优化设计(收集5篇)

优化设计篇1

关键词：幕墙工程，投标；优化设计

中图分类号：TU723.2文献标识码：A文章编号：

建筑幕墙作为一个新兴的行业，近年来逐渐被社会认可，并在建筑外装饰工程当中得到广泛的应用。

在我国现阶段，幕墙的招标方式，大都采用技术分与商务分总评的综合评标法。作为招标方，大多数对低报价感兴趣。而投标单位为了中标，必然会权衡技术竞争力与价格竞争力的因素。在日益建筑幕墙造价的压力和经济因素作为首要考虑因素下，为了提高投标的竞争力，以低价打动业主的同时也要保证项目获得较好的建筑效果。因此，要求我们设计师构思一种构造简明、性能卓越、价格合理、易于加工、方便安装的设计。从整体来考虑，设计师不但要权衡各项参数，考虑设计目标、各项构件的作用、经济因素等的影响，还要考虑施工安装的分项过程、工序分解和降低成本的各组因素。而最终与这些因素挂钩的是工程项目造价。

工程项目造价的控制应贯穿于项目建设的全过程，它是建筑产品的总造价，是反映建筑产品的经济效益、社会效益非常重要的综合指标。而在初步设计阶段影响的可能性约50％-80％，由此可知，项目投资的关键在于施工前的决策和设计阶段，而项目决策后控制项目投资就在于设计控制。

通常情况下我们把设计阶段为两个阶段，即初步设计（包括技术设计）阶段和施工图设计阶段。初步设计阶段是控制基本建设投资规模和工程造价的最主要环节之一。现在就建筑幕墙工程设计阶段的优化设计以及成本控制方面谈谈自己的一些心得与见解。

现阶段，大部分的大型幕墙工程项目业主方都会请顾问公司来进行招标图设计。作为投标方，主要的任务是对招标文件和招标图的理解、响应应及报价，最终能否报出一个具有竞争力的报价，其中优化设计尤为重要。所以优化设计是技术设计阶段成本控制的有效办法，也是投标过程中重要的环节。

优化设计，牵涉到的环节很多，其中主要体现在以下几方面：

一、对项目的理解和定位，

二、与业主及设计院的密切沟通，

三、系统构造优化以及优化细节的把握，

四、对相关材料的认识与应用等等……，

个人认为，只要做好以上几个方面工作，作为投标方，是能做出一个价廉物美、富有竞争力的报价。

一、对项目的理解和定位

对投标的建设项目定位要准确。在制定优化设计方案前我们应当充分与业主沟通，在业主允许的条件下，根据该建设项目的功能、建筑档次及业主的经济实力策划出一套行之有效的优化设计方案。它主要包括幕墙工程的种类、结构形式、不同材料组合及材料品牌档次。

我们知道，建筑幕墙工程结构形式和材料种类较多，如单元式、框架式，全隐框幕墙、半隐框幕墙、明框幕墙、全玻璃幕墙、点支式玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙等，这些因素直接影响工程的外装饰形象和工程总造价。在对工程定位时，我们应避免一味追求高档次结构和材料，致使工程造价超出业主工程概算，无法做出一套合理的报价。同时又要避免采用落后结构降低工程档次，从而影响工程形象，因此应该因工程而宜准确地将其定位在适当合理的档次上。通过对项目的理解和定位，投标方的投标成果业主可能更易于接受，从而提高投标的中标率。

二、与业主及设计院密切沟通

在方案设计中我们应当科学合理的尊重建筑师的设计。但在方案优化设计过程中，我们经常发现原建筑设计要求与现行建筑幕墙行业规范不符，又或者原建筑设计存在很多不合理和严重浪费的情况。这时，我们应当以幕墙专业设计的角度及时准确地与业主和设计院沟通，使他们更深刻地了解我们的技术能力和水平，也让业主感觉到我们是站在他们的立场为他们解决问题，降低成本。同时，对于一些可改可不改但又影响成本的设计，我们应该及时与业主和设计院沟通，说明其利害关系，一来取得了业主的信任，二来可以有效减低投标造价，为方案优化设计和中标打下良好的基础。

三、系统构造优化以及优化细节的把握

在对项目有准确的理解和定位，与业主及设计院有良好沟通的前提基础上，接下来就是很关键的一个环节----系统构造优化以及优化细节的把握。首先，在优化工作进行之前，我们先要明确可优化的范围和项目。这个要求我们的设计师要熟读招标文件、技术文件以及相关的答疑文件。一般来说，完善成熟的招标项目都会有统一的优化框架和平台。因此，项目投标能否报出富有竞争力的报价，就要求我们设计师对系统构造优化以及优化细节有很好的把握。

系统构造优化，以国外一些大型幕墙顾问公司出的招标图纸为例，他们的要求基本都是在不改变原有设计方案的前提下进行深化设计报价的。对于类似的幕墙设计顾问，我们在优化设计的时候就要做到胆大心细。首先，无可否认，他们的设计方案经过多年的沉淀和实例工程验证是成熟的。根据多年来和顾问打交道的经验，设计师如果在投标的过程中改变了他们的设计方案，接下来一般会遇到不少麻烦，最后基本还得改回他们的设计方案。

因此，我们在投标优化设计的时候，精力尽量不要放在修改他们的设计方案上面。当然，如果顾问要求提供备选设计方案及报价的情况除外。其次，他们可视部位的外观尺寸基本也不能改变，因为建筑师是非常痛恨别人修改它的外观尺寸。在这样的情况下，我们能做的是想办法在基本设计方案不变、外观尺寸不变的前提下完成优化设计。虽然也有不少顾问也要求不能改变构件的壁厚，避免发生安全事故。其实不然，在众多投标项目看来，系统构件的壁厚大部分都是可以优化的，譬如横梁、立柱等受力构件，在保证外观尺寸、满足结构受力安全的前提下，设计师可以根据规范的要求合理进行优化。特别在一些装饰性的构件上面，顾问公司常常做的异常的笨重繁琐和耗料，这是我们设计师优化设计的方向，但前提是保证外观尺寸。同时，在系统细部构造方面，特别是系统的内部构造，由于外观尺寸已经是不可以改变的，那简化内部的构造以及壁厚的优化尤为重要。但前提是保证系统的物理性能、使用性能不受破坏的前提下进行。最后，对一些在不可视区域的构件，大胆考虑，包括截面、壁厚、做法等都是进行优化设计的，毕竟在不可视区域，顾问不会非常敏感，前提是我们的做法合理、安全、先进，顾问都基本能接受。

优化设计细节，这个是设计师综合能力的体现，要求我们对设计以及优化的每个细节做到细处，在满足建筑师以及结构安全的前提下，把系统做得更加简洁、合理，体现出更高的性价比，而最终体现在更富有竞争力的报价上面来。

我们知道，幕墙的成本主要构成部分为材料成本，而材料成本一般主要是铝合金型材成本。铝合金型材的成本取决于幕墙的设计，不同的幕墙形式，其造价会不同。而相同的幕墙形式，不同的设计方案，工程造价也是不一样。如何合理的去设计和优化幕墙的铝型材，降低材料使用是我们每个设计师都要面临的问题。

首先从大方面来说，对不限制型材截面和做法的工程项目。以一栋高层建筑，单一的幕墙系统做来例子，常规的做法是至上而下都是用同一个幕墙系统，立柱及横料都是用同一截面。但从经济成本的角度来说，这样的做法是不够合理的，因为，在不同建筑标高对应着不同的风压，风压不一样意味着幕墙系统承受着不同的荷载。所以，我们可以考虑在不同建筑标高段采用不同的型材截面，这样做虽然增加了开模的费用，但对应高层建筑项目来说，铝型材的用量巨大，通过这种方式反而使铝型材的用量大大减少了，降低工程造价成本。

大家知道，规范对铝合金立柱和横梁的壁厚是有规定的。对铝合金立柱，截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm。在设计的时候要充分考虑由此带来的型材用量的变化。而对铝合金横梁，当横梁跨度大于1.2m的时候，横梁截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm，当横梁跨度小于1.2m的时候，横梁截面主要受力部位的厚度不应小于2.0mm。这个很关键，譬如我们在设计一个幕墙分格的时候，横向分格尽量尺寸不要大过1.2m，以接近1.2m为宜，这样可以达到更好的性价比，铝型材用量更少。

铝合金装饰构件，分小装饰构件和大装饰构件。它们一般只有装饰或遮阳的功能，基本是不参与结构受力的。小构件譬如扣盖、装饰封边等，在自身强度足够、平面平整度有保证、使用功能不受影响、挤压条件满足的前提下越薄越好。而大装饰构件，要充分考虑由于挤压工艺要求所带来的影响。装饰构件越大，壁厚要求就越厚，可以考拆分成几个小的模具进行挤压，最后通过拼装的方式形成大装饰构件，可以达到省钱的目的。当然，这些优化设计上的改变，都是要在业主和设计院认同的前提下行进。还有一种思路，根据情况合理的把这些装饰构件和主受力构件综合设计，使其参与结构的受力也是节约成本的一种办法。

铝合金型材牌号和处理状态的选用，合理的选用材料牌号和处理状态可以有效减少型材的用量。大家知道，铝合金不同的材料牌号，不同的处理状态，材料的受力性能也不同，其市场价格也有差异。因此，我们在设计的时候要根据情况，综合考虑材料价格以及用量，来确定使用什么牌号和处理状态的材料。以铝合金型材为例，采用高牌号的铝合金型材可能价格相对会高点，但由于该材料的强度大，其用量可能大大减少了，成本反而降低。譬如在一些大风压的地区，立柱一般是由强度控制的，如果选用T5的铝合金型材（价格相对较低），当计算强度不够的时候，很多设计师都习惯性的通过加大截面来满足强度的要求，缺忽略了铝合金型材可以通过选择材料的不同牌号和处理状态来提高材料的强度这个细节。其实，如果合理的选用T6的铝合金型材，强度就可能已经满足，无需通过加大型材截面来弥补强度的不够，从而降低型材的用量。

在相同的条件下，幕墙的铝型材成本，取决于单位面积所用的铝型材用量，也就是取决于型材的截面积。所以，在满足荷载要求的前提下，如何减小型材的截面积，是优化设计的一个重点细节。在截面积不变的情况下，可以通过不同的截面设计，采用合理的截面形状、壁厚及内腔构造，来提高型材的受力性能，从而降低单位面积所用的铝型材用量。所以说，设计师在细部优化设计的时候，如何设计截面使该构件达到最大的受力性能也是节约成本的一种有效办法。

当然，有效降低成本的办法还可以从面板材料、硅酮胶、五金件、辅材等方面进行控制和优化。在这里就不一一做详细的介绍。

四、对相关材料的认识和应用

要成为一名优秀的幕墙装饰设计人员，既要掌握建筑幕墙的各种结构设计，构造设计，细节设计，又要掌握各种外装饰材料的规格、性能、和施工工艺，并大胆的运用各种新材料，这样才能设计出完美的作品，才做出经济实惠的优化设计。

譬如，在某个工程中，原建筑设计的铝板分格为2500×4000mm，这种现象就是建筑师可能没有全面掌握外装饰原材料的生产工艺造成的。如果我们的设计师也没有掌握铝板的生产工艺和规格，就很容易照搬建筑师的分格去设计。而目前的铝板原材料的常用规格为1220X2440，短边的宽度可以适当增加，但厂家会根据客户的要求按照增加不同的尺寸加收超宽的费用，而且2500mm的铝板宽度基本还是做不出来的。这样一来，如果中标了，不但方案实施不了，还造成了不必要的成本增加，更谈不上成本的优化了。

大胆的运用各种新材料同样可以做到节约成本，在某个工程当中，原设计在层间梁不透光部位用的是单片钢化玻璃+50mm厚保温棉+2mm厚的铝单板。这个配置是比较常规的设计，但设计师如果对新的材料比较了解，可能就会有其他新的优化设计方案。为何不尝试一下改用一些新兴材料来代替2mm厚铝单板？在业主和设计院同意的情况下，采用单片玻璃+50mm厚保温棉+硅酸钙板（FC板）的做法，硅酸钙板（FC板）比铝单板背衬板的价格也低得多。对于大面积的公共建筑，这里面优化下来的成本不是个小数目。

优化设计篇2

1.1工业建筑结构设计优化的目的在现代工业建筑结构设计优化中，根据优化需求可以将其目的分为两类。一类是传统意义上的建筑结构设计优化目的，其包括了结构成本设计优化、提高设计质量、保障结构设计科学性、满足低碳环保需求等。而另一类建筑结构设计优化目的是以企业工业生产环节为核心，对结构布局、设备布局、工艺流程等进行分析，以此为基础提高生产工作效率、降低企业生产成本。1.2工业建筑结构设计优化开展的基础———团队建设受建筑结构设计优化人员专业性因素影响，工业建筑结构设计优化需要企业以科学的优化团队为基础开展优化工作。工业建筑结构设计优化团队中应具备建筑专业工程师对结构主体设计进行分析优化，同时具备工业生产相应工艺技术人员对工艺布局、工艺流程需求进行分析，提出建筑结构布局要求，并分析建筑结构设计的实用性、科学性。另外，优化团队中还需要加入机械设备工程，对设备的安装、布局等进行分析，保障设备运行安全性及运行成本。以基础团队建设为中心，可以确保工业建筑结构设计优化工作的科学开展。1.3工业建筑结构设计优化中的常见问题在现代建筑结构设计优化的经验总结及经验分享中，多数优化团队及个人提出了常见的问题。首先，钢结构应用日益增加，对概念性设计及空间美学产生了极大的影响。另外，许多工业建筑结构设计优化项目中，设计人员缺乏对结构布局的认识，缺乏对工艺的深入了解与探讨，造成了优化项目效果不明显，造成了多数企业对工业建筑结构设计优化工作的不认可问题。在一系列的问题中，土建工程含钢量问题也是设计优化的重点。工业建筑土建项目中的成本70%以上为材料费，其中钢材价格高达几千元每吨。科学的减少含钢量能够有效降低工程造价。因此在工业建筑结构设计优化中应在保障工程设计要求前提下，合理优化含钢量，实现减低造价的目标。在目前的工业建筑物结构设计优化中，由于概念性设计缺乏具体量化标准，因此设计优化存在较大的差异，影响了建筑物的设计与施工。针对这一问题，现代工业建筑物结构设计优化中应灵活运用结构设计优化方法，以数值为参考依据，提高优化效果。在工业建筑物结构设计优化中，虽然考虑了管理工作需求以及数字化办公对管理工作的影响，但是在实际的工作中仍需要各岗位人员不断出入各工序，因此结构设计优化中还需要考虑结构布局。根据质检工作、工艺管理等工作的实际行进路线，根据各岗位沟通及管理工作需求，对工业建筑物结构设计进行布局优化，实现高效率管理、提高工作效率，促进企业综合成本的降低的目的，借以提高工业企业综合市场竞争力。1.4工业建筑结构设计优化注意事项的分析现代工业建筑结构设计优化理论指出，设计优化的主要目标是在保障建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下，通过优化工作实现最经济的工业建筑投资预期效果。根据工业建筑物的使用特点及设计特点，优化工作需要从每一个环节及步骤的分析入手，深入挖掘。但是，在优化过程中不能以牺牲结构安全度及抗震性能实现经济效益。设计师需要通过对工业建筑投资建设的目的进行深入掌握，以实质内涵的理解及灵活的优化方法为基础，实现优化目的。优秀的工业建筑结构设计优化是美观与实用、经济与质量相结合的系统工作，以满足工业建筑结构安全性能、设备布局及人员通路需求为基础的活动。工业建筑结构设计优化活动以设计方案为基础，以工艺需求及设备布局为重点，实现工业建筑物内部生产及管理活动的需求。1.5建立工业建筑结构设计优化模型，提高优化质量为了实现科学的工业建筑结构设计优化工作，在优化工作开展前应建立结构设计优化模型。从诸多变量参数中选出重点参数，并建立函数模型，以此为基础实现最佳优化方案。在这一过程中，应首先确定各种变量是重点，针对影响工业建筑结构设计的重点确定模型中参数内容。其次，选定函数模型及优化方向，以此使各类约束性条件符合既定标准，满足优化工作需求。

2建立完善的优化管理体系，保障工业建筑结构设计优化质量

在目前的工业建筑结构设计优化中，由于优化活动缺乏统一的指导、缺乏具体的管理，常会造成优化质量效果不明显的问题。因此，现代工业建筑结构设计优化必须建立相应的管理体系，且该体系具有动态完善性。通过对管理体系的实时评测，及时掌握管理体系中存在的问题，并采取针对性措施对管理体系进行完善，以此实现管理目标。另外，对相关的岗位工作人员也应采取相应的管理方式，以岗位职责的不断完善，指导设计优化人员的具体工作，实现对工业建筑结构设计优化质量管理目标。

3结束语

优化设计篇3

［关键词］桥梁结构优化设计方案优化经济效益

中图分类号：TU997文献标识码：A

作为近四十年发展起来的一门新技术，结构优化设计使设计者从被动的分析、校核而进入主动的设计，这是结构设计上的一次飞跃。优化设计能最合理地利用材料的性能，使结构内部各单元得到最好的协调，并具有规范所规定的安度。同时，它还可以为整体性方案设计进行合理地决策，优化设计是实现设计最终目标――适用、安全与经济的有效途径。桥梁设计方案优化也很有必要。设计优化的首要目的是投资最优化，围绕这一目的，综合考虑各方面因素，对设计方案进行全方位技术经济分析和比较，结合工程实际条件，寻求一个功能完善、技术可行、经济合理的设计方案。

1.桥梁结构优化问题的提出

桥梁是交通线中的重要组成部分。桥梁传统设计方法是：拟定结构尺寸，进行结构受力分析，并由此估算；然后，检算各种设计条件和要求，判定检算条件是否满足。如果不满足，修改结构尺寸，重新进行设计，直至满足为止。为了获得一个经济合理的设计，往往要动用许多人力物力，通过几个方案的比较，选取一个比较好的作为最后设计结果。最后设计方案也仅仅是人工拟定中的一个可行设计。它除了受设计人员经验影响外，不可避免的带有一定的或然性和盲目性。因此，设计结果并不是最经济的，只能说是可以接受的。随着桥跨度增大、跨数增多，传统设计的困难变得越发突出显然。与传统设计相比，结构优化设计直接把节省材料消耗和合理布局作为设计目标，通过数学优化模型的建立，协调各种因素的相互作用，应用数学优化的方法，以计算机为手段实现最优化选择。

设计优化，主要是从技术上采取措施，实施投资控制目标，包括设计多方案选择，严格审查监督初步设计、技术设计、施工图设计、施工组织设计，深入技术领域研究节约投资的可能性。

2.桥梁结构优化问题的分析

桥梁结构优化问题一般包含三个要素，即设计变量、目标函数和约束条件。

2.1设计变量

桥梁结构体系的设计变量可分为：1)构件优化阶段的设计变量；2)纵向布局优化阶段的设计变量；3)结构体系优化阶段的设计变量。

第一层次优化；构件优化的设计变量包括：构件(如梁、板、横隔梁)的横截面尺寸。在最优构件尺寸的优化进行的同时，也实现了最优横向布局的优化。因为当构件尺寸确定后，主梁间距也就确定了，这样，桥梁的横向布局也就确定了。

第二层次优化；一座总长度为L、总宽度为W的桥梁，其结构体系的布局是纵向设计变量决定的。定义桥梁纵向布局的设计变量有桥跨数目(目前的研究仅考虑等跨情况)；支承条件(简支、连续或是刚构结构)。最优纵向布局的优化采取穷举法。即在部件优化和横向布局优化的基础上，在所有可能的纵向布局情况中选优。第二层次优化所获得的最优布局对应着相应目标函数的极值。

第三层次优化；桥梁结构体系种类繁多，有实心和空心板梁、T梁、箱梁(单箱或双箱)等。该层次优化也对用于该阶段目标函数的极值。该层次的优化需要在上面所提到的各种桥梁体系的前两个层次的优化已完成的基础上进行。

2.2目标函数

桥梁结构优化设计中最适用的价值标准就是桥梁结构总造价实现最小化。但是，在有些情况下，其他的一些标准，诸如上部结构高度最小，材料用量最少；或者在净空受限或必须减少墩柱数量的情况下，要求单跨长度最大等等也需要给予考虑。当多个相互之间问题有所冲突的标准均需满足时，则需要用到多目标优化技术。多目标优化问题常可通过将一系列次要目标转化为约束条件而变为单目标优化问题。

2.3约束条件

约束条件通常包括几何约束和物理约束。几何约束是指对几何尺寸的约束，主要是构造方面的一些要求；物理约束主要是指一些性能方面的约束。主要是指桥梁体系在桥梁设计规范和标准的要求下，需要满足的一些承载能力和使用性能。如极限承载力、应力、挠度、裂缝等。

2.4数学模型

基于可靠度的桥梁结构优化模型可以决策出各个构件的最优可靠度，各个构件的优化设计就是以最小的造价实现它的最优可靠度。这就将结构整体优化设计方法转化为一个两层次的结构优化设计问题。

3桥梁结构优化设计的要求

3、1安全性

桥梁的结构在正常施工以及使用的时候，需要承受可能出现的各种压力，这主要包括振动过程中的恢复力、荷载引起的内力以及由约束变形、外加变形所引起的内力。结构在设计规定的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性，不发生倒塌或连续破坏。

3、2适用性

结构在正常使用时具有良好的工作性能，不发生过大的变形或宽度过大的裂缝，不产生影响正常使用的振动。

3、3耐久性

桥梁的结构在正常的定期维护中，需要具备一定的耐久性，包括不发生混凝土的严重风化以及钢筋锈蚀等现象。所谓足够的耐久性能，系指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不会导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲，足够的耐久性能就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。结构的功能要求―――安全性、适用性、耐久性。这些功能要求概括起来称为结构的可靠性。即结构在规定的时间内（设计基准期），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用维护）完成预定功能（安全性、适用性和耐久性）的能力。显然，增大结构设计的余量，如加大结构构件的截面尺寸或钢筋数量，或提高对材料性能的要求，总是能够增加或改善结构的安全性、适应性和耐久性要求，但这将使结构造价提高，不符合经济的要求。因此，结构设计要根据实际情况，解决好结构可靠性与经济性之间的矛盾。既要保证结构具有适当的可靠性，又要尽可能降低造价，做到经济合理。桥梁结构设计基准期：所谓设计基准期，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数。

4主要材料（混凝土）优化设计

4、1混凝土结构耐久性概念

结构的耐久性是指结构在使用环境下，对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀的抵抗能力。在设计混凝土结构时，除了进行承载力计算、变形和裂缝验算外，还必须进行耐久性设计。混凝土结构的耐久性设计实质上是针对影响耐久性能的主要因素提出相应的对策。

4、2影响混凝土结构耐久性的因素

耐久性不好往往是外部的不利因素和内部的不完善性综合作用的结果，而结构缺陷往往是施工不良、设计不妥引起的，也有因使用维修不当引起的。外部因素主要有含量、湿度、侵蚀性戒指、环境温度等；内部因素主要有混凝土的强度、保护层厚度、渗透性、水泥品种和标号以及用量，集料的活性、外加料等。混凝土结构耐久性问题主要有：侵蚀性介质腐蚀、碱集料反应、机械磨损、混凝土冻融破坏、钢筋锈蚀、混凝土碳化等。

5结语

桥梁设计的优化，这是当前结构工程设计的发展趋势。同时考虑结构的优化设计和材料的合理选择，无疑是工程设计思想、概念和方法上的突破。基于桥梁结构和材料上的优化方法的研究和工程应用的前景将十分广阔。

参考文献

［1］范立础.桥梁工程(上，下册)［M］.北京:人民交通出版社，1993.

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［3］傅强，张泽鹏，严学寨等.斜拉桥结构优化设计初探［J］.湖南大学

学报(自然科学版)，2001，28(3):109-110.

［4］程耿东.工程结构优化设计基础［M］.北京：水利电力出版社，

1983.

优化设计篇4

关键词：GPSGPS网优化设计优化处理

Abstract:GPSnetworkoptimizationdesignofthemainboilsdowntobenchmarkoptimizationdesignandgraphicdesignoptimizationofstructurestrength,includinggraphicstrengthdesignincludingcontrolofprecision,netsofnetofgrosserrorabilityandnetsfoundthesystemerrorthestrengthoftheability.Thisarticlethroughtheanalysisoftheexampletocontrolthenetsprecisionoptimized,proveGPSnetworkprecisioninthemainlybythenetsstartatbaselineandarraysoftherightnumberofinfluence,andobservationandrelatedrightsisverysmall.

Keywords:GPSGPSnetworkoptimizationdesignoptimization

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

引言

GPS定位技术具有高效率，高精度，全天候作业，无距离限制，自动化程度高等诸多优点，使得GPS定位技术在测绘，导航，通讯等各个领域得到广泛使用，逐渐取代了传统的大地测量定位方法。最优化方法是近代应用数学的一个分支，是一门研究从所有方案中选择一种最合理方案以达到最优目标的学科。GPS控制网的优化设计是指在限定效率、精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网设计的最佳极值，对整个施工过程的影响十分关键。

GPS控制网优化设计，网型的布设通过实验表明布网时尽量采用正三角形布网，这样既可以保证布网的精度，又可以保证边的密度和强度，最终达到效率最优化和费用最优化。GPS网的优化设计主要归结为基准优化设计和图形结构强度的优化设计，其中图形强度设计的内容包括控制网的精度、网的抗粗差能力以及网发现系统误差能力的强度。并通过算例分析对控制网精度进行优化处理，证明GPS网精度主要受网中各点出发基线的数目及其权阵的影响，并与观测值权相关甚小。

以桂林市二次土地调查GPS控制网为例，依据“四基线”定点模型，通过Matlab编程，开发出相应软件对基于网形强度的GPS控制网进行抗差优化设计。通过对最优网形和次优网形在精度、效率、可靠性方面的比较，证明“四基线”定点模型能成功地对控制网进行优化处理。

1、概述

桂林市二次土地调查GPS控制网为例，对基于网形强度的GPS控制网进行抗差优化设计。其中控制网中共有23个点，其中已知点三个，待定点20个。按B级网的要求进行测设，参加作业的接收机为4台。

2、测区概况

桂林市地处南岭山系的西南部，平均海拔约150米，属于型岩溶地貌。桂林是世界著名的风景旅游城市和历史文化名城，地处南岭山系西南部，广西壮族自治区东北部，地处东经110°12′～110°30′,北纬25°00′～25°22′之间，东邻灵川县，南邻阳朔县葡萄镇，西与临桂县交界，除南面小部分与阳朔县葡萄镇接壤外，其余部分与灵川、临桂两县城所围成的狭长区域地带相接。

测区地物主要对象为村庄、水系、植被、电力及通讯设备、供、排灌网络，沟坎等。城郊地物则以房舍、水系、植被、电力及通讯设备、供、排灌网络，沟坎等。

测区地貌条件不算复杂，地形平缓，即使局部有斜坡，但一般都短而缓。

3、主要技术指标

B级GPS控制网的精度指标要求(表1)及测量基本参数(表2)分别如下：

表1B级GPS网精度指标要求

等级平均距离（km）最弱边相对中误差闭合环或附合路线边数（条）固定误差a（mm）比例误差b（ppm）

二等91：120000≤6≤10≤2

表2GPS测量基本参数

项目卫星高度角有效观测卫星平均重复设站数时段长度数据采集间隔接收机类型观测量同步观测仪器数几何图形强度因子

二等≥15≥4≥2≥12015双频载波相位≥3＜6

4、优化设计实例

根据GPS控制网优化设计的模型，开发了相应的优化软件。软件界面如图1所示。由于控制点数量为23点，只有4台接收机，不能同期观测完毕，设计观测周期为11期，实际观测16期，每个同步环的构成如表3所示，由抗差优化软件等到各同步环组成的网形精度如表4所示，由此得到初始网形如图2。

表3初始网形每期观测站点分布图

5、优化结果

由表4可以看出，第13期观测量构成的同步环的图形精度因子比其它各期明显过大，依此判断此期观测中部分基线存在粗差，不符合图形精度要求，予以删除。然后以“四基线”理论抗差优化为依据，通过运行由Matlab编程设计出的优化软件，共设计出14个方案，各方案精度及效率情况如表5所示，各方案基线平均RMS如图3所示。由此得到GPS控制网最优化设计方案(图4)与次优化方案(图5)。

图3各方案基线平均RMS分布图

表5原方案与各设计方案效率、精度比较

图4最优化设计网形

图5次优化设计网形

可见两种方案都能满足GPS控制网的要求，但是在精度、可靠性和费用等方面存在一定的差距。最优化方案的基线最大RMS和基线平均RMS分别为0.205和0.009，同步观测环仅11个。次优化方案的基线最大RMS和基线平均RMS分别为0.670和0.012，同步观测环为12个。最优化方案的精度和效率指标明显由于次优化方案，有效地节省了经费。

最大基线RMS值和平均基线RMS值都是依据GPS接收机随机软件解算得到的，它是用来验证本文中提出的依据基于网形精度抗差优化设计准则的可靠性。从图3，表5可以看出同步环网形精度值和基线平均RMS值呈单调函数关系，值越小，基线平均RMS值越小，基线质量越好。

6、结论

从上面的结果不难看出，基于图形强度的抗差优化准则可以明显减小粗差和多余较低精度基线对定位精度的影响。优化后的平均基线误差可小于0.005。对控制网基线选取十分有效。在控制网优化时，由于基线误差对整个网型的定位影响都不能精确估计，因此导致基线误差较大，对高精度定位影响很明显。而采用加权网形精度因子选取基线的方法只是尽量剔除那些基线误差相对较大的基线。用基线精度或网形精度指标剔除最大误差基线或者最大误差网形，比依靠选则观测卫星来确定观测时段从而选择基线更加有效。其次，本文这种根据抗差优化准则进行加权控制网选取的思想是一种简单的数据诊断和剔除方法，但是同样可用于对所有基线或者网型进行先诊断剔除后定位解算的情况。

7、参考文献

[l]彭先进，《测量控制网的优化设计》，武汉测绘科技大学出版社，1991年10月.

[2]刘大杰，施一民，过静裙.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社，1996.

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优化设计篇5

【关键词】门式刚架；轻钢结构；优化设计；截面形式

1.概述

钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强、可回收等优势和特点被人们广泛应用。改革开放以来，我国已建成了大量的轻钢结构建筑，诸如车间、库房、展厅等都普遍采用了门式刚架轻型钢结构，成长了一大批钢结构建设企业和设计人员，因此也应运而生了许多钢结构设计软件，设计人员可以利用设计软件方便快捷地做出各种钢结构设计。然而，不同的设计人员面对同一个工程并且使用同一款软件，计算后会得出各自不一样的结果。究其原因，主要与设计人员对钢结构工程的理解认识，工作实践经验的积累，基本知识的掌握，见识的多寡等因素都有着密切的关系。设计人员做出的设计图纸至关重要，因为设计结果，决定了该项工程的含钢量，也就基本上确定了这项工程的造价，所以其设计不仅要符合设计规范等条文的规定，保证建筑结构体系的安全，同时也应在满足规范要求的基础上做好恰当的优化，合理的降低含钢量，做到安全适用，经济合理，确保质量。因此钢结构设计中的一项重要内容就是对设计项目进行逐步优化。现结合多年施工现场的工作经历和设计感受，把门式刚架轻型钢结构优化设计方面的一些经验和体会总结出来，与大家共同切磋、分享。

2.优化设计

2.1选择截面

首先确定构件的截面形式。门式刚架轻型钢结构多采用H型钢断面的构件，而H型钢又分为热轧国标H型钢和钢板组焊的H型钢。根据建筑功能的要求，结构的跨度、高度和荷载不同，门式刚架梁、柱的截面形式可分别选用腹板不等高的变截面H型钢或等截面H型钢。以下几项是工程设计人员在选择构件截面时必须考虑的条件：

1）腹板不等高的变截面H型钢可使用在一般的厂房、超市等结构的门式刚架柱中，即通过改变H型钢柱腹板的高度，将柱子做成下端小上端大的楔形，以满足适应门式刚架柱肩弯矩大的受力特性，达到节约钢材，降低造价的目的。若厂房内设有桥式吊车时，按照门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的要求，则必须设计成柱脚为刚性连接的等截面H型钢柱，这项要求是针对不大于20t吊车规定的。对于在厂房内布置了超过20t吊车的厂房结构，软件允许将门式刚架柱按普通钢结构设计，刚架梁按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程设计。

2）H型钢构件选用有两种，一种是热轧国标H型钢，另一种是钢板组焊H型钢，选用时要综合平衡。热轧国标H型钢成型美观，质量均匀有保证，一般的甲方都比较认可。而使用钢板组焊H型钢，不仅可以组成变截面构件，并且可根据计算应力选择最合适的构件截面尺寸，从而降低刚架含钢量，但从市场上购回的钢板是固定的规格尺寸，制作时又有可能会产生材料损耗大的问题。因此H型钢热轧或是组焊，两项要做全面比较，优化选择，使建筑结构，施工工艺等方面都更为科学合理。

3）当门式刚架采用等截面H型钢柱时，为满足刚架在平面外的稳定应力和长细比要求，可选择热轧中，宽翼缘的H型钢，翼缘的宽度能够满足长细比要求。但中、宽翼缘的H型钢的翼缘厚度往往较大，又不利于节约钢材，因此H型钢柱最好采用钢板组焊的H型钢。

2.2选择材质

现行国家标准GB/T700《碳素结构钢》中规定的Q235B钢和GB/T1591《低合金高强度结构钢》中规定的Q345B钢是门式刚架轻型钢结构中经常使用的材料。两种钢材的强度设计值是不同的，Q345钢与Q235钢相比，前者的强度要高于后者。具体到某项工程应选择哪种材料合适，与以下几个方面有关：

1）视钢材市场的供货情况而定，因为在某一阶段市场上销售的钢材的规格、品种并非都是齐全的，如果选用的材料在周边市场不好采购，而需要到较远的地区进货，则会增加材料费用，加大施工成本，造成额外的经济支出。因此首先要了解市场上销售的钢材有什么规格、材质的，供设计人员设计时选择容易采购到的材料，避免后期的材料代换。

2）由于Q345B钢与Q235B钢相比，前者的强度要高于后者，若将两者结构的含钢量做比较，前者要低于后者，即同样的工程，材质为Q345B钢的结构比Q235B钢的结构较轻，但每吨Q345B钢材的价格要比Q235B钢材的价格略高。因此选用材料时要比较两种钢材的含钢量和市场价格，通过全面综合的分析核算，优选出材料总价格低的钢材。

3）设计时构件材质的选用，还应视工程结构的具体情况而定。设计人员在选择材质时，采用Q235B钢一般可用于构件断面小、结构造型低的工程，以充分利用H型钢构件腹板高厚比、翼缘宽厚比较大的特点，将构件的断面设计到更大、更薄，让材料的强度发挥到最佳状态；采用Q345B钢可用于高、重、大型的结构，以充分发挥钢材强度高、最终结构轻的优势。这样，采用Q345B钢结构的总体造价将会低于Q235B钢的结构，可降低工程的总体造价。

2.3综合优化

设计软件会显示一个结果信息，在确定了门式刚架的截面形式和材质以后，依据计算信息对结构进行分析，综合调整梁，柱的截面尺寸，进行整体优化。

1）根据柱、梁构件的强度抗弯承载力比值，需要调整构件的整个截面尺寸，即应在调整柱、梁腹板尺寸的同时，调整翼缘的尺寸，以达到合适的应力比值。

2）针对柱、梁平面内的稳定应力比及柱、梁对应的长细比，应着重对柱、梁腹板规格、尺寸的调整，辅助调整翼缘板的尺寸，以使应力比和长细比的数值合适。

3）依据柱、梁平面外的稳定应力比及柱、梁所对应的长细比，应着重调整柱、梁翼缘板的规格、尺寸，辅助调整腹板的高、厚尺寸，以达到合适的应力比及长细比。

在进行门式刚架的综合优化时都不能单独考虑、孤立调整，而应当全面顾及各个方面的因素，优化时要配合所有数据的协调变化进行调整，以达到最优的计算结果。

3.结语

门式刚架轻钢结构的优化设计需要不断总结，可根据自己所积累的设计经验按顺序逐步进行计算结果的优化。优化设计是一个系统工程，它综合体现了设计人员的个人素质、对计算软件的熟练掌握程度以及钢材市场的供货信息变化等的因素，只有将这些因素全部有机结合起来进行综合的优化设计，才能达到满意的效果，将截面优化做到更适宜的范围。

参考文献