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基于混沌差分进化支持向量机的高拱坝施工仿真优化研究

储志强  
【摘要】:由于具备良好的抗超载能力、自适应调节能力以及经济性,高拱坝已成为目前水利水电工程建设的主要坝型之一。高拱坝施工过程由于受地形地质条件、施工工艺、浇筑机械及施工材料等诸多因素影响,导致其施工工期长,工程量巨大。施工进度仿真为高拱坝施工进度控制提供理论与方法。然而,当前高拱坝坝块排序原则存在决策不合理和计算复杂的情况、高拱坝施工仿真参数更新方法存在无法有效追踪现场实际的情况、高拱坝施工工期存在与计划工期不相符的情况,因此,如何根据现场实际施工情况优化高拱坝坝块排序原则以达成缩短工期和均衡施工强度的目标,如何优化施工仿真参数更新过程以实现对实际施工参数演变过程的精准描述,如何通过工期敏感性分析优化选取施工参数及参数组合以实现对工程进度的管理控制,这些问题是目前高拱坝施工进度仿真研究的重点。本文就上述问题开展深入研究分析,并取得了如下研究成果:(1)针对当前高拱坝坝块排序研究存在的决策不合理及计算复杂等问题,提出了基于区间层次分析法及相对优势关系的高拱坝坝块排序方法。现有高拱坝坝块排序研究存在以下缺陷:1)部分决策方法未考虑现场施工情况和现场决策者的主观意见;2)部分决策方法中决策矩阵规范化和属性权重计算步骤的合理性需要进一步研究;3)部分决策方法计算过于复杂难以实现,如搜索算法的计算深度过大时,难以在短时间内寻求到最优解。针对这些问题,本文首先详细分析了高拱坝坝块排序原理,以坝块原始属性值为基础,同时,依托高拱坝施工进度仿真模型,融合现场实际施工方案、实时仿真进度及决策者偏好,构建了高拱坝坝块排序决策模型;其次,通过定量主观判断的模糊性,规避属性矩阵规范化可能对排序方法合理性造成的不良影响;最后,比较坝块间相对优势关系,建立了既能综合考虑现场实际施工方案和实时仿真进度,又能客观描述和反映坝块间差异,同时亦降低计算复杂度的动态评价体系,实现了更加合理的坝块排序评价。(2)针对当前施工仿真参数更新方法无法有效追踪现场实际情况的问题,将混沌理论与支持向量机理论结合,提出基于混沌差分进化支持向量机的高拱坝施工仿真参数实时更新方法。传统的高拱坝施工仿真参数取值多基于类似工程经验或者施工规范进行确定。由于大型工程的特殊性,不同工程间差异明显,传统方法无法满足施工仿真要求,因此,具有较低的可借鉴性。目前,相关研究采用的贝叶斯更新方法能够利用现场信息和先验信息对仿真模型进行自适应更新,从而提高施工仿真结果的准确性;然而,已有的贝叶斯更新方法均假设施工仿真参数取值符合正态分布,其参数更新频率低,结果难以精确描述施工仿真参数的变化过程。针对这些问题,本文以现场施工参数取值时间序列为基础,将混沌理论和差分进化支持向量机理论引入高拱坝施工仿真参数更新过程,建立高拱坝施工仿真参数实时更新模型,通过求解模型实现对施工仿真参数的预测更新。基于混沌差分进化支持向量机的高拱坝施工仿真参数实时更新方法能够较为精准地描述施工仿真参数非线性变化过程,同时其较强的泛化能力和能够实时更新的特性弥补了传统方法和贝叶斯更新方法的缺陷,有机结合了大尺度全过程仿真与小尺度精细化仿真,实现了对施工仿真参数的动态追踪。(3)针对施工参数及参数组合对施工工期敏感性的影响问题,提出基于正交试验设计的高拱坝施工仿真参数全局综合敏感性分析方法。当前高拱坝施工工期敏感性研究大多基于单参数敏感性分析,参数选择未考虑整个施工过程,少数研究仅提出了参数组合敏感性分析框架,无法对高拱坝施工工期敏感性进行有效分析,对施工进度管控的指导作用有限。针对这些问题,本文基于正交试验法,综合考虑影响施工工期敏感性的施工参数,对高拱坝施工全过程进行全局综合敏感性分析。通过计算施工参数主效应,得到对工期敏感性影响显著的关键参数,为优化施工参数选取提供科学指导;其次,在主效应分析的基础上进行参数组合交互效应分析,并总结参数组合交互效应的一般规律,识别可降低机械调整复杂度的交互效应组合,进而与关键参数控制相结合,使施工参数组合更加合理化,为高拱坝现场施工进度控制提供参考。将以上研究方法和成果应用到实际工程中,实践表明,采用本文的研究内容,可有效优化高拱坝施工仿真过程,对高拱坝施工进度控制提供科学指导。


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