大跨空间结构选型的因素体系模型

-/低温建筑技术（总第

大跨空间结构选型的因素体系模型!

王)力%，，张世海)，吕大刚)，王光远)

（%*北京航空航天大学土木工程系，北京!

【摘要】分辨出了大跨空间结构选型的四个目标级影响因素，并确定了相应的因素体系模型，由此建立起大跨空间结构选型的集成化因素体系模型。在该模型中，诸因素都不是孤立的变量，任何一个因素的变化，都会影响到与之相关的其它因素的非线性变化，很多指标既相互联系相互依赖又相互矛盾，它们彼此间存在着错综复杂的联系。影响因素的上述特征决定了因素体系分析及结构选型的复杂性与重要性。可直接应用于大跨空间结构选型方案评价及决策系统的开发。

【关键词】大跨空间结构；结构选型；因素体系

【中图分类号】+,-%#【文献标识码】.【文章编号】%&&%(/#/$（)&&-）&)(&&-/(&)

!

&

)，0.1234%，56.1278498:4)，3,;:9:=:=)

（%*;@ABCDEF4G4H’=B4LM:=N.MBID=:>B4LM，%&&&#-；

)C7L8DDHDEF4G4H’=B@DE+@L8=DHD

’2345674：+8@ED>IDOK@LB4G@E:LBDIM4=EH>@=L4=LB>I@M:I@N4MB4=4M8@N，:=NB8@=，B8@QDN@HDEE:LBDIM?MB@Q4=EH>@=L4=ILB>I@M4MLD=MBI>[email protected]=NMDEE:LBDIMDEB84MQDN@H:I@=DB4MDH:B@NG:I4:OH@MC.=?L8:=LB>I@M:I@N@A@=N@=BD=B8@:ODG@Q@=B4D=@NL8:I:LB@I4MB4LMDEB8@E:LBDIMCPBS4HHO@>M@N4=N@G@HDA4=:B4D=:=NN@L4M4D=(Q:R4=LB>I:HEDIQM@H@LB4D=EDIH:ILB>I@MC

89:;LB>I@M；7BI>LB>I:HEDIQM@H@LB4D=；V:LBDIM?MB@Q

为了能够应用计算机处理大跨空间结构选型过程，我们

必须提取出大跨空间结构选型的本质特征。在这一过程中，

忽略问题中与当前目标无关的部分，以便更加充分地集中于

与当前目标有关的部分。

不同的大跨空间结构型式在与相同的建筑方案、环境特

征结合的过程中，相互作用所达到的最大强度或最高水平是

不同的，它们之间相互作用关系的合理性也是不同的。在大

跨空间结构选型过程中，为了对这种作用进行客观的评价，

有必要对这一系统中各影响因素或因子作出客观深入地分

析和判断，并建立起真实反映它们之间相互作用关系或深层

次联系的整体因素体系模型。进一步研究因素体系的量化，

从而形成大跨空间结构选型的集成化因素体系模型。!大跨空间结构选型的目标级因素在大跨度空间结构选型的过程中，应考虑的因素众多而且复杂，绝非少数因素所能概括，单独地考虑任何因素，都将导致大跨空间结构选型的影响因素在少数方面过分聚集，而使整体性能变劣，但若不分主次地考虑所有因素，将限制我们的决策，并且分散我们对真正大跨空间结构选型问题的注意力，将会给问题解决带来混乱。从设计过程看，大跨空间结构选型是在建筑方案有关特征参数（如地点、位置、规模、高度、跨度、平立面形状、功能空间的大小分布等）初步确定以后或确定过程中，在建筑结构施工图设计之前与建筑方案扩出阶段交叉进行的一项决策工作。此时，对大跨空间结构总需求中的部分需求（如城市社会、业主用户的使用功能、美学功能等）已在建筑方案形成

过程中被全部或部分考虑，也已初步转化为建筑方案的有关

［基金项目］：国家自然科学基金“九五”重大项目（!

王力等：大跨空间结构选型的因素体系模型&.特征参数，并通过这些特征参数来间接影响约束大跨空间结

构的选型；还有部分需求需在结构选型时从宏观上直接考虑

实现，如技术性能（受力合理、整体刚度等）、经济性能、施工

可行性等；而结构体系的屈服机制控制、结构构件的具体技

术性能等方面需求，则需要在具体的结构构件内力分析与设

计过程中考虑实现。

为了减小选型盲目性及进行科学的选型，需在与业主、

经济师、建筑师、结构师、设备师等充分协商分析的基础上，

将各方面复杂的或甚至是矛盾的直接或间接影响大跨空间

结构选型方案评价的因素进行统一归类，并转化为首先通过

大跨空间结构选型方案评价来控制、保证或起关键影响作用

的最主要影响因素（即目标级影响因素）。

为此，我们在走访有关专家的基础上，确定了影响大跨

空间结构选型方案评价的四个目标级影响因素：建筑功能因

素、受力性能因素、经济性能因素、施工可行性因素。而建筑

方案特征参数及环境约束条件等对大跨空间结构选型的影

响将分别在相关下级因素中予以考虑。上述四个相互依赖

的目标级影响因素，既综合反映了大跨空间结构选型多变量

系统统一协调的内容特征；又体现了安全适用、技术先进、施工可行、经济有效及美观的一般工程结构设计原则。!大跨空间结构选型的因素体系模型大跨空间结构选型影响因素多而复杂，有些因素具有随机性和模糊性，部分因素间有耦联，各因素间形成了一个复杂的网络体系。为了更系统地表达大跨空间结构选型影响因素的不同侧面，体现选型问题的特征，我们分别从建筑功能、结构受力性能、施工条件、技术能力、施工期限、建筑材料、能源供应、场地地形、地貌、自然灾害的特点以及工程经济效益、社会效益等多方面进行深入的分析和判断，对诸因素的联系进行深层次的抽象、简化处理，抽出对大跨空间结构选型起最主要作用影响因素，忽略一些次要因素及部分因素的弱耦联，对具有较强耦联的因素采用耦联因素向量法加以解决，同时考虑了专家在处理选型问题时的思维方法与过程的特点，引入面向对象技术，将各目标级因素所包含的各级子因素按其内在联系和逻辑关系，依数据结构原理，建立了大跨空间结构选型方案评价的影响因素层次关系，从而建立了能反映大跨空间结构选型方案评价问题特征的因素体系模型，如图!

所示。

［收稿日期］$%%$-!$-%(

［第一作者简介］王力（!*’+-），女（汉族），吉林人，博士后，

副教授，从事结构工程和工程力学专业。

大跨空间结构选型的因素体系模型

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

引用次数：王力， 张世海， 吕大刚， 王光远王力(北京航空航天大学土木工程系,北京,100083;哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨,150090)， 张世海,吕大刚,王光远(哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨,150090)低温建筑技术LOW TEMPERATURE ARCHITECTURE TECHNOLOGY2003，

参考文献(5条)

1.王力 大跨空间结构智能选型系统的研究与开发[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报 2003(06)

2.王力 基于相对接近度的结构选型模糊多属性决策方法[期刊论文]-哈尔滨建筑大学学报 2002(03)

3.王光远 工程软设计理论 1992

4.沈世钊 大跨空间结构理论研究和工程实践[期刊论文]-中国工程科学 2001(03)

5.王力 大跨空间结构智能选型设计初探[期刊论文]-哈尔滨建筑大学学报 2001(05)

相似文献(10条)

1.期刊论文 王力.吕大刚.刘晓燕.王光远 大跨空间结构智能选型系统的研究与开发 -哈尔滨工业大学学报2003,35(6)

将建筑结构的智能选型设计理论应用于大跨空间结构,选用Microsoft Access 2000 for Windows 作为实例库开发工具、Microsoft Visual C++6.0for Windows 作为方案生成系统开发工具、专家系统开发工具C-ADVISOR 3.0作为方案评价和决策系统开发工具,开发了一个大跨空间结构智能选型设计系统的原型系统.该系统主要包括大跨空间结构的选型实例库系统、方案生成系统和方案评价与决策系统.3个子系统建造的基本原理是:采用面向对象技术建造实例库系统、实例推理和数据挖掘建造方案生成系统、模糊推理与模糊多属性决策方法建造方案评价与决策系统.

2.学位论文 王力 大跨空间结构智能选型理论与应用研究 2001

结构选型是建筑结构设计前期的重要决策工作之一,结构型式的好坏,直接关系到建筑物是否安全、适用、经济、美观.目前,随着各种大型复杂结构体系和类型的发展,结构选型问题正日益受到土木工程师和广大设计人员越来越多的关注.但是,在结构选型方面目前国内外尚未对其理论进行充分的研究,这是因为结构选型是一个非常复杂的决策问题,具有强烈的综合性,包含大量不确定性(随机性、模糊性和未确知性)信息,用传统的准则法或者数学规划法对此问题进行建模和求解很难奏效.针对这一情况,该文以大跨空间结构作为研究对象,将先进的智能设计理论和方法应用于大跨空间结构的选型问题,提出了大跨空间结构智能选型的基本理论和方法,并进行了相应的软件开发.

3.期刊论文 王力.张世海.吕大刚.王光远 大跨空间结构选型的方案评价方法 -哈尔滨工业大学学报2004,36(4) 为较好地解决设计人员对目前规范、规程中有关定性规定无法定量把握的不足,提出了大跨空间结构选型方案评价的模糊综合评判方法.在对4个目标级因素进行深入分析及专家调查的基础上,全面系统地创建了诸因素的评价标准,给出大跨空间结构选型方案评价的多因素多级模糊综合评判方法.

4.学位论文 李学军 体育馆建筑结构概念设计研究 2005

体育馆建筑属于大型公共建筑，建筑规模大、内部功能要求较高，只有在设计前期进行详尽的结构概念设计才能保证结构设计的合理性、安全性和经济性。结构概念设计是运用人的思维和判断能力，在设计前期从宏观上决定结构设计中的重大问题，使结构物既符合功能要求，又有足够的整体性和抗灾害能力。结构概念设计有别于传统的数值计算设计，是从结构概念入手，从整体上考虑结构的合理性。因此，研究体育馆建筑的结构概念设计问题具有较大的工程使用价值。为此，本研究运用未确知测度方法、弹性力学方法、人工神经元网络方法等对体育馆建筑结构概念设计进行了系统研究。全文的主要研究工作概括如下：

(1)概念设计方法的研究。结合体育馆建筑的结构特征，对体育馆结构概念设计阶段的方法进行了研究，提出了体育馆建筑结构概念设计中的几个主要过程，即结构方案评价、主体结构选型、简化计算方法、设计概念和经验总结、结构构造与措施五个过程，并分别对其进行深入研究。

(2)基于未确知测度的体育馆建筑结构方案评价方法的研究。体育馆建筑结构方案评价是结构概念设计阶段的主要工作，这一过程主要是评定结构方案的优劣程度，为最终设计方案的可接受性决策或为再设计决策提供依据和支持。本文采用未确知测度的方法，建立了两种结构方案评价模型，即整体方案评价模型和多因素影响下的结构方案评价模型。系统地论述了因素空间、单因素测度与多因素测度的关系，权向量的设置及多因素综合测度的等级识别等方案评价中的关键问题，最后给出了工程应用实例并加以验证。

(3)空间网架结构屋盖结构选型的研究。本文对体育馆建筑中常用的空间网架结构形式进行了分析，确定了网架结构在选型时所考虑的多种因素，并对不同类型的网架结构的适用范围和经济性进行了研究。在这一基础上采用弹性力学手段，对正交正放类网架、正交斜放类网架、三向类网架等在矩形、圆形、三角形、六边形等不同平面形式下的内力、位移、动力特性公式进行了推导，并对公式进行了形式上的整合。所得简化计算公式力学概念清晰，形式简单，可满足概念设计阶段的要求。

(4)人工神经元方法辅助体育馆结构概念设计研究。在分析了结构概念设计阶段工程师思维形式的基础上，研究了人工神经元网络结构及其工作机理，认为它可以模拟人脑的某些基本特征，并能方便地解决概念设计阶段的某些技术和经济问题。通过对人工神经元网络基本原理与多层网络的误差逆传播算法的详细分析，应用多层网络的误差逆传播算法，研究了人工神经元网络辅助结构概念设计的可行性，并对空间网架结构技术指标和经济指标的预测方法进行了研究。

(5)体育馆结构构造和措施。由于土木工程的粗放性、体育馆结构受力的复杂性、结构作用荷载和材料抗力的随机性，很多内在的受力情况不是理想化环境，要作用精确的设计计算是不可能的也是不必要的。结构构造与措施作为结构设计的补充，对加强结构的稳定性、整体性和抵御突发灾害的能力有很大作用，是体育馆建筑结构概念设计必不可少的一部分。在结构概念设计阶段考虑对整体性有益的结构构造措施，有时是决定方案可行与否的关键。通过对体育馆建筑结构构造措施的研究，对影响体育馆结构设计前期的空间结构构造与措施、下部支撑结构的构造与措施进行了较为系统的分析、比较、优选。

体育馆建筑结构概念设计是从宏观上、整体上对结构进行分析和布置，不仅对后续的施工图设计具有较强的指导意义，也对设计前期的成本核算和专业工种间的协调、有序进行创造了有利的环境，因此，本研究具有一定的理论意义和适用价值。

5.期刊论文 李学军.霍达.李大军.李文华.LI Xue-jun.HUO Da.LI Da-jun.LI Wen-hua 基于未确知测度的大跨空间结构方案选型 -北京工业大学学报2005,31(3)

针对大跨空间结构方案选型中不确定性信息较多且一般的评价方法又不易将各种不确定性和定量综合指标综合起来评价,往往导致评价结果失真的特点,给出了未确知测度、置信度的概念,建立了基于未确知测度的大跨空间结构选型模型.该模型在处理不确定性影响因素时较模糊数学丢失信息少,更实用、可靠,并得到工程实例验证.

6.期刊论文 王力.吕大刚.刘晓燕.王光远 大跨空间结构智能选型方案生成系统 -哈尔滨工业大学学报2004,36(11) 将基于实例的推理和数据挖掘技术应用于大跨空间结构的智能选型的方案生成阶段.介绍了基于实例推理系统的基本结构及其四个关键技术,建造了大跨空间结构智能选型方案生成系统.主要实现了以下功能:实例库的建立和维护;人机交互界面的实现;初步完成基于加权检索算法的大跨空间结构选型实例推理;实现了实例关键参数值域分布情况的统计功能;采用数据挖掘算法对实例库进行了关联规则的挖掘,初步挖掘出了实例库中的关联规则,利用决策树和粗糙集的方法产生分类规则,比较了三种数据挖掘方法,给出它们的应用条件,为下一步实现基于知识推理做准备.通过实例演示了该系统的方案生成过程.

7.学位论文 陈世英 基于人工神经网络的空间网格结构选型知识发现方法 2006

当前，国内外大跨空间结构发展迅速，其中，空间网格结构的应用最为广泛。由于该种结构的主要用材为钢材，造价较高，所以对该种结构进行优化设计成为结构设计的重要一步。在给定一种空间网格结构形式下，进行截面优化，尺寸优化和拓扑优化已经在许多研究人员的努力下得到了较好的、可行的优化理论和方法。然而解决空间网格结构形式选择这一实际工程问题的知识却相对贫乏。空间网格结构工程在我国已经建设了上千座，结构设计与建造等方面积累了可供借鉴的丰富实例，为此，本文针对空间网格结构选型设计问题，以工程实例为基础，以人工神经网络方法为核心算法，较系统地建立了空间网格结构选型的知识发现方法与系统。主要内容概述如下：

1.本文充分研究了知识发现的原理、方法，指出将该方法应用到网格结构方案选型，能得到可行的结果。在研究了人工神经网络方法的产生、发展，及其基本概念、特点的基础上，将其与结构选型设计知识发现方法的特征与使用范围等进行比较，指出他们之间有较好的互补关系。

2.收集了较多数量的优秀的工程实例，作为知识发现的样本资源；提取了空间网格结构的选型控制因素，完成了研究所需要的空间网格结构选型数据样本的设计工作，为建立可靠的选型模型打下了坚实的基础。

3.首次应用Bagging技术构建了基于神经网络集成的空间网格结构选型模型。实证结果表明神经网络集成方法较单个神经网络有更高的预测精度，应用前景较好。

4.采用SQLServer2000作为后台数据库开发工具，建立一个实例库，利用MATLAB进行知识发现核心程序的编写，以VisualBasic6.0作为前台开发工具，建立人机交互界面；完成了三个软件之间接口工作，使三个软件之间优势互补。开发了基于人工神经网络方法的空间网格结构选型知识发现系统，为结构选型研究提供了一个实验平台，也为其能嵌入大型空间网格结构设计软件奠定了基础。

8.期刊论文 王力.吕大刚.张世海.王光远 大跨空间结构智能选型设计初探 -哈尔滨建筑大学学报2001,34(5)

大跨空间结构的选型设计属于概念设计范畴,包括方案生成、方案评价和方案决策三个关键设计阶段.大跨空间结构的智能选型设计包括三个方面的研究内容:选型方案的智能生成,选型方案的智能评价,选型方案的智能决策.方案生成过程中专家的思维方式主要包括逻辑思维、形象思维和创造性思维,方案评价属于多人、多层次、多目标的综合评价问题,方案决策包括选型设计过程决策、方案可接受性决策、方案再设计决策和方案优选决策.提出了大跨空间结构选型方案智能生成的协同推理模型,方案智能评价的因素体系模型以及系统的软件实现形式和体系组成形式.

9.期刊论文 邢方亮.王光远 基于SOFM实例推理系统的结构选型 -工程力学2003,20(1)

本文以大跨空间结构和高层建筑结构两类大型复杂结构型式优选为研究内容,建立了基于自组织竞争神经网络(SOFM)检索机制的实例推理系统,并应用于结构选型决策;采用面向对象的设计思想建立方案集,采用自组织竞争神经网络进行实例检索和匹配,形成了一套有效的计算推理体系.最后给出一个高层建筑结构方案生成的算例,说明系统的工作过程.

10.学位论文 张涛 不规则复杂结构静动力分析与研究 2004

该文首先阐述了针对不规则复杂结构的静动力分析基本理论,重点讨论了基于壳元理论的三维组合有限元分析方法以及全三维空间动力分析模型的建立.之后该文阐述了结构地震振动分析的有关理论,包括直接积分法、振型叠加法、反应谱分析法和大型特征值问题的解法等.最后该文对中国《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《建筑抗震设计规范》GBJ11-89、美国UBC97、美国FEMA的NEHRP、新西兰NZS4203和欧洲规范EC8关于不规则结构的规定条款进行了对比研究.根据上述理论,该文对

引证文献(3条)

1.蒋灵搏 基于专家系统的桁架结构选型优化研究[学位论文]硕士 2006

2.郎丰华 大跨度飞机维修库选型与设计研究[学位论文]硕士 2005

3.李学军 体育馆建筑结构概念设计研究[学位论文]博士 2005

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dwjzjs200303019.aspx

下载时间：2010年6月21日