1.本发明属于核电厂设计技术，具体涉及一种核电厂厂房智能化设计方法及核电站。
背景技术：
2.研发自主、可靠、高质量的核电技术不仅可以解决内部需求问题，也可以拓展国际市场。但核电站设计是涵盖众多复杂、相互之间具有上下游关系的系统工程领域，核电厂厂房设计是为保证核电长安全及工艺功能，综合考虑系统流程、设备条件、人员通行、设备运输安装路线、防火、防水淹分区设计、辐射屏蔽设计等内容的基础上，进行的厂房格局方案规划的过程，是核电厂安全和功能实现的基础。
3.2011年3月，日本福岛核事故的发生，全球业界对核电站安全提出更高的标准要求。随着各类先进的安全理念(如非能动)的引入及对经济性的重视，三代堆型的厂房设计，在传统厂房设计的内容上，需进一步兼顾经济性和新的工艺及安全要求，以数据和三维模型为核心，面向和电厂房整体研发、工程建造全流程进行协同设计。但整体设计还存在以下几点问题：
4.1.厂房设计周期长、人力投入大、迭代繁琐冗长
5.核电厂厂房设计方案需结合堆型设计和顶层设计参数，考虑设备的操作、安装、运输、维修、通行等各类空间尺寸，还需匹配核电厂各类诸多物项实际空间需求，避免物项之间的干涉和碰撞，因此设计过程涉及专业庞杂、迭代过程复杂，导致设计周期冗长，同时须兼顾诸多设计目标，更加增加了设计迭代复杂程度。此外方案设计受专家评审和设计经验影响，存在人因造成的不合理风险。
6.2.厂房设计能力瓶颈难以突破
7.核电厂设计方案需要满足各类工况场景，厂房设计更是要结合设计要求、施工要求、功能实现等诸多因素，因此亟需一套结合三代大型核电设计特点的厂房布置设计的知识模型，将工程经验、设计数据等资料向知识模型转化，将传统的人为设计迭代向智能化设计转变，通过智能设计技术提升厂房设计阶段的产业价值。
8.3.不利于核电厂房设计建设一体化推进和经济性提升
9.现有核电厂房设计方法，在设计阶段，对建造、施工及运维等后期阶段的人因验证不充分，如对厂房、布置、运输、安装、维修等空间及工艺过程存在理解偏差，严重的情况下，影响后续建造、安装甚至核电厂的运行。由于缺乏与后续建设施工一体化的考虑，直接导致设计成本提升，影响经济性各项性能实现。
10.基于以上几点，需要一种集中体现核电智能化设计思想、提升智能化程度，利于实现经济性指标的厂房方案设计。
技术实现要素：
11.本发明的目的是提供一种核电厂厂房智能化设计方法及核电站，提高方案设计研
发效率，提升核电设计的智能化程度和经济性能。
12.本发明的技术方案如下：
13.一种核电厂厂房智能化设计方法，执行以下步骤：
14.步骤1)构建厂房评价模型；
15.对定义单项性能e评价的计算公式为
16.其中，wi为评价e性能时，第i项因素的权重因子，ui为第i项因素的特征值，i为评价指标个数；
17.步骤2)构建设备多空间模型；
18.步骤3)进行厂房备选方案设计；
19.步骤3.1)厂房设备排序；
20.步骤3.2)按照排序分别对n个设备进行布置方案设计并进行离散数值表征；
21.步骤3.3)重要系统管线布置；
22.根据对应系统的特征因素权重值确定系统中各物项得的布置先后顺序，物项权重值越大，则该物项越先布置，在离散数值表征的方案上计算出对应系统的布置方案，确定对应系统布置方案的评价参数，并进行布置方案评价，直至满足终止条件；
23.步骤4)对厂房备选方案进行评价；
24.包括经济性评价指标、结构性能评价指标、辐射防护性能评价指标、防火性能评价指标、通行性能评价指标和模块等效施工时间；
25.步骤5)判定是否终止；
26.对步骤4)中的所有评价指标分别进行判断，判断该指标所在方案否为非支配方案，如果是则加入非支配方案集合，如果不是则舍弃；
27.判定条件为，对于方案a1和方案a2，如果对于a1方案的该项评价指标优于a2，则称a1支配a2，若一项方案没有被其他任何方案支配，则称该方案为非支配方案；
28.如果g＝g
max
，g为多目标优化算法的进化代数，g
max
为多目标优化算法的最大进化代数，则输出非支配方案集合；
29.否则，返回步骤3)进入下一次计算，直至满足g＝g
max
。
30.所述的步骤3.2)对设备进行布置方案设计，具体为：
31.首先，确定设备位置；
32.进行每一个标高层设备多空间模块布局，确定设备位置；
33.之后，确定设备所在工艺间之间通行通道；
34.其次，确定设备所在工艺间及通道墙体厚度；
35.最后，将厂房布置方案的离散值表征。
36.所述的步骤3.3)重要系统管线布置，包括工艺系统管道布置，具体为：
37.a)初始化管道特征因素的权重值，根据管道特征因素权重值确定管道布置先后顺序；先后顺序由管道特征因素权重值的大小确定，权重值越大越先布置；特征因素包括管道安全等级、管道压力状态、管道直径；
38.b)采用寻径算法在离散数值表征的方案上计算出每根管道的布置方案；
39.c)对管道布置方案进行评价，评价方法为：
40.经济性评价值式中p为管道根数，pn为每根管道的管道段个数，其中管道段包含直管段、弯头等连接件；ω
p,pn
为每个管道段对应管道类型的权重因子，l
p,pn
为管道段的长度；对于连接件，长度取单位长度；
41.辐射防护性能评价值式中式中p为管道根数，pn为每根管道的管道段个数，其中管道段包括直管段和弯头；ω
p,r,pn
为管道段所处离散网格辐射防护等级对应的权重因子，l
p,r,pn
为穿过放射区管道段的长度，对于连接件；
42.d)确定管道布置方案，计算该方案的适应度值，以该适应度值判断是否满足终止条件；
43.如果满足，则保留当前方案；
44.如果不满足，则返回到a)重新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至适应度值满足终止条件；
45.终止条件为g
p
＝g
p,max
，g
p
为用于工艺管道计算的遗传算法进化代数，g
p,
max为用户输入的工艺管道计算遗传算法最大进化代数。
46.所述的步骤3.3)重要系统管线布置，包括电缆敷设布置，具体为：
47.a)初始化电缆特征因素的权重值，根据电缆特征因素权重值确定电缆敷设先后顺序；先后顺序由电缆特征因素权重值的大小确定，权重值越大越先布置，因素包括电缆安全等级、电缆电压等级、电缆截面积；
48.b)更新离散数值表征方案每个网格中的mesh信息，如体积和体积占比mesh(i,l,w,h,x,y,z,v1…
vn,r
vf
)，在离散数值表征方案上计算出每根电缆的敷设方案；
49.c)对电缆敷设方案进行评价，评价参数为：
50.经济性评价值式中c为电缆根数，cn为每根电缆的电缆段数，其中电缆段包括直段和弯头；ω
c,n
为每个电缆段对应电缆类型权重因子，l
c,cn
为电缆段长度；
51.防火性能评价值式中式中cn为电缆根数，cn为每根电缆的电缆段数，其中电缆段包含直段和弯头等连接件；ω
c,f,cn
为电缆段所处离散网格防火要求对应的权重因子，l
c,f,cn
为穿过防火要求区域电缆段长度，对于连接件，长度取单位长度；
52.d)进行方案评价，计算该方案的适应度值；判断其是否满足终止条件；
53.如果满足则保留当前方案；如果不满足，则新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至满足终止条件；
54.终止条件为gc＝g
c,max
；
55.gc为用于电缆敷设计算的遗传算法进化代数，g
c,max
为用户输入的电缆敷设计算的遗传算法最大进化代数。
56.所述的步骤3.3)重要系统管线布置，包括电缆托盘布置，具体为：
57.a)根据电缆敷设方案，确定电缆敷设方案特征点，特征点选取规则为从电缆的起点，沿着电缆每隔距离l，设置一个特征点；电缆连接处设置为一个特征点；
58.b)上述特征点，采用聚类算法，聚类半径为r，得到一组聚类中心点；
59.c)每根电缆的特征点替换为邻近聚类中心点，即可得到电缆托盘布置方案和最终
电缆敷设方案。
60.所述的步骤3.3)重要系统管线布置，包括通风管道布置，具体为：
61.a)初始化管道特征因素的权重值，根据管道特征因素权重值确定管道布置先后顺序；先后顺序由管道特征因素权重值的大小确定，因素包括管道安全等级、管道压力状态、管道截面积；
62.b)更新离散数值表征方案每个网格中的mesh信息，在离散数值表征方案上计算出每根管道的布置方案；
63.c)对管道布置方案进行评价，评价指标为：
64.经济性评价值式中h为通风管道根数，hn为每根通风管道的管道段数，其中管道段包含直段和弯头等连接件；ω
h,hn
为每个电缆段对应通风管道类型权重因子，l
h,hn
为电缆段长度；对于连接件，长度取单位长度；
65.辐射防护性能评价值式中h为通风管道根数，hn为每根通风管道的管道段数，其中管道段包含直段和弯头等连接件；ω
h,f,hn
为通风管道段所处离散网格辐射防护等级对应的权重因子，l
h,f,hn
为穿过防火要求区域电缆段长度，对于连接件，长度取单位长度；
66.d)针对通风管道布置方案，进行方案评价，计算该方案的适应度值；判断其是否满足终止条件；
67.如果满足则保留当前方案；如果不满足，则新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至满足终止条件；
68.终止条件为gh＝g
h,max
，gh为用于通风管道计算的遗传算法进化代数，g
h,max
为用户输入的通风管道计算遗传算法最大进化代数；
69.所述的步骤3.3)之后执行步骤3.4)厂房模块方案设计，具体为：
70.a)初始化单元模块，其为工艺间或工艺间的一面墙体，其包括单元模块每个网格的mesh信息，单元模块边界墙体的面积，墙体的体积；初始化单元模块组合因子集合a{m1,m2,m3,
…mz
},mz∈{1,2,
…numd
}，式中a为单元模块组合因子集合，n
umd
为单元模块的个数，mz为单元模块z的组合因子值；
71.b)进行单元模块组合，将组合因子值相同且相互具有连接关系的单元模块作为一个模块，并形成模块划分方案；
72.c)针对每一种模块划分方案进行评价，评价指标为：
73.模块设计方案的可施工性：式中，ω
md,s
为设计模块的可施工性转换因子，s
connect
为所有设计模块互相之间连接处的面积，v
x
为设计模块x的体积，n
md
为设计模块的个数；
74.每种模块划分设计方案的施工等效时间：maxt，为从开始到结束最长的施工路线；
75.d)利用评价指标判断其是否满足终止条件；
76.如果满足则保留当前方案；如果不满足，则回到步骤b)模块划分方案，进行下一次计算，直至满足终止条件；
77.终止条件为g
md
＝g
md,max
，g
md
为用于厂房模块方案设计的遗传算法进化代数，g
md,max
为用户输入的厂房模块方案设计最大进化代数；
78.e)从进化代数对应的施工等效时间中选择最小值，其对应的方案确定为最终最优布置方案。
79.所述的步骤1)之前，需确定输入参数，包括顶层参数、算法特征参数初始值、设备清单、重要系统参数，并根据用户需求设定初始参数值。
80.所述的步骤3.1)厂房设备排序，具体为：
81.随机生成一排序参数权值，利用设备的布置优先度值进行各设备排序；
82.某一设备的布置优先度值计算式为式中角标k代表第k个因素，为优先度第k个因素的权重值，为第k个优先度值因素数值；
83.优先度因素包括：长度，宽，高，重量，安全等级，抗震性能，用户设定等级；布置优先度值越大，则该设备优先布置。
84.所述的步骤4)中的经济性评价指标为定厂房比造价；
[0085][0086]
式中，v
e,w
为墙体总体积，l
e,p
为工艺管道类型p的总长度，l
e,c
为电缆类型c的总长度，l
e,v
为通风管道类型v的总长度；ω
e,w
、ω
e,p
、ω
e,v
分别为墙体经济性计算权重，工艺管道类型p的经济性权重，电缆类型c的经济性权重，通风管道类型h的经济性权重；v
e,b
表示厂房总体积；∑
p
表示多类型工艺管道对应长度求和；∑c表示多类型电缆对应长度求和。
[0087]
所述的步骤4)中的结构性能评价指标为结构稳定性评价值和墙体稳定性评价值
[0088]
结构稳定性评价值r
x
为厂房设计方案刚心x坐标，m
x
为厂房设计方案质心x坐标；ry为设计方案刚心y坐标，my为厂房设计方案质心y坐标，rz为设计方案刚心z坐标，mz为厂房设计方案质心z坐标；
[0089]
墙体稳定性评价值式中l为厂房的标高层，w
s,l 1
为上层墙体截面与当前标高层墙体截面重合部分面积，w
l
为当前标高层墙体截面积；ln为厂房的总层数。
[0090]
所述的步骤4)中的辐射防护性能评价指标为放射区等效面积；
[0091]
式中r
s,n
为第n个设备所在工艺间的放射区面积，该面积由设备辐射防护等级和该辐射防护等级下延伸尺寸确定，r
sc,n,m
为第n个设备的放射区面积与第m个设备的放射区重叠部分面积；δ
n,m
为辐射防护等级判断值，当设备n敷设防护等级高于或等于设备m，δ
n,m
＝0，否则为1；n为设备总数。
[0092]
所述的步骤4)中的防火性能评价指标为防火边界长度；
[0093]
式中，l
f,n
为设备n所在工艺间(第三空间)边界长度，γn为设备n的防火属性，如设备n有防火要求，则γn＝1，反之则＝0；l
fc,n,m
为第n个设备所在工艺间与第m个设备工艺间重合边界长度；γm为设备m的防火属性，取值原理同设备n。
[0094]
所述的步骤4)中通行性能评价指标为通道有效利用率；
[0095]
式中v
a,n
为设备n的运输所需通道最小体积，v
ac,n,m
为设备n和设备m运输所需通道最小体积重叠部分体积，va为设计方案的总的通道运输体积。
[0096]
所述的步骤4)中模块等效施工时间为步骤4.5)确定的最优布置下的等效施工时间。
[0097]
步骤2)构建设备多空间模型具体为：
[0098]
步骤2.1)以长度、宽度、高度三个参量确定设备实体空间，称为第一空间；
[0099]
步骤2.2)确定设备的维修空间，称为第二空间，其中第二空间包含第一空间；
[0100]
步骤2.3)设置第三空间，第三空间为包含第二空间的最小规则几何体，如第二空间为规则几何体，则第二空间与第三空间重合；
[0101]
步骤2.4)设置包含第三空间的第四空间，第四空间表示包含设备工艺间墙体的规则几何体。
[0102]
一种核电站，其厂房设计采用上述核电厂厂房智能化设计方法；设计完成后，采用厂房模块方案设计进行施工。
[0103]
本发明的显著效果如下：
[0104]
根据核电厂主要系统、设备建立多空间等效模型，考虑布置设计方案的影响因素和设计相关要求，提出评价模型，依据设计过程，创新性的开发设计等效模型，立足多目标优化算法，智能化开展核电厂厂房方案设计和模块化方案设计。
[0105]
采用多空间模型能够进行设备及设备所需的运维、安装空间等效，考虑多空间模型的长度、宽度、高度、内部设备质量、底面积等因素进行权值排序得出设备布置的顺序。采用穴度贪心算法(设备与吸引子在x方向和y方向的距离为权值)开展设备相对位置的设计，形成设备的布置设计方案；相对于现有设计过程，能够保证所设计的方案涵盖设备的维修及安装的空间需求，同时减少设计人力成本，通过方案不断优化迭代，提升设备总体布置设计效率和智能化程度；
[0106]
针对某一标高层开展通道设计，以设备运输的起始点(楼梯间、吊装间、门)和设备终点(设备所在工艺间位置)为参数，采用多源(某一层标高包含可能的设备起始点个数)最短路径方法，进行通道的走向规划(方案规划)；根据运输设备所需最小尺寸对通道规划方案进行扩张，生成带有通道的设备布置方案，提升该通道设计方案的经济性和可行性，保证后续步骤中的方案满足设备运输要求。
[0107]
设计等效模型，包含设计方案离散化表征过程，根据核电厂厂房设计方案内的物项内容(墙体，梁柱、设备，工艺管道，通风管道，电缆，电缆托盘)，对厂房方案进行三维离散，根据离散后的每个三维网格内的内容决定其他物项能否够占用该离散网格进行物项布置，用户根据需求通过设定自由空间(网格内没有任何物项的空间)占比阈值来决定能否占用该离散网格进行物项布置，设计后的方案能够保证相关物项内部不会发生干涉；
[0108]
设计等效模型，包含工艺系统管道、电缆及托盘、通风管道等布置设计过程。根据布置对象的特定因素，确定管道电缆托盘各类之间的布置先后顺序，采用路径规划算法，采
用协同进化方法解决工艺管道的分支管线，在厂房设计方案离散化的网格中进行管道规划。智能化生成管道布置方案，能够根据评价的结果，快速为用户提供可行的管道、电缆、托盘的布置参考方案，灵活性更高，适用性更好。
[0109]
方案模块化设计，根据单元模块，采用进化算法，组合成设计模块。采用有向图建立设计模块的施工层级图，进而计算模块设计方案的施工等效时间，能够针对核电厂厂房设计方案，给出最优的施工周期的模块化设计方案，保证采用模块化设计的三代堆型设计方案的经济性和模块设计方案的可行性；
[0110]
方法中的各步骤模型可以独立使用，用户可根据需求，按照各步骤中模型的输入和数据需求，单独使用该步骤的模型用于核电厂厂房的设计中，用于辅助核电厂厂房设计中某个设计过程。
附图说明
[0111]
图1为本方法的流程图；
[0112]
图2为四空间模型示意图；
[0113]
图3为核电厂厂房备选方案生成流程图；
[0114]
图4为基于厂房离散布置方案开展重要系统管线布置流程图；
[0115]
图5为厂房模块设计方案的施工层级示意图；
[0116]
图6为厂房模块方案设计流程图。
具体实施方式
[0117]
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0118]
如图1所示，本方法包括以下步骤。
[0119]
步骤1.确定输入参数；
[0120]
具体包括
[0121]
顶层参数：厂房外廓尺寸范围、层高范围、层数区间值；
[0122]
算法特征参数初始值：如遗传算法的进化代数、种群数、选择阈值；
[0123]
设备清单：需要布置在厂房内部的设备的尺寸、设备在系统中的连接(上下游)关系、辐射防护等级、防火要求(具体为是否需要防火隔离)、设备的重量(包括干重和湿重)、抗震性能；
[0124]
工艺管道清单：管道的起始设备(管道两端连接的设备)的名称，管道直径，管道等级(分为质保、规范、安全)，抗震类别(抗震等级)；
[0125]
电缆清单：电缆编号，电缆起始设备(电缆两端连接的设备)的名称，电缆特性，所属系列；
[0126]
通风管道：管道起始设备(管道两端连接的设备)的名称，管道尺寸等
[0127]
初始设定，根据用户需求，将上述参数进行初始设定输入，同时设定：评价模型中评价指标的权重值集合，设置设备排序参数权重值的范围，设置厂房方案自动生成运行参数和算法运行参数；
[0128]
设备排序参数包括：设备的长度，宽度，高度，重量，安全等级，抗震性能；
[0129]
厂房方案自动生成运行参数包括：穴度算法穴度值计算权重，厂房初始长度，初始
宽度，厂房层数，层高范围；
[0130]
算法运行参数包括：多目标优化算法的进化代数，遗传算法进化代数集合(工艺管道、通风管道、电缆)，种群数，选择及变异阈值；
[0131]
步骤2.构建厂房评价模型
[0132]
构建核电厂厂房方案性能评价模型，其能够分别评价经济性能、结构性能、辐射防护性能、防火性能、通行性能；
[0133]
定义单向性能评价的计算公式为其中，wi为评价e性能时，第i项因素的权重因子，ui为第i项因素的特征值，i为评价指标(因素)的个数；
[0134]
评价指标的权重值由步骤1初始设定；
[0135]
步骤3.构建设备多空间模型；
[0136]
针对需要完成厂房设计的系统设备构建多空间模型，具体为：
[0137]
步骤3.1以长度、宽度、高度三个参量确定设备实体空间，称为第一空间；
[0138]
第一空间能够反映设备的质量；
[0139]
步骤3.2确定设备的维修空间，称为第二空间，其中第二空间包含第一空间；
[0140]
第二空间能够反映设备的防火要求和辐射防护等级；
[0141]
步骤3.3设置第三空间(室内空间)，第三空间为包含第二空间的最小规则几何体。如第二空间为规则几何体，则第二空间与第三空间重合；
[0142]
第三空间能够反映设备的防火要求和辐射防护等级；
[0143]
步骤3.4设置包含第三空间的第四空间；
[0144]
第四空间表示包含设备工艺间墙体(厚度)的规则几何体。
[0145]
如图2所示的四空间模型示意图，四个空间构建形成设备多空间模型。
[0146]
步骤4.核电厂厂房备选方案生成
[0147]
如图3所示。
[0148]
步骤4.1初始化确定排序参数权值；
[0149]
根据步骤1设备排序参数权值的范围，随机生成一排序参数权值；
[0150]
步骤4.2约束设备定序(布置先后顺序)；
[0151]
利用设备的布置优先度值进行各设备排序；
[0152]
假设某一设备的布置优先度值计算式为式中角标k代表第k个因素，为优先度第k个因素的权重值，为第k个优先度值因素数值。优先度因素包括：长度，宽，高，重量，安全等级，抗震性能，用户设定等级；布置优先度值越大，则该设备优先布置；
[0153]
步骤4.3厂房设备布置方案设计
[0154]
按照排序分别对n个设备进行布置方案设计；
[0155]
4.3.1确定设备相对位置
[0156]
按照穴度及吸引子，进行每一个标高层设备多空间模块布局，设备相对位置的确定，穴度算法为常见算法不再赘述；
[0157]
4.3.2确定工艺间之间通行通道
[0158]
根据输入的设备起始点以及该设备到起始点的最短有效距离确定设备运输通道走向，并根据设备外形尺寸，确定通道的最小尺寸，生成工艺间之间通行通道；
[0159]
4.3.3确定相邻工艺间的共用墙体厚度
[0160]
根据相邻两个工艺间的辐射防护等级要求的最小墙体厚度和用户输入的最小墙体厚度进行判断，选取两者中的厚度大的作为最终墙体厚度；
[0161]
4.3.4厂房设备布置方案的离散值表征
[0162]
厂房初步布置方案(包含设备，墙体，通道，自由空间)采用离散的三维网格表达，离散网格继承辐射防护等级，防火要求，每个网格表示为mesh(i,l,w,h,x,y,z,v1…
vn,r
vf
)，式中i为网格(mesh)的编号，l,w,h,为网格的长宽高，x,y,z,为网格中心点的坐标，v1…
vn分别为m类物项的体积(如当前网格内墙体的体积，设备的体积，工艺管道的体积，电缆及电缆托盘的体积，通风管道的体积)，r
vf
为自由空间与网格总体积的比值；
[0163]
步骤4.4基于厂房设备离散布置方案开展重要系统管线布置
[0164]
如图4所示。
[0165]
4.4.1工艺系统管道布置
[0166]
a)初始化管道特征因素的权重值，根据管道特征因素权重值确定管道布置先后顺序；先后顺序由管道特征因素权重值的大小确定，权重值越大越先布置，因素包括管道安全等级、管道压力状态、管道直径；
[0167]
b)采用寻径(a-star)算法在离散数值表征的方案上计算出每根管道的布置方案，包括每根管道的每个管段长度、管道连接处(弯头)的位置。
[0168]
c)对管道布置方案进行评价，评价方法为：
[0169]
经济性评价值式中p为管道根数，pn为每根管道的管道段个数，其中管道段包含直管段、弯头等连接件；ω
p,pn
为每个管道段对应管道类型的权重因子，l
p,pn
为管道段的长度；对于连接件，长度取单位长度；
[0170]
辐射防护性能评价值式中式中p为管道根数，pn为每根管道的管道段个数，其中管道段包括直管段和弯头；ω
p,r,pn
为管道段所处离散网格辐射防护等级对应的权重因子，l
p,r,pn
为穿过放射区管道段的长度，对于连接件；
[0171]
d)确定管道布置方案，计算该方案的适应度值，以该适应度值判断是否满足终止条件；
[0172]
如果满足，则保留当前方案；
[0173]
如果不满足，则返回到a)重新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至适应度值满足终止条件；
[0174]
终止条件为g
p
＝g
p,max
，g
p
为用于工艺管道计算的遗传算法进化代数，g
p
,max为用户输入的工艺管道计算遗传算法最大进化代数；
[0175]
4.4.2电缆敷设布置
[0176]
a)初始化电缆特征因素的权重值，根据电缆特征因素权重值确定电缆敷设先后顺序；先后顺序由电缆特征因素权重后值的大小确定，权重值越大越先布置，因素包括电缆安全等级，电缆电压等级，电缆截面积；
[0177]
b)更新步骤4.3.4中离散数值表征方案每个网格中的mesh信息，如体积和体积占
比mesh(i,l,w,h,x,y,z,v1…
vn,r
vf
)，采用寻径(a-star)算法在离散数值表征方案上计算出每根电缆的敷设方案，包括每根电缆，每根电缆段的长度，电缆连接处(弯头)的位置。
[0178]
c)对电缆敷设方案进行评价，评价方法为：
[0179]
经济性评价值式中c为电缆根数，cn为每根电缆的电缆段数，其中电缆段包括直段和弯头；ω
c,n
为每个电缆段对应电缆类型权重因子，l
c,cn
为电缆段长度；
[0180]
防火性能评价值式中式中cn为电缆根数，cn为每根电缆的电缆段数，其中电缆段包含直段和弯头等连接件；ω
c,f,cn
为电缆段所处离散网格防火要求对应的权重因子，l
c,f,cn
为穿过防火要求区域电缆段长度，对于连接件，长度取单位长度；
[0181]
d)针对电缆敷设方案，进行方案评价，计算该方案的适应度值；判断其是否满足终止条件；
[0182]
如果满足则保留当前方案；如果不满足，则新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至满足终止条件；
[0183]
终止条件为gc＝g
c,max
，gc为用于电缆敷设计算的遗传算法进化代数，g
c,max
为用户输入的电缆敷设计算的遗传算法最大进化代数；
[0184]
4.4.3电缆托盘布置
[0185]
a)根据步骤4.4.2得到的电缆敷设方案，确定电缆敷设方案特征点，特征点选取规则：从电缆的起点，沿着电缆每隔距离l，设置一个特征点；电缆连接处设置为一个特征点；
[0186]
b)上述特征点，采用meanshift聚类算法，聚类半径为r，得到一组聚类中心点；
[0187]
c)每根电缆的特征点替换为邻近聚类中心点，即可得到电缆托盘布置方案(电缆托盘段方向、电缆托盘段的长度、电缆托盘段内的电缆数量及特征)和最终电缆敷设方案；
[0188]
4.4.4通风管道布置
[0189]
a)初始化管道特征因素的权重值，根据管道特征因素权重值确定管道布置先后顺序；先后顺序由管道特征因素权重后值的大小确定，因素包括管道安全等级，管道压力状态，管道截面积；
[0190]
b)更新步骤离散数值表征方案每个网格中的mesh信息，采用寻径(a-star)算法在离散数值表征方案上计算出每根管道的布置方案，包括每根管道，每个管段的长度，管道连接处(弯头)的位置；
[0191]
c)对管道布置方案进行评价，评价指标为：
[0192]
经济性评价值式中h为通风管道根数，hn为每根通风管道的管道段数，其中管道段包含直段和弯头等连接件；ω
h,h
n为每个电缆段对应通风管道类型权重因子，l
h,hn
为电缆段长度；对于连接件，长度取单位长度；
[0193]
辐射防护性能评价值式中h为通风管道根数，hn为每根通风管道的管道段数，其中管道段包含直段和弯头等连接件；ω
h,f,h
n为通风管道段所处离散网格辐射防护等级对应的权重因子，l
h,f,hn
为穿过防火要求区域电缆段长度，对于连接件，长度取单位长度；
[0194]
d)针对通风管道布置方案，进行方案评价，计算该方案的适应度值；判断其是否满
足终止条件；
[0195]
如果满足则保留当前方案；如果不满足，则新生产一组管道特征因素权重值，进行下一次计算，直至满足终止条件；
[0196]
终止条件为gh＝g
h,max
，gh为用于通风管道计算的遗传算法进化代数，g
h,max
为用户输入的通风管道计算遗传算法最大进化代数；
[0197]
步骤4.5厂房模块方案设计
[0198]
如图5和图6所示。
[0199]
a)初始化单元模块(为最基本的模块单元，由一系列网格(mesh)组成，可以将一个工艺间作为一个单元模块，也可以将工艺间的一面墙体作为一个单元模块)的信息，其包括单元模块每个网格的mesh信息，单元模块边界墙体的面积，墙体的体积；初始化单元模块组合因子集合a{m1,m2,m3,
…mz
},mz∈{1,2,
…numd
}，式中a为单元模块组合因子集合，n
umd
为单元模块的个数，mz为单元模块z的组合因子值；
[0200]
b)按照单元模块组合因子值，进行单元模块组合(组合因子值相同且具有连接关系的单元模块作为一个模块)为设计模块，并形成模块划分方案；
[0201]
c)针对每一种模块划分方案，进行评价，评价指标为：
[0202]
模块设计方案的可施工性：式中，ω
md,s
为设计模块的可施工性转换因子。s
connect
为所有设计模块互相之间连接处的面积，v
x
为设计模块x的体积，n
md
为设计模块的个数；
[0203]
每种模块划分设计方案的施工等效时间：maxt，为从开始到结束最长的施工路线(可采用寻径算法进行求解)；
[0204]
针对每一种划分方案，按照模块所处的位置，施工按照模块从下往上的顺序，按照相互之间是否有连接关系，建立n
md
个设计模块的施工层次图。层级n的设计模块和层级n 1的设计模块的连线表示，下一层级的设计模块必须要等到前层设计模块施工完成之后才能施工。判断规则是下一层级设计模块底部与上一层及设计模块上部有重合部分。
[0205]
对于单个模块的施工时长：t
x
＝ω
t,mdsmd
ω
lift,mdvmd
，式中ω
t,md
为施工时间权重，s
md
为模块md与其他模块接触的面积，ω
lift,md
为模块md的吊装权重因子，v
md
为模块的体积；
[0206]
d)利用评价指标判断其是否满足终止条件；
[0207]
如果满足则保留当前方案；如果不满足，则回到步骤b)模块划分方案，进行下一次计算，直至满足终止条件；
[0208]
终止条件为g
md
＝g
md,max
，g
md
为用于厂房模块方案设计的遗传算法进化代数，g
md,max
为用户输入的厂房模块方案设计最大进化代数；
[0209]
e)从进化代数对应的施工等效时间中选择最小值，其对应的方案确定为最终最优布置方案。
[0210]
步骤5.对厂房备选方案进行评价；
[0211]
5.1经济性评价的因素：厂房的总体积，墙体的总体积，管道造价，电缆造价，托盘造价，风管造价；
[0212]
确定厂房比造价式中v
e,w
为墙体总体积，l
e,p
为工艺管道类型p的总长度，l
e,c
为电缆类型c的总长度，l
e,v
为通风管道类型v的总长度；ω
e,w
、ω
e,p
、ω
e,v
分别为墙体经济性计算权重，工艺管道类型p的经济性权重，电缆类型c的经济性权重，通风管道类型h的经济性权重；v
e,b
表示厂房总体积；∑
p
表示多类型工艺管道对应长度求和；∑c表示多类型电缆对应长度求和；
[0213]
5.2定义结构性能评价的因素：结构稳定性，墙体稳定性；
[0214]
结构稳定性评价值：r
x
为厂房设计方案刚心x坐标，m
x
为厂房设计方案质心x坐标；同理，ry为设计方案刚心y坐标，my为厂房设计方案质心y坐标，rz为设计方案刚心z坐标，mz为厂房设计方案质心z坐标；
[0215]
墙体稳定性评价值：式中l为厂房的标高层(第l层)，w
s,l 1
为上层墙体截面与当前标高层墙体截面重合部分面积，w
l
为当前标高层墙体截面积；ln为厂房的总层数；
[0216]
5.3定义辐射防护性能评价因素：放射区等效面积
[0217]
放射区等效面积：式中r
s,n
为第n个设备所在工艺间(第三空间)的放射区面积，该面积由设备辐射防护等级和该辐射防护等级下延伸尺寸确定，r
sc,n,m
为第n个设备的放射区面积与第m个设备的放射区重叠部分面积；δ
n,m
为辐射防护等级判断值，当设备n敷设防护等级高于或等于设备m，δ
n,m
＝0，否则为1；n为设备总数；
[0218]
5.4定义防火性能：防火边界长度
[0219]
防火边界长度：式中，l
f,n
为设备n所在工艺间(第三空间)边界长度，γn为设备n的防火属性，如设备n有防火要求，则γn＝1，反之则＝0；l
fc,n,m
为第n个设备所在工艺间与第m个设备工艺间重合边界长度；γm为设备m的防火属性，取值原理同设备n；
[0220]
5.5定义通行性能：通道有效利用率
[0221]
通道有效利用率：式中v
a,n
为设备n的运输所需通道最小体积，v
ac,n,m
为设备n和设备m运输所需通道最小体积重叠部分体积，va为设计方案的总的通道运输体积；
[0222]
5.6定义模块等效施工时间：
[0223]
其为步骤4.5确定的最优方案的等效施工时间。
[0224]
步骤6.判定是否终止
[0225]
6.1通过对评价结果的处理(所有的评价值都分别判断)，判断该方案是否为非支配方案，如果是则加入非支配方案集合，如果不是则舍弃；
[0226]
是否为非支配方案的判定条件，即加入非支配方案集合的条件：
[0227]
对于方案a1和方案a2，如果对于a1的所有评价值均优于a2，则称a1支配a2，若一项没有被其他方案支配，则称该方案为非支配方案。
[0228]
6.2进行终止条件判断，如果满足则输出非支配方案集合；如果不满足则根据nsga多目标优化算法，重新生成一组参数，包括设备排序参数权重值，厂房方案自动生成运行参数，返回步骤4进入下一次计算，直至满足终止条件。
[0229]
终止条件为g＝g
max
，其中，g为多目标优化算法的进化代数，g
max
为多目标优化算法的最大进化代数。
[0230]
按照上述智能化模块设计方法，可以建造大型核电站，在核电站厂房设计和厂房模块方案设计完成后，采用基于该设计的模块方案进行施工，其施工周期有效缩短，占地面积显著减少，经济成本降低。