基于物聯(lián)網(wǎng)的地下洞室群施工專家信息系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、地下洞室群施工是一項復雜的系統(tǒng)工程,會受到各種復雜天然地質(zhì)狀況等諸多未知因素的影響。針對地下洞室群施工過程的隨機性、突發(fā)性、不確定性和經(jīng)驗性強等特點,本文引入物聯(lián)網(wǎng)等先進的技術(shù)與方法,從信息采集、工程進度、工程安全、工程預警四個主要方面對地下洞室群施工過程開展了系統(tǒng)地分析研究,研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下洞室群施工專家信息系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),給出了地下洞室群各種施工信息基于物聯(lián)網(wǎng)的實時采集建設

2、方案,搭建了地下洞室群施工信息實時采集平臺。
　　本文首次將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到地下洞室群施工信息采集中,結(jié)合地下洞室群施工過程中產(chǎn)生各類信息的各自特點,建立三種不同的信息采集方式,實現(xiàn)地下洞室群施工過程中信息的無線實時采集,彌補了目前地下洞室群施工信息采集中信息采集過程復雜、時效性差等不足之處,為地下洞室群施工過程中科學管理與決策提供即時的數(shù)據(jù)信息保障。
　　(2)提出了基于貝葉斯理論的地下洞室群時變施工進度風險預測方法,同時

3、結(jié)合施工進度風險控制理念,研發(fā)了基于貝葉斯理論的地下洞室群施工進度風險實時控制專家系統(tǒng)。
　　本文將貝葉斯理論與實時仿真技術(shù)同時引入到地下洞室群施工進度預測中,建立了基于貝葉斯理論的地下洞室群時變施工進度風險預測方法。該方法將工序單位工作量施工時間的均值和方差視為隨機變量,利用現(xiàn)場采集到的實際施工記錄信息,不斷修正和改進正在施工工序剩余工作時間和未施工工序工作時間的預測概率分布,同時結(jié)合柔性網(wǎng)絡計劃仿真方法實現(xiàn)對工程后期整體施工進

4、度的完工風險預測?；诒疚姆椒ǖ玫降氖┕みM度預測結(jié)果更加貼近工程實際,對于地下洞室群施工進度概率預測方法的發(fā)展起到了一定的推動作用。
　　(3)給出了適用于實時仿真的數(shù)值模型建立方法,建立實際施工狀態(tài)與數(shù)值模型模擬狀態(tài)的實時映射關(guān)系,提出了基于數(shù)值模擬技術(shù)的地下洞室群施工結(jié)構(gòu)安全實時數(shù)值仿真方法。
　　本文通過對地下洞室群實際施工狀態(tài)與施工數(shù)值模擬狀態(tài)的深入分析,給出各自所包含的主要要素,并引入數(shù)學中集合的概念,建立了兩個狀

5、態(tài)之間的實時動態(tài)映射關(guān)系,完成了實際施工進度、突發(fā)不良地質(zhì)及支護措施在大尺度精細化數(shù)值模型上的實時、自動化映射模擬,實現(xiàn)了地下洞室群施工過程中結(jié)構(gòu)安全的實時數(shù)值仿真,為現(xiàn)場工程師進行指揮決策提供了重要的參考依據(jù)。
　　(4)將(2)、(3)兩個創(chuàng)新點進行融合,提出了地下洞室群施工期結(jié)構(gòu)安全與進度耦合實時仿真方法,研發(fā)了基于結(jié)構(gòu)安全與進度耦合實時仿真的地下洞室群施工突發(fā)不良地質(zhì)處理措施專家系統(tǒng)。
　　大型地下洞室群施工安全與進

6、度受突發(fā)不良地質(zhì)狀況影響較大,實時確定不良地質(zhì)對施工結(jié)構(gòu)安全與進度的綜合影響具有重要工程意義。本文將突發(fā)不良地質(zhì)狀況映射到數(shù)值模型上,根據(jù)實時數(shù)值仿真結(jié)果對不良地質(zhì)段施工的結(jié)構(gòu)安全性進行預測評估,對不滿足安全要求的施工狀態(tài)提出相應的處理措施,并對處理效果進行實時仿真預測,將確定的處理措施以施工參數(shù)的形式反饋給施工進度控制系統(tǒng),實時評價處理措施對總體施工進度的影響。該系統(tǒng)實現(xiàn)了地下工程安全施工與進度控制的現(xiàn)場辦公一體化,為地下工程現(xiàn)場施工

7、的安全與進度控制提供了技術(shù)支持。
　　(5)基于強度折減的思想,結(jié)合(3)中的實時數(shù)值仿真方法,提出了基于實時數(shù)值仿真的地下洞室群施工期圍巖劣化損傷折減計算方法,該方法能夠給出施工期某一施工狀態(tài)下的圍巖變形動態(tài)預警指標及標準,實現(xiàn)了施工期動態(tài)安全預警。
　　針對開挖擾動會導致圍巖內(nèi)部產(chǎn)生劣化損傷區(qū)的事實,本文引入邊坡開挖中常用的強度折減法的計算思想,提出了基于實時數(shù)值仿真的施工期圍巖劣化損失折減計算方法。該方法利用屈服接近度

8、指標劃定圍巖劣化損失區(qū)的范圍,每次只對劣化損傷區(qū)內(nèi)的指定參數(shù)進行折減,直到數(shù)值計算不收斂為止,得到某施工狀態(tài)下圍巖變形與折減系數(shù)關(guān)系曲線;通過對曲線劃分為勻速、加速和破壞三個變形過程,利用三段的分界值建立該開挖狀態(tài)下的動態(tài)預警標準,進而實現(xiàn)了地下洞室群施工期的動態(tài)安全預警。
　　(6)基于多層次模糊綜合評價方法,提出了基于實測性態(tài)的地下洞室群安全性綜合評價方法。
　　本文基于對地下洞室群安全監(jiān)測設計進行了深入分析與廣泛調(diào)研,

9、建立了基于實測信息的地下洞室群安全評價結(jié)構(gòu)體系,采用層次分析法和專家打分法確定評價指標權(quán)重;然后通過混合使用―乘與取大算子M(·,∨)‖和―乘與和算子M(·,+)‖兩種算子,對模糊綜合評價方法的權(quán)重向量與模糊關(guān)系矩陣的合成進行改進,充分考慮斷面最危險區(qū)域?qū)φw安全性評價結(jié)果的重要性,將不穩(wěn)定危險因素更好的向上層傳遞,使得最終的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評判結(jié)果更加真實可信。此方法也為地下洞室群整體安全性評價提供一個新的思路。
　　(7)綜上,研發(fā)