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高拱坝施工进度自适应仿真与实时控制理论及应用

发布时间:2018-04-09 20:13

  本文选题:高拱坝施工 切入点:自适应仿真 出处:《天津大学》2016年博士论文


【摘要】:拱坝作为一种重要的坝型,由于其抗超载性能较好,同时又可以节省大量的施工材料,因此得到了广泛应用。目前已有拱坝最大坝高超过300m,同时一批300m级高拱坝也正在规划和建设中。然而在当前高拱坝施工进度现场管理中,面临着施工进度仿真与现场实际施工状态脱节、施工进度实时控制理论难以对现场施工进行全面分析控制、施工进度实时预警模型尚未对各坝段施工进度进行实时预警分析、施工方案实时优化未能全面考虑施工过程的随机性、施工过程及其仿真分析过程的实时直观表达匮乏管理平台等关键问题。如何解决这些问题,是当前高拱坝施工管理面临的巨大挑战。本文就上述问题展开深入研究和分析,并取得了如下创新性研究成果:(1)针对当前高拱坝施工进度仿真分析难以有效跟踪现场实时施工状态的现状,提出了高拱坝施工进度自适应仿真理论,实现了施工进度仿真分析对现场施工进度的实时跟踪与分析。当前高拱坝施工进度实时仿真主要是基于现场实时施工进度进行仿真初始条件实时更新,部分研究针对仿真施工参数的实时更新机制进行了研究。然而在施工进度实时仿真研究中,由于仿真模型本身结构中的仿真逻辑尚未随着现场实际施工状态实时更新,仿真施工参数更新方法也难以表达施工参数随着施工进度的推进而不断变化的过程,导致仿真分析系统难以实现对现场实时施工状态的有效跟踪。针对以上问题,本研究将自适应仿真理论引入高拱坝施工进度实时仿真分析中,提出了高拱坝施工进度自适应仿真理论。1通过综合分析高拱坝施工过程、实时施工状态、坝体混凝土温度场、施工导流要求、坝体结构形式、金属结构安装、施工进度仿真逻辑等因素对施工进度影响,将施工进度自适应仿真原理引入高拱坝施工进度仿真分析中,建立了高拱坝施工进度自适应仿真原理与数学模型;2基于证据理论,综合分析现场施工方案、实时仿真进度及施工过程随机性的影响,提出了基于证据折扣的坝块排序逻辑实时更新方法;3将模糊集理论与贝叶斯更新理论组合,综合考虑现场不确定性因素,实现模糊化仿真施工参数的实时更新,在仿真计算过程中,根据相应隶属度,实现模糊化仿真施工参数的取值,建立了基于模糊贝叶斯更新的仿真施工参数实时更新方法。以上理论模型和方法实现了根据现场实时施工状态的高拱坝施工进度仿真模型自适应更新,为施工进度自适应仿真与实时控制提供基础。(2)针对当前高拱坝施工进度实时控制尚未引入施工进度自适应仿真理论的现状,提出了基于自适应仿真的高拱坝施工进度实时控制理论。针对当前高拱坝施工进度实时控制研究尚未考虑根据现场实际施工状态进行仿真模型自适应更新,同时施工进度实时预警模型也尚未针对各坝段施工进度进行实时预警,在高拱坝施工方案实时优化过程中缺少完整考虑施工过程随机性的现状;本文基于自适应仿真理论及高拱坝施工进度实时控制原理,提出了基于自适应仿真的高拱坝施工进度实时控制理论。1建立了基于自适应仿真的高拱坝施工进度实时控制原理及数学模型,根据自适应仿真分析结果,对施工进度进行实时预警,进而实时调整施工方案;同时,基于施工方案实时优化方法,建立综合最优的施工方案,指导现场施工;2综合分析施工进度的随机性、整体施工进度、单坝段施工进度、关键节点工期,建立了高拱坝施工进度实时预警方法;3综合考虑施工指标随机特征,采用随机占优度定义,提出了基于随机占优度的高拱坝施工方案实时优化方法。基于以上理论模型和方法,实现了根据现场实际施工状态的高拱坝施工进度的实时控制。(3)针对当前施工进度控制手段难以实现施工过程及仿真计算过程的实时三维可视化分析及施工信息的实时交互式分析的现状,提出了高拱坝施工过程4D可视化分析方法。当前高拱坝施工进度现场控制大部分都是依赖二维图纸,而三维可视化方法主要是根据仿真结果建立三维模型,尚未将4D(三维模型+时间维度)可视化方法应用到高拱坝施工进度控制研究中,难以实现施工过程和仿真计算过程的实时三维可视化分析及施工信息实时交互式分析;针对上述现状,本研究提出了高拱坝施工过程4D可视化分析方法。将三维可视化技术与施工进度信息实时耦合分析,建立了高拱坝施工过程4D可视化模型;采用三维可视化建模技术,建立了高拱坝施工场区三维精细模型;采用时空数据库,建立了施工过程4D可视化数据库结构;结合Unity3D技术、射频拾取技术、面向对象技术等,实现了高拱坝施工过程的4D可视化分析及施工信息的实时交互式查询分析。(4)针对高拱坝施工进度自适应仿真与实时控制分析研究缺乏统一的施工进度自适应仿真与实时控制4D可视化分析平台的现状,研发了高拱坝施工进度自适应仿真与实时控制4D可视化分析系统。结合高拱坝实际施工需求、施工进度自适应仿真理论与方法、基于自适应仿真的高拱坝施工进度实时控制理论与方法,采用施工过程4D可视化分析方法,本研究自主研发了高拱坝施工进度自适应仿真与实时控制4D可视化分析系统,为工程管理人员提供了施工进度自适应仿真与实时控制分析平台。将以上成果的理论、方法、技术和系统应用到实际工程中,实践表明,采用本文的研究内容,可以有效保证高拱坝工程施工进度实时受控,对整个工程的工程效益起到了重要作用。
[Abstract]:Arch dam as an important type of dam, due to its anti overloading performance is better, but also can save a lot of construction materials, so it is widely used. The existing arch dam with the maximum height of more than 300m at the same time, a group of 300m high arch dam is in the planning and construction. However, when the construction site management schedule before the high arch dam in the face from the construction site construction schedule simulation and state real-time schedule control theory is difficult to conduct a comprehensive analysis on the control of the construction site, the real-time warning model of construction schedule has not yet been real-time warning analysis of the dam construction schedule and construction scheme of real time optimization failed to fully consider the randomness in the process of construction, the key problem in the construction process and its simulation analysis the expression of lack of real-time visual management platform. How to solve these problems, is a huge challenge for the high arch dam construction management in this paper. Research and Analysis on these issues, and has made innovative research results are as follows: (1) according to the analysis of the current situation is difficult to effectively track the real-time construction state of the current construction process simulation of high arch dam, the high arch dam construction schedule adaptive simulation theory, simulation analysis of construction progress tracking and analysis of site construction schedule the high arch dam construction schedule. The real-time simulation is mainly real-time update the initial conditions of real-time construction schedule based on part of the real-time update mechanism for the simulation of construction parameters were studied. However, in the real time simulation of the construction schedule, the simulation logic simulation model in the structure itself has not been updated in real time with the actual construction condition, simulation the construction parameters updating method is also difficult to express the construction parameters changing with the construction progress of the push over Cheng, lead to simulation analysis system to realize the effective tracking of the real-time construction state. To solve the above problems, this study will introduce adaptive simulation theory analysis of high arch dam construction schedule in real-time simulation, the high arch dam construction schedule adaptive simulation theory of.1 through a comprehensive analysis of high arch dam construction process, the real-time state of construction, the concrete dam body temperature field. Construction diversion, dam structure, metal structure installation, construction progress simulation logic and other factors on the construction schedule, construction schedule will be introduced the principle of adaptive simulation analysis of construction schedule simulation of high arch dam, built high arch dam construction schedule adaptive principle and mathematical simulation model; 2 based on evidence theory, a comprehensive analysis of site construction plan, real-time effects progress of the simulation and construction process of randomness, put forward the method to update the dam block sorting logic based on real evidence discount; 3 of the fuzzy set theory and Bayesian updating theory, considering the site uncertainties, real-time updates fuzzy simulation of construction parameters, in the simulation process, according to the corresponding membership value, fuzzy simulation of construction parameters, establish the real-time simulation of construction parameters update method of fuzzy Bayesian updating based on the above theory. The model and method to realize the real-time update according to the construction state of high arch dam construction schedule simulation model of adaptive, provides the basis for the simulation of construction schedule and adaptive real-time control. (2) according to the status quo when the construction schedule before the real-time control of high arch dam construction schedule has not yet introduced adaptive simulation theory, put forward the high arch dam construction schedule adaptive simulation real-time control based on the theory. In view of the current research on the real-time control of high arch dam construction schedule has not been considered according to the actual state of construction The simulation model of adaptive updating, while the construction schedule is not real-time early warning model for the dam construction schedule for real-time warning, the lack of a complete account of the status quo of construction process randomness in real time optimal construction scheme of high arch dam during the construction progress; adaptive and real-time control simulation theory of high arch dam is proposed based on the principle of high arch dam construction schedule adaptive simulation the real-time control theory of.1 based on high arch dam construction schedule adaptive simulation real-time control principle and mathematical model based on adaptive according to the simulation results, the construction schedule of the real-time warning and real-time adjustment of the construction plan; at the same time, the real-time optimization of construction scheme based on the method of establishing comprehensive optimal construction plan, guide the construction site; random 2 comprehensive analysis of the progress of construction, the overall construction schedule, single dam construction schedule, construction of key nodes Period, establish the real-time early warning method of high arch dam construction schedule; 3 considering the construction index of random characteristic, the stochastic dominance degree is defined, we put forward a real-time optimization scheme of high arch dam construction method based on stochastic dominance degree. The above theoretical model and method based on the field of high arch dam construction schedule according to the actual construction condition of real time control. (3) the status of real-time interactive analysis in view of the current construction progress control means to realize simulation of the construction process and calculation process of the real-time 3D visualization and analysis of construction information, propose the method of 4D analysis visualization of high arch dam construction process. The high arch dam site construction progress control mostly rely on 2D drawings, 3D visualization is the main method according to the simulation results establish the three-dimensional model, not 4D (3D model + time dimension) visualization method is applied to the high arch dam construction schedule The control study, it is difficult to achieve the construction process and the simulation process of real-time 3D visualization analysis and construction information real-time interactive analysis; in view of the above situation, this study proposes the analysis method of 4D visualization of high arch dam construction process. The 3D visualization technology and construction progress information real-time coupling analysis, established the 4D visualization of high arch dam construction process using the model; the 3D modeling and visualization technology, established the high arch dam construction field 3D model; using spatio-temporal database, has established the construction process of 4D visual database structure; combined with Unity3D technology, RF pickup technology, object oriented technology, realize the real-time interactive query 4D visualization analysis and information construction of high arch dam construction process analysis (4. According to the construction schedule) adaptive simulation and real-time control of high arch dam construction schedule analysis of lack of unified and adaptive simulation The status quo analysis platform for real-time control of 4D visualization, developed the analysis system of high arch dam construction schedule adaptive simulation and real-time control of 4D visualization. Combined with the actual construction of high arch dam, the theory and method of construction schedule adaptive simulation of high arch dam construction simulation of real time adaptive control theory and method based on the 4D visual construction process analysis method, the study on the independent research and development of the analysis system of high arch dam construction schedule adaptive simulation and real-time control of 4D visualization, provides the simulation and real-time control of construction schedule adaptive analysis platform for project management personnel. The above results of the theory, method, technology and system used in practical engineering practice shows that the content of this paper can be effectively guaranteed progress of construction of high arch dams in real time controlled, had a great impact on the whole project project benefits.

【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TV642.4;TV511

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本文编号:1727964

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