获奖项目名称:智能张拉整体结构形态设计与运动控制关键技术

　　主要完成单位:河海大学、同创工程设计有限公司、浙江精工钢结构集团有限公司、浙江大学、南昌航空大学

　　主要完成人:冯晓东、徐忠立、周一一、张晓楠、邢遵胜、赵文雁、吕辉、张沛、方睿、王雅峰

　　二、项目背景 

　　随着居民生活水平的日益提升，体育场馆、会展枢纽及地标建筑对柔性空间结构的高效性、精准度、创新性需求骤增。张拉整体结构因其自重轻、造型优美、形态可调成为空间结构体系的较佳选项，却长期受困于结构的形态分析、预应力优化、主动振动控制和路径规划等关键性难题：预应力如何精确配置、结构振动如何精准抑制、路径如何规划，直接决定结构安全与施工精度。由此，面向空间结构领域的智能张拉整体结构形态设计与运动控制关键技术应运而生，为我国空间结构工程领域提供了成套、自主、可工程化的系统解决方案。

　　三、创新成果 

　　1. 复杂张拉整体结构形态形态设计、分析和评估通用范式 

　　本项目提出的复杂张拉整体结构形态设计、分析和评估通用范式。系统构建了"形态生成-构型遴选-协同优化"全链式设计范式，开发拉压分离约束下的预应力均衡迭代框架，在保证结构稳定性的前提下，实现了最优构型找寻、预应力优化和结构轻量化设计的目的。 　 

图1 基于BAGA方法的结构预应力-轻量化协同设计 

　　2.基于作动器等效能量输入和快速模型预测的主动控制方法 

　　本项目提出的基于作动器等效能量输入和快速模型预测的主动控制方法。系统构建了"布局最优-效能提升-鲁棒性强"全过程架构，通过建立作动器能量输入与结构响应传递的量化模型，利用嵌入动态滑模控制理论的系统鲁棒性增强策略，大幅提升控制效率的同时确保了控制系统的稳定裕度。 

图2 基于作动器等效能量输入的主动振动控制评估效果 

　　3.基于动态拓扑重构与应变能优化的多模态运动控制方法 

　　本项目提出的基于动态拓扑重构与应变能优化的多模态运动控制方法。系统搭建了"形态跟踪-驱动优化-轨迹规划"解决方案，研发了进化步态应变能最小化技术，利用改进型多步态快速随机树规划算法，融合步态特征编码与能量代价评估机制，实现了静态障碍环境下最优路径的快速搜索。 

(a) ADMAS商用软件中的动力仿真实现；(b) 物理样机的实验验证

图3 基于混合启发式算法的应变能与步态相位耦合优化技术  

　　四、推广应用 

　　本成果成功应用于成都凤凰山体育场、巴中市体育中心和贵阳奥体中心等多个大型复杂工程中，为相关工程项目的实施提供了成套技术解决方案，项目成果达到国际先进水平，取得了显著的社会和经济效益，有效推动了智能张拉整体结构形态设计与运动控制技术的进步与革新。

图4 成都凤凰山体育场 

图5 巴中市体育中心