專利名稱：基于數據融合分析的深基坑風險評估方法
技術領域：
本發明涉及房屋建筑、軌道交通、市政設施等工程的深基坑工程施工風險評估方法，尤其是一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法。
背景技術：
隨著國內外地下空間開發的高速發展，基坑工程呈現“大、深、緊、近”的趨勢，其施工難度和風險越來越大，如何控制深基坑工程的施工風險成為國內外關注的熱點。深基坑工程具有區域性、綜合性、不確定性等特點，不同的基坑工程面臨的風險亦不相同。隨著工程的進展，同一個基坑工程受地質條件、施工工況變化的影響，其面臨的風險亦會發生變化。因此，準確評估基坑工程的風險需要對其進行全過程、針對性的綜合評價分析。經對現有技術文獻檢索發現，中國專利申請號201110204623. 7，發明名稱基坑 工程動態風險評估和管理方法，公開號CN102289734A，該專利自述為本發明涉及一種基坑工程動態風險評估與管理方法，包括以下步驟1)采用德爾菲法識別基坑工程風險因素并分類；2)根據基坑工程風險發生概率、風險損失和風險可控制性三個指標的等級標準，衡量估計風險；3)采用基于三角模糊數的改進層次法和模糊綜合評判法，評價基坑工程風險；4)根據風險評價結果，提出風險應對決策；5)對基坑工程風險進行跟蹤監控，如有新的風險源，返回步驟I)。可見，目前深基坑風險評估方法主要借助專家判斷、概率統計來給出基坑工程面臨的風險。然而，如果無法提供足夠的信息，基于專家判斷進行的基坑風險評估往往具有一定的局限性。最為典型的事故案例是新加坡地鐵環線C824標明挖區段隧道，該基坑在挖至第十道支撐時發生圍護體系完全崩潰，釀成4人死亡的重大事故。其實在該事故發生前監測數據已經有一定的跡象顯示工程面臨很大的風險，然而采用基于專家判斷的風險評估方法沒有確定真正的風險源，最終導致悲劇的發生。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種融合大量數據信息，能夠準確評估深基坑風險的基于數據融合分析的深基坑風險評估方法。為實現上述技術效果，本發明公開了一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法，其特征在于，所述評估方法主要包括以下步驟a.借助計算機輔助技術建立基坑工程的三維數字模型；b.將基坑施工階段的施工參數和監測數據輸入三維數字模型中；c.對基坑受力變形特性進行計算，并將計算數據輸入三維數字模型；d.在三維數字模型中將所述計算數據、施工參數和監測數據進行數據融合分析，作出當前基坑的風險評估；e.重復上述步驟ITd,直至完成基坑施工全過程的基坑風險評估。本發明進一步的改進在于，利用桿系有限元方法對基坑受力變形特性進行計算，并在得出當前基坑的風險評估后利用反分析的方法，調整所述桿系有限元方法的計算參數，對工程后續施工進行預測。本發明進一步的改進在于，所述三維數字模型包括初始信息基坑尺寸、圍護結構、支撐體系、周邊環境和監測測點布置。本發明進一步的改進在于，所述基坑施工階段的施工參數和監測數據包括圍護結構施工、基坑開挖、支護、結構施工、基坑降水的相關信息。本發明進一步的改進在于，基坑施工階段的施工參數和監測數據在輸入三維數字模型后，被自動生成施工日志和監測報表。本發明進一步的改進在于，所述基坑的風險評估包括桿系有限元計算結果、監測數據的風險靜態評估、動態評估以及各項相關數據間關聯特征是否異常的風險評估。本發明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果是借助計算機輔助技術建立的基坑工程三維數字模型，可以完整記錄并形象顯示基坑施工的所有信息，并可以 自動生成施工日志和監測報表，便于施工人員或技術人員操作，省卻了基坑工程復雜施工信息的記錄工作。結合有限元分析技術、傳統的靜態評估、單監測項動態評估以及多監測項相關性評估的風險評估方法，克服了傳統風險評估方法模糊評判的缺點，通過進行大量的數據融合，全面判斷工程進展過程中存在的一系列風險源，并提出針對性策略，智能化程度非常高。該方法還可以利用學習模式，增加或修正風險判斷準則，從而不斷完善風險評估的準確性。
具體實施例方式為利于對本發明結構的進一步了解，下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。本發明的一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法首先借助計算機輔助技術建立深基坑工程的三維數字模型，該模型可以反映基坑工程的三維特征，包括基坑圍護結構的類型和尺寸、支撐體系的類型和埋深、基坑開挖方式和深度等參數。在深基坑工程施工階段，在該模型中輸入施工工況和監測數據，并生成施工日志和監測報表。借助融合大量工程數據的數字模型，結合桿系有限元方法，對施工各階段的基坑受力變形情況進行預測。通過綜合分析計算結果和各項監測數據，對工程中存在的風險進行預警，確定工程的風險狀況和風險源。然后，利用反分析的方法，調整有限元方法的計算參數，對工程后續施工進行預測。本發明的一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法，主要包括以下步驟I)借助計算機輔助技術建立基坑工程的三維數字模型，初始信息包括基坑尺寸、圍護結構、支撐體系、周邊環境、監測測點布置等。2)在基坑施工階段，將與基坑各施工工況(包括圍護結構施工、基坑開挖、支護、結構施工、基坑降水等)相關的施工信息和監測數據輸入三維數字模型中，并隨工程的進展即時更新。3)借助桿系有限元技術對各工況下基坑的受力變形特性進行分析，將分析結果與三維數字模型中的工況、各項監測數據進行數據融合分析，進行風險的靜態評估、動態評估和參數相關性評估。4)通過風險評估對工程當前面臨的風險源進行預警，并給出風險等級和針對性策略。5)結合基坑監測數據、有限元計算結果，借助反分析技術修正桿系有限元模型的計算參數，然后利用該計算參數進行后續施工的基坑受力變形預測。6)重復步驟2) 步驟5)，進行基坑施工全過程的基坑風險評估，達到控制基坑風險的目的。本發明在上海地鐵某車站基坑工程中實施，該基坑為地鐵換乘站，且緊鄰高層建筑、運營地鐵車站、蘇州河等敏感建筑物，最大開挖深度達33. lm，是上海地區開挖深度最大的地鐵車站基坑。由于該基坑工程面臨一定的施工風險，因此采用本發明對該基坑工程進行風險評估和控制。在基坑施工前根據設計、勘察資料建立基坑工程的三維數字模型，從基坑地下連續墻施工階段開始將地墻、樁基、加固、開挖、支撐、結構等各工序的施工參數輸入模型中。 借助該數字模型，每天生成施工日志和監測報表提供給工程人員。根據施工工況，利用桿系有限元法對基坑受力變形特性進行分析。將計算數據與監測數據、工程相關信息進行融合分析，通過風險靜態評估、動態評估和多監測參數相關性評估多種手段，對工程風險進行評估，給出工程面臨的風險等級和針對性策略。由于這種數據融合分析是即時、持續的，因此對深基坑工程施工風險的評估也是全過程的，從而有效控制了工程中面臨的施工風險。從以上描述可以了解，本發明的基于數據融合分析的風險評估方法中，基坑工程的三維數字化模型可以快速生成施工日志和監測報表，避免了人為失誤導致的數據缺失，保障工程數據的完整性。另外，通過對施工過程中的施工參數、監測數據、有限元計算數據進行數據融合分析，對基坑工程施工全過程的施工風險進行即時評估，能夠全面、準確地進行風險的預警，方便工程師及時地發現工程中存在的具體風險源，采取針對性措施，將風險扼殺于萌芽。這種風險評估方法避免了傳統風險評估的模糊性和不確定性，使工程師能夠抓住風險控制的重點，節省大量的人力、物力。以上結合實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法，其特征在于，所述評估方法主要包括以下步驟 a.借助計算機輔助技術建立基坑工程的三維數字模型； b.將基坑施工階段的施工參數和監測數據輸入三維數字模型中； c.對基坑受力變形特性進行計算，并將計算數據輸入三維數字模型； d.在三維數字模型中將所述計算數據、施工參數和監測數據進行數據融合分析，作出當iu基坑的風險評估； e.重復上述步驟ITd,直至完成基坑施工全過程的基坑風險評估。
2.如權利要求I所述的評估方法，其特征在于，利用桿系有限元方法對基坑受力變形特性進行計算，并在得出當前基坑的風險評估后利用反分析的方法，調整所述桿系有限元方法的計算參數，對工程后續施工進行預測。
3.如權利要求I所述的評估方法，其特征在于，所述三維數字模型包括初始信息基坑尺寸、圍護結構、支撐體系、周邊環境和監測測點布置。
4.如權利要求I所述的評估方法，其特征在于，所述基坑施工階段的施工參數和監測數據包括圍護結構施工、基坑開挖、支護、結構施工、基坑降水的相關信息。
5.如權利要求I所述的評估方法，其特征在于，基坑施工階段的施工參數和監測數據在輸入三維數字模型后，被自動生成施工日志和監測報表。
6.如權利要求I所述的評估方法，其特征在于，所述基坑的風險評估包括桿件有限元計算結果、監測數據的風險靜態評估、動態評估以及各項相關數據間關聯特征是否異常的風險評估。
全文摘要
本發明公開了一種基于數據融合分析的深基坑風險評估方法，借助計算機輔助技術建立的基坑工程三維數字模型，可以完整記錄并形象顯示基坑施工的所有信息，并可以自動生成施工日志和監測報表，便于施工人員或技術人員操作，省卻了基坑工程復雜施工信息的記錄工作。結合有限元分析技術、傳統的靜態評估、單監測項動態評估以及多監測項相關性評估的風險評估方法，克服了傳統風險評估方法模糊評判的缺點，通過進行大量的數據融合，全面判斷工程進展過程中存在的一系列風險源，并提出針對性策略，智能化程度非常高。該方法還可以利用學習模式，增加或修正風險判斷準則，從而不斷完善風險評估的準確性。
文檔編號G06F17/50GK102880918SQ20121035639
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者朱雁飛, 潘偉強, 王建華, 陳錦劍, 侯永茂, 沈尉, 杜毅 申請人:上海隧道工程股份有限公司, 上海交通大學