(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210444466.5 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区双清路3 0号清 华大学清华园北京 100084-82信箱 (72)发明人 陆新征　廖文杰　费一凡　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 周淑娟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 数据-力学-规则驱动的结构支撑智能化布 置方法和装置 (57)摘要 本发明涉及一种数据 ‑力学‑规则驱动的结 构支撑智能化布置方法和装置， 包括： 将目标建 筑不包含结构支撑布置设计的结构平面布置图 输入到预先构建的智能化结构支撑布置设计模 型， 得到目标建筑包含结构支撑布置设计的结构 平面布置像素图； 矢量化输出结构平 面布置像素 图中结构支撑的布置位置； 其中， 智 能化结构支 撑布置设计模型， 是经过数据驱动、 数据 ‑力学耦 合驱动和力学 ‑规则耦合 驱动三个阶段训练得到 的实现结构支撑位置智能化布置的模 型。 本发明 通过对设计数据、 力学规律和经验规则的同时学 习， 构建智 能化结构支撑布置设计模型， 利用智 能化结构支撑布置设计模型可以实现结构支撑 位置的高效智能化布置， 提高结构设计效率与可 靠性。 权利要求书3页 说明书12页 附图3页 CN 114880740 A 2022.08.09 CN 114880740 A 1.一种数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取目标建筑不包 含结构支撑布置设计的结构平面布置图； 将所述结构平面布置图输入到预先构建的智能化结构支撑布置设计模型， 得到目标建 筑包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图； 矢量化输出所述结构平面布置像素图中结构支撑的布置位置； 其中， 所述智能化结构支撑布置设计模型， 是经过数据驱动、 数据 ‑力学耦合驱动和力 学‑规则耦合驱动三个阶段训练得到的实现结构支撑位置智能化布置的模型。 2.根据权利要求1所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征在 于， 所述结构平面布置图， 为 目标建筑不包含结构支撑布置设计的结构构件布置位置像素 图与结构 构件截面尺寸掩码矩阵的哈达 玛积； 其中， 所述结构构件截面尺寸掩码矩阵中非零元素位置处存在结构构件， 且非零元素 位置处的元 素值为相应结构 构件截面尺寸的归一 化值。 3.根据权利要求1或2所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征 在于， 所述智能化结构支撑布置设计模型的构建过程， 包括： 利用结构支撑布置设计样本构建数据集； 其中， 所述结构支撑布置设计样本包括： 不包 含结构支撑布置设计的结构平面布置图及其对应的理想的包含结构支撑布置设计的平面 布置像素图； 构建结构支撑布置设计图像生成器； 构建真假判别器； 构建力学性能评估器； 构建规则评价器； 基于所述真假判别器、 所述力学性能评估器和所述规则 评价器， 利用所述训练集， 对所 述结构支撑布置 设计图像生 成器进行数据驱动、 数据 ‑力学耦合驱动和力学 ‑规则耦合 驱动 三阶段协同训练和测试， 并将测试合格的结构支撑布置 设计图像生成器作为所述智能化结 构支撑布置设计模型； 其中， 所述结构支撑布置设计图像生成器， 是以不包含结构支撑布置设计的结构平面 布置图为输入， 以包 含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图为输出的神经网络架构； 所述真假判别器， 用于对包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图进行真伪判 别； 所述力学性能评估器， 用于对包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图进行特征 提取， 并映射输出该包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图对应的力学性能指标 值； 所述规则评价器为包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的设计规则满意程 度关于该包 含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的映射 函数。 4.根据权利要求3所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征在 于， 所述力学性能评估器的构建过程， 包括： 从建筑结构的设计资料中收集包 含结构支撑布置设计的平面布置像素图； 基于结构计算软件自动建模技术， 构建与收集的包含结构支撑布置设计的平面布置像 素图相对应的力学计算模型；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114880740 A 2利用所述力学计算模型， 开展力学性能分析， 得到收集的每一个包含结构支撑布置设 计的平面布置像素图对应的力学性能指标值； 根据收集的每一个包含结构支撑布置设计的平面布置像素图及其对应的力学性能指 标值构建力学性能评估数据集； 利用所述力学性能评估数据集， 训练得到所述力学性能评估器。 5.根据权利要求3所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征在 于， 所述规则评价器的构建过程， 包括： 获取预先设定的设计规则； 所述设计规则， 包括： 结构支撑沿建筑空间对称轴布置的对 称性、 结构支撑布置的中心与建筑空间整体结构平面质心的重合性和结构支撑布置位置与 建筑空间的冲突 性； 设定每一个设计规则对应的设计损失计算式； 将包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图在各个设计规则下的设计损失的加 权和作为包 含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的设计规则满意 程度； 构建包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的设计规则满意程度关于该包含 结构支撑布置 设计的结构平面布置像素图的映射函数， 并将所述映射函数的实现器件作为 所述规则评价器。 6.根据权利要求3所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征在 于， 所述对所述结构支撑布置设计图像生成器进行数据驱动、 数据 ‑力学耦合驱动和力学 ‑ 规则耦合驱动三阶段协同训练， 包括： 将包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图及其对应的理想的包含结构支撑布 置设计的结构平面布置像素图两者间的一致性损失与包含结构支撑布置设计的结构平面 布置像素图的真假判别损失的加权和作为数据损失； 将包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的力学性能损失作为力学损失； 将包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的设计规则满意 程度作为 规则损失； 将所述数据损 失、 所述力学损 失和所述规则损 失的加权和作为耦合训练损 失函数； 所 述数据损失、 所述力学损失和所述 规则损失各自对应的权 重的加和为1； 规定数据驱动训练阶段耦合训练损失函数中所述力学损失和所述规则损失对应的权 重为0， 数据 ‑力学耦合驱动训练阶段耦合训练损失函数中所述规则损失对应的权重为0， 所 述力学‑规则耦合驱动训练阶段耦合训练损失函数中所述数据损失对应的权重为0， 以耦合 训练损失函数优化对所述结构支撑布置 设计图像生成器的参数， 进而实现对所述结构支撑 布置设计图像生 成器的数据驱动、 数据 ‑力学耦合驱动和力学 ‑规则耦合驱动的三阶段协同 训练； 其中， 所述包含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图的力学性能损 失， 是基于包 含结构支撑布置设计的结构平面布置像素图对应的力学性能指标值确定的。 7.根据权利要求5所述的数据 ‑力学‑规则驱动的结构支撑智能化布置方法， 其特征在 于， 所述“结构支撑沿建筑空间对称轴布置的对称性 ”设计规则对应的设计损失计算式如 下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114880740 A 3