[发明专利]面向对象数字孪生的空间结构模型生成及全寿命管理方法

说明书

本发明涉及一种面向对象数字孪生的空间结构模型生成及全寿命管理方法，该空间结构模型生成方法包括：确定待生成的空间结构物理实体，解析其全要素信息，继承面向对象信息；生成多态模型，表征继承空间结构物理实体的全要素信息；集成多态模型，得到面向对象数字孪生模型，服务空间结构物理实体设计、建造和运维全寿命周期各阶段。其中，生成多态模型包括：S1、基于数字激光摄影技术生成动态几何表征模型；S2、基于材料本构生成动态力学演化模型；S3、生成动态形‑力耦合演化模型；S4、基于机器学习生成动态响应预测代理模型。该方法有利于全要素刻画了空间结构物理实体，实现空间结构在数字世界的高保真映射，高效协同指导空间结构全寿命管理。

技术领域

本发明属于数字孪生技术领域，具体涉及一种面向对象数字孪生的空间结构模型生成及全寿命管理方法。

背景技术

空间结构具有空间跨越能力强、结构冗余程度相对较高和整体刚度大的特点，近二十年来被广泛应用。现阶段，空间结构研究主要集中在智能建造、服役安全监测等方面，然而空间结构管理研究较少从设计、建造和运维三阶段协同优化角度考虑，导致其全寿命周期管理设计不闭环、模型不统一，造成空间结构设计难度增大，建造复杂、运行维护困难等问题。

数字孪生技术作为实现物理实体与虚拟“孪生体”之间相互映射的关键途径，可将物理实体在数字空间刻画，为解决空间结构全寿命周期管理中面临的挑战提供了有效途径。

空间结构全寿命周期管理主要包括设计、建造和运维管理三阶段。全寿命周期不同阶段中面向对象的管理皆有不同，如：设计阶段主要是构造空间结构的结构形式和保证结构安全性能。建造阶段主要是精确的力学分析以及完备的施工方案来组织施工并提前预知、分析、解决技术难题，保障建造全过程进行监测以全面掌握实际施工质量、进度和安全性能。运维阶段主要是通过传感器获取数据，对在役空间结构进行评估决策分析，给出合理的处理方案。目前数字孪生技术分别单独应用在空间结构建造、运维阶段。但还存在如下问题：

缺乏高保真表征空间结构的数字孪生模型生成方法；

空间结构在设计、建造和运维三阶段数据交互能力弱，数据利用率低；

现有研究仅针对单一阶段数字孪生模型的构建，构建各阶段模型无法反馈更新下阶段的模型，割裂了各阶段数字孪生模型的闭环与统一，限制了数字孪生技术在空间结构全寿命周期管理中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向对象数字孪生的空间结构模型生成及全寿命管理方法，该方法有利于全要素刻画了空间结构物理实体，实现空间结构在数字世界的高保真映射，高效协同指导空间结构全寿命管理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种面向对象数字孪生的空间结构模型生成方法，包括：

确定待生成的空间结构物理实体，解析其全要素信息，继承面向对象信息；

生成多态模型，表征继承空间结构物理实体的全要素信息；

集成多态模型，得到面向对象数字孪生模型，服务空间结构物理实体设计、建造和运维全寿命周期各阶段。

进一步地，生成多态模型包括：

S1、基于数字激光摄影技术生成动态几何表征模型；

S2、基于材料本构生成动态力学演化模型；

S3、融合步骤S1和步骤S2生成动态形-力耦合演化模型；

S4、基于机器学习生成动态响应预测代理模型。

进一步地，步骤S1的具体实现方法为：

进一步地，步骤S1的具体实现方法为：