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专利号: 2025104888509
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:步骤如下:S1.基坑工程仿真模块,

构建基坑数值模型,确定基坑数值模型的关键土体参数和轴力参数的范围,并利用深度学习算法构建以关键土体参数和伺服钢支撑轴力为输入的基坑变形预测代理模型;

S2.物联网监测模块,

通过物联网监测系统采集基坑变形数据与伺服钢支撑轴力数据;

S3.土体参数更新模块,

将S1中基坑变形预测代理模型作为概率反分析中的正向计算模型,结合贝叶斯定理,通过数据同化技术同化S2中的基坑变形数据,动态更新关键土体参数,获得关键土体参数的后验样本;

S4.变形预测与轴力调控模块,

预设多组伺服钢支撑轴力调控方案,将S3中关键土体参数的后验样本和预设调控方案中的伺服钢支撑轴力参数输入S1基坑变形预测代理模型,预测下一阶段的基坑变形,并提出合理的轴力伺服调控方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述S1中,构建基坑变形预测代理模型的具体步骤如下:S11.基坑数值模型,对装配有钢支撑轴力伺服系统的基坑工程进行有限元数值建模;

S12.结合工程设计资料、文献资料、地勘报告确定有限元数值模型关键土体参数和轴力参数的取值范围,所述轴力参数为伺服钢支撑的轴力值;

S13.基于拉丁超立方抽样方法,对关键土体参数与轴力参数进行抽样,生成N组参数组合样本;

S14.通过S11中有限元数值模型进行正向计算,获取各样本对应的基坑变形响应计算结果,以关键土体参数和轴力参数组合为输入特征、对应的基坑变形响应为输出标签,构建包含N组映射关系的基坑变形预测代理模型数据集,其中N为不小于1000的整数;

S15.将S14中数据集按8:2比例划分为训练集与测试集,利用训练集对双向长短期记忆网络(BiLSTM)进行模型训练,构建基坑变形预测代理模型;

S16.通过所述测试集进行验证,采用均方误差(MSE)或均方根误差(RMSE)或平均绝对2

误差(MAE)或决定系数(R)指标评价模型的性能。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述基坑变形数据包括多个监测点的基坑侧向变形监测数据,所述伺服钢支撑轴力数据为物联网系统采集的装置有伺服系统的钢支撑的轴力监测数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述S3中概率反分析的步骤如下:S31.通过S1中关键土体参数的取值范围或由上一次更新得到的关键土体参数的后验样本,确定当前更新的关键土体参数的先验分布和先验样本;

S32.基于S2中基坑侧向变形监测数据,考虑各个基坑变形监测点之间相互独立,对各个监测点得到的监测数据建立独立的似然函数,并建立多个监测点之间的联合似然函数,其中联合似然函数为单监测点的似然函数的乘积;

S33.将S2中伺服钢支撑轴力数据作为轴力参数值,将S31中关键土体参数的先验样本作为关键土体参数值,输入至基坑变形预测代理模型,获得一组基于所述关键土体参数的先验样本的基坑变形预测值;

S34.将S33的基坑变形预测值输入S32的联合似然函数公式获得似然函数值,再结合贝叶斯定理,同化S2中的基坑变形监测数据,通过马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)模拟抽样得到关键土体参数的后验样本,获得后验样本的统计特征。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:S31中关键土体参数迭代优化由采用基坑变形预测代理模型的序贯贝叶斯更新框架实现,首次更新时,关键土体参数的先验样本依据所述关键土体参数在S1中确定的参数取值范围,采用均匀分布或高斯分布参数分布进行初始化抽样,后续更新时,上一次参数更新得到关键土体参数的后验样本作为下一次参数更新时关键土体参数的先验样本。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:S4中变形预测与轴力调控模块的具体步骤如下:S41.根据S1中轴力参数的范围,结合基坑工程实际施工工况,预设多组伺服钢支撑轴力调控方案;

S42.将S3中获得的土体参数后验样本和S41中预设多组伺服钢支撑轴力调控方案的伺服轴力值输入到S1基坑变形预测代理模型,获得不同伺服钢支撑轴力调控方案下的下一开挖阶段的基坑变形预测;

S43.根据基坑变形控制要求,采用失效概率定量评估伺服钢支撑轴力调控方案的合理性,提出合理的基坑钢支撑轴力伺服调控方案。

7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述基坑变形控制要求包括容许的最大基坑变形值和最大值失效概率值。

8.根据权利要求7所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述失效概率表示失效样本占总样本的比重,所述样本的基坑变形预测大于所述最大基坑变形值,则所述样本记为失效样本。

9.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的基坑钢支撑轴力伺服调控方法,其特征是:所述土体参数的后验样本的统计特征包括均值和方差。