[发明专利]一种基于本体的桥梁自动化设计和优化决策方法

说明书

本发明公开了一种基于本体的桥梁自动化设计和优化决策方法，基于本体构建引入桥梁规范、材料的隐含碳能源、成本、优化、流程定义等多领域的知识库，通过基于语义网规则的知识推理实现了满足桥梁考虑安全、能源消耗和成本多目标的自动化设计，通过优化决策模型和语义查询帮助桥梁工程师找到满足需求的精准设计方案，从而实现了桥梁多目标自动化设计和优化决策的全过程。

技术领域

本发明涉及桥梁设计技术领域，尤其涉及一种基于本体的桥梁自动化设计和优化决策方法。

背景技术

近年来，人们越来越重视绿色建筑，建筑零排放等问题，许多研究人员致力于减少能源消耗，以提高建筑行业的可持续性。建筑设计对环境影响和成本性能的影响非常大。建筑领域的学者研究证明了在设计阶段可以通过规范建筑材料来降低结构的隐含碳能源，但传统的设计方法主要存在以下几个方面问题：首先，每种材料的选择对整个桥梁结构的安全、环境和成本的影响很难计算；其次，精细量化环境影响和结构成本难以做到；三是由于桥梁结构的复杂性和荷载的多样性，改变其中一种材料参数就要重新计算整个的结构安全性。

目前，基于本体的方法在实现建筑结构的多目标设计中非常有效，但是，目前基于本体的结构设计仍存在以下缺陷：一是，结构安全约束比较简单，没有设计规范作为基础，因此推理结果无法在实践中使用。二是，获得的结构设计方案数量太多，难以择优选取最合适的方案。三是，桥梁设计师对采用本体的方法对桥梁进行设计存在操作困难。

发明内容

本发明提供一种基于本体的桥梁自动化设计和优化决策方法，以克服上述技术问题。

本发明提供一种基于本体的桥梁自动化设计和优化决策方法，包括：

根据桥梁设计需求的多领域知识构建本体知识库；所述桥梁设计需求的多领域知识，包括：桥梁工程知识、桥梁设计规范、隐含碳能源和可持续发展领域知识、桥梁建筑材料成本知识以及优化决策知识；

根据所述桥梁设计需求的多领域知识定义所述本体知识库中的多个类、多个类的层次及多个类的属性，并创建所述多个类的实例；

基于所述本体知识库建立桥梁设计语义网规则；所述桥梁设计语义网规则，包括：桥梁安全性设计计算规则、桥梁隐含碳能源计算规则及材料成本计算规则；

建立优化决策语义网规则及语义查询规则对所述桥梁设计语义网规则的计算结果进行优化；

输入桥梁设计要求，运行所述桥梁设计语义网规则获得桥梁设计参数；运行优化决策语义网规则及语义查询规则，获得桥梁设计优化决策参数。

进一步地，所述根据桥梁设计需求的多领域知识构建本体知识库，还包括：根据所述桥梁设计需求的多领域知识列举桥梁工程领域术语；所述桥梁工程领域术语，包括：桥梁设计术语、隐含碳能源术语、桥梁建筑材料成本术语、优化决策术语以及中国桥梁规范中的术语。

进一步地，所述多个类，包括：桥梁知识相关的类和优化决策相关的类；桥梁知识相关的类，包括：桥梁类型类、桥梁结构部件类、桥梁作用类及桥梁材料类；优化决策相关的类，包括：优化方法类、优化问题类、优化函数类。

进一步地，所述桥梁设计语义网规则和优化决策语义网规则均为SWRL规则；所述语义查询规则为SQWRL规则。

进一步地，所述桥梁安全性设计计算规则，包括：永久作用集度、最大弯矩、可变作用效应引起最大弯矩、总弯矩、裂缝计算及挠度计算规则。

进一步地，所述桥梁隐含碳能源计算规则，包括：根据中国商用混凝土配合比，通过ICE数据库隐含碳能源计算得到不同的混凝土隐含碳能源数量；

按照式(1)计算桥梁混凝土隐含碳能源数量：