CN112101757A - 一种深基坑施工安全风险评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深基坑施工安全风险评估方法，包括根据基坑参数，构建基坑数值模型；采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；运用证据推理算法计算t时刻和t+1时刻的基坑风险值；根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。同时公开了相应的系统。本发明充分利用定量风险属性指标值和定性风险属性指标值进行基坑风险评估，符合技术规范，准确度更高。

Description

一种深基坑施工安全风险评估方法及系统
技术领域
本发明涉及一种深基坑施工安全风险评估方法及系统，属于深基坑施工风险控制领域。
背景技术
深基坑工程施工是一项复杂的系统工程，一直以来对其施工过程安全风险控制都是业界关注的焦点，尤其是近年来，随着我国城市基础设施建设的快速发展，城市深基坑工程数量不断增多，深基坑邻近重要建筑物、深基坑邻近桥梁、深基坑邻近地下管线等情况越来越普遍，由深基坑施工引发环境安全事故的现象屡见不鲜，因此愈发引起人们对深基坑施工安全的重视。在深基坑施工过程中，基于现场监测信息对其施工状态进行实时风险评估是深基坑施工安全风险控制的关键。
《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009明确要求：基坑工程的现场监测应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法，但是目前既有的基坑风险评估方法主要依赖于仪器监测数据(即定量风险属性指标对应数据)，而对施工人员现场巡视检查所得数据(即定性风险属性指标对应数据)利用不足，不符合技术规范。
发明内容
本发明提供了一种深基坑施工安全风险评估方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种深基坑施工安全风险评估方法，包括，
根据基坑参数，构建基坑数值模型；
采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；
响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；
根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值；
根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
基坑参数包括基坑平面尺寸、开挖深度、支护结构尺寸、支撑间距、土层分布信息、地下水位标高、土体力学指标、土体本构关系、支护结构力学指标、基坑周边环境参数。
所有二级风险属性指标归属于若干一级风险属性指标，一级风险属性指标包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边环境、施工工况。
计算基坑风险值的过程为，
根据同一二级风险属性指标的若干值，运用证据推理算法计算二级风险属性指标风险值；
根据同一一级风险属性指标下的各二级风险属性指标风险值，运用证据推理算法计算一级风险属性指标风险值；
根据所有一级风险属性指标的风险值，运用证据推理算法计算基坑风险值。
所有风险值均为置信结构，其中，二级风险属性指标风险值结构如下，
定量风险属性指标对应的风险值：
Figure BDA0002664821850000031
其中，Xij为第i个一级风险属性指标下的第j个二级风险属性指标，
Figure BDA0002664821850000032
为二级风险属性指标Xij对应的风险值，Rk为预设的第k个风险等级，
Figure BDA0002664821850000033
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk的置信度；
Figure BDA0002664821850000034
其中，
Figure BDA0002664821850000035
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk+1的置信度，Ak为Rk对应的标准值，Ak +1为Rk+1对应的标准值；
定性风险属性指标对应的风险值：
Figure BDA0002664821850000036
其中，
Figure BDA0002664821850000037
响应于预测的t时刻风险属性指标值与现场监测的t时刻风险属性指标值差别不在预设范围内，通过调整基坑参数调整基坑数值模型，直到预测的t时刻风险属性指标值与现场监测的t时刻风险属性指标值差别在预设范围内。
根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，计算t时刻基坑风险变动趋势，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
一种深基坑施工安全风险评估系统，包括，
模型模块：根据基坑参数，构建基坑数值模型；
前时刻预测模块：采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；
后时刻预测模块：响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；
风险值计算模块：根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值；
评估报告模块：根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行深基坑施工安全风险评估方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行深基坑施工安全风险评估方法的指令。
本发明所达到的有益效果：1、本发明充分利用定量风险属性指标值和定性风险属性指标值进行基坑风险评估，符合技术规范，准确度更高；2、本发明基坑巡检信息录入与基坑风险评估同步化，从而为及时掌握基坑安全风险水平提供最直接的依据；3、本发明获得的基坑风险值用置信结构形式表达，使得评估结果更加客观、可信。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为指标构成图；
图3为定量风险属性指标风险等级标准一览表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种深基坑施工安全风险评估方法，包括以下步骤：
步骤1，根据基坑参数，构建基坑数值模型。
人为录入基坑参数并设置风险属性指标，然后根据基坑参数，构建基坑数值模型；其中，基坑参数包括基坑平面尺寸、开挖深度、支护结构尺寸、支撑间距、土层分布信息、地下水位标高、土体力学指标、土体本构关系、支护结构力学指标、基坑周边环境参数等；其中，前六类参数为不可调整参数，后五类参数为可调整参数。
设置风险属性指标包括选择一级风险属性指标、选择二级风险属性指标、为各一级风险属性指标分配权重、指定二级风险属性指标类型(定量/定性)、确定各二级风险属性指标被划分的风险等级，为各定量风险属性指标的风险等级标准赋值。
如图2所示，一级风险属性指标包括支护结构X1、地下水状况X2、基坑底部及周边土体X3、周边环境X4、施工工况X5；每个一级属性指标下包括若干个二级风险属性指标，即所有二级风险属性指标归属于若干一级风险属性指标。
比如，对于安全等级为一级，采用钻孔灌注桩+内支撑作为支护结构的深基坑工程，其支护结构属性指标下包括的二级风险属性指标可分为：桩顶水平位移、桩顶竖向位移、土体深层水平位移、立柱竖向位移、支撑轴力、支护结构成型质量、冠梁、支撑、围檩有无裂缝、止水帷幕有无渗漏等。
二级风险属性指标包括定量风险属性指标和定性风险属性指标，图中二级风险属性指标有18个X11～X54，其中X11、X12、X13、X14、X21、X31、X41、X42为定量风险属性指标，其他为定性风险属性指标，具体见图3。
步骤2，采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值。
步骤3，比对预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值；若两者差别在预设范围内，则采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；若两者差别不在预设范围内，转至步骤1；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值。
考虑到各二级风险属性指标的监测(检查)频率并不完全一致，故在t时刻未赋值的指标，其指标值继续沿用t-1时刻对应的指标值。在t+1时刻的二级风险属性指标值部分来源于模型预测结果，部分继续沿用t时刻对应的指标值。
步骤4，根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值。
计算基坑风险值的过程如下：
1)根据同一二级风险属性指标的若干值，运用证据推理算法计算二级风险属性指标风险值；
2)根据同一一级风险属性指标下的各二级风险属性指标风险值，运用证据推理算法计算一级风险属性指标风险值；
3)根据所有一级风险属性指标的风险值，运用证据推理算法计算基坑风险值。
采用证据推理算法进行风险值计算时，各测点权重以及各二级风险属性指标均采用信息熵法算出，一级风险属性指标权重由专家根据监测对象的重要性程度予以判定，所有风险值均为置信结构形式。
定量风险属性指标划分为四个风险等级：R1—不可接受风险、R2—不愿接受风险、R3—可接受风险、R4—可忽略风险。对应的风险等级标准值依次为：A1—指标控制值、A2—85％*指标控制值、A3—70％*指标控制值、A4—50％*指标控制值。
定量风险属性指标对应的风险值：
Figure BDA0002664821850000071
其中，Xij为第i个一级风险属性指标下的第j个二级风险属性指标，
Figure BDA0002664821850000072
为二级风险属性指标Xij对应的风险值，Rk为预设的第k个风险等级，
Figure BDA0002664821850000073
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk的置信度；
Figure BDA0002664821850000074
其中，
Figure BDA0002664821850000075
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk+1的置信度，Ak为Rk对应的标准值，Ak +1为Rk+1对应的标准值；
定性风险属性指标对应的风险值：
Figure BDA0002664821850000076
其中，
Figure BDA0002664821850000077
由巡视检查人员根据经验判定，
Figure BDA0002664821850000078
步骤5，根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，计算t时刻基坑风险变动趋势，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，计算t时刻和t+1时刻的基坑风险效用值，根据基坑风险效用值，计算t时刻基坑风险变动趋势。
各风险等级(R1～R4)对应的效用值依次为：U(R1)＝1、U(R2)＝0.7、U(R3)＝0.4、U(R4)＝0，则某一时刻基坑风险效用值
Figure BDA0002664821850000081
其中αk为某个二级风险属性指标被评价为Rk的置信度。
风险评估报告的内容包括基坑参数、t时刻基坑风险属性指标值、t时刻基坑风险值、t时刻基坑风险变动趋势；其中t时刻基坑风险变动趋势＝t+1时刻的基坑风险效用值/t时刻的基坑风险效用值，其值大于1，说明风险有继续增大趋势，其值等于1，说明风险较稳定，其值小于1，说明风险有减小趋势。
上述方法充分利用定量风险属性指标值和定性风险属性指标值进行基坑风险评估，符合技术规范，准确度更高。基坑现场巡视检查是基坑安全管理人员每天都需做的工作，巡检结果通常也以施工日志或安全台账的形式记录下来，但这种记录仅仅是对现场检查结果的定性描述，并不能直观反映基坑安全水平，上述方法实现基坑巡检信息录入与基坑风险评估同步化，从而为及时掌握基坑安全风险水平提供最直接的依据。上述方法获得的基坑风险值用置信结构形式表达，使得评估结果更加客观、可信。
一种深基坑施工安全风险评估系统，包括，
模型模块：根据基坑参数，构建基坑数值模型；
前时刻预测模块：采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；
后时刻预测模块：响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；
风险值计算模块：根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值；
评估报告模块：根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行深基坑施工安全风险评估方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行深基坑施工安全风险评估方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：包括，
根据基坑参数，构建基坑数值模型；
采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；
响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；
根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值；
根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
2.根据权利要求1所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：基坑参数包括基坑平面尺寸、开挖深度、支护结构尺寸、支撑间距、土层分布信息、地下水位标高、土体力学指标、土体本构关系、支护结构力学指标、基坑周边环境参数。
3.根据权利要求1所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：所有二级风险属性指标归属于若干一级风险属性指标，一级风险属性指标包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边环境、施工工况。
4.根据权利要求3所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：计算基坑风险值的过程为，
根据同一二级风险属性指标的若干值，运用证据推理算法计算二级风险属性指标风险值；
根据同一一级风险属性指标下的各二级风险属性指标风险值，运用证据推理算法计算一级风险属性指标风险值；
根据所有一级风险属性指标的风险值，运用证据推理算法计算基坑风险值。
5.根据权利要求4所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：所有风险值均为置信结构，其中，二级风险属性指标风险值结构如下，
定量风险属性指标对应的风险值：
Figure FDA0002664821840000021
其中，Xij为第i个一级风险属性指标下的第j个二级风险属性指标，
Figure FDA0002664821840000022
为二级风险属性指标Xij对应的风险值，Rk为预设的第k个风险等级，
Figure FDA0002664821840000023
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk的置信度；
Figure FDA0002664821840000024
其中，
Figure FDA0002664821840000025
为二级风险属性指标Xij被评价为Rk+1的置信度，Ak为Rk对应的标准值，Ak+1为Rk+1对应的标准值；
定性风险属性指标对应的风险值：
Figure FDA0002664821840000026
其中，
Figure FDA0002664821840000027
6.根据权利要求1所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：响应于预测的t时刻风险属性指标值与现场监测的t时刻风险属性指标值差别不在预设范围内，通过调整基坑参数调整基坑数值模型，直到预测的t时刻风险属性指标值与现场监测的t时刻风险属性指标值差别在预设范围内。
7.根据权利要求1所述的一种深基坑施工安全风险评估方法，其特征在于：根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，计算t时刻基坑风险变动趋势，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
8.一种深基坑施工安全风险评估系统，其特征在于：包括，
模型模块：根据基坑参数，构建基坑数值模型；
前时刻预测模块：采用基坑数值模型预测基坑在t时刻的二级风险属性指标值；
后时刻预测模块：响应于预测的t时刻二级风险属性指标值与现场监测的t时刻二级风险属性指标值差别在预设范围内，采用基坑数值模型预测基坑在t+1时刻的二级风险属性指标值；其中，二级风险属性指标值包括定量风险属性指标值和定性风险属性指标值；
风险值计算模块：根据监测的t时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t时刻的基坑风险值；根据预测的t+1时刻二级风险属性指标值，运用证据推理算法计算t+1时刻的基坑风险值；
评估报告模块：根据t时刻和t+1时刻的基坑风险值，生成基坑在t时刻的风险评估报告。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至7所述的方法中的任一方法的指令。
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