本发明涉及建筑工程，且更具体地涉及一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统。
背景技术：
1、随着全球人口增长和城市化进程加速，建筑行业面临着巨大的挑战和机遇。传统的建筑方法因其耗时长、成本高、效率低下及环境影响大等问题，已经逐渐不能满足现代社会的需求。21世纪初，随着可持续发展理念的普及和科技的飞速发展，装配式建筑因其施工速度快、质量易于控制、对环境影响小等优点，开始得到广泛的关注和应用。特别是混凝土组合结构装配式建筑结构系统，以其出色的承载能力和良好的经济性，成为了装配式建筑领域的重要发展方向。
2、混凝土组合结构装配式建筑结构系统是在现代工程技术支持下发展起来的一种新型建筑系统。它通过预制混凝土构件在工厂内完成生产，并在施工现场进行装配，从而实现建筑结构的快速搭建。这种方法不仅大幅度提高了建筑施工的效率，降低了劳动强度，而且还有助于提高建筑质量和精度。随着计算机技术、材料科学和自动化技术的进步，混凝土组合结构装配式建筑在设计、生产和施工等方面都取得了显著的技术进步。
3、尽管混凝土组合结构装配式建筑结构系统具有许多优点，但在实际应用过程中仍然面临着一系列问题。首先，协作效率低下是一个主要问题。由于缺乏有效的信息交流和协调机制，项目参与各方在设计、生产和施工过程中难以实现高效协作，导致项目进度延误和成本增加。其次，现有技术条件下，混凝土组合结构装配式建筑系统难以实现项目的全面可视化和分析，这限制了设计和施工的优化。质量管理也是一个挑战，预制构件的质量控制和现场安装精度的保证需要更高水平的技术和管理。最后，运维管理的不便，由于缺乏有效的信息记录和传递机制，使得建筑物在使用阶段的维护和管理变得困难。
4、因此，本发明公开一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，本发明解决了现有混凝土组合结构装配式建筑结构系统中存在的协作效率低、难以进行全面的可视化分析、质量管理问题和运维管理不便的缺点。
2、为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
3、一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其中所述系统包括：
4、bim建模模块：所述bim建模模块通过扫描仪和图像处理方法将实际建筑物的点云数据转换为bim模型；
5、协作平台模块：所述协作平台模块通过基于云的bim项目协作平台允许多个参与方同时编辑和更新bim模型，所述基于云的bim项目协作平台通过区块链确保数据的不可篡改性和追溯性；
6、预制件质量追踪系统；所述预制件质量追踪系统通过射频识别和数据库管理系统实现对预制构件的质量管理和状态追踪；
7、自动化设计模块；所述自动化设计模块通过基于人工智能的优化设计算法自动生成混凝土组合结构的设计方案；
8、可视化展示模块；所述可视化展示模块通过虚拟现实方法将混凝土组合结构进行可视化呈现；
9、质量管理模块：所述质量管理模块通过结构健康监测系统实现对混凝土组合结构施工过程的实时监测和控制；所述结构健康监测系统通过传感器实现至少包括温度、湿度和应力参数的监测，并通过物联网和数据分析方法实现自动报警和调整功能；
10、模拟仿真模块；所述模拟仿真模块通过多物理场仿真模型对混凝土组合结构进行设计阶段的碰撞检测、结构分析和性能评估；
11、施工协调优化模块：所述施工协调优化模块通过基于深度学习的优化调度算法实现对施工进度和资源的协调和优化；
12、运维管理模块：所述运维管理模块通过传感器网络和大数据分析方法实现对混凝土组合结构的状态监测和维护管理；
13、其中，所述bim建模模块的输出端与所述协作平台模块的输入端连接；所述预制件质量追踪系统的输出端与所述自动化设计模块的输入端连接；所述自动化设计模块的输出端与所述可视化展示模块的输入端连接，所述质量管理模块的输出端与所述模拟仿真模块的输入端连接，所述模拟仿真模块的输出端与所述施工协调优化模块的输入端连接，所述施工协调优化模块的输出端与所述运维管理模块的输入端连接。
14、作为本发明进一步的技术方案，所述基于云的bim项目协作平台包括用户管理模块、项目管理模块、bim模型管理模块、协作平台模块、数据同步模块、云存储模块和区块链模块；所述用户管理模块通过身份验证协议和基于角色的访问控制管理用户账号和权限；所述项目管理模块通过互联网表单以及云存储和备份机制实现创建、管理和组织项目；所述bim模型管理模块通过文件传输协议和版本控制工具实现bim模型的文件上传、下载、版本控制和共享功能；所述协作平台模块通过线程池和推送通知协议实现多个参与方之间的协作和沟通；所述数据同步模块通过网页即时通信协议确保多个参与方编辑和更新bim模型时的数据一致性和同步性；所述云存储模块包括文件存储单元和快速访问单元；所述文件存储单元通过对象存储服务将bim模型文件数据存储在云服务器上；所述快速访问单元通过内容分发网络cdn实现快速访问和下载bim模型文件；所述区块链模块包括数据不可篡改单元和数据追溯单元；所述数据不可篡改单元通过公有链、联盟链和私有链确保bim模型和数据的不可篡改性；所述数据追溯单元通过分布式账本和智能合约实现对数据的透明性和追溯性。
15、作为本发明进一步的技术方案，所述预制件质量追踪系统包括预制件信息管理模块、预制件生产过程管理模块、预制件质量检验模块和预制件装配追踪模块；所述预制件信息管理模块包括预制件注册单元、预制件标识单元和预制件状态更新单元；所述预制件注册单元通过使用数据库管理系统记录和存储预制件的至少包括类型、尺寸和材料信息；所述预制件标识单元通过使用射频识别方法为每个预制件分配唯一标识码；所述预制件状态更新单元通过对象关系映射框架实时更新预制件的生产进度、质检结果和装配状态信息；所述预制件生产过程管理模块包括生产计划单元、质量控制单元和生产过程追踪单元；所述生产计划单元通过项目管理工具jira制定和管理预制件的生产计划，并与实际生产进度进行对比；所述质量控制单元通过传感器和数据采集系统监测和记录预制件生产过程中的至少包括温度、湿度和振动参数；所述生产过程追踪单元通过条形码扫描方法追踪预制件在生产线上的位置和流程；所述预制件质量检验模块通过激光扫描仪和数据分析方法对预制件进行检验和分析；所述预制件装配追踪模块通过射频识别读写器在实际装配过程中记录每个预制件的装配位置和连接情况，并实时更新数据库中的装配状态。
16、作为本发明进一步的技术方案，所述基于人工智能的优化设计算法通过强度约束函数在给定混凝土组合结构的构件种类和数量的情况下，自动调整不同构件的系数和横截面积，以及混凝土的抗压强度，以满足总强度要求；所述强度约束函数的公式表达式为：
17、
18、在公式(1)中，n表示第个构件的强度系数，用于控制不同构件对整体强度的贡献；通过调整系数n的大小以控制不同构件在整体强度中的权重；θ表示第个构件的横截面积；横截面积θ越大，构件的承载能力越高；t为混凝土的抗压强度，用于表示构件的抗压能力；z表示结构的最低强度要求；所述基于人工智能的优化设计算法通过成本函数调整不同构件的系数和单位体积造价，自动寻找最小化成本函数的设计方案；所述成本函数的公式表达式为：
19、
20、在公式(2)中，s表示第个构件的成本系数，用于控制每个构件对整体成本的贡献；通过调整系数s的大小以控制不同构件在整体成本中的权重；m表示第个构件的体积；u表示构件的单位体积造价。
21、作为本发明进一步的技术方案，所述虚拟现实方法在混凝土组合结构装配式建筑结构系统中的工作原理步骤为：
22、步骤一、数据获取与建模；
23、通过建筑信息模型生成虚拟现实建模数据；
24、步骤二、建模转换与优化；
25、通过虚拟现实建模方法将几何信息转换为三维模型，并进行至少包括光照和纹理优化处理；
26、步骤三、交互与导航设计；
27、通过虚拟现实引擎ue实现用户浏览、选择和操作混凝土组合结构；
28、步骤四、虚拟现实渲染；
29、通过计算机图形库对建模数据进行至少包括光照计算、阴影生成和材质贴图处理；
30、步骤五、设备与感知技术；
31、通过传感器和虚拟现实设备实现交互和体验；
32、步骤六、实时渲染与展示；
33、通过计算机图形学和实时渲染方法进行实时渲染和展示。
34、作为本发明进一步的技术方案，所述结构健康监测系统包括数据采集模块、数据处理与分析模块、决策支持模块和数据可视化模块；所述数据采集模块包括传感器部署单元和传输单元；所述传感器部署单元通过温度传感器、湿度传感器和应力传感器实现对混凝土组合结构施工过程中环境和应力状态的实时监测；所述传输单元通过无线传感网络将传感器收集到的数据实时传输到中央数据处理中心；所述数据处理与分析模块包括数据预处理单元和状态分析单元；所述数据预处理单元通过平均滤波、离群值检测和线性插值清洗和处理原始数据；所述状态分析单元通过异常检测和时间序列分析方法对预处理后的数据进行分析；所述决策支持模块包括自动报警单元和调整建议单元；当监测到的数据超出预设的安全范围时，所述自动报警单元通过基于规则的报警、自然语言处理和统计学方法自动生成警报信息；所述调整建议单元通过知识图谱和推荐系统根据数据分析结果和预测模型提出调整建议；所述可视化展示模块通过数据可视化库实时展示监测数据和分析结果。
35、作为本发明进一步的技术方案，所述多物理场仿真模型包括碰撞检测模块、结构分析模块和性能评估模块；所述碰撞检测模块通过几何相交检测方法实现对构件之间的碰撞检测；所述几何相交检测方法通过射线跟踪、边界体积层次结构和线段相交判断方法确定几何体之间的关系；所述结构分析模块包括有限元建模单元、动力学分析单元和结构强度评估单元；所述有限元建模单元通过数学统计方法实现混凝土组合结构的离散化建模；所述动力学分析单元通过模态分析和响应谱分析方法对混凝土组合结构的振动特性和动态响应进行计算；所述结构强度评估单元通过有限元分析方法评估结构的强度、刚度和稳定性；所述性能评估模块包括抗震性能评估单元、热工性能评估单元和防火性能评估单元；所述抗震性能评估单元通过地震动输入和结构响应分析方法评估混凝土组合结构的抗震性能指标，所述抗震性能指标至少包括峰值加速度和层间位移；所述热工性能评估单元通过数值模拟方法和数据挖掘方法对混凝土组合结构的热工性能进行模拟和评估；所述防火性能评估单元通过热传递模型和燃烧性能测试设备评估混凝土组合结构的防火性能指标。
36、作为本发明进一步的技术方案，所述基于深度学习的优化调度算法通过线性规划方法分析施工任务的依赖关系和资源需求；所述线性规划方法通过施工顺序自动调整函数最小化总时间和资源冲突数量；所述施工顺序自动调整函数的公式表达式为：
37、
38、在公式(3)中，r表示施工任务的数量；b表示第i个任务执行的二值变量，用于决定任务i的进行与否；g表示第i个任务的持续时间，用于计算总时间；δ表示第i个任务与第j个任务之间的冲突程度，用于衡量资源冲突的程度；ε表示第i个任务和第j个任务资源冲突的二值变量，用于计算资源冲突的数量；表示第i个任务和第j个任务之间的依赖关系，用于考虑任务之间的先后顺序；所述基于深度学习的优化调度算法通过深度学习模型学习历史施工数据；所述深度学习模型通过梯度下降算法最大化资源利用率；所述梯度下降算法通过资源分配优化函数确定每个任务的资源分配数量；所述资源分配优化函数的公式表达式为：
39、
40、在公式(4)中，l表示第i个任务对资源的需求量；σ表示第i个任务的基准资源需求量；k表示第i个任务被分配的资源数量，用于确定任务的资源分配情况；τ表示第i个任务资源的上限，用于限制资源分配的范围；所述基于深度学习的优化调度算法通过空间分析方法最小化碰撞数量；所述空间分析方法通过碰撞检测与调整函数判断任务之间是否发生碰撞，并通过调整任务的位置来避免碰撞；所述碰撞检测与调整函数的公式表达式为：
41、
42、在公式(5)中，n表示第i个任务和第j个任务间发生碰撞的二值变量，用于计算碰撞的数量；表示第i个任务和第j个任务间调整以避免碰撞的二值变量，用于决定是否需要调整任务的位置；ω表示第i个任务和第j个任务之间的空间距离，用于评估任务之间的空间关系。
43、作为本发明进一步的技术方案，所述运维管理模块包括病害检测子模块、预测维修计划子模块和实时数据分析子模块；所述病害检测子模块通过传感器网络和卷积神经网络监测混凝土组合结构的病害情况；所述预测维修计划子模块包括数据分析与建模单元和维修需求预测单元；根据病害检测结果和结构使用情况，所述数据分析与建模单元通过大数据分析改革对病害检测数据、结构使用数据以及历史维修记录进行分析和建模；基于数据分析结果和维修规范，所述维修需求预测单元通过时间序列分析方法预测结构未来的维修需求，并生成相应维修计划；所述实时数据分析子模块通过无线通信网络实时监测混凝土组合结构的运行状态，并通过离群点检测方法获取异常情况或潜在问题；所述离群点检测方法通过距离度量、统计分析和阈值设置的方式对数据中的异常值进行检测和识别。
44、积极有益效果：
45、本发明通过bim建模模块和协作平台模块，实现多个参与方同时编辑和更新bim模型，并通过区块链确保数据的不可篡改性和追溯性，提高协作效率。通过自动化设计模块自动生成混凝土组合结构的设计方案，优化设计方案，减少建筑材料浪费，从而降低建筑成本。通过可视化展示模块和模拟仿真模块，将混凝土组合结构进行虚拟现实可视化呈现，并通过多物理场仿真模型对混凝土组合结构进行设计阶段的碰撞检测、结构分析和性能评估，达到全面的可视化和分析。通过预制件质量追踪系统和质量管理模块，实现对预制构件和施工过程的实时监测和控制，从而提高建筑质量和安全性。通过运维管理模块中的传感器网络和大数据分析方法，实现对混凝土组合结构的状态监测和维护管理，延长建筑寿命，降低维护成本，并促进建筑可持续发展。
1.一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述基于云的bim项目协作平台包括用户管理模块、项目管理模块、bim模型管理模块、协作平台模块、数据同步模块、云存储模块和区块链模块；所述用户管理模块通过身份验证协议和基于角色的访问控制管理用户账号和权限；所述项目管理模块通过互联网表单以及云存储和备份机制实现创建、管理和组织项目；所述bim模型管理模块通过文件传输协议和版本控制工具实现bim模型的文件上传、下载、版本控制和共享功能；所述协作平台模块通过线程池和推送通知协议实现多个参与方之间的协作和沟通；所述数据同步模块通过网页即时通信协议确保多个参与方编辑和更新bim模型时的数据一致性和同步性；所述云存储模块包括文件存储单元和快速访问单元；所述文件存储单元通过对象存储服务将bim模型文件数据存储在云服务器上；所述快速访问单元通过内容分发网络cdn实现快速访问和下载bim模型文件；所述区块链模块包括数据不可篡改单元和数据追溯单元；所述数据不可篡改单元通过公有链、联盟链和私有链确保bim模型和数据的不可篡改性；所述数据追溯单元通过分布式账本和智能合约实现对数据的透明性和追溯性。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述预制件质量追踪系统包括预制件信息管理模块、预制件生产过程管理模块、预制件质量检验模块和预制件装配追踪模块；所述预制件信息管理模块包括预制件注册单元、预制件标识单元和预制件状态更新单元；所述预制件注册单元通过使用数据库管理系统记录和存储预制件的至少包括类型、尺寸和材料信息；所述预制件标识单元通过使用射频识别方法为每个预制件分配唯一标识码；所述预制件状态更新单元通过对象关系映射框架实时更新预制件的生产进度、质检结果和装配状态信息；所述预制件生产过程管理模块包括生产计划单元、质量控制单元和生产过程追踪单元；所述生产计划单元通过项目管理工具jira制定和管理预制件的生产计划，并与实际生产进度进行对比；所述质量控制单元通过传感器和数据采集系统监测和记录预制件生产过程中的至少包括温度、湿度和振动参数；所述生产过程追踪单元通过条形码扫描方法追踪预制件在生产线上的位置和流程；所述预制件质量检验模块通过激光扫描仪和数据分析方法对预制件进行检验和分析；所述预制件装配追踪模块通过射频识别读写器在实际装配过程中记录每个预制件的装配位置和连接情况，并实时更新数据库中的装配状态。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述基于人工智能的优化设计算法通过强度约束函数在给定混凝土组合结构的构件种类和数量的情况下，自动调整不同构件的系数和横截面积，以及混凝土的抗压强度，以满足总强度要求；所述强度约束函数的公式表达式为：
5.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述虚拟现实方法在混凝土组合结构装配式建筑结构系统中的工作原理步骤为：
6.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述结构健康监测系统包括数据采集模块、数据处理与分析模块、决策支持模块和数据可视化模块；所述数据采集模块包括传感器部署单元和传输单元；所述传感器部署单元通过温度传感器、湿度传感器和应力传感器实现对混凝土组合结构施工过程中环境和应力状态的实时监测；所述传输单元通过无线传感网络将传感器收集到的数据实时传输到中央数据处理中心；所述数据处理与分析模块包括数据预处理单元和状态分析单元；所述数据预处理单元通过平均滤波、离群值检测和线性插值清洗和处理原始数据；所述状态分析单元通过异常检测和时间序列分析方法对预处理后的数据进行分析；所述决策支持模块包括自动报警单元和调整建议单元；当监测到的数据超出预设的安全范围时，所述自动报警单元通过基于规则的报警、自然语言处理和统计学方法自动生成警报信息；所述调整建议单元通过知识图谱和推荐系统根据数据分析结果和预测模型提出调整建议；所述可视化展示模块通过数据可视化库实时展示监测数据和分析结果。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述多物理场仿真模型包括碰撞检测模块、结构分析模块和性能评估模块；所述碰撞检测模块通过几何相交检测方法实现对构件之间的碰撞检测；所述几何相交检测方法通过射线跟踪、边界体积层次结构和线段相交判断方法确定几何体之间的关系；所述结构分析模块包括有限元建模单元、动力学分析单元和结构强度评估单元；所述有限元建模单元通过数学统计方法实现混凝土组合结构的离散化建模；所述动力学分析单元通过模态分析和响应谱分析方法对混凝土组合结构的振动特性和动态响应进行计算；所述结构强度评估单元通过有限元分析方法评估结构的强度、刚度和稳定性；所述性能评估模块包括抗震性能评估单元、热工性能评估单元和防火性能评估单元；所述抗震性能评估单元通过地震动输入和结构响应分析方法评估混凝土组合结构的抗震性能指标，所述抗震性能指标至少包括峰值加速度和层间位移；所述热工性能评估单元通过数值模拟方法和数据挖掘方法对混凝土组合结构的热工性能进行模拟和评估；所述防火性能评估单元通过热传递模型和燃烧性能测试设备评估混凝土组合结构的防火性能指标。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述基于深度学习的优化调度算法通过线性规划方法分析施工任务的依赖关系和资源需求；所述线性规划方法通过施工顺序自动调整函数最小化总时间和资源冲突数量；所述施工顺序自动调整函数的公式表达式为：
9.根据权利要求1所述的一种混凝土组合结构装配式建筑结构系统，其特征在于：所述运维管理模块包括病害检测子模块、预测维修计划子模块和实时数据分析子模块；所述病害检测子模块通过传感器网络和卷积神经网络监测混凝土组合结构的病害情况；所述预测维修计划子模块包括数据分析与建模单元和维修需求预测单元；根据病害检测结果和结构使用情况，所述数据分析与建模单元通过大数据分析改革对病害检测数据、结构使用数据以及历史维修记录进行分析和建模；基于数据分析结果和维修规范，所述维修需求预测单元通过时间序列分析方法预测结构未来的维修需求，并生成相应维修计划；所述实时数据分析子模块通过无线通信网络实时监测混凝土组合结构的运行状态，并通过离群点检测方法获取异常情况或潜在问题；所述离群点检测方法通过距离度量、统计分析和阈值设置的方式对数据中的异常值进行检测和识别。
