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原文传递明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理研究

论文题名：	明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理研究
关键词：	地铁车站;明挖施工;暴雨驱动;内涝灾害;综合管理
摘要：	随着城市化进程和全球气候变暖，我国暴雨内涝灾害频繁发生，给公共安全带来了巨大威胁。明挖法地铁车站工程具有场地低洼，施工现场人、材、机数量众多，更易受周边环境影响等特点，因而更容易遭受暴雨内涝灾害。目前，工程实践中项目管理人员常依据简单观测和个人经验进行灾害风险管理，科学性、有效性和先进性明显不足。因此，本文针对明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理课题，展开了深入的理论和实证研究，主要内容和成果如下：　　（1）构建了明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理的理论框架。　　在界定和区分明挖法地铁车站工程与深基坑工程、灾害管理与灾害风险综合管理等核心概念的基础上，结合相关理论构建了本文理论框架。该框架强调了研究对象是明挖法地铁车站工程施工现场范围内由暴雨驱动的内涝灾害，涵盖了灾前日常风险管理、灾时应急风险管理和灾后危机风险管理，并提炼了灾前如何科学准确地评价风险、灾时如何科学有效地决策应急预案和灾后如何快速准确地预测恢复成本这三个基础性、关键性的科学问题。　　（2）构建了基于投影寻踪算法的暴雨内涝灾害风险评价模型，实现了灾前科学准确的风险评价。　　本文基于压力-状态-响应模型，识别并构建了地铁车站工程这一典型承灾体的暴雨内涝灾害风险评价指标体系，直观地揭示了其暴雨内涝灾害的逻辑关系。在此基础上，选取投影寻踪算法构建了基于数据驱动的风险评价模型，有效地解决了样本数据高维、非线性的困难；利用量子粒子群优化算法求解投影寻踪算法中的最佳投影向量，具有参数设置少、收敛速度快、计算结果稳定等优点；通过灾害风险评价数据的结构特征与灾害风险等级之间的对应关系，利用线性插值算法构建了分辨率高、精度高的数学模型。　　（3）构建了基于语言区间直觉模糊集、改进的结构熵权法和逼近理想解排序法的应急预案决策模型，实现了灾时科学有效的应急预案决策。　　本文利用语言区间直觉模糊集处理基于语言描述的决策信息，并借助隶属度和非隶属度全面、细致地表征了决策者对决策信息认识、态度和偏好的不确定性；改进了传统结构熵权法中“专家认识度”和“知识盲度”的计算方法，以反映不同专家的个体特质对指标权重的影响；为了协调应急预案决策中多属性间复杂关系，扩展了语言区间直觉模糊集下的逼近理想解排序法。　　（4）构建了基于麻雀搜索算法、最小二乘支持向量机（LeastSquareSupportVectorMachine，LSSVM）和平均影响值法的灾后恢复成本预测模型，实现了灾后快速准确的恢复成本预测。　　该模型首次运用麻雀搜索算法优化LSSVM的核函数参数与惩罚因子参数，不仅充分利用了LSSVM对灾害恢复成本这一小样本数据的强大非线性分析能力，还具备了麻雀搜索算法的快速全局收敛能力。为了减少输入变量并提高预测精度，还利用平均影响值法方法，基于敏感性分析的思路筛选出关键输入变量。　　（5）本文分别对上述三种理论模型进行了详细完整的实证分析。　　选取了成都地铁11号线的所有车站工程进行灾害风险评价的实证分析。研究表明：不良周边环境要素、挡水墙高度和救援物资储备情况是最重要的影响因素；适应性是灾害风险的最关键要素；评价结果与2018年汛期内该工程实际受灾情况基本一致，证明了该模型的科学性和有效性；与其他风险评价方法相比，该模型不仅有效地解决评价数据高维、非线性的困难，而且权重计算结果和评价结果不受主观因素影响并具有很好的可解释性，证明了该模型的先进性。根据实证分析结果，本文提出了面向实证研究对象的暴雨内涝灾害风险的日常管理措施。　　选取了2018年7月2日回龙路西站工程的暴雨内涝应急预案决策进行实证分析。研究表明：可操作性在应急预案决策中处于核心地位，科学的编制方法是影响应急预案决策的最重要因素，相关权重计算结果有效地揭示了该工程暴雨内涝灾害应急预案决策的特点和逻辑关系；由该模型得到的最佳应急预案与灾后总结报告中最佳应急预案一致，证明了该模型的科学性和有效性；通过与其他权重计算方法和决策方法对比，凸显了该模型的先进性。根据实证分析结果，本文提出了提升实证研究对象项目管理人员暴雨内涝灾害应急决策水平的管理措施。　　选取了我国45个地铁车站工程的灾后恢复成本预测进行实证分析。研究表明：本文提出模型的预测误差很小，且通过了交叉检验和Bland-Altman分析，证明了其科学性和有效性；与12种经典或最新预测方法相比，该模型具有更高的预测精度、稳定性和可靠性；与其他变量筛选方法相比，该模型采用平均影响值法识别关键输入变量更加合理有效；这些研究成果证明了该模型的先进性。　　本文在充分体现我国明挖法地铁车站工程的工程特点和项目管理特点的基础上，系统地、综合地、创新地运用多学科领域的专业知识，解决我国明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理中与灾前日常风险管理、灾时应急风险管理和灾后危机风险管理有关的三个基础性、关键性的科学问题。研究成果将有助于推进我国明挖法地铁车站工程暴雨内涝灾害风险综合管理的理论和实证研究。
作者：	吴寒
专业：	土木工程
导师：	王军武
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021