一种适用于深厚软土的桩位自动调优的方法和系统与流程

本发明涉及桩基建设，特别涉及一种适用于深厚软土的桩位自动调优的方法和系统。

背景技术：

1、为了确保目标工程在软土地区的长期稳定性，桩基基础成为常用的地基处理方法之一。桩基通过将建筑物的荷载传递到较深的土层或岩层中，从而有效提高地基的承载能力并减少沉降。

2、传统设计方法往往难以充分考虑桩基与地质结构的相互作用，导致桩基沉降风险和承载能力难以达到预期效果。因此，如何在考虑地质参数的基础上，优化桩位设计，降低桩基沉降风险，提升桩基承载力，成为当前建筑工程领域亟待解决的问题。

3、基于遗传算法、卷积神经网络等智能优化技术的应用逐渐进入桩基设计领域。通过智能优化算法对桩位设计方案进行自动调优，可以更好地适应复杂地质条件，提升设计方案的合理性和可靠性。此外，通过应力传感器的实时监测和基于长短期记忆网络（lstm）的应力变化预测模型，可以有效评估桩基的长期稳定性，为后续的桩基设计和施工方案提供决策依据。

4、然而，现有的桩基设计方法和系统仍然存在一些不足之处，例如缺乏针对复杂地质条件下的自动优化机制，难以实现设计与施工过程中各环节的有效衔接，且对桩基应力分布的实时监测和预测精度有限。因此，提出一种适用于深厚软土的桩位自动调优方法和系统，以解决上述问题，提高桩基设计与施工的科学性和工程效果，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种适用于深厚软土的桩位自动调优的方法和系统。

2、本发明第一方面提供了一种适用于深厚软土的桩位自动调优的方法，包括：

3、获取目标工程的桩基设计图纸数据，根据所述设计图纸数据确定目标工程的桩位初始设计方案；

4、获取目标工程建设位置的地质参数，根据所述地质参数对所述桩位初始设计方案进行适应性评估，得到适应性评估结果；

5、若所述桩位初始设计方案的适应性小于适应性阈值，基于遗传算法对所述桩位初始设计方案进行调优，得到桩位设计优化方案；

6、根据所述桩位设计优化方案进行桩基施工，实时监测桩基表面应力变化数据，根据所述桩基表面应力变化数据预测未来预设时间段内的应力变化，得到应力变化预测结果；

7、根据所述应力变化预测结果评估未来预设时间段内每个时间点的桩基表面应力分布均匀性，得到桩基表面应力分布均匀性评估结果；

8、根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果确定桩基设计和施工方案。

9、本方案中，所述获取目标工程的桩基设计图纸数据，根据所述设计图纸数据确定目标工程的桩位初始设计方案，具体为：

10、获取目标工程的桩基设计图纸数据，将所述桩基设计图纸数据转化为电子图像，得到电子设计图纸；

11、获取桩基设计图纸的图例，对所述图例进行对应构件名称标注，得到名称标注图例；

12、基于卷积神经网络构建桩基识别模型，设定所述桩基识别模型的输入层、卷积层、激活函数、池化层、全连接层、输出层，将名称标注图例导入所述桩基识别模型中进行模型训练；

13、将所述电子设计图纸导入训练完成后的桩基识别模型中进行桩基识别，根据识别结果确定目标工程的桩位初始设计方案，所述桩位初始设计方案包括桩基数量、桩基直径和长度、桩基位置。

14、本方案中，所述获取目标工程建设位置的地质参数，根据所述地质参数对所述桩位初始设计方案进行适应性评估，得到适应性评估结果，具体为：

15、获取目标工程建设位置的地质参数，所述地质参数包括各土层土壤类型、分布、厚度、密度、孔隙比、含水量；

16、根据所述地质参数构建目标工程建设位置的地质结构三维模型，根据所述桩位初始设计方案构建桩基三维模型；

17、根据所述桩位初始设计方案将桩基三维模型在所述地质结构三维模型中进行模拟构建，得到模拟构建三维模型；

18、获取各土层土壤的受挤压后对软土地质参数的变化影响关系数据，根据所述变化影响关系数据调整模拟构建后的目标工程建设位置的地质参数，得到地质更新参数；

19、基于有限元分析方法将模拟构建三维模型中的土层按照预设大小划分为n个有限元网格，将地质更新参数映射至每个有限元网格中；

20、获取桩基表面粗糙程度数据，根据所述地质更新参数和桩基表面粗糙程度数据计算确定每个有限元网格对桩基的载荷能力数据，根据所述每个有限元网格对桩基的载荷能力数据构建桩基沉降模拟模型；

21、根据所述每个有限元网格对桩基的承载能力数据构建沉降数值模拟模型，获取目标工程建设位置的土层对目标工程的承载能力数据和建设目标工程所需的土层最小承载力数据；

22、根据所述土层对目标工程的承载能力数据和建设目标工程所需的土层最小承载力数据计算桩基对目标工程的所需承载力；

23、根据桩基对目标工程的所需承载力计算目标工程中每根桩基的最小承载力，将所述每根桩基的最小承载力根据所述桩基沉降模拟模型对目标工程中的每根桩基进行承载力模拟施加，评估每根桩基的沉降风险，得到沉降风险数据；

24、根据所述沉降风险数据对所述桩位初始设计方案在目标工程的建设位置土层中的适应性进行评估，得到适应性评估结果。

25、本方案中，所述若所述桩位初始设计方案的适应性小于适应性阈值，基于遗传算法对所述桩位初始设计方案进行调优，得到桩位设计优化方案，具体为：

26、获取目标工程的桩基沉降风险控制要求，根据所述风险控制要求确定桩位设计方案的适应性阈值；

27、根据所述适应性评估结果，若所述桩位初始设计方案的适应性小于适应性阈值，引入遗传算法，将桩位初始设计方案转化为二进制表示形式，并根据遗传算法随机生成若干个初始设计方案，作为遗传算法的种群个体，每个种群个体表示一种可能的桩位设计方案；

28、将每个种群个体在地质结构三维模型中进行模拟构建，并更新桩基沉降模拟模型的地质参数，根据更新后的桩基沉降模拟模型对每个种群个体进行沉降风险评估，并确定每个种群个体的适应性；

29、基于轮盘赌选择方法选择适应性大于预设值的种群个体作为父代，将选择的父代进行多点交叉操作，生成新的个体，对新的个体进行变异操作，得到新一代种群；

30、对新一代种群中的个体进行再次适应性评估，并进行父代选择和交叉、变异迭代操作，直至种群的适应性大于所述适应性阈值，输出种群个体，根据输出的种群个体对所述桩位初始设计方案进行调优，得到桩位设计优化方案。

31、本方案中，所述根据所述桩位设计优化方案进行桩基施工，实时监测桩基表面应力变化数据，根据所述桩基表面应力变化数据预测未来预设时间段内的应力变化，得到应力变化预测结果，具体为：

32、根据所述桩位设计优化方案进行桩基实际施工，基于应力传感器实时监测桩基表面应力变化数据；

33、将桩基表面划分为多个正方形网格，获取应力传感器的位置信息，基于空间插值法和应力传感器的位置信息对每个正方形网格进行插值操作，得到每个正方形网格的应力变化数据；

34、将所述每个正方形网格的应力变化数据按照时间序列进行排序操作，得到应力变化时间序列数据；

35、基于lstm算法构建应力变化预测模型，将所述应力变化时间序列数据按照预设比例划分为训练集数据和预测集数据，将所述训练集数据导入所述应力变化预测模型中进行模型训练；

36、将所述预测集数据导入训练完成后的模型中对未来预设时间段内桩基表面的应力变化进行预测，得到应力变化预测结果。

37、本方案中，所述根据所述应力变化预测结果评估未来预设时间段内每个时间点的桩基表面应力分布均匀性，得到桩基表面应力分布均匀性评估结果，具体为：

38、根据所述应力变化预测结果将预设时间段内每个时间点的桩基表面应力进行可视化操作，得到每个时间点的桩基表面应力示意图；

39、将所述每个时间点的桩基表面应力示意图转化为热力图，得到每个时间点的桩基表面应力热力图；

40、计算所述桩基表面应力热力图的颜色直方图，根据所述颜色直方图获取每个正方形网格的颜色值；

41、基于聚类算法对所述颜色值进行聚类操作，得到聚类结果，根据所述聚类结果确定桩基表面应力热力图每个颜色的聚类比例和颜色分布区域；

42、根据所述聚类比例和颜色分布区域确定桩基表面应力分布情况，根据所述桩基表面应力分布情况对每个时间点的桩基表面应力进行均匀性评估，得到桩基表面应力分布均匀性评估结果。

43、本方案中，所述根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果确定桩基设计和施工方案，具体为：

44、根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果将桩基表面应力均匀性低于预设值的桩基表面应力示意图进行标记，得到标记桩基表面应力示意图；

45、获取每个标记桩基表面应力示意图的获取时间点数据，将开始出现桩基表面应力均匀性低于预设值的时间点进行标记，标定为桩基待固定时间点；

46、根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果确定桩基表面均匀性低于第二预设值的区域，将该区域标定为应力变化区域；

47、对应力变化区域进行分析，若桩基表面出现对称应力变化区域，且对称应力变化区域中一个应力变化区域应力增加，另一应力变化区域应力减小，将桩基标定为侧向倾斜风险桩基；

48、在所述桩基待固定时间节点对所述侧向倾斜风险桩基增加侧向支撑桩，并根据所述应力变化区域确定侧向支撑桩的安装位置，并根据应力变化区域在未来预设时间段内的应力变化预测结果确定应力变化严重程度，根据所述严重程度确定侧向支撑桩的直径，得到桩基第一固定方案；

49、根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果和应力变化预测结果，若桩基表面应力分布均匀性大于预设值但出现应力变化，将桩基标记为沉降风险桩基，将应力变化大于预设应力变化值的时间点进行标记，标定为桩基防沉降固定时间点；

50、在所述桩基防沉降固定时间点对所述沉降风险桩基增加纵向辅助桩操作，并根据沉降风险桩基在未来预设时间段内的应力变化预测结果确定沉降严重程度，根据所述沉降严重程度确定纵向辅助桩增加数目，得到桩基第二固定方案，将所述第一固定方案和第二固定方案进行整合，得到桩基设计和施工方案。

51、本发明第二方面还提供了一种适用于深厚软土的桩位自动调优的系统，该系统包括：存储器、处理器，所述存储器中包括适用于深厚软土的桩位自动调优的方法程序，所述适用于深厚软土的桩位自动调优的方法程序被所述处理器执行时，实现如下步骤：

52、获取目标工程的桩基设计图纸数据，根据所述设计图纸数据确定目标工程的桩位初始设计方案；

53、获取目标工程建设位置的地质参数，根据所述地质参数对所述桩位初始设计方案进行适应性评估，得到适应性评估结果；

54、若所述桩位初始设计方案的适应性小于适应性阈值，基于遗传算法对所述桩位初始设计方案进行调优，得到桩位设计优化方案；

55、根据所述桩位设计优化方案进行桩基施工，实时监测桩基表面应力变化数据，根据所述桩基表面应力变化数据预测未来预设时间段内的应力变化，得到应力变化预测结果；

56、根据所述应力变化预测结果评估未来预设时间段内每个时间点的桩基表面应力分布均匀性，得到桩基表面应力分布均匀性评估结果；

57、根据所述桩基表面应力分布均匀性评估结果确定桩基设计和施工方案。

58、本发明公开了一种适用于深厚软土的桩位自动调优的方法和系统。该方法包括：获取建筑工程的桩基设计图纸数据，确定桩位初始设计方案；根据建设位置的地质参数对初始设计方案进行适应性评估，若适应性小于阈值，则基于遗传算法调优，生成优化方案；根据优化方案进行桩基施工，并实时监测桩基表面应力变化，预测未来应力变化并评估应力分布均匀性；最终根据评估结果确定桩基设计和施工方案。该方法提高了桩基设计与施工的适应性及安全性。