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原文传递地铁建设项目安全风险预警系统开发研究

论文题名：	地铁建设项目安全风险预警系统开发研究
关键词：	地铁建设项目;施工过程;安全风险;预警系统;软件开发
摘要：	伴随着国内社会经济的发展，城镇化速度也稳步提升。国家鼓励地铁项目建设，以缓解日益增长的空间需求和有限城市土地资源的矛盾。随着地铁项目建设的大规模开展，安全风险管理成为工程界关注的前沿问题。地铁建设项目作为重大地下工程，具有投资大、工期长、交叉项目多、技术复杂等特点，在建设过程中存在许多不确定因素。因此，如何有效解决地铁项目建设阶段安全风险问题，成为项目成功实施的关键。　　首先，本文对地铁建设项目安全事故致因传播机理分析。运用Web Crawler技术收集了2003-2018年期间289起地铁项目建设安全事故案例，分析地铁事故发生年份、事故类型、事故致因规律，设计地铁项目建设安全事故案例库。逐个分析地铁建设项目的安全事故案例，从人因层、组织管理层、机械设备材料层、作业环境层4个事故致因层面提取地铁事故致因因素及划分事故类型。构建了由73个节点和461条边组成的地铁项目建设安全事故致因因素及事故类型网络模型。地铁建设项目安全事故一般是由单个致因因素或多个致因因素，在特定的时间、空间及环境共同作用下发生演变，导致地铁建设项目安全事故朝着不同的方向发展。运用计算机数据结构的二叉树原理，演示地铁建设项目安全事故传播路径。在此基础上，引入动态贝叶斯网络（DBN）模型，选择影响地铁建设项目安全事故演变过程中的事故状态（??0,?,????）、处理措施（????）、环境状况（????）、事故单位或应急部门提供资源（????）作为DBN的节点变量，构建事故情景推演模型，并以佛山地铁2号线“2·7”透水坍塌事故作为地铁建设项目安全事故致因传播机理的研究对象，验证了DBN模型的有效性。　　其次，本文对地铁建设项目安全风险评价指标体系的构建。通过归纳总结提出了“S-R-O-H-S-D”原则，即系统性、代表性、可操作性、层次性、显著性、动态性。运用扎根理论，从4个维度初步构建地铁建设项目安全风险评价指标体系。考虑到指标体系要满足显著性（S）的基本原则，提出基于“扎根理论-统计方法”的地铁建设项目安全风险评价指标体系构建方法。从73指标中选取40个指标构建了地铁建设项目安全风险评价指标体系。在分析主观和客观权重的基础上，提出了基于最小偏差原则的ANP和灰色关联法的组合赋权算法。这种组合赋权方法不仅解决了评价人员的主观判断的问题，而且还解决了评价指标不确定性和模糊性的问题。　　再次，本文对地铁建设项目安全风险预警模型研究。基于时间序列ARMA(1,1)算法对地铁建设项目安全风险预警单因素短期风险状况进行预测分析。选取地铁建设项目基坑监测点累计沉降量原始数据：XF2和XF3中的5个监测点，采用Grubbs准则和Spline插值对原始样本监测数据预处理。样本监测数据预测分析借助Eviews软件实现，结果表明，ARMA(1,1)模型可以有效地进行短期风险状态预测。利用粒子群（PSO）的局部搜索和全局搜索的特点，实现支持向量机（SVM）模型参数的优化，实现地铁建设项目安全风险多因素系统级预警评价。选取地铁建设项目作为研究对象，通过发放调查问卷，得到18组样本数据。其中，12组作为地铁建设项目安全风险预测预警模型的训练样本，6组作为地铁建设项目的安全风险预测预警的检验样本。样本数据预测分析借助MATLABR2010b软件实现，预测结果表明，基于PSO-SVM模型预测的结果比未优化的SVM模型精度高且图形稳定，更适合对地铁建设项目多因素系统级预警分析。　　然后，本文对地铁建设项目安全风险应急预案生成机制分析。将案例推理（CBR）应用在地铁建设项目安全风险应急预案生成中，结合地铁建设项目的特点，构建了地铁建设项目安全风险应急预案体系；采用框架表示法，描述四元组案例表达式；提出了基于两阶段相似性的应对预案提取算法。针对应对预案的评估问题，构建了4个一级指标和23个二级指标组成的评估体系，提出了基于云模型理论和TOPSIS法相结合的地铁建设项目安全风险应急预案评估技术，以帮助专家根据现场的具体情况进行讨论分析和决策。　　最后，通过整合集成设计了地铁建设项目安全风险预警系统开发方案。采用B/S（浏览器/服务）体系开发设计地铁建设项目安全风险预警系统，同时考虑借助MATLAB软件进行运算，设计了利用中间件技术封装MATLAB工具包。为了解决无线传感网络（WSN）区域中传感器部署覆盖和连接问题，提出了一种基于改进整数线性规划（IILP）模型的WSN部署方案技术。在传统的基于整数线性规划（ILP）的覆盖模型中引入了连通性约束，并设置了直接连接和间接连接的决策变量，使得最小数量的WSN能够实现最大的覆盖范围（k），并在不同的覆盖范围（Rcov）和通信范围（Rcom）中保持连通性。基于改进整数线性规划（IILP）的WSN部署，可以从不同角度收集监测致因因素的数据信息，更加全面的反映了监测致因因素的实际情况，在一定程度上提高了网络收集数据的整体效率。开发设计地铁建设项目安全风险预警系统，将有助于提升地铁项目建设的安全作业水平和地铁项目建设的安全风险管理能力。同时，实现地铁建设项目的智能化、信息化、数字化的管理，为其提供快速、优质的安全风险管理保障措施。
作者：	胡军
专业：	土木工程
导师：	方俊
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2020