基于CFD-SVR-WO框架的斜桩透水式防波堤设计优化研究

针对传统防波堤设计评估成本高、效率低的问题，天津大学团队提出融合计算流体动力学(CFD)、支持向量回归(SVR)和海象优化器(WO)的智能优化框架。通过103组高精度CFD模拟建立代理模型，在渗透率≥0.22、单延米体积≤36 m2约束下实现斜桩透水式防波堤(IPP)的快速优化，证实该结构对短周期波具有优异消浪性能，为海岸工程提供高效设计范式。

　　

论文解读
海浪的侵蚀威胁着港口安全，传统防波堤虽能抵御波浪却易造成水体交换受阻，引发泥沙淤积和生态恶化。透水式防波堤通过允许水体流通解决了这一矛盾，但现有设计多依赖经验或昂贵实验，尤其斜桩结构参数优化缺乏系统方法。天津大学团队在《Ocean Engineering》发表的这项研究，开创性地将人工智能与流体仿真结合，为这一工程难题提供智能解决方案。

研究采用CFD-SVR-WO三重技术路线：首先通过Star-CCM+建立三维数值波浪水槽，验证模型精度后生成103组高保真CFD数据集；继而用支持向量回归(SVR)构建代理模型替代耗时仿真；最终引入新型海象优化器(WO)在渗透率≥0.22、单延米体积≤36 m²约束下搜索最优解。

参数化建模与数值验证
斜桩透水式防波堤(IPP)创新采用双排反向倾斜圆柱桩，迎浪侧加装横向三角肋条。数值模型通过VOF(Volume of Fluid)方法捕捉气液界面，采用k-ω湍流模型，经物理实验验证误差小于5%。

代理模型与参数分析
SVR模型在测试集上R²达0.98，揭示短周期波下消浪效率提升15%-22%。敏感性分析表明桩体倾角(35°-55°)和肋条高度(0.15-0.25m)为关键参数。

约束优化结果
WO算法在200代迭代后获得最优解：倾角48°、肋高0.18m、间距1.2倍桩径，此时透射系数降低至0.31，较初始设计提升41%。

该研究不仅证实CFD-SVR-WO框架可将优化成本降低90%，更揭示斜桩结构通过涡流耗散机制增强短周期波消减。这一智能优化范式可推广至浮式防波堤、波浪能转换装置等海洋结构设计，为数字孪生技术在海岸工程中的应用奠定基础。Zunfeng Du团队特别指出，未来将融合数字线程技术实现全生命周期参数优化，推动海岸防护工程进入智能化时代。