在數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮中，河南省院錨定前沿技術(shù)創(chuàng)新，聚焦AI技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)踐的深度融合，以智能化升級(jí)驅(qū)動(dòng)核心競(jìng)爭(zhēng)力躍升。PKPM-AID系列軟件作為智能輔助設(shè)計(jì)工具，便成為了其中一個(gè)探索方向。

 

河南省院測(cè)試小組成員，借助PKPM-AID靈敏度功能，僅耗時(shí)5min便完成了某體檢樓的周期比超限調(diào)整。同時(shí)在該工程中同步應(yīng)用AIDV2.0的“承載力與指標(biāo)同步雙控”功能進(jìn)行超限指標(biāo)調(diào)整，并與AIDV1.0的“高級(jí)指標(biāo)控制”功能進(jìn)行對(duì)比，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，V2.0版本在超限指標(biāo)調(diào)整效率上有了顯著提升。本文記錄本次測(cè)試過程，希望為同行使用PKPM-AID軟件提供參考。

 

一、工程概況

1.1 項(xiàng)目基本信息

某多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體檢樓，抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度峰值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，Ⅱ類場(chǎng)地，Tg=0.35s，B類地面粗糙度；地上3層，建筑高度13.2m，主要層高4.5m、4.2m、4.2m，長56.2m，寬18.2m；設(shè)計(jì)工作年限50年，基本風(fēng)壓（50年一遇）為0.40kN/m²，建筑安全等級(jí)為一級(jí)，屬于重點(diǎn)設(shè)防類建筑。圖1為工程結(jié)構(gòu)模型示意圖，圖2為1~3及屋面層結(jié)構(gòu)平面布置圖，小屋面不再示意。

 

圖1 結(jié)構(gòu)模型示意圖

 

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置圖

 

2.2 設(shè)計(jì)試算結(jié)果

主要整體指標(biāo)結(jié)果：

1）前三階周期為：T1=0.8104(X)，T2=0.8053(Y)，T3=0.7305(T)；T3/T1=0.9104＞0.9，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第3.4.1條條文說明可判斷：本結(jié)構(gòu)抗扭剛度弱。從結(jié)構(gòu)抗震性能角度考慮，宜將結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比調(diào)整至不大于0.9。

2）其他指標(biāo)均離規(guī)范限值較遠(yuǎn)，不再贅述。

 

二、5min完成指標(biāo)調(diào)整通過步驟

2.1 依靠靈敏度功能快速確定關(guān)鍵構(gòu)件

本節(jié)實(shí)踐采用PKPM結(jié)構(gòu)2025R2.5版本，需要在“前處理及計(jì)算”-“總信息”中勾選“計(jì)算構(gòu)件對(duì)整體指標(biāo)靈敏度”選項(xiàng)，計(jì)算完成后才能在【智能輔助設(shè)計(jì)】或【構(gòu)件】菜單下的【指標(biāo)診斷（靈敏度）】中查看關(guān)鍵構(gòu)件，并勾選標(biāo)注靈敏度數(shù)值，如圖3所示，可以看到出現(xiàn)了紅色程度非常高的關(guān)鍵構(gòu)件。對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件局部放大見圖4，1層走廊處梁數(shù)值為100，相鄰的兩根框架柱數(shù)值分別為91.79，95.26，表明這些構(gòu)件對(duì)周期比超限調(diào)整通過影響最大。

 

圖3 周期比靈敏度構(gòu)件示意圖

 

圖4 關(guān)鍵構(gòu)件靈敏度數(shù)值示意圖

2.2 手動(dòng)修改關(guān)鍵構(gòu)件截面完成超限指標(biāo)調(diào)整

如圖4所示，經(jīng)過靈敏度分析，程序非?？焖僬业搅藢?duì)于整體指標(biāo)影響至關(guān)重要的構(gòu)件，本次僅挑選靈敏度數(shù)值為100的框架梁進(jìn)行調(diào)整。由于1層是拉梁層，梁截面調(diào)整空間較大，原始梁截面為350x600，先嘗試調(diào)整為350x900，計(jì)算后周期比為0.9013，仍超限；再次調(diào)整梁截面為400x1000，計(jì)算后周期比為0.898，調(diào)整通過。單次模型計(jì)算耗時(shí)約2min，累計(jì)耗時(shí)5min完成超限指標(biāo)調(diào)整通過。

 

三、AIDV2.0優(yōu)化效率新體驗(yàn)

3.1 采用AIDV2.0智能截面優(yōu)選功能自動(dòng)調(diào)整超限指標(biāo)通過

AIDV2.0實(shí)現(xiàn)了“構(gòu)件+指標(biāo)”同步雙控，截面優(yōu)化同時(shí)保證指標(biāo)滿足，即通過首創(chuàng)的獨(dú)有算法，充分考慮多種因素，確保優(yōu)化后的截面能使重要指標(biāo)（位移、周期、剛度等）保持在合理范圍內(nèi)，達(dá)到最優(yōu)造價(jià)消滅超限的同時(shí)，減少因指標(biāo)問題導(dǎo)致的設(shè)計(jì)返工，提高設(shè)計(jì)效率。算法深度優(yōu)化后，迭代次數(shù)降至個(gè)位數(shù)，同時(shí)降低對(duì)設(shè)計(jì)組劃分的依賴。常規(guī)項(xiàng)目單模塊即可完成優(yōu)化，高級(jí)指標(biāo)模塊仍保留專業(yè)調(diào)控功能。

由于本工程構(gòu)件級(jí)指標(biāo)均未超限，采用AIDV2.0僅測(cè)試其優(yōu)化調(diào)整效率。

如圖4所示對(duì)紅色構(gòu)件進(jìn)行手動(dòng)分組，梁和柱分別一個(gè)設(shè)計(jì)組，柱設(shè)計(jì)組包含1-2層該位置柱，并設(shè)置設(shè)計(jì)組備選截面為設(shè)計(jì)組調(diào)整策略做準(zhǔn)備，見圖5。

 

圖5 梁柱備選截面庫

 

如圖6所示AIDV2.0智能截面優(yōu)選設(shè)置界面，調(diào)出整體指標(biāo)約束，勾選周期比指標(biāo)，設(shè)置約束值略小于規(guī)范限值，便于更好的控制優(yōu)化結(jié)果。因?yàn)樵O(shè)計(jì)組備選截面均在預(yù)期范圍內(nèi)，所以梁設(shè)計(jì)組優(yōu)化約束全部取消勾選，默認(rèn)按不超規(guī)范限值為約束條件，而柱設(shè)計(jì)組優(yōu)化約束僅勾選上柱截面高寬不大于下柱。優(yōu)化目標(biāo)為造價(jià)最低。啟動(dòng)截面優(yōu)選后，僅耗時(shí)約3min完成指標(biāo)調(diào)整通過。相關(guān)過程及結(jié)果詳見圖7-圖8。

 

圖6 AIDV2.0智能截面優(yōu)選設(shè)置

 

圖7 AIDV2.0啟動(dòng)截面優(yōu)選

 

圖8 AIDV2.0智能截面優(yōu)選迭代曲線

 

3.2 采用AIDV1.0高級(jí)指標(biāo)控制功能自動(dòng)調(diào)整超限指標(biāo)通過

梁柱設(shè)計(jì)組分組、設(shè)計(jì)組備選截面庫均同上節(jié)所述情況設(shè)置。變量設(shè)置、目標(biāo)約束設(shè)置見圖9-圖10，周期比約束值也定為0.895。

 

 

如圖11執(zhí)行啟動(dòng)指標(biāo)控制。耗時(shí)約15min完成超限指標(biāo)調(diào)整。在優(yōu)化迭代過程中，可查看各指標(biāo)迭代曲線和數(shù)據(jù)，如圖12。通過模型回滾功能可簡(jiǎn)略查看優(yōu)化結(jié)果，見圖13。

 

圖12 迭代過程曲線圖

 

圖13 模型回滾

 

3.3 本節(jié)小結(jié)

采用AIDV2.0智能截面優(yōu)選功能自動(dòng)調(diào)整超限指標(biāo)通過為方案A，采用高級(jí)指標(biāo)控制功能自動(dòng)調(diào)整超限指標(biāo)通過為方案B。不同方案優(yōu)化效果對(duì)比見表1，可以看到AID2.0優(yōu)化效率提升了400%，優(yōu)化效果中造價(jià)和周期比指標(biāo)相對(duì)也更優(yōu)一些。

表1 優(yōu)化效率及主要指標(biāo)對(duì)比

 

 

四、總結(jié)

1）采用AIDV2.0版本程序進(jìn)行整體指標(biāo)超限調(diào)整時(shí)，智能截面優(yōu)選功能中“構(gòu)件+指標(biāo)”同步雙控功能相對(duì)于單獨(dú)采用AIDV1.0版本高級(jí)指標(biāo)控制功能可大幅提高優(yōu)化效率。

2）指標(biāo)診斷（靈敏度）功能定量地表示各個(gè)構(gòu)件對(duì)整體指標(biāo)的影響程度，可指導(dǎo)設(shè)計(jì)師快速找到關(guān)鍵構(gòu)件，本工程中程序快速篩選出了靈敏度數(shù)值為100的關(guān)鍵構(gòu)件，配合手動(dòng)修改，可以非常高效的完成超限調(diào)整。AID不僅能夠減少繁雜的手動(dòng)試錯(cuò)過程，同時(shí)也可以輔助加強(qiáng)工程師的概念設(shè)計(jì)能力，印證工程經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。