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基于贝叶斯网络和灰关联法的深大基坑可靠性分析

来源：985论文网添加时间：2020-05-14 11:53

摘要：随着中国的改革开放和城市化进程，城市化建设步伐加快，人们对地下空间的需求和发展日益增加，基础工作是高层建筑，铁路交通，地下空间的开发利用。作为建设阶段，这是非常重要的。基础工作周期长，开挖深度大，结构复杂，施工困难，与外部因素的相关性强，引起人们的高度重视。基础工作在施工过程中存在很大的不确定性，如果发生事故，不仅浪费大量金钱，而且还会对国家和人民生命财产造成巨大破坏。因此，有必要对基础项目施工过程中的潜在风险因素进行科学评估和有效的风险管理。

根据风险管理的理论基础，通过比较各个模糊风险因子与少量模糊风险因子的接近度来选择本文，从而构建了完整的矿坑施工风险评价指标体系。是的重建贝叶斯网络和灰关联法风险评估模型，使用贝叶斯网络链转移规则计算风险事件的概率类别分布，并划分风险类别以控制大深度矿坑的可靠性。

关键词：风险预测;风险诊断;贝叶斯网络

近年来，中国城市地下空间的发展急剧增长。在上海，天津和福建等沿海软土地区的地下空间开发中，无聊的灌溉桩被用作挡土墙，SMW方法的三轴搅拌桩被大量用作止水帘。几乎每年，都会发生大量的基础施工事故，生命财产损失极大。例如：2004年4月，在新加坡地下轨道交通Nicoll站的建设过程中发生了安全事故，由于地基工程被抛弃，直接造成4人死亡和3人受伤。

亏损6.7亿美元。2005年7月，三人在广州海珠广场的一个安全坑中丧生，另外四人受伤，附近一家七层楼的酒店倒塌。 2008年11月，广州地铁21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。其中，存在大量的基础围护结构浸出和破坏事故，因此评估基础建筑围护结构和防水幕布系统（钻孔灌注桩和SMW方法三轴搅拌桩）的施工风险尤为重要。

一、贝叶斯网络理论

（一）贝叶斯网络原理

贝叶斯网络是交通网络的另一种名称，并随着理论知识的发展而被贝叶斯扩展。目前，它是不确定因素分析中科学有效的模型之一，是一种基于随机推理规则将贝叶斯理论和图形网络理论相结合的方法。贝叶斯图（DAG）由变量节点和连接它们的弧组成，每个节点证明一个变量，节点的状态关系对应于风险因素发生概率的大小。是有向无环图（DAG）。变量之间的连接弧表示风险因素之间的相互作用。网络模型的参数主要是条件概率分布表。具有条件概率的贝叶斯网络模型基于贝叶斯方程。结合方向性和非周期性结构来确定风险因素之间的内部关系。

令G=(I,E)代表一种具有方向且没有循环结构的图形。公式里I是结构里面所有层次点的聚集体，E是结构中具有方向性的线段集; X = (Xi)i∈I, X代表结构中节点发生的随机变量，进而关于结构中X节点的联合概率表达式为:

(1一1)

X代表具有方向且没有循环结构G的Bayesian Network , pa(i)代表i产生的原因，对结构中任何一个节点的概率值都可以由联合分布函数求出:

(1一2)

参照上述公式，进一步得出Bayesian Network model联合概率分布公式:

“对每个相对于Xi的‘‘因变量Xj而言)(1一3)

图1-1 简单的贝叶斯网络模型

上述等式之间的差异主要表现在条件概率上，在贝叶斯网络模型中，只有一些与“ cause”变量相关的网络节点产生条件概率，并且这些节点彼此独立。有。当连接数较少时，可以使用贝叶斯函数有效地节省网络计算过程中的存储区域。

（二）构建贝叶斯网络的基本流程

确定贝叶斯网络结构。首先，大量掌握与该项目有关的所有理论知识以及国内外现有的参考书，将这些主题和相关元素转换为贝叶斯网络的节点，然后通过节点内部的因果关系，将每个节点最后构建了有向无向无环结构的贝叶斯网络模型。

创建概率表基于贝叶斯网络体系结构，贝叶斯网络模型中所有节点的功能概率值是根据专家根据经验汇编的变量与统计数据信息之间的相关性来计算的。然后，将函数值制成表格并作图以供参考。

二、基坑工程施工风险评估流程

（一）风险识别

风险管理的第一步是识别风险，即特定类型的工程风险和可能的风险因素。

识别风险是一项复杂的任务。在工程实践中，风险管理人员通常会根据迄今为止类似的工程经验来确定正在建设中的项目的潜在风险，但是不同的项目可能会有不同的风险，风险来源不同。因此，在风险的特定阶段，需要尽可能全面地考虑风险的类型和因素。

应始终进行风险识别。随着深层基础工作的进展和加深，风险会在时间和空间上发生变化，因此风险因素也会不时发生变化。即使我们刚刚执行了完整的风险识别任务，随着项目8的进行，现有风险可能会消失，而其他地方未曾出现过的风险可能会演变。风险识别应持续进行。

（二）风险分析

风险分析是量化风险的具体过程，风险分析的主要任务是创建风险列表以支持风险管理中的下一项任务。步骤如下：

（1）首先，考虑项目的风险属性，例如风险发生的时间和地点，量化已经确定的风险因素，并粗略估计其可能性。

（2）估算风险可能带来的后果的严重性，即估算风险损失，确定每个风险因素对风险事件的影响，并进行排名。

（3）确定风险事件的发生时间和可能受影响的范围，并创建风险分析列表。

（三）风险评估

根据风险分析的结果，确定每种风险的严重程度，并根据不同风险对建设项目各项预测指标的影响，制定不同的风险应对计划。指同时满足经济需求的需求。由于分析和评估是相互联系的，并且它们之间的界限相对模糊，因此通常有可能以相同的方式完成这两个过程。

（四）风险控恻

一旦完成风险分析和评估，管理员就可以根据风险评估的结果采取各种控制措施，以降低发生风险的可能性并将潜在的经济损失等保持在可接受的范围内。你呢风险控制方法包括风险规避，损失控制，风险转移和风险中止。风险规避是自愿放弃可能导致风险的投资行为，是最被动的风险处理方法。投资者回避风险，但从另一个角度考虑他们还放弃了目标收入。损失控制是通过创建风险响应计划来减少损失的可能性或减少由于风险引起的实际损失，并且可以分三个阶段进行控制：之前，期间和之后。风险转移是通过合同或保险将风险转移给另一个人或实体的风险处理。风险自我存在或冒险承担是一种主动风险管理的形式，并且风险自我存在可以是计划内的或计划外的。

（五）风险监控.

在建设项目的建设期间，是指对动态情况的全过程进行监督，例如风险的发展，并在必要的监督过程中进行必要的调整。风险会随着施工环境的变化而在时间和空间上发生变化，现有风险可能会消失，多种风险可能会相互冲突或导致独特的风险。监视的具体步骤如下：

（1）详细评估风险控制流程的正面或负面影响：

（2）实时识别新兴风险情况并识别新的风险因素：

（3）及时跟踪剩余风险的潜在变化和影响范围：

（4）制定风险应急措施，包括时间，地点，理由和具体的应对措施。

三、案例分析

（一）工程概况

关于三层地下综合设施的建设工作第一层和第二层地下层用于商业用途，第三层地下室长1.1公里，通过城市和停车场下方的道路东西向延伸。它支持2个方向的4条车道。与宝隆广场，板盛市和宁化地铁2号线实现了无缝连接。周边环境错综复杂，横穿工业道路，两条环路和白色道路，紧紧围绕着宝隆广场，万物广场，洪城麦里肯，F公馆，中央第五大道等商业机构，并穿过白马河直达大庆改河路是必要的，此外，它是与地铁2号线宁化站同时修建的。施工完毕，挖深14.8〜15.8m。基坑的总周长约为3,000 m。斜坡是浅挖的。基坑围护结构采用挡土桩和挡水帘，挡土桩采用现场挖出的灌溉桩，挡水帘具有CSM两轮搅拌挡水帘。三轴搅拌桩，MJS大直径高压旋流桩和RD法咬合桩。在地下室的每一层都设有一个水平支撑结构，在每个地下室都有一个基坑，并在垂直方向上安装一个柱子/桩作为柱子。地下室的天花板达到设计强度后，同时开始回填地面和地下挖土。。基地周围地区主要由粉状粘土，中砂和污泥组成，并富含地下水。本文主要评估围护结构和止水结构（钻孔灌注桩和SMW方法三轴搅拌桩）的施工风险。

（二）基坑围护结构施工风险计算

1.故障树顶事件

根据对全国130个矿井事故的调查，有7种主要的矿井施工事故类型：围护结构浸出，地下滑坡，不稳定的支护，踢破坏，突然破坏，机械损坏，地下管道和周围施工图3-1显示了物体被破坏和发生事故的可能性。

在本文中，具有最高发生概率的防护结构的浸出破坏被选为自上而下的事件。

图3-1 基坑事故类型与所占比例

2. 基坑围护结构故障树与贝叶斯网络模型

本文采用SMW法的钻孔灌注桩和三轴搅拌桩作为基坑围护和防水结构。当对其进行WBS分解时，根据图3-2所示，风险分解结构显示由于图3-2中图3-3的共同作用而可能产生的风险。分析因素并在图3-4中创建故障树4以简化数字，图3-5中未标记的符号的具体含义是：C；用于钻取和SMW方法三轴搅拌桩的溶解度不足。 D1不是及时支撑，D2是SMW法三轴搅拌桩的垂直偏差，D3是孔壁塌陷，D4是不均匀的浆液搅拌，D5是无杆镗床的高速，D6是D7是水管破裂，D8是大雨造成的水坑，D9是钻孔灌注桩的垂直偏差，D10是切割桩，D11是钻探不良的D12。

孔壁塌陷，D。液体D中的混合不均匀； D；快速取下钻机操纵杆D；由于停电而突然停止沉淀； D）水管爆裂； D）。 D为大雨蓄水。钻探桩的垂直偏差D1。要切割桩，D11不会清理孔，而D12的深度不足以将桩放入土壤中挖洞。

3.围护结构风险清单

表3-1显示了基于对故障树的调查和分析结果以及在上一节中创建的130个坑事故的风险列表。自然概率定义为事件发生次数与凹坑总数的商，即D1，D3，D和D。，D10和D12发生3次，D2和D发生6次，D； D发生两次，D;，C，发生一次，Dg和D11发生0次，处理0.1次。归一化同一层风险事件发生次数比率的是事件相对于上层风险事件的重要性。

4. 风险事件发生概率

从事故统计中，通过贝叶斯网络线性推断计算出周围结构浸出破坏树的任何基本事件的自然概率，并获得了周围结构浸出与其他风险事件的联合概率，如表4所示。我明白了非根节点风险事件的对数概率由公式（2）计算。参见表5。

5.风险事件后果损失

通过分析全国130处矿井事故中防护结构浸出的统计数据，并与专家调查方法相结合，对防护结构浸出的每个基本事件q进行计算，得到公式（6）。然后，从等式（7）和（8）获得非根节点风险事件的模糊对数损失率C，如表6所示。

6.风险值与风险等级的确定

通过结合表3-1和表3-2，可以从等式（1）中获得每个非根节点的风险事件的风险值；表3-3此外，将该风险值代入相关函数（11）￣（15），以获得相关向量。表3-4显示了基于最大依赖原则形成的风险等级。

表3-2风险事件发生概率

表3-3风险事件发生的对数概率

表3-4 风险事件的模糊对数损失率

从表3-5中可以看出，周围结构没有浸出破坏，蜂窝壁分层，接缝移位，无沉淀力，无聊灌注桩断裂的危险等级均为4级。挡水桩和挡土桩的非均匀风险等级为3级。这与福州满宝市地下综合体的实际建设相符。由于该基坑位于软土区，地质主要是黏土，中砂和淤泥，地下水丰富，周围环境复杂，周围防护结构施工的风险普遍存在。

表3-5 风险事件的风险值

表3-6 风险事件隶属向量及风险等级

结束语

基于风险识别与评估理论，构建了围护结构与止水结构（SMW法的灌注桩，三轴搅拌桩）浸出破坏的故障树和贝叶斯网络模型，并基于贝叶斯网络进行了模糊综合评价。综上所述，对福州万宝城地下综合体的建设进行了风险评估，得出以下结论。

（1）坑保护结构的安全性受多种因素影响，存在不确定性和含糊性，在对全国130例坑坑事故进行调查的基础上，本文采用WBS-RBS失效树方法。利用数据对危险因素进行分析，数据来源可靠，基坑防护结构的安全性评价更加合理，评价结果高度可靠。

2）在该结构的示例中，沥滤和破坏防水结构，墙体蜂窝分层，接缝移位，沉淀力和钻孔桩破坏的风险等级为4级，这是高风险等级，后果是严重的，破坏程度很大。阻水桩与阻水桩之间的风险等级不统一为3级，是风险等级的一般等级，结果比较严重，会造成一定范围的破坏。要加强风险管理，采取合理有效的风险规避措施，避免发生风险事故。

3）由于缺乏事故数据，有一种方法可以让专家记录基本事件的对数丢失率概率，因此评估结果是主观的。

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