概述

本手册描述了网络研讨会“RFEM 6 中人工智能 (AI) 优化模型”的主题。首先介绍如何定义全局参数。然后，这些参数将在公式中使用以确定数值。接下来，描述如何优化定义的参数。最后，展示估算成本和 CO2 排放的方法。

录制的网络研讨会

常规

RFEM 6 中使用人工智能优化模型 | 2022 年 3 月 24 日，星期四

优化值

新建模型并激活模块

要创建桁架单元格，您应该创建一个 new model。 模型类型预设为' 三维'。

正在创建模型

激活模块' 优化和成本/CO2排放估算'。 这个由两部分组成的模块使用粒子群优化 (PSO) 的人工智能 (AI) 方法为参数化模型和块找到合适的参数。 另一方面，该模块可以估算结构模型的成本或 CO2排放量。

激活模块：

模拟桁架

本次网络课堂的第一个模型是下图所示的桁架单元。 本章介绍了如何在 RFEM 6 中通过定义杆件和节点支座来对结构进行建模。

桁架单元

定义杆件

要定义杆件，请使用工具栏中的 

 按钮。 首先定义具有相同截面（HEA 100）和相同长度（1 m）的杆件1、2、3和4 。

定义杆件

钢筋编号杆件5的钢梁首先位于上弦（杆件 2）和下弦（杆件 3）之间的中间位置。 为此，请在杆件编号 2 和杆件编号 3 上创建中间节点。 中间节点可以通过 分割线/杆件 来创建。 然后用一个与其他杆件具有相同截面(HEA 100)的新杆件(即杆件编号5)连接这些节点。

重要

如果在杆件'上分裂杆件以创建中间节点，则激活选项'，在杆件'上创建类型为'的节点。 这会创建节点，但不会实际划分杆件。

杆 # 5

在接下来的几章中，我们将介绍如何使用参数化输入来为杆件#5找到最佳位置。

定义节点支座

使用工具栏上的 

 按钮可以定义节点支座。 然后将节点支座映射到节点 1、2、3 和 4 上。 有关支座定义的详细信息，请参见'节点支座'表，该表显示在 image033145 节点支座的定义 中。

 

定义节点支座

参数化模型

在 RFEM 和 RSTAB 中的一个优势产品是支持参数化输入，通过这些输入，您可以创建或使用变量调整模型。 这使得模型和荷载数据可以根据某些参数（例如长度、宽度、交通荷载等）进行定义。 这些变量也称为参数。 在程序中会以列表的形式清晰地显示它们。 您也可以使用公式中的参数来确定一个值。 如果您更改参数列表中的某个参数，那么使用该参数的所有公式的结果都会相应地调整。

本手册的这一部分介绍了如何定义全局参数以及如何使用它们，以便程序找到最佳的支撑（杆件编号 5）。 该位置由节点 5 相对于杆件 2 的位置和节点 6 相对于杆件 3 的位置来描述。

杆 # 5

定义全局参数

首先，您必须在程序 中定义全局参数 。 通过菜单编辑 → 全局参数可以调用全局参数列表。

编辑菜单中的全局参数

定义 两个 参数 - 一个代表上弦( Xoben ) 上节点 #5 的位置，一个代表上弦上节点 #6 的位置。下弦( Xbelow )。 由于变量定义了杆件节点和杆件起点/终点之间的距离，因此请选择单位组 长度 '。 参数最初被定义为数值。 因此要在'定义类型'列表中选择 '值 '。 将这两个参数的值定义为 0。

编辑全局参数

在公式中使用参数

现在您可以使用公式中定义的参数来定义数值。 首先用公式定义节点 5 与杆件 2 起始节点的距离。

节点 5 和起始节点 2 之间的距离

为此打开节点 5 的' 编辑节点' 对话框。 由于单个杆件被一个中间节点划分，所以生成的节点与杆件的始端和末端节点之间的绝对距离为0.5 m。 由于所选节点与杆件始端节点之间的距离要用公式来定义，所以在列表中选择' 编辑公式' 选项。

编辑节点 # 5

提示

使用按钮 

 ，您可以控制是以绝对值还是相对距离(%)输入。

在' 公式 ' 文本框中输入公式。 例如在图像 image033161 编辑公式 中的公式显示，该距离是通过将参数 'Xabove' 的值添加到 0.5 m 来计算的。 由于 'Xoben' 最初被设为 0，所以公式为 0.5 m。

编辑公式

这意味着节点 5 和杆件 2 的起始节点之间的距离仍然为 0.5 m。

节点 # 5 和杆件 # 2 的起始节点之间的距离

参数化输入的优点是，如果更改了参数列表中的某个参数，那么使用该参数的所有公式的结果都会相应地调整。 如果重新打开'全局参数'列表并将 'Xup' 的值设为 0.1 m，则节点到杆件始端节点的距离也会改变。 因此，节点 5 与节点 2 的距离自动更改为 0.6 m (Xabove + 0.5)。

为参数定义新值

将对象属性插入公式

利用公式编辑器的另一种方法是将对象属性添加到公式中。 这通过计算节点 #6 到杆件 #3 的起始节点的距离来显示。 其目的是定义节点 #6 相对于杆件始端的位置，使其始终相对于节点 #4。 即如果移动节点 4，那么节点 6 的位置也会自动调整。

节点 # 6 和起始节点 # 1 之间的距离

在' 编辑节点' 对话框中打开节点编号的公式编辑器。 6（见图 编辑节点编号 5）。 然后点击 

 按钮。

在公式中插入对象属性

在这里您可以选择包含子类别的对象属性列表。 选择需要的属性，在本例中为坐标_1（即节点的笛卡尔 X 坐标）。 这样您可以将节点 # 6 的位置与另一个节点（在本例中为节点 # 4）的 X 坐标相关联。

对象属性

在公式的方括号中输入节点 4 的数目。 在本例中，节点 4 的 'coordinate_1' 包含在公式中： 如果移动节点 4 并改变其 X 坐标，那么节点 6 的位置也会自动调整。

公式中的对象属性

参数优化

在 RFEM 和 RSTAB 软件中的优化是与实际模型计算同时进行的一个过程。 这可以看作是一个后参数化步骤，因为它假设模型是使用参数输入创建的。

上一章介绍了如何使用参数输入。 本章介绍了如何优化定义的参数。

定义类型为 ' 的全局参数 优化 '

定义全局参数的类型

要优化全局参数，请为其分配定义类型' 优化'。 然后定义优化参数，例如最小值 - 和 最大值， 增量 和 步长。 在示例中，范围设置为 -0.400 到 0.400，增量为 0.200。

全局参数列表在编辑 → 全局参数菜单中打开。

定义类型为 ' 的全局参数 优化 '

定义优化设置

到目前为止，已经定义了 'Optimization' 类型的全局参数。 现在通过'计算'菜单打开优化设置。

'计算'菜单中的优化设置

通过相应的复选框激活优化。 如图 image033236 优化设置 所示，要优化的值实际上是全局参数。 状态数目取决于在优化参数中分配的步数。 例如，四个步骤意味着优化过程在五个状态后结束。 给定这两个变量，就有 25 种优化变化，即所谓的突变。 换句话说： 程序会在定义的范围内更改这两个变量的值。 通过这些组合，可以计算出 25 个模型，每个模型都具有不同的几何形状。

优化设置

可以有很多优化突变。 然后，您可以通过定义优化的优先级来自己决定想要“最佳”生成多少个模型变量。 例如，您可以将优化设置为最小总重量、矢量位移、杆件或面变形、成本或 CO2排放量。

重要

在本例中选择了关于最小矢量位移的优化。

优化选项

现在可以计算所有优化突变。 计算开始后，依次显示单个变量的结果。

计算过程

优化方法

但是，该程序提供了更有效的优化方法。

可用的优化器

本例中使用的方法是粒子群优化 (PSO) 。 它基于自然界，是一种非常有效的方法，可以在很少的计算时间内找到好的参数值。 这种人工智能 (AI) 技术与成群的动物寻找休息地的行为非常相似。 在这样的群体中，有很多个人（参见优化解决方案，例如重量），他们喜欢留在一个群体中并跟随群体运动。 假设群体中的每个成员都需要在一个最佳静止位置休息（参见最佳解决方案，例如最小重量），并且这个需要随着接近静止位置而增加，所以群体的行为也由以下属性决定的面积（见结果图）的影响。

RFEM 或 RSTAB 中的 PSO 过程以类似的方式进行。 计算从随机分配要优化的参数的优化结果开始，并根据之前所做的模型突变的经验，用不同的参数值重复确定新的优化结果。 当达到指定的可能的模型突变数量时，该过程结束。 在本例中，随机突变的数目设为30% 。 这意味着所有可能的突变 (25) 中的 30% 都会被考虑。

或者，在程序中也提供批处理方法。 该方法通过随机指定优化参数的值来尝试检查所有可能的模型突变，直到达到指定的模型突变数。

优化结果

所有的优化方法都会在过程结束时输出一个包含模型突变（变体）的列表。 在这里您还可以找到重要的优化结果以及相关的优化参数的取值。 该列表是按降序排列的： 在顶部显示了假设的最佳解决方案，其优化结果与确定的值分配最接近优化准则。

在示例中使用粒子群作为优化器，随机突变的数量设置为 30%。 这意味着已经考虑了 25 种可能的突变中的 30%，从而产生了 7 种具有优化值的模型。 如前所述，第一行显示了假设的最佳解决方案。

优化后的数值

此外，在分析完成后，程序会自动为全局参数列表中的优化参数设定最优解的赋值。

全局参数： 优化后的数值

RFEM 6 中的脚本

RFEM 6 的一大优势是使用了内置脚本。 本手册的这一章介绍了如何在 RFEM 6 中通过控制台和脚本管理器编写脚本，并将其保存为"块"，以供进一步使用。

编辑块窗口中的脚本

脚本

控制台

控制台对于输入和执行命令或检查结果非常有用。 在控制台的“视图”菜单中单击相应的条目，或使用工具栏中的 

 按钮打开控制台。

您可以在控制台中直接输入和执行命令。 自动完成功能可以帮助您快速插入函数和对象属性。 它还有助于避免输入和语法错误。 例如图 在控制台中执行命令所示，如何定义一个节点，其坐标为 X = 1, Y = 1, Z = 1。 最后，使用 Enter 键执行控制台中定义的命令。

在控制台中执行命令

您也可以在控制台中插入任何对象属性作为命令引用。 通过 

 按钮，您可以在对话框中查看所需的对象属性。 然后，通过双击或单击确定将对象属性传送到控制台。

‘插入对象属性‘对话框

脚本管理器

脚本管理器允许您组织脚本文件夹和脚本文件。 在“视图”菜单中单击相应的条目或在工具栏中单击 

 按钮，可以打开脚本管理器。 在Dlubal 脚本目录下，您可以找到一些安装过程中创建的脚本文件示例。 在“includes”文件夹中还有一个函数库，可以在脚本文件中使用“include()”命令对其进行访问。

脚本管理器

右键单击要保存脚本的文件夹。 然后在右键菜单中选择新建脚本。

新建脚本

在我们的示例中，新建脚本名为 OP2，创建后可以在用户脚本中找到该脚本。 要编辑它，请右键单击它并选择编辑脚本。

编辑脚本

尽管我们在本次网络研讨会中使用了 Notepad++，但您可以使用任何其他编辑器在 RFEM 6 中编辑脚本。 例如，图 02 显示了如何通过编辑脚本在一条线上创建多个节点。 根据脚本中的命令，在 X 方向上每隔 1 m 创建一个节点，最多创建一个节点 i，本例中设置为 5。

脚本编辑器

确保保存脚本。 在用户脚本列表中，双击脚本可以查看在 RFEM 工作窗口中创建的单元。

RFEM 6工作窗口中的单元

把脚本转换成块

要从脚本生成块，首先要打开所需的脚本，然后在脚本中插入命令生成() ，如033723 '生成' - 脚本中的命令。 在编辑完脚本后，您需要保存它。

请注意，附加命令是用来创建结构的。

脚本中的“生成”命令

保存脚本后，使用 RFEM 菜单中的' 另存为块'功能' 文件'。

将脚本保存为块

将之前保存的脚本添加为JavaScript 文件。

添加JavaScript文件

这样，程序将JavaScript 文件作为块保存在块目录中。 要插入块并继续使用它，请使用 

 按钮打开目录，然后选择它。 插入时可以编辑块，并显示用于生成块的 JavaScript。 更多相关信息请参见 RFEM 手册 blocks。

编辑块窗口中的脚本

插入块之后，在导航器中会作为特殊对象使用。

在导航器中作为特殊对象的块

重复使用通过脚本创建的块

插入块之后，在导航器中会作为特殊对象使用。 因此可以随时进行编辑。 在'结构'选项卡中，例如可以调整块体的几何参数、分配截面和材料。

调整块的几何参数

也可以将块的几何参数引用到参数列表中定义的任何全局参数。 为此请使用编辑公式功能并分配 ' 全局参数 '。 这样，在更改全局参数时，几何参数也会自动更改。

用全局参数链接块的几何参数

如果要编辑全局参数，请点击 

 按钮。

您也可以按照章节  中的描述对模块进行优化。

成本和 CO2 排放量估算

优化和成本/CO2 排放量估算的模块包含两部分，不仅可以为参数化模型和块找到合适的参数，还可以估算其成本和 CO2排放量。

模块优化 & 成本/CO₂ 排放估算

价格

为了能够估算成本，在定义或编辑材料时必须激活成本估算选项。

信息

如果激活了优化和成本/CO2排放估算，则成本估算选项才可用。

激活“成本估算”选项

成本估算是基于杆件、面/层和实体的单位成本。 例如，如果要估算模型中杆件的成本，请指定单位成本和单位（片）。 由此，程序自动确定模型中杆件的成本。

造价估算

成本优化

在使用参数化模型和块时，也可以基于最小成本进行优化。 在本章中，您将学习如何进行这种优化。

我们以桁架中显示的模型为例。 需要优化的值是：

• 像元数目
• 桁架高度
• 截面

桁架

在全局参数列表中，单元格数目和桁架高度作为全局参数进行设置。

信息

您可以通过菜单编辑 → 全局参数打开全局参数列表。

全局参数

如果想要优化截面，则需要打开“编辑截面”对话框，然后在“选项”部分中勾选“优化”复选框。

截面优化

由于优化是基于成本的，所以在进行优化之前必须要对成本进行估算。 具体操作按照章节成本估算中介绍的方法进行。

造价估算

您可以通过“计算”菜单在软件中进行优化设置。 如图 优化设置所示，需要优化单元格数目、桁架高度和截面。 由于优化时应该确定最具成本效益的方案，所以 " 该示例使用粒子群优化 (PSO) 方法，并将随机突变的数量设置为总数的 40%。

优化设置

如果在'编辑截面'的基本选项卡中激活了优化选项，则截面只是表格'待优化的值'的一部分（见图image033760 截面优化）。

在对截面、单元格数目和桁架高度进行优化后，程序会显示模型突变（变量）的列表。 在这里您还可以找到重要的优化结果以及相关的优化参数的值。 此列表按降序排序： 在顶部显示假设的最佳解决方案，即最接近优化准则 ' 最小成本 ' 的变量。 通过这种方式，您可以了解更改单个参数的成本，并确定相应参数的最佳值。

优化后的数值

CO2 排放量

使用优化和成本/CO2排放量估算的模块的第二部分可以对模型的CO2排放量进行估算。 图片中显示的建筑 image033763 公寓建筑 就是示例。

公寓楼

CO2排放量的估算程序与章节 成本 中描述的原理非常相似。 首先，在创建或编辑材料时激活选项CO2排放量估算。

激活“估算 CO2 排放量”选项

由于构件（楼板、地下室的外墙和内墙、天花板等）的材料不同（见图 image033763 公寓楼），必须对每种激活的材料进行 CO2排放估算。 另一方面，您可以用它来估算某些材料的 CO2排放量。

在同一对话框的 CO2排放量估算选项卡中，您可以为每种材料应用的杆件、面/层和实体定义件排放和相应的单位（件）。 程序会自动计算'总排放量'和'总排放量'，并显示在image033765 CO2 排放量估算中。

计件排放值在相关法规中有所规定。

碳排放量估算

也可以考虑负排放。