本發明涉及管道集成模塊設計，具體涉及一種管道集成模塊設計方法及系統。

背景技術：

1、現有的管道集成模塊的設計方案主要依賴設計人員，在既定的劃分要求和準則指導下，在已經完成的管道布置設計方案的基礎上進行設計。但是考慮到工藝管道的數量和設計階段方案的迭代過程，用該方法開展設計工期廠，工作量大，且依賴設計人員對管道集成模塊和現場施工環境的理解認知。此外，考慮人員的經歷限制，管道集成模塊設計方案僅有少量的方案，管道集成模塊設計的效率低，且不能保證最終的方案是優化的方案。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種管道集成模塊設計方法及系統，可以減少管道集成模塊設計過程中對經驗依賴性的同時減輕設計人員的工作量，提高管道集成模塊設計的效率。

2、第一方面，本發明提供了一種管道集成模塊設計方法，所述方法包括：

3、獲取工業設施設計模型數據、用戶輸入的管道集成單元設計約束參數；

4、基于所述工業設施設計模型數據以及管道集成單元設計約束參數，利用遺傳算法生成管道集成模塊設計方案；

5、對生成的管道集成模塊設計方案進行展示。

6、本發明實施例提供的管道集成模塊設計方法，基于遺傳算法能夠在較大的搜索空間中快速找到較優的解決方案，通過不斷地迭代進化可以在相對較短的時間內生成滿足設計要求的管道集成模塊設計方案，提高了設計效率，避免了傳統設計方法中可能出現的試錯過程以及方案設計過程中由于基于經驗可能存在人為因素導致的方案不合理的情況，節省了大量的時間和人力成本，用戶可以輸入不同的管道集成單元設計約束參數，根據實際需求定制設計方案，這種靈活性使得設計方法能夠適應不同的工業設施設計場景和要求，提高了方法的通用性，通過對生成的管道集成模塊設計方案進行展示，使用戶能夠直觀地了解設計方案的特點和優勢，更好地評估其可行性和實用性，對推動管道集成模塊和管道預制技術的應用具有重要意義。

7、在一種可選的實施方式中，所述工業設施設計模型數據包括：核電廠土建結構設計方案、工藝系統設備及管線布置設計方案數據、工藝系統設備、管道及管件/管道連接件的數據；

8、所述管道集成單元設計約束參數，包括：管道集成模塊尺寸限值、遺傳算法的參數值、管道集成模塊劃分范圍、管道集成模塊設計固定邊界，其中所述固定邊界包括管道集成模塊劃定范圍內不參與模塊設計的工藝系統設備及管件/管道連接件。

9、本發明實施例管道集成模塊設計時涵蓋工業設施土建結構設計方案數據，能夠確保管道集成模塊設計與整體土建結構相匹配。充分考慮土建的空間布局、承載能力、施工運輸手段等因素，可以避免在后續施工過程中出現管道模塊與土建結構沖突的情況，提高設計的準確性和可行性，工藝系統設備及管線布置設計方案數據以及工藝系統設備、管道及管件/管道連接件的數據，為管道集成模塊設計提供了詳細的基礎信息。可以精確地了解設備的位置、管線的走向和連接方式，從而設計出更加合理、高效的管道集成模塊，確保工藝系統的正常運行；管道集成模塊劃分范圍的確定，使得設計過程更加有針對性，可以根據不同的功能需求、安裝要求等因素對管道集成模塊進行合理劃分，提高設計的模塊化程度；通過合理設置遺傳算法的參數，可以平衡算法的搜索范圍和收斂速度，更快地找到滿足設計要求的方案。本發明綜合考慮這些數據和約束參數，使得管道集成模塊設計方法具有更強的適應性，可以根據不同的項目需求進行調整和優化，滿足各種復雜的設計要求。

10、在一種可選的實施方式中，所述遺傳算法的參數值包括種群數、目標迭代代數、選擇概率、交叉概率、變異概率；所述基于所述工業設施設計模型數據以及管道集成單元設計約束參數，利用遺傳算法生成管道集成模塊設計方案，包括：

11、基于所述工業設施設計模型數據以及管道集成單元設計約束參數，對工藝系統設備、管道及管件/管道連接件進行基因編碼，隨機生成多種管道集成模塊設計方案作為第一代種群；

12、對第一代種群中的每個管道集成模塊設計方案均生成管道集成模塊虛擬體，并根據虛擬體的高度以及碰撞關系，生成管道集成模塊劃分方案的安裝邏輯關系，并計算各方案下的管線焊縫縮減比例作為遺傳算法的適應度函數；

13、基于所述安裝邏輯關系及適應度函數值根據所述選擇概率，選擇出一個或多個目標父個體；

14、基于所述交叉概率和變異概率對一個或多個目標父個體進行基因交叉操作和基因突變操作，得到多個目標父個體對應的目標子個體，全部目標子個體構成第二代種群；

15、判斷當前迭代次數是否達到所述目標迭代代數，若未達到目標迭代次數，則將第二代種群替換為所述第一代種群，進行下一輪迭代；當達到目標迭代次數后，從最后一輪迭代中選取適應度函數值較大的一個或多個較大作為最終的生成管道集成模塊設計方案。

16、本發明實施例從工業設施設計的多個關鍵方面獲取數據，包括土建結構、工藝系統設備及管線布置、連接件等，確保設計方案的全面性和系統性，利用遺傳算法進行管道集成模塊設計，遵循科學的優化方法，提高了設計的可靠性和準確性。

17、在一種可選的實施方式中，所述管線焊縫縮減比例r通過以下公式計算：

18、

19、式中，ninitial為初始現場焊縫個數，根據工藝系統設備及管線布置設計方案數據確定，nm為管道集成模塊設計方案中現場焊點的個數。

20、本發明實施例以管線焊縫縮減比例作為適應度函數，可以引導遺傳算法朝著減少焊縫數量的方向進行優化，促使算法生成更加緊湊、合理的管道集成模塊設計方案，提高空間利用率和系統的整體性能，為工業設施的安全運行提供保障，較少的現場焊縫數量使得管道系統便于現場安裝的方便，同時可以減少現場安裝的工作量，縮短安裝周期，也可以在后續的使維修人員可以更容易地定位和處理潛在的問題，減少維修時間和成本。

21、在一種可選的實施方式中，所述對生成的管道集成模塊設計方案進行展示，包括：

22、獲取用戶設置的輸出內容，包括：每個管道集成模塊包含的管道編號及長度、管件/管道連接件的編號、管道集成模塊的建議安裝順序、管道集成模塊的縮略圖；

23、基于所述用戶設置的輸出內容對生成的管道集成模塊設計方案或其對應的虛擬體進行可視化展示。

24、本發明實施例中用戶可以根據自己的需求設置特定的輸出內容，使得他們能夠更加主動地參與到設計方案的評估過程中，通過選擇關注的信息，如管道編號及長度、連接件編號等，用戶可以更深入地了解設計方案與自身需求的契合度，并且通過展示設計方案的詳細信息，用戶可以及時發現潛在的問題和不足之處，有助于進行針對性的改進，提高設計質量。

25、在一種可選的實施方式中，所述的方法還包括：根據生成管道集成模塊設計方案對輸入的管道集成單元設計約束參數進行調整并生成多種備選設計方案。

26、本發明實施例通過調整設計約束條件生成不同的備選設計方案，通過比較不同備選方案在滿足設計要求、性能指標和成本效益等方面的表現，選擇最優的備選方案為核電廠管道集成模塊的設計提供更多的選擇和優化空間，以確保設計方案的可行性和可靠性。

27、第二方面，本發明提供了一種管道集成模塊設計系統，包括：

28、數據獲取模塊，用于獲取工業設施設計模型數據、用戶輸入的管道集成單元設計約束參數；

29、方案生成模塊，用于基于所述工業設施設計模型數據以及管道集成單元設計約束參數，利用遺傳算法生成管道集成模塊設計方案；

30、方案展示模塊，用于對生成的管道集成模塊設計方案進行展示。

31、第三方面，本發明提供了一種計算機設備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執行計算機指令，從而執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的管道集成模塊設計方法。

32、第四方面，本發明提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的管道集成模塊設計方法。

33、第五方面，本發明提供了一種計算機程序產品，包括計算機指令，計算機指令用于使計算機執行上述第一方面或其對應的任一實施方式的管道集成模塊設計方法。