数，得到工程解析信息；
根据所述工程解析信息进行属性分析，分析建造材料的属性和结构组件的属性，得到属性分析信息；
根据工程解析信息和属性分析信息结合三维模型设计软件构建板桩码头模型；
基于有限元法将所述板桩码头模型进行网格化，得到不同的离散网格，提取各网格的使用属性作为评估权重，对各离散网格进行重要性评估，得到网格评估结果信息；
根据所述网格评估结果信息对所述板桩码头模型进行网格细化，根据不同网格的重要程度对所述板桩码头模型进行优化。
本方案中，所述获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法，具体为：
获取目标工程信息，所述目标工程信息包括：设计要求、约束条件、环境参数和工程建造参数；
构建三维仿真算法，通过目标工程信息对建造项目进行仿真，包括沉箱下沉过程仿真、沉箱-地基相互作用仿真和沉箱稳定性仿真；
所述沉箱下沉过程仿真的步骤包括：获取板桩码头模型，提取所述板桩码头模型中的网格划分结果，基于各网格的位置属性和使用属性进行网格区域划分，得到网格区域划分信息；
根据所述目标工程信息设定初始条件，将沉箱定义为一个质点或以质块为单元的体系并设定重量、形状和体积；
基于有限元法建立沉箱的动力学方程，将下沉过程分为离散时间步，通过动力学方程迭代计算每个时间步中沉箱变形和响应，并进行求解，根据求解结果更新沉箱的位置、速度和变形；
所述沉箱-地基相互作用仿真的步骤包括：根据所述目标工程信息确定土体力学参数，预设弹性阈值，通过Mohr-Coulomb准则建立土体承载力描述规则；
建立接触模型和结构动力学方程，通过接触模型计算地基对沉箱的反作用力，根据土体承载力描述规则和目标工程信息进行承载力分析，结合结构动力学方程计算沉箱的结构状态，并进行沉箱状态迭代更新；
所述沉箱稳定性仿真的步骤为：基于目标工程信息获取约束条件，通过有限元法构建稳定性分析模型，根据稳定性分析模型计算滑坡因子、荷载和应变，并与预设阈值进行判断，得到沉箱稳定性信息。
本方案中，所述结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台，具体为：
将板桩码头模型和三维仿真算法进行耦合，构建板桩码头建造模拟机制；
构建用户交互机制，包括场景更改、环境交互、组件交互和更改、参数调整和输入、仿真数据提取和反馈；
构建信息展示机制，将仿真模拟的数据通过图形界面或数据显示窗口进行可视化展示，并通过三维动画技术将进行模拟分析的过程生成动态的施工过程模拟视频；
基于板桩码头建造模拟机制、用户交互机制和信息展示机制构建码头施工模拟平台。
本方案中，所述获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，具体为：
获取施工区域信息和施工方案信息，所述施工区域信息包括施工区域地形信息、土壤特征信息和水文特征信息；
根据所述施工区域信息和施工方案信息设定初始模拟条件，输入至码头施工模拟平台进行模拟分析，得到模拟分析结果信息；
预设方案评估权重，根据方案评估权重结合模拟分析结果信息对各施工方案进行稳定性评估和可行性评估，得到施工方案评估信息；
根据所述施工方案评估信息对各施工方案进行筛选，将施工方案评估信息与预设阈值进行判断，得到初始施工方案信息。
本方案中，所述对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐，具体为：
获取初始施工方案信息，对各初始施工方案进行特征提取，提取各施工方案的施工方法特征、施工区域特征、施工材料特征和施工结构特征，得到施工方案特征信息；
基于大数据检索获取各种不同施工条件下的板桩码头施工方案实例，构成实例数据集；
基于PSO算法和SA算法构建施工方案优化模型，通过所述实例数据集构建训练数据集对所述施工方案优化模型进行训练；
将所述施工方案特征信息输入至所述施工方案优化模型中进行方案优化，根据施工方案特征信息结合实例数据集进行相似方案检索；
将所述施工方案特征信息与所述实例数据集进行相似度计算，获取相似度值，并与预设阈值进行判断，得到相似方案信息；
预设优化目标和约束条件，根据所述施工方案特征信息进行初始化，随机生成初始粒子群，将所述初始粒子群群中的个体作为初始粒子的位置，得到初始粒子群信息；
对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，结合初始粒子群信息进行替换、更新、添加或删减优化操作，并计算各粒子对应位置的目标函数值，与预设阈值进行判断，得到当前最优解；
预设迭代策略和初始温度，将当前最优解作为SA算法的初始解，结合迭代策略和初始温度生成新解，并计算新解的目标函数值与当前最优解的目标函数值进行判断，得到新解信息；
根据新解信息进行迭代优化，通过迭代策略判断是否达到收敛条件，得到最终解信息，通过最终解信息得到优化方案信息；
计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐，得到最优施工方案信息。
本发明第二方面提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包含用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序，所述用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。
本发明公开了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，包括：获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；结合板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。提供一个可视化、交互式的环境，用于模拟和优化板桩码头的设计和施工建造过程，帮助评估施工方案的可行性和安全性。提供多次试验和优化，可以根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以按照这些附图示出的获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法流程图；
图2为本发明一实施例提供的施工方案优化流程图；
图3为本发明一实施例提供的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统框图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1为本发明一实施例提供的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法流程图；
如图1所示，本发明提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法流程图，包括：
S102，获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息进行工程解析，确定设计参数和材料参数，得到工程解析信息；
根据所述工程解析信息进行属性分析，分析建造材料的属性和结构组件的属性，得到属性分析信息；
根据工程解析信息和属性分析信息结合三维模型设计软件构建板桩码头模型；
基于有限元法将所述板桩码头模型进行网格化，得到不同的离散网格，提取各网格的使用属性作为评估权重，对各离散网格进行重要性评估，得到网格评估结果信息；
根据所述网格评估结果信息对所述板桩码头模型进行网格细化，根据不同网格的重要程度对所述板桩码头模型进行优化。
需要说明的是，首先，初始阶段，通过收集相关工程信息，包括设计方案、结构组件、施工条件等，进行全面而系统的工程解析。明确设计参数和材料参数，形成全面的工程解析信息。接着，利用工程解析信息，进行深入的属性分析。通过分析建造材料和结构组件的关键属性，例如强度、耐久性和可塑性，形成详实的属性分析信息。然后，结合工程解析信息和属性分析信息，借助专业的三维模型设计软件，如AutoCAD 3D、SketchUp、Rhino等，构建板桩码头模型。在设计过程中，全面考虑工程需求、材料特性和结构属性，确保模型的实际适用性。接着，应用有限元法将构建的板桩码头模型划分为离散的网格。每个网格代表结构的一个部分，并提取各网格的使用属性作为评估权重，以反映不同部分的重要性。随后，对各离散网格进行全面评估，综合使用属性和设计参数，进行重要性评估。确定模型中各部分的相对重要性，为优化提供了基础。评估结果为模型结构和性能提供了深刻的洞察。最后，根据网格评估结果，对板桩码头模型进行有针对性的网格细化，重点关注重要性较高的部分。为后续施工方案的模拟分析提供基础。
S104，获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
获取目标工程信息，所述目标工程信息包括：设计要求、约束条件、环境参数和工程建造参数；
构建三维仿真算法，通过目标工程信息对建造项目进行仿真，包括沉箱下沉过程仿真、沉箱-地基相互作用仿真和沉箱稳定性仿真；
所述沉箱下沉过程仿真的步骤包括：获取板桩码头模型，提取所述板桩码头模型中的网格划分结果，基于各网格的位置属性和使用属性进行网格区域划分，得到网格区域划分信息；
根据所述目标工程信息设定初始条件，将沉箱定义为一个质点或以质块为单元的体系并设定重量、形状和体积；
基于有限元法建立沉箱的动力学方程，将下沉过程分为离散时间步，通过动力学方程迭代计算每个时间步中沉箱变形和响应，并进行求解，根据求解结果更新沉箱的位置、速度和变形；
所述沉箱-地基相互作用仿真的步骤包括：根据所述目标工程信息确定土体力学参数，预设弹性阈值，通过Mohr-Coulomb准则建立土体承载力描述规则；
建立接触模型和结构动力学方程，通过接触模型计算地基对沉箱的反作用力，根据土体承载力描述规则和目标工程信息进行承载力分析，结合结构动力学方程计算沉箱的结构状态，并进行沉箱状态迭代更新；
所述沉箱稳定性仿真的步骤为：基于目标工程信息获取约束条件，通过有限元法构建稳定性分析模型，根据稳定性分析模型计算滑坡因子、荷载和应变，并与预设阈值进行判断，得到沉箱稳定性信息。
需要说明的是，利用计算机图形学和物理仿真算法构建三维仿真算法，能够生成高度真实的虚拟环境。考虑沉箱的下沉过程、沉箱与地基的相互作用、沉箱的稳定性等因素，可以准确地模拟沉箱的行为和影响因素。通过逼真的图像和动画效果，用户可以身临其境地观察和参与板桩码头的建造过程。为用户提供了更直观、更真实的体验，使得他们能够更好地理解和评估施工方案
S106，结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
将板桩码头模型和三维仿真算法进行耦合，构建板桩码头建造模拟机制；
构建用户交互机制，包括场景更改、环境交互、组件交互和更改、参数调整和输入、仿真数据提取和反馈；
构建信息展示机制，将仿真模拟的数据通过图形界面或数据显示窗口进行可视化展示，并通过三维动画技术将进行模拟分析的过程生成动态的施工过程模拟视频；
基于板桩码头建造模拟机制、用户交互机制和信息展示机制构建码头施工模拟平台。
需要说明的是，通过板桩码头建造模拟机制，能够生成高度真实的虚拟环境，用户可以身临其境地观察和参与板桩码头的建造过程。同时，能够准确模拟板桩的下沉、定位、固定等关键过程。在模拟过程中，考虑多种因素，如桩身材料特性、施工环境等，平台能够模拟桩头的连接过程，通过准确模拟这些关键过程，平台能够帮助用户评估施工方案的可行性和安全性，提供重要的参考和指导。并且，能够提供实时的变形、应力分布和承载能力等关键参数。用户可以通过图形界面或数据显示窗口实时查看这些参数的数值和分布情况。这些参数反映了板桩码头的状态和性能，对于工程师和施工人员来说具有重要的参考价值。通过用户交互机制，提供可视化的界面和交互式的操作。用户可以通过直观的图形界面输入设计参数和施工条件，并实时观察模拟结果，并自由地旋转、缩放和移动虚拟环境中的对象，以获得更全面的视角。此外，用户还可以与虚拟环境进行交互，例如通过点击、拖动等方式操作模拟过程中的对象。使得用户能够更直接地参与和控制模拟过程，提高了用户的参与度和体验感。平台支持不同类型的板桩码头项目和施工要求，用户可以根据自己的需求选择合适的设置。通过信息展示机制，能够生成动态的施工过程模拟视频。方便沟通和分享模拟结果，促进团队合作和知识共享。通过可视化展示，可以更直观地展示模拟结果，使相关人员更好地理解和应用模拟系统的成果。
S108，获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
获取施工区域信息和施工方案信息，所述施工区域信息包括施工区域地形信息、土壤特征信息和水文特征信息；
根据所述施工区域信息和施工方案信息设定初始模拟条件，输入至码头施工模拟平台进行模拟分析，得到模拟分析结果信息；
预设方案评估权重，根据方案评估权重结合模拟分析结果信息对各施工方案进行稳定性评估和可行性评估，得到施工方案评估信息；
根据所述施工方案评估信息对各施工方案进行筛选，将施工方案评估信息与预设阈值进行判断，得到初始施工方案信息。
S110，对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐；
获取初始施工方案信息，对各初始施工方案进行特征提取，提取各施工方案的施工方法特征、施工区域特征、施工材料特征和施工结构特征，得到施工方案特征信息；
基于大数据检索获取各种不同施工条件下的板桩码头施工方案实例，构成实例数据集；
基于PSO算法和SA算法构建施工方案优化模型，通过所述实例数据集构建训练数据集对所述施工方案优化模型进行训练；
将所述施工方案特征信息输入至所述施工方案优化模型中进行方案优化，根据施工方案特征信息结合实例数据集进行相似方案检索；
将所述施工方案特征信息与所述实例数据集进行相似度计算，获取相似度值，并与预设阈值进行判断，得到相似方案信息；
预设优化目标和约束条件，根据所述施工方案特征信息进行初始化，随机生成初始粒子群，将所述初始粒子群群中的个体作为初始粒子的位置，得到初始粒子群信息；
对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，结合初始粒子群信息进行替换、更新、添加或删减优化操作，并计算各粒子对应位置的目标函数值，与预设阈值进行判断，得到当前最优解；
预设迭代策略和初始温度，将当前最优解作为SA算法的初始解，结合迭代策略和初始温度生成新解，并计算新解的目标函数值与当前最优解的目标函数值进行判断，得到新解信息；
根据新解信息进行迭代优化，通过迭代策略判断是否达到收敛条件，得到最终解信息，通过最终解信息得到优化方案信息；
计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐，得到最优施工方案信息。
需要说明的是，通过对施工人员预先设定的施工方案进行模拟分析，得到对于预设施工方案的模拟结果，评估后筛选能够采用的方案，进行方案优化，得到初始施工方案信息；对于施工方案来讲，包含两种特征，可变特征和不可变特征，可变特征为材料、施工方案等，不可变特征则为施工环境、土壤等特征，根据不可变特征与实例数据集中的各种方案进行相似度计算，寻找在相似的施工环境下的施工方案，然后，提取这些方案中的可变特征，即材料、结构和施工方法等特征，作为优化种群，对初始施工方案信息进行优化，通过对初始施工方案进行替换、更新、添加或删减的优化操作，进行方案改善和优化，得到优化方案信息。此时，得到的优化方案可能存在经济花费过大和可行性的问题，从而，对优化方案进行评估，评估经济性和可行性，筛选出经济花费适宜且能够实施的优化方案进行推荐，为施工人员提供可靠的参考方案，并保证项目施工的安全性和经济性，从而提高施工效率、降低风险和成本。
需要说明的是，结合粒子群算法（PSO）和模拟退火算法（SA）构建的施工方案优化模型，通过PSO算法进行全局搜索，SA在收敛后进行更精细的局部搜索，能够更容易避免陷入局部最优解的问题，从而更快速且准确的得到优化方案。
图2为本发明一实施例提供的施工方案优化流程图；
如图2所示，本发明提供了施工方案优化流程图，包括:
S202，获取施工区域信息和施工方案信息，设定初始模拟条件，输入至码头施工模拟平台进行模拟分析，得到模拟分析结果信息；
S204，对各施工方案进行稳定性评估和可行性评估，并对各施工方案进行筛选，得到初始施工方案信息；
S206，对各初始施工方案进行特征提取，输入至施工方案优化模型中进行方案优化，得到相似方案信息；
S208，对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，预设优化目标和约束条件，根据施工方案特征信息进行初始化，得到初始粒子群信息；
S210，结合初始粒子群信息和方案优化种群进行施工方案迭代优化，得到优化方案信息；
S212，计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐。
需要说明的是，首先，通过对预设的施工方案进行模拟，模拟预设的施工方案的各种施工参数，并进行评估，判断各种施工方案的稳定性和可行性，帮助施工人员了解各种方案的施工效果和施工问题，并筛选出能够采用的施工方案，得到初始施工方案。接着，对于初始方案进行方案优化，通过对实例数据集筛选出符合当前施工场景的历史施工方案，通过历史施工方案的施工方案特征对当前施工方案进行优化，包括结构修改、材料替换或者施工步骤更换等，从而得到优化后的施工方案。然后，对优化后的施工方案进行评估，避免优化后的施工方案存在不可实现的问题，并且考虑经济花销，选取在合理的范围内优化方案。最后，得到符合实际施工的优化方案，保证方案的可行性和经济性，为施工人员提供方案调整建议和决策，提高施工效率。
图3为本发明一实施例提供的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统框图3，该系统包括：存储器31、处理器32，所述存储器31中包含用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序，所述用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序被所述处理器32执行时实现如下步骤：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐。
需要说明的是，本发明提供了一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法及系统，通过构建码头施工模拟平台，包括板桩码头模型和三维仿真算法，为用户提供了模拟实验、实时监测和分析、可视化展示和分享的功能。用户可以通过平台输入板桩码头的设计参数和施工条件，包括桩基类型、桩身尺寸、桩头连接方式等，根据输入的参数生成虚拟的板桩码头模型。通过生成的板桩码头模型模拟板桩的下沉、定位、固定等关键过程。用户可以观察模拟结果，包括桩基施工的稳定性、桩身的垂直度、桩头连接的牢固性等。同时，提供实时的变形、应力分布和承载能力等关键参数，帮助用户评估施工方案的可行性和安全性。平台支持多次试验和优化。用户可以根据模拟结果进行施工方案的调整和优化，以提高施工效率和质量。工程师和施工人员可以获得准确、可靠的模拟结果和优化结果，帮助他们更好地规划和执行板桩码头的施工工作。提高施工方案质量和效率、减少风险和问题的潜力，并促进团队合作和知识共享。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，其特征在于，包括：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐；
所述获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法，具体包括：
获取目标工程信息，所述目标工程信息包括：设计要求、约束条件、环境参数和工程建造参数；
构建三维仿真算法，通过目标工程信息对建造项目进行仿真，包括沉箱下沉过程仿真、沉箱-地基相互作用仿真和沉箱稳定性仿真；
所述沉箱下沉过程仿真的步骤包括：获取板桩码头模型，提取所述板桩码头模型中的网格划分结果，基于各网格的位置属性和使用属性进行网格区域划分，得到网格区域划分信息；
根据所述目标工程信息设定初始条件，将沉箱定义为一个质点或以质块为单元的体系并设定重量、形状和体积；
基于有限元法建立沉箱的动力学方程，将下沉过程分为离散时间步，通过动力学方程迭代计算每个时间步中沉箱变形和响应，并进行求解，根据求解结果更新沉箱的位置、速度和变形；
所述沉箱-地基相互作用仿真的步骤包括：根据所述目标工程信息确定土体力学参数，预设弹性阈值，通过Mohr-Coulomb准则建立土体承载力描述规则；
建立接触模型和结构动力学方程，通过接触模型计算地基对沉箱的反作用力，根据土体承载力描述规则和目标工程信息进行承载力分析，结合结构动力学方程计算沉箱的结构状态，并进行沉箱状态迭代更新；
所述沉箱稳定性仿真的步骤为：基于目标工程信息获取约束条件，通过有限元法构建稳定性分析模型，根据稳定性分析模型计算滑坡因子、荷载和应变，并与预设阈值进行判断，得到沉箱稳定性信息；
所述对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐，具体包括：
获取初始施工方案信息，对各初始施工方案进行特征提取，提取各施工方案的施工方法特征、施工区域特征、施工材料特征和施工结构特征，得到施工方案特征信息；
基于大数据检索获取各种不同施工条件下的板桩码头施工方案实例，构成实例数据集；
基于PSO算法和SA算法构建施工方案优化模型，通过所述实例数据集构建训练数据集对所述施工方案优化模型进行训练；
将所述施工方案特征信息输入至所述施工方案优化模型中进行方案优化，根据施工方案特征信息结合实例数据集进行相似方案检索；
将所述施工方案特征信息与所述实例数据集进行相似度计算，获取相似度值，并与预设阈值进行判断，得到相似方案信息；
预设优化目标和约束条件，根据所述施工方案特征信息进行初始化，随机生成初始粒子群，将所述初始粒子群中的个体作为初始粒子的位置，得到初始粒子群信息；
对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，结合初始粒子群信息进行替换、添加或删减优化操作，并计算各粒子对应位置的目标函数值，与预设阈值进行判断，得到当前最优解；
预设迭代策略和初始温度，将当前最优解作为SA算法的初始解，结合迭代策略和初始温度生成新解，并计算新解的目标函数值与当前最优解的目标函数值进行判断，得到新解信息；
根据新解信息进行迭代优化，通过迭代策略判断是否达到收敛条件，得到最终解信息，通过最终解信息得到优化方案信息；
计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐，得到最优施工方案信息。
2.根据权利要求1所述的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，其特征在于，所述获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型，具体包括：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息进行工程解析，确定设计参数和材料参数，得到工程解析信息；
根据所述工程解析信息进行属性分析，分析建造材料的属性和结构组件的属性，得到属性分析信息；
根据工程解析信息和属性分析信息结合三维模型设计软件构建板桩码头模型；
基于有限元法将所述板桩码头模型进行网格化，得到不同的离散网格，提取各网格的使用属性作为评估权重，对各离散网格进行重要性评估，得到网格评估结果信息；
根据所述网格评估结果信息对所述板桩码头模型进行网格细化，根据不同网格的重要程度对所述板桩码头模型进行优化。
3.根据权利要求1所述的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，其特征在于，所述结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台，具体包括：
将板桩码头模型和三维仿真算法进行耦合，构建板桩码头建造模拟机制；
构建用户交互机制，包括场景更改、环境交互、组件交互和更改、参数调整和输入、仿真数据提取和反馈；
构建信息展示机制，将仿真模拟的数据通过图形界面或数据显示窗口进行可视化展示，并通过三维动画技术将进行模拟分析的过程生成动态的施工过程模拟视频；
基于板桩码头建造模拟机制、用户交互机制和信息展示机制构建码头施工模拟平台。
4.根据权利要求1所述的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法，其特征在于，所述获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，具体包括：
获取施工区域信息和施工方案信息，所述施工区域信息包括施工区域地形信息、土壤特征信息和水文特征信息；
根据所述施工区域信息和施工方案信息设定初始模拟条件，输入至码头施工模拟平台进行模拟分析，得到模拟分析结果信息；
预设方案评估权重，根据方案评估权重结合模拟分析结果信息对各施工方案进行稳定性评估和可行性评估，得到施工方案评估信息；
根据所述施工方案评估信息对各施工方案进行筛选，将施工方案评估信息与预设阈值进行判断，得到初始施工方案信息。
5.一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统，其特征在于，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包含用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序，所述用于板桩码头建造过程的模拟与优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型；
获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法；
结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台；
获取施工区域信息和施工方案信息，进行施工模拟，根据模拟结果对各施工方案进行评估，得到初始施工方案信息；
对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐；
所述获取目标工程信息，根据所述目标工程信息构建三维仿真算法，具体包括：
获取目标工程信息，所述目标工程信息包括：设计要求、约束条件、环境参数和工程建造参数；
构建三维仿真算法，通过目标工程信息对建造项目进行仿真，包括沉箱下沉过程仿真、沉箱-地基相互作用仿真和沉箱稳定性仿真；
所述沉箱下沉过程仿真的步骤包括：获取板桩码头模型，提取所述板桩码头模型中的网格划分结果，基于各网格的位置属性和使用属性进行网格区域划分，得到网格区域划分信息；
根据所述目标工程信息设定初始条件，将沉箱定义为一个质点或以质块为单元的体系并设定重量、形状和体积；
基于有限元法建立沉箱的动力学方程，将下沉过程分为离散时间步，通过动力学方程迭代计算每个时间步中沉箱变形和响应，并进行求解，根据求解结果更新沉箱的位置、速度和变形；
所述沉箱-地基相互作用仿真的步骤包括：根据所述目标工程信息确定土体力学参数，预设弹性阈值，通过Mohr-Coulomb准则建立土体承载力描述规则；
建立接触模型和结构动力学方程，通过接触模型计算地基对沉箱的反作用力，根据土体承载力描述规则和目标工程信息进行承载力分析，结合结构动力学方程计算沉箱的结构状态，并进行沉箱状态迭代更新；
所述沉箱稳定性仿真的步骤为：基于目标工程信息获取约束条件，通过有限元法构建稳定性分析模型，根据稳定性分析模型计算滑坡因子、荷载和应变，并与预设阈值进行判断，得到沉箱稳定性信息；
所述对所述初始施工方案信息进行方案优化，根据优化结果进行施工方案推荐，具体包括：
获取初始施工方案信息，对各初始施工方案进行特征提取，提取各施工方案的施工方法特征、施工区域特征、施工材料特征和施工结构特征，得到施工方案特征信息；
基于大数据检索获取各种不同施工条件下的板桩码头施工方案实例，构成实例数据集；
基于PSO算法和SA算法构建施工方案优化模型，通过所述实例数据集构建训练数据集对所述施工方案优化模型进行训练；
将所述施工方案特征信息输入至所述施工方案优化模型中进行方案优化，根据施工方案特征信息结合实例数据集进行相似方案检索；
将所述施工方案特征信息与所述实例数据集进行相似度计算，获取相似度值，并与预设阈值进行判断，得到相似方案信息；
预设优化目标和约束条件，根据所述施工方案特征信息进行初始化，随机生成初始粒子群，将所述初始粒子群中的个体作为初始粒子的位置，得到初始粒子群信息；
对所述相似方案信息进行特征提取，作为方案优化种群，结合初始粒子群信息进行替换、添加或删减优化操作，并计算各粒子对应位置的目标函数值，与预设阈值进行判断，得到当前最优解；
预设迭代策略和初始温度，将当前最优解作为SA算法的初始解，结合迭代策略和初始温度生成新解，并计算新解的目标函数值与当前最优解的目标函数值进行判断，得到新解信息；
根据新解信息进行迭代优化，通过迭代策略判断是否达到收敛条件，得到最终解信息，通过最终解信息得到优化方案信息；
计算各优化方案的施工成本和周期，并提取各优化方案的施工方法特征，对各优化方案进行经济性评估和可行性评估，根据评估结果选取最优施工方案进行推荐，得到最优施工方案信息。
6.根据权利要求5所述的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统，其特征在于，所述获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息构建板桩码头模型，具体包括：
获取板桩码头建造信息，根据所述板桩码头建造信息进行工程解析，确定设计参数和材料参数，得到工程解析信息；
根据所述工程解析信息进行属性分析，分析建造材料的属性和结构组件的属性，得到属性分析信息；
根据工程解析信息和属性分析信息结合三维模型设计软件构建板桩码头模型；
基于有限元法将所述板桩码头模型进行网格化，得到不同的离散网格，提取各网格的使用属性作为评估权重，对各离散网格进行重要性评估，得到网格评估结果信息；
根据所述网格评估结果信息对所述板桩码头模型进行网格细化，根据不同网格的重要程度对所述板桩码头模型进行优化。
7.根据权利要求5所述的一种用于板桩码头建造过程的模拟与优化系统，其特征在于，所述结合所述板桩码头模型和三维仿真算法构建码头施工模拟平台，具体包括：
将板桩码头模型和三维仿真算法进行耦合，构建板桩码头建造模拟机制；
构建用户交互机制，包括场景更改、环境交互、组件交互和更改、参数调整和输入、仿真数据提取和反馈；
构建信息展示机制，将仿真模拟的数据通过图形界面或数据显示窗口进行可视化展示，并通过三维动画技术将进行模拟分析的过程生成动态的施工过程模拟视频；
基于板桩码头建造模拟机制、用户交互机制和信息展示机制构建码头施工模拟平台。
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