数字孪生驱动的结构智能安全评估方法

作     者：姜绍飞 宋华霖 黄晓栏 陈卉 王威 

作者机构：福州大学土木工程学院 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室 福建省石门澳港口建设发展有限公司 

出 版 物：《土木工程学报》 (China Civil Engineering Journal)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52278295) 福州大学博士研究生科技创新专项基金项目 

主　　题：土木工程结构 数字孪生 结构运维 方法应用 

摘      要：结构安全评估是保障土木工程结构安全运维的重要手段，传统预防性维护存在信息化程度较低、决策依赖经验的问题。为此，本文提出一种数字孪生驱动的结构智能安全评估方法，用于提高土木工程结构在运维阶段的智能化水平。首先，从结构服役场景出发，建立具有5个层级的结构安全评估数字孪生框架，详细阐述各层级功能；其次，提炼出所提框架中虚拟孪生体模型与多态孪生数据的构建、数据交互网络、结构安全评估方法3个关键技术，并给出解决方法；最后，以桁架结构为例，建立了数字孪生驱动的结构安全评估平台，验证了数字孪生框架可行性与有效性。研究发现，借助拉丁超立方抽样、参数化建模技术实现了多态孪生数据的构建；串口协议联合TCP协议实现了数据实时交互；代理模型实现对结构响应的预测；基于贝叶斯网络的安全评估方法准确推理出结构的失效概率。数字孪生驱动的结构安全评估方法实现了结构状态准确地预测和决策，同时结果可以反馈、控制物理实体的运维。