本發(fā)明一般涉及屬于隧道信息化施工，并且更具體地，涉及基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)場(chǎng)不僅是重要的交通樞紐，還涉及到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)際交流的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。機(jī)場(chǎng)的任何功能故障或結(jié)構(gòu)損害都可能導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)公眾信任的影響。因此，在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行隧道開挖工程時(shí)，確保施工安全和減少對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)影響是首要任務(wù)。隧道開挖往往伴隨著大量土體移動(dòng)和地下空間的變化，這可能導(dǎo)致地表沉降。在機(jī)場(chǎng)區(qū)域，地表沉降不僅危及機(jī)場(chǎng)建筑物的結(jié)構(gòu)安全，還可能影響跑道、滑行道和地面交通系統(tǒng)的正常使用。機(jī)場(chǎng)隧道開挖項(xiàng)目需要一套能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)沉降風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)需要能夠在施工前預(yù)測(cè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，同時(shí)在施工過程中不斷更新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以便及時(shí)采取措施減少損害。

2、現(xiàn)有隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法往往停留在靜態(tài)評(píng)估或施工后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段，一方面，傳統(tǒng)的靜態(tài)評(píng)估模型通?；诔跏嫉刭|(zhì)調(diào)查和設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在施工過程中已缺乏準(zhǔn)確性，因施工活動(dòng)和環(huán)境條件的變化可能導(dǎo)致初步預(yù)測(cè)失效；另一方面，施工后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通常只能用于事后處理，而不能預(yù)防或減輕正在進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)，這限制了應(yīng)對(duì)措施的及時(shí)性和有效性。綜上所述，為了提高風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)效性和適應(yīng)性，需要一種更為動(dòng)態(tài)和連續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，能夠在施工過程中即時(shí)更新風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，并對(duì)策略進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法。本方案可以用于機(jī)場(chǎng)隧道開挖導(dǎo)致地表沉降的動(dòng)態(tài)、即時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該方法包括如下步驟：

2、(1)機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降信息獲?。喊C(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和知識(shí)；

3、(2)地表沉降風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建：根據(jù)領(lǐng)域知識(shí)和歷史資料對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件與各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)確定相互影響關(guān)系，建立以風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；

4、(3)地表沉降風(fēng)險(xiǎn)孿生推演：通過所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將所述風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，即時(shí)估計(jì)各節(jié)點(diǎn)的重要度及其相互之間的作用程度；輸入持續(xù)更新的數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合最大似然估計(jì)方法來更新參數(shù)；對(duì)地表沉降風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)推演，獲得機(jī)場(chǎng)隧道開挖可能導(dǎo)致地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)事件鏈以及風(fēng)險(xiǎn)事件的概率；

5、(4)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估：結(jié)合所述風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(高、中、低)，通過風(fēng)險(xiǎn)推演計(jì)算在不同條件下觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的閾值，同時(shí)將動(dòng)態(tài)計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)事件概率結(jié)果映射到不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，獲得隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估結(jié)果。

6、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)包括隧道地質(zhì)條件、隧道設(shè)計(jì)、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、施工工法；

7、地質(zhì)條件：包括巖體特性、地下水位、巖石物理參數(shù)等；

8、隧道設(shè)計(jì)：包括隧道埋深、支護(hù)類型等；

9、施工方法：包括銑挖法、盾構(gòu)法等；

10、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：包括地表監(jiān)測(cè)斷面、各點(diǎn)位沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等；

11、所述知識(shí)包括機(jī)場(chǎng)建筑變形控制標(biāo)準(zhǔn)、沉降風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系(包括一級(jí)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo))及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(描述機(jī)場(chǎng)隧道開挖地表沉降風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的危險(xiǎn)程度，一般為高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn))。具體的機(jī)場(chǎng)建筑變形控制標(biāo)準(zhǔn)包括施工區(qū)域與周邊產(chǎn)生的沉降差異、道面傾斜標(biāo)準(zhǔn)、停機(jī)坪或跑道變形控制標(biāo)準(zhǔn)等。

12、優(yōu)選的，所述利用貝葉斯方法建立以風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，包括：

13、根據(jù)所述沉降風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，確定影響地表沉降的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)i；

14、i＝{g,m,d,s,r}

15、式中g(shù)為地質(zhì)條件、m為施工方法、d為建筑變形量、s為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、r為地表沉降風(fēng)險(xiǎn)；

16、將每個(gè)指標(biāo)抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將風(fēng)險(xiǎn)事件“地表沉降風(fēng)險(xiǎn)”抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；

17、根據(jù)領(lǐng)域知識(shí)確定節(jié)點(diǎn)之間的依賴關(guān)系；

18、將所述節(jié)點(diǎn)之間的依賴關(guān)系抽象為有向線段，將風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及風(fēng)險(xiǎn)事件連接起來得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；

19、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)建模，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和專家知識(shí)，確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的依賴關(guān)系及其條件概率表；

20、依次對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

21、優(yōu)選的，所述地表沉降風(fēng)險(xiǎn)孿生推演中，首先將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其次確定概率分布：

22、對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，基于收集的數(shù)據(jù)確定其概率分布，利用粗糙集分類原理，計(jì)算根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率：

23、

24、上式中，p為先驗(yàn)概率或條件概率，表示某種風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)或指標(biāo)狀態(tài)的概率，i1，i2，i3為某類關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，i,j,k為風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(如高中低風(fēng)險(xiǎn))，m為頻數(shù)，n為總樣本數(shù)；

25、輸入持續(xù)更新的數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，指使用實(shí)時(shí)或最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來調(diào)整和優(yōu)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)，結(jié)合最大似然估計(jì)方法來更新參數(shù)：

26、

27、θ為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，表示網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)指標(biāo)節(jié)點(diǎn)的條件概率分布的參數(shù)集合，n為樣本數(shù)，i為某個(gè)樣本，p為上述概率函數(shù)，xi為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)值，pa(xi)為節(jié)點(diǎn)xi的父節(jié)點(diǎn)集合；

28、對(duì)地表沉降風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)推演，獲得機(jī)場(chǎng)隧道開挖可能導(dǎo)致地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)事件鏈以及風(fēng)險(xiǎn)事件的概率；

29、同時(shí)將動(dòng)態(tài)計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)事件概率結(jié)果映射到不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，獲得隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估結(jié)果。

30、以此方式，可以解決現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法在實(shí)際工程施工脫節(jié)嚴(yán)重、時(shí)效性不夠、精細(xì)化程度不足的問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包括隧道地質(zhì)條件、隧道設(shè)計(jì)、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、施工工法；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，所述利用貝葉斯方法建立以風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，所述地表沉降風(fēng)險(xiǎn)孿生推演中，首先將所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其次確定概率分布：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了基于數(shù)字孿生的機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法，包括：機(jī)場(chǎng)隧道開挖沉降信息獲?。坏乇沓两碉L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型構(gòu)建，根據(jù)領(lǐng)域知識(shí)和歷史資料對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件與各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)確定相互影響關(guān)系，建立以風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；地表沉降風(fēng)險(xiǎn)孿生推演，通過持續(xù)更新的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)地表沉降風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)推演，獲得機(jī)場(chǎng)隧道開挖可能導(dǎo)致地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)事件鏈以及風(fēng)險(xiǎn)事件的概率；隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估，將動(dòng)態(tài)計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)事件概率結(jié)果映射到不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，獲得隧道開挖沉降風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估結(jié)果。以此方式，可以解決現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法在實(shí)際工程施工脫節(jié)嚴(yán)重、時(shí)效性不夠、精細(xì)化程度不足的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李貴民,丁文云,姚賀冬,何毅,劉璐,李國(guó)金,郭永發(fā),楊進(jìn)京,劉勇,裴起帆,羅竹,鄒毅,李永貴,楊昌宇,王化武,馮智衛(wèi),張金榮,張可軍,殷洪波,羅勝利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28