Детальная информация

Цель работы – разработка алгоритма, находящего оптимальную планиров-ку котельного зала АЭС и оптимальную конфигурацию размещения трубопро-водных соединений в пространстве, а также верификация полученных результа-тов нормативным требованиям к свободным пространствам, прочностным рас-чётам давления оборудования на железобетонную плиту перекрытия и анализу жёсткости трубопроводов. В работе поставлена задач компоновки оборудования в форме смешанного целочисленного линейного программирования с линеаризацией целевой функции и системой геометрических и технологических ограничений, учитывающих по-вороты объектов, асимметричное свободное пространство и семантические группы оборудования. Для преодоления вычислительной сложности задачи, ис-ходно содержащей 53 580 переменных проектирования на графе из 564 вершин, разработан алгоритм рекурсивной кластеризации со смешанным критерием, учи-тывающим как веса связей, так и близость площадей объектов. Разработана про-граммная реализация алгоритма на языке Python 3.12 с использованием решателя SCIPOptSuite 10.0.1. Проведено исследование чувствительности задачи к пара-метрам кластеризации; найдены оптимальные параметры разбиения. Выполнена прочностная верификация полученной планировки средствами Ansys Workbench 2024 R2: решена задача гомогенизации железобетона, выполнен конечно-элементный расчёт напряжённо-деформированного состояния плит перекрытия с оценкой прочности по критериям Хсие-Тенг-Чена и Виллама-Вранке, а также расчёт прогибов трубопроводных соединений балочными элементами. В результате получено геометрически и технологически корректное авто-матизированное решение задачи компоновки для более чем 500 единиц оборудо-вания; подтверждена допустимость размещения оборудования по механическим критериям прочности железобетонных плит. Полученные результаты могут быть использованы при автоматизированном проектировании объектов атомной энер-гетики и других промышленных комплексов с большим числом единиц оборудо-вания и развитой системой трубопроводных коммуникаций.

The aim of the work is to develop an algorithm capable of finding the optimal layout of the boiler hall of a nuclear power plant and the optimal spatial configuration of pipe connections, as well as to verify the obtained results against regulatory re-quirements for clearance zones, strength calculations of equipment pressure on the reinforced concrete floor slab, and the stiffness analysis of the pipelines. A rigorous mathematical formulation of the equipment layout problem has been developed in the form of mixed-integer linear programming, with linearization of the objective function and a system of geometric and technological constraints accounting for object rotations, asymmetric clearance zones, and semantic groups of equipment. To overcome the computational complexity of the problem, which initially contains 53,580 design variables on a graph of 564 vertices, a recursive clustering algorithm has been developed based on a mixed criterion that combines both the weights of connections and the proximity of the cross-sectional areas of the objects. A software implementation of the algorithm has been produced in Python 3.12 using the open-source solver SCIPOptSuite 10.0.1. A sensitivity study of the problem with respect to the clustering parameters has been carried out, and the optimal partitioning parameters have been identified. Strength verification of the resulting layout has been performed using Ansys Workbench 2024 R2: the homogenization problem for reinforced con-crete has been solved, a finite-element analysis of the stress-strain state of the floor slabs has been carried out with strength assessment based on the Hsieh-Ting-Chen and Willam-Warnke criteria, and the deflections of the pipe connections have been calculated using beam elements. As a result, a geometrically and technologically consistent automated solution to the layout problem has been obtained for more than 500 units of equipment; the admissibility of the equipment placement has been confirmed with respect to the me-chanical strength criteria of the reinforced concrete slabs. The results obtained can be used in the automated design of nuclear power facilities and other industrial complex-es featuring a large number of equipment units and an extensive network of pipe con-nections.