一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115964913A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211473195.2(22)申请日2022.11.21(71)申请人应急管理部四川消防研究所地址610000四川省成都市金牛区金科南路69号(72)发明人钟波(74)专利代理机构成都春夏知识产权代理事务所(特殊普通合伙)51317专利代理师陈春华(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/27(2020.01)G06F119/02(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法(57)摘要本发明公开了一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，解决现有技术消防员主要依靠经验来评估火灾中建筑物是否会发生倒塌从而存在安全隐患的技术问题。本发明包括以下步骤：步骤1、构建受火钢结构损伤定量评估模型，并采用深度学习算法训练受火钢结构损伤定量评估模型；步骤2、构建钢结构建筑数字孪生体，以获取钢结构火灾现场的温度和变形数据输出；步骤3、将获取的温度和变形数据输入至已训练好的受火钢结构损伤定量评估模型以实时输出当前钢结构火灾现场损伤指标。本发明设计科学合理，将建筑虚拟数字孪生体和物理实体进行虚实映射，实现动态实时交互以提升救援现场信息感知能力，为消防救援把握内攻与撤离时机提供可靠决策支撑。CN115964913ACN115964913A权利要求书1/2页1.一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建受火钢结构损伤定量评估模型，基于剩余承载力法，采用有限元软件计算出钢结构在火灾场景下的损伤指标；将每次损伤指标所对应的温度和变形数据作为输入，并将该损伤指标作为输出，采用深度学习算法训练受火钢结构损伤定量评估模型；步骤2、构建钢结构建筑数字孪生体，以获取钢结构火灾现场的温度和变形数据；步骤3、将步骤2中所获取的温度和变形数据输入至步骤1中已训练好的受火钢结构损伤定量评估模型以实时输出当前钢结构火灾现场损伤指标。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，在所述步骤2中，构建钢结构建筑数字孪生体直接接收钢结构火灾现场监测的温度和变形数据。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，在所述步骤2中，构建钢结构建筑数字孪生体接收钢结构火灾现场监测的温度数据后，根据该温度数据计算出变形数据，以输出温度和变形数据。4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，钢结构建筑数字孪生体至少包括在有限元数值仿真平台上建立钢结构损伤破坏的高效数值分析模型，钢结构火灾现场监测的温度数据输入高效数值分析模型后得出火灾场景下钢结构变形数据，具体过程为：构建多层的虚拟钢结构建筑，并设置典型火灾场景，通过火灾动力学模拟工具分析出钢结构建筑不同构件的温度场分布结果，将温度场分布结果作为钢结构受火响应分析的荷载输入，采用纤维梁单元和分层壳单元，在LS‑DYNA软件中建立钢结构损伤破坏的高效分析模型，计算不同典型火灾场景下钢结构损伤破坏响应过程，并根据钢结构受火情况下的剩余承载力获取钢结构损伤破坏指标。5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，记录虚拟钢结构建筑所有钢梁为{B1、B2、……、Bk}、钢柱为{C1、C2、……、Cm}、楼板为{S1、S2、……、Sn}，其中k、m、n分别为虚拟钢结构建筑中的钢梁、钢柱、楼板的数量，设置j个典型火灾场景，将各个典型火灾场景下所有钢梁、钢柱和楼板的等效温度记为Te(k+m+n)。6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用有限元软件计算火灾场景下损伤指标所对应的温度和变形数据获取方法包括以下步骤：步骤21、构建多层钢结构建筑试验实体，在钢结构建筑试验实体内部的每个钢梁上安装若干组至少包括一个第一热电偶、一个第一位移计和一个第一加速度计的第一传感器组，每个钢柱上安装若干组至少包括一个第二热电偶、一个第二位移计和一个第二加速度计的第二传感器组，每个楼板上安装若干组至少包括一个第三热电偶、一个第三位移计和一个第三加速度计的第三传感器组；在试验实体外部设有若干个非接触式的位移监测仪；步骤22、将各热电偶、位移计、加速度计以及位移监测仪的试验数据实时传输至高效数值分析模型进行数值计算，得到试验实体的温度场、位移场、加速度场和应力场。7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生的受火钢结构损伤实时预测方法，其特征在于，所述非接触式的位移监测仪包括但不限于采用雷达或者是无人机的手段