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原文传递基于全寿命期风险分析的路堑与隧道方案决策研究

论文题名：	基于全寿命期风险分析的路堑与隧道方案决策研究
关键词：	全寿命期;风险分析;路堑;隧道方案;多目标决策;成本风险;环境影响评价;工期损失;工程建设;滑坡风险;人员伤亡;风险定量分析;定量分析方法;隧道塌方;常规风险;施工期;运营;项目;塌方冒顶;可靠性
摘要：	深挖路堑方案与浅埋隧道方案之间的决策普遍存在于山岭重丘区公路及铁路建设中。实际操作中，在工程技术均可行的前提下，主要是考察经济的合理性，在营运成本相差不大的情况下，以建设成本决定方案的优越性。然而，工程建设项目是一个周期长、投资大、技术要求高、系统复杂的生产和消费过程，在工程建设全寿命期内难免会受到各种各样风险因素的影响。本论文依托交通部西部科技项目--山区高速公路工程风险分析与控制对策研究(项目编号：2006318799107)，基于多目标决策理论，通过分析不同方案施工期内的常规成本风险、常规工期风险、施工期偶然风险导致的人员伤亡、经济损失和工期损失，以及运营期内的运营维护成本、方案可靠性和环境影响评价等指标，将全寿命理念和风险定量分析方法融入方案决策，构建了路堑与隧道方案的决策模型，并利用Monte-Carlo仿真技术，以MATLAB为平台开发了“基于全寿命期风险分析的工程方案决策系统”。论文取得的主要研究成果如下：　　 (1)根据工程建设中风险的特点，将风险分为常规风险和偶然风险进行分析，阐述了常规风险与偶然风险的含义。认为常规风险是必然发生的风险，由它导致的常规工期和成本风险是在项目能够按原计划顺利实施且无重大偶然风险发生时的工期和成本，一般可用连续的概率分布表示。工程建设中可能发生的重大的对工程造成较严重后果的风险属于偶然风险，这类风险是不确定性风险，可能发生也可能不发生，但一旦发生就会导致严重的后果，偶然风险事故是导致工程能否顺利完工的主要原因。　　 (2)阐述了常规工期风险和常规成本风险的计算方法。根据规划评审技术PERT原理，运用Monte-Carlo仿真技术，综合考虑影响各施工工序持续时间的常规风险因素，得到工程项目的工期分布图。结合各施工工序的特征，将各工序的成本分为时间相关成本、数量相关成本和固定成本计算，考虑成本构成要素的不确定性，通过对各工序的成本求和得到工程总成本分布图。基于此绘制工程项目的常规成本-工期散点图。　　 (3)提出了滑坡风险的定量分析方法，详细阐述了滑坡风险分析过程。在总结前人研究的基础上，提出了滑坡风险易损性定量评价模型；以力学计算为基础，利用不同的数值模拟手段，辨识出最危险的滑坡场景，预测滑坡发生的概率以及滑坡体的体积、可能影响的区域，从而确定承险体的种类、数量和分布情况，在此基础上进行后果分析；借鉴“球与盒子”的经典概率问题提出了人员伤亡的分析方法；基于事件树原理，采用Monte-Carlo技术定量的分析了滑坡风险导致的后果损失(人员伤亡、经济损失和工期损失)，从而得到滑坡风险的损失分布。　　 (4)详细论述了隧道塌方冒顶风险的分析过程，提出了隧道塌方冒顶风险的定量分析方法。根据可靠度理论，预测隧道塌方发生的概率；根据围岩性质及已有统计数据，运用普氏压力拱理论计算出塌方的长度、跨度以及塌方形成的空腔面积，从而确定加固所需建筑材料数量，得到加固措施所需费用；与滑坡风险定量分析类似，基于事件树原理和Monte-Carlo方法对人员伤亡和工期损失进行预测，最终得到隧道塌方冒顶风险导致的损失分布。　　 (5)对工程方案的全寿命周期成本进行分析，改进了方案运营维护成本的计算方法。通过引入维修费用增长率系数，体现了结构随使用年限的增加发生老化和耐久性降低的趋势。　　 (6)运用模糊综合评判法和模糊层次分析法，对不同方案的可靠性及环境影响进行评价。以长期稳定性、可维修(护)性及结构变异(病害)及其它因素等作为方案可靠性因素集的基本层；通过对社会环境影响、生态环境影响和自然环境影响三类环境影响因素集的评价评判方案的环境影响指标。　　 (7)分析总结了常用的多目标决策集结算子，对模糊判断矩阵的构造方法、排序方法以及一致性检验方法进行了深入讨论，指出各种方法的长处与不足。确定采用加权几何平均算子(WGA)对单个决策者的决策信息进行集结，完成个体决策；采用组合加权几何平均算子(CWGA)对多个决策者的决策信息进行集结，完成群决策。　　 (8)根据风险定量分析过程以及选定的多目标决策方法，基于MATLAB平台开发了“基于全寿命期风险分析的工程方案决策系统”，其中包括施工期分析、运营期分析和多目标决策三个模块。施工期分析模块包括对常规工期风险、常规成本风险、以及偶然风险导致的人员伤亡、工期损失和经济损失进行分析；运营期分析模块包括对运营成本进行计算，对方案可靠性和环境影响评价；决策模块可提供个体决策以及群决策，可基于施工期的5个指标或全寿命期的8个指标进行决策。
作者：	李志宏
专业：	隧道及地下建筑工程
导师：	黄宏伟;薛亚东
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文