计算机工程

作者：齐宏拓, 伍洲, 周绪红, 李盛, 许成然, 郑晓磊, 刘界鹏, 廖耘竹

单位：1. 重庆大学溧阳智慧城市研究院, 江苏 溧阳 2133002. 重庆大学自动化学院, 重庆 4000443. 重庆大学土木工程学院, 重庆 4000444. 浙江工业大学土木工程学院, 浙江 杭州 310014

关键词：智能建造,深化设计,智能优化设计,钢筋排布,模型预测控制,进化算法

基金：国家重点研发计划(2021YFF0500903); 国家自然科学基金(52178271); 国家自然科学基金(52378128)

传统钢筋深化设计的大量排布工作是基于手动或半自动化的方式完成的, 时间及人工成本较高。目前基于单根钢筋的智能设计方法存在3个问题: 同向钢筋没有共享机制, 无法利用相似信息, 造成大量重复性计算; 钢筋之间不具备协同机制, 无法保证钢筋前后左右间距的一致性; 优化策略基于局部信息进行智能体轨迹规划, 难以应对复杂和特殊的钢筋排布场景。为解决上述问题, 提出基于模型预测控制(MPC)的多钢筋并行排布智能设计方法, 以提高钢筋的排布效率及质量。MPC是一种可以兼顾全局信息和局部信息的寻优策略, 通过滚动优化和最优解首元素的应用, 提高钢筋应对复杂环境的能力, 实现钢筋智能避障和长度优化。多钢筋并行排布策略采用领航跟随者模式实现信息共享和行为协同, 利用同向钢筋的相似信息, 可减少重复性工作并保证钢筋间距一致。为提高优化效率和质量, 结合群体智能的优点进一步改进差分进化算法, 并将其作为MPC的求解器。实验结果表明, 通过与单钢筋排布方法在不同障碍物情形下的对比, 提出的多钢筋并行排布方法能够有效提高钢筋排布的质量、优化效率和应对复杂障碍物场景, 并以预制混凝土楼梯构件设计为示例, 验证了所提方法的可行性和有效性。

来源：2024年第9期

《计算机工程》期刊编辑部

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