水利水电技术(中英文)

2025, v.56;No.618(04) 194-210

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基于深度学习和多目标优化的混凝土配合比设计及性能预测研究
Concrete mix proportion design and performance prediction based on deep learning and multi-objective optimization

李鹏远,牛豪爽,刘毅豪

摘要(Abstract):

【目的】混凝土作为国民经济建设的基石,其抗压强度的精确预测对于工程结构的设计和安全至关重要。通过深度神经网络(DNN)模型预测混凝土抗压强度,并提出RF-NSGA-II算法以优化混凝土配合比,实现抗压强度和成本的双重优化。【方法】构建了包含不同隐藏层和神经元数量的15种DNN模型架构,评估其性能并选取最佳模型,采用超参数优化策略和贝叶斯优化策略,提升DNN模型的预测性能,比较DNN模型与支持向量回归(SVR)和随机森林(RF)模型的性能。基于RF-NSGA-II算法,优化混凝土配合比,以满足强度要求和成本控制。【结果】研究结果显示,最优模型为3个隐藏层和64个隐藏单元(3L-64u)的DNN模型,经过优化DNN模型在MAE和MSE上分别降低了18%和27%,优化后的DNN模型相比SVR和RF模型在MAE和MSE上分别减少了4%和12%、11%和15%。【结论】通过案例验证,DNN3-L64u-BOP模型预测结果与试验值吻合良好,RF-NSGA-II算法优化的混凝土配合比方案有效降低成本,满足工程强度要求。基于贝叶斯优化的DNN模型能较好地预测混凝土抗压强度,RF-NSGA-II算法在多目标优化混凝土配合比方面展示出优异的性能,具有实际工程应用价值。

关键词(KeyWords): 混凝土;DNN;抗压强度;预测;优化;力学性能;影响因素;深度学习

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(42372331)

作者(Author): 李鹏远,牛豪爽,刘毅豪

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2025.04.016

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