一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法

本发明涉及结构设计数字化和智能化，具体涉及一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法。

背景技术：

1、叠合楼板是建筑物的重要水平构件，在预制工厂制造并运输至施工现场。叠合板具有施工速度快、制造质量可控和现场人工投入少等优点，广泛应用于装配式建筑中。叠合板通常无法设计成一个单独的大构件来直接取代传统的现浇板，拆分设计即旨在战略性地规划楼板空间，以填充较小的预制构件和现浇混凝土区域。拆分要综合考虑建筑、结构、电气、暖通、给排水多专业和制造、运输、安装多阶段的要求，以提高设计与制造效率并降低成本。因此，叠合板的拆分优化设计是一个多目标问题。

2、多种群协同优化算法是一种模拟自然生态系统中物种协同进化的优化方法。它基于不同的个体群体相互协作，通过信息共享和交流实现全局优化。该算法包括多个独立的个体群体，每个群体都有自己的进化过程，如遗传算子和进化策略。在进化过程中，各个群体通过交换信息，如最优解、经验等，以提升搜索能力。同时，通过引入多样性维持机制，防止早熟收敛，增加搜索空间的覆盖率。这种算法在解决复杂、高维度的优化问题时表现出色，如工程优化、机器学习等领域。

3、现有技术的不足在于，当前基于bim的参数化设计和预定义规则的方法虽然能够实现叠合板的拆分设计，但叠合板数量和规格多，难以降低制造配套的模具成本，同时现有设计方式以人机交互为主，整个过程费时费力，难以满足创造性和定制化设计的要求或是获得理想的解决方案，整个过程自动化、智能化程度低。

4、因此，亟需提供一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，包括以下步骤：

2、1)获取建筑物标准层结构平面布置图或bim模型，并确定设计规范、工程需求和设计目标。

3、2)提取平面布置图或bim模型中的楼层平面结构梁、柱和墙信息。并根据楼层平面结构梁、柱和墙信息确定叠合板的待布置区域。

4、3)基于设计规范和工程需求确定叠合板待布置区域的跨度等级。

5、4)利用变量关联性分析对跨度等级相同或长度相同的叠合板待布置区域进行分类，建立区域关联性大于阈值的低维子种群，并对区域关联性大于阈值的低维子种群进行集合求解，得到最优解序列。

6、5)根据工程需求和设计目标，建立叠合板布局方案评价指标。

7、6)基于叠合板布局方案评价指标和最优解序列，建立多种群协同优化模型。

8、7)对多种群协同优化模型进行求解，得到最优拆分设计方案序列。

9、8)根据最优拆分设计方案序列，完成整个标准层的叠合板布局任务，并生成拆分设计后的平面布置图或bim模型。

10、进一步，所述楼层平面结构梁、柱和墙信息包括位置信息、尺寸信息。

11、进一步，所述叠合板的待布置区域是基于标准层的划分区域性质确定的。

12、进一步，在步骤3)中，还基于设计规范和工程需求确定叠合板待布置区域的类型。

13、所述叠合板的类型包括单向板、双向板。

14、进一步，当叠合板的待布置区域的长边与短边之比大于3时，所述叠合板的类型为单向板。

15、进一步，当叠合板的待布置区域的长边与短边之比小于等于3时，所述叠合板的类型为双向板。

16、进一步，所述叠合板的待布置区域根据待布置区域的宽度信息确定叠合板的跨度等级。

17、进一步，在步骤3)中，还基于设计规范和工程需求确定叠合板待布置区域的拆分方向。

18、所述叠合板的待布置区域根据待布置区域的长宽信息确定叠合板的拆分方向。

19、进一步，所述叠合板布局方案评价指标包括布局设计规范指标、叠合板规格、叠合板数量、接缝类型、接缝数量。

20、所述布局设计规范指标用于评价叠合板布局设计是否符合规范要求。

21、所述接缝类型包括整体式接缝、分离式接缝。

22、进一步，所述对多种群协同优化模型进行求解的方法包括多种群协同优化的离散粒子群优化算法。

23、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明利用现有建筑物楼层结构平面图或bim模型，通过dxf文件读取并解析相关数据，可快速提取梁、柱和墙体等信息并完成区域划分，能够准确地获得叠合板待布置区域的多边形框信息，利用变量关联性分析，将多边形框中长度相同或宽度相近的区域视为一个低维子种群，以此将原叠合板拆分设计中的高维优化问题分解为多个低维子问题，利用设计需求和规范建立叠合板布局方案评价体系，通过多种群协同优化算法实现多种群多区域优化方案之间的协同，最终得到整个标准层的叠合板智能拆分设计方案。

24、采用本发明的方法，可以快速、高效地完成叠合板的智能拆分设计任务，减少叠合板模具的数量，能够智能化生成较优的拆分设计方案，同时自动生成叠合板平面布置图纸。

技术特征：

1.一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，所述楼层平面结构梁、柱和墙信息包括位置信息、尺寸信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，所述叠合板的待布置区域是基于标准层的划分区域性质确定的。

4.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，在步骤3)中，还基于设计规范和工程需求确定叠合板待布置区域的类型；

5.根据权利要求4所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，当叠合板的待布置区域的长边与短边之比大于3时，所述叠合板的类型为单向板。

6.根据权利要求4所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，当叠合板的待布置区域的长边与短边之比小于等于3时，所述叠合板的类型为双向板。

7.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，所述叠合板的待布置区域根据待布置区域的宽度信息确定叠合板的跨度等级。

8.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，在步骤3)中，还基于设计规范和工程需求确定叠合板待布置区域的拆分方向；

9.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，所述叠合板布局方案评价指标包括布局设计规范指标、叠合板规格、叠合板数量、接缝类型、接缝数量；

10.根据权利要求1所述的一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，其特征在于，所述对多种群协同优化模型进行求解的方法包括多种群协同优化的离散粒子群优化算法。

技术总结一种基于多种群协同优化的叠合板智能拆分设计方法，包括：1)获取建筑物标准层结构平面布置图或BIM模型；2)提取平面布置图或BIM模型中的楼层平面结构梁、柱和墙信息；确定叠合板的待布置区域；3)确定叠合板待布置区域的跨度等级；4)对叠合板待布置区域进行分类，建立低维子种群，并进行集合求解，得到最优解序列；5)建立叠合板布局方案评价指标；6)建立多种群协同优化模型；7)对多种群协同优化模型进行求解，得到最优拆分设计方案序列；8)完成整个标准层的叠合板布局任务，并生成拆分设计后的平面布置图或BIM模型。本发明通过多种群协同优化算法实现多种群多区域优化方案之间的协同，得到整个标准层的叠合板智能拆分设计方案。技术研发人员：伍洲,郑小磊,许成然,张超受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2