【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及懸澆梁掛籃施工領域，特別涉及基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法及系統。
技術介紹
1、20世紀中期，預應力混凝土變截面連續梁橋技術開始興起。這一時期的橋梁施工開始探索懸臂澆筑的方法，掛籃施工作為其中的重要組成部分，逐漸受到重視。掛籃結構設計上也不斷優化，從最初的簡單結構發展到后來的復雜、多功能結構。例如，三角形掛籃、菱形掛籃、弓弦式掛籃、平行桁架式掛籃以及前支點掛籃等多種類型的掛籃被開發出來，以適應不同的施工需求。同時掛籃的整體剛度、穩定性和承載能力顯著提升，能夠滿足大跨徑、高難度的橋梁施工要求。
2、目前，對于懸臂梁施工監測內容上主要體現在懸澆梁實體質量，包括幾何線形監測、結構應力監測、溫度監測。但缺乏對于施工流程的安全監測內容，無有效的安全監測裝置，根據以往發生的懸澆箱梁施工安全事故誘因分析結果來看，多體現在掛籃設備本身的設計缺陷、制作與安裝、掛籃行走系統故障、惡劣天氣影響及施工操作不當等方面。雖然國內外已經開始對懸澆箱梁施工流程的監管進行深入研究，監管內容由懸澆箱梁本身的線型控制、結構物智能養護、成橋后運維的監測，到針對掛籃設備變形、應力等的單一監測，再到對掛籃設備的實時數據采集及預警，掛籃施工設備經歷了從人工檢查到自動化、智能化的發展過程。但現有的掛籃施工流程監測設備無法實現數據采集的快速上傳、分析比對、安全指數及智能分級預警功能，同時無法將懸澆箱梁施工掛籃全周期安全監測及管理進行可視化展示，達到主動安全生產管理的需求。為此，我們提出基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法及系統。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法及系統，可以有效解決
技術介紹
中的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為，
3、基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，包括：
4、采集懸臂澆筑掛籃實體的結構參數，根據獲取的所述結構參數，利用數字孿生建模技術將掛籃實體與數字模型進行實時交互和同步映射，搭建用于對施工全流程進行模擬的懸臂澆筑掛籃的孿生數字模型；
5、實時采集施工流程中所述掛籃實體的各項施工數據，將獲取的所述施工數據實時交互和同步映射至所述孿生數字模型中，設定各項施工數據的安全閾值，并當任一項實時采集的所述施工數據超過設定的安全閾值時，進行預警處理，所述施工數據包括掛籃距離、行走距離、行走同步性、主桁應力、后錨桿應力、前支點支反力、下橫梁前后錨點拉力、掛籃的水平傾角、掛籃主體桁架位移量、環境風速、吊帶荷載中的至少一項；
6、根據歷史施工數據構建多運行工況模式下的施工安全程度評估模型，利用所述評估模型對實時施工數據下當前掛籃實體的施工安全程度進行評估，根據施工安全程度進行評估結果獲取當前施工安全等級，制定當前施工安全等級所對應的預警策略；其中，
7、所述評估模型的構建流程包括以下步驟：
8、獲取第i類運行工況模式下的歷史施工數據，定義該運行工況模式在最優施工狀態下的施工安全程度指數為yimax，所對應的第j項施工數據值為xijmax，在故障狀態下的施工安全程度指數為yimin，所對應的第j項施工數據值為xijmin，采用比例法計算獲取第i類運行工況模式下歷史施工數據中的第k組施工數據所對應的施工安全程度指數估測值計算公式為：
9、
10、式中，dk為第i類運行工況模式下第k組施工數據與最優施工狀態下的距離，式中，表示為第i類運行工況模式下第k組的第j項施工數據值；m為施工數據項數；
11、以第i類運行工況模式下的施工安全程度指數估測值構建數據序列e，以對應的施工數據構建數據序列f，利用灰色關聯分析法計算第j項施工數據與施工安全程度指數的關聯度rij；
12、根據獲取的關聯度rij計算確定第i類運行工況模式下，第j項施工數據對于施工安全程度指數的權重系數計算公式為：
13、根據獲取的權重系數構建第i類運行工況模式下施工安全程度評估模型，其中，模型的表達式為：式中，為第i類運行工況模式下的第j項施工數據的正向化處理值；yi為第i類運行工況模式下第j項施工數據所對應的施工安全程度指數；λi為常數系數。
14、當前施工安全等級的獲取流程包括以下步驟：
15、利用構建的評估模型計算獲取第i類運行工況模式下歷史施工數據中的第k組施工數據所對應的施工安全程度指數其中，
16、利用施工安全程度指數的數值創建樣本集，并獲取樣本集中的均值和標準差，利用均值和標準差對數據進行標準化，標準化公式為：式中，z為標準參量，σ為樣本數據的方差，μ為樣本數據的均值，完成標準化后，將標準參量利用將數值區間調整至[0,1]之間，利用f(k)的函數值對施工安全程度指數進行分類，分類機制為：
17、當時，施工安全程度指數分類為一級；
18、當時，施工安全程度指數分類為二級；
19、當時，施工安全程度指數分類為三級；其中，f(k)min、f(k)max分別為f(k)函數值的最小值和最大值；
20、根據施工安全程度指數的分類機制分別確定當其處于一級、二級、三級時的分界值利用評估模型計算實時施工數據下的施工安全程度指數yi，其中，當時，則yi分類為一級，判定當前掛籃實體的施工安全等級為高風險等級；當時，則yi分類為二級，判定當前掛籃實體的施工安全等級為中風險等級；當時，則yi分類為三級，判定當前掛籃實體的施工安全等級為低風險等級；
21、關聯度rij的計算公式為：式中，ξjh為數據序列f中第j項施工數據的第h個數據點與數據序列e的關聯系數，且ρ為分辨系數，取值范圍為(0,1]；為數據序列f中第j項施工數據的第h個值；為數據序列f中k組第j項施工數據值的均值；其中，為取計算結果的最小值后再取所有計算的最小值中的最小值；為取計算結果的最大值后再取所有計算的最大值中的最大值；式中，為數據序列f中的第h個施工安全程度指數估測值；為數據序列f中k組施工安全程度指數估測值的均值。
22、正向化處理流程包括以下步驟：
23、根據各類施工數據對于施工安全程度指數的影響情況，將施工數據劃分為正向型施工數據、反向型施工數據、中間型施工數據、區間型施工數據；劃分原則為：當施工數據增大時，施工安全程度指數也隨之增大，則分類為正向型施工數據；當施工數據減小時，施工安全程度指數隨之增大，則分類為正向型施工數據；當施工數據趨向于某一固定值時，施工安全程度指數隨之增大，則分類為中間型施工數據；當施工數據趨向于某一區間時，施工安全程度指數隨之增大，則分類為區間型施工數據；
24、對于不同類型的施工數據采用不同的處理公式進行正向化處理，具體如下：
25、對于反向型施工數據：x'＝m-x；
26、對于中間型施工數據：
27、對于區間型施工數據：
28、式中，x表示為未正向化前的數據值；x'表本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，所述評估模型的構建流程包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，當前施工安全等級的獲取流程包括以下步驟：
4.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，所述施工數據包括掛籃距離、行走距離、行走同步性、主桁應力、后錨桿應力、前支點支反力、下橫梁前后錨點拉力、掛籃的水平傾角、掛籃主體桁架位移量、環境風速、吊帶荷載中的至少一項。
5.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，施工安全程度指數估測值的計算公式為：
6.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，關聯度Rij的計算公式為：式中，ξjh為數據序列F中第j項施工數據的第h個數據點與數據序列E的關聯系數，且ρ為分辨系數，取值范圍為(0,1]；為數據序列F中第j項
7.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，正向化處理流程包括以下步驟：
8.基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測系統，其特征在于，所述系統用于實現權利要求1-6中任一項所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，包括孿生數字模型構建模塊、施工數據采集模塊、超閾值預警模塊、數據分析模塊；
9.根據權利要求8所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測系統，其特征在于：所述系統還包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其中，處理器執行程序時實現權利要求1-6任一項所述方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，所述評估模型的構建流程包括以下步驟：
3.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，當前施工安全等級的獲取流程包括以下步驟：
4.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，所述施工數據包括掛籃距離、行走距離、行走同步性、主桁應力、后錨桿應力、前支點支反力、下橫梁前后錨點拉力、掛籃的水平傾角、掛籃主體桁架位移量、環境風速、吊帶荷載中的至少一項。
5.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，施工安全程度指數估測值的計算公式為：
6.根據權利要求1所述的基于數字孿生的懸澆梁掛籃施工流程安全監測方法，其特征在于，關聯度rij的計算公式為：式中，ξjh為數據序列f中第j項施工數據的第h個數據點與數據序列e的關聯系數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉松，孫釗，孫明志，文世軻，成鵬舉，李建，馬常樂，豆輝，魏縣誠，
申請(專利權)人：中交一公局第五工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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