基于人工智能的TBM选型及掘进适应性评价方法与决策支持系统
发布时间：2020-09-28 20:18
限于环境、地形和地质条件,从工期、造价和技术进步三个方面考虑,TBM(Tunnel Boring Machine)工法是深埋长大隧道施工的首要选择。在复杂地质条件下,突涌水、软岩大变形、断层破碎带、岩爆等不良地质会影响TBM工法的适用性,因此TBM工法能否适用需要对TBM的适应性进行评价。由于目前TBM的选型及掘进适应性评价还缺乏系统理论和量化分析方法,因此开展复杂地质条件下TBM选型及掘进适应性评价研究,已成为TBM工法应用中亟待解决的重大课题。本文在国内外相关研究的基础上,综合采用模糊数学、数理统计、人工智能、计算机编程等方法对复杂地质条件下TBM的选型及掘进适应性评价开展系统和深入的研究,主要工作和研究成果如下:(1)基于模糊数学理论,给出了 TBM系统适应度(含综合适应度)的定义和确定方法,建议了TBM适应性评价的分级标准;将模糊数学理论和智能决策设计理论相结合,提出了基于模糊多智能体与案例推理的TBM选型及掘进适应性评价分析方法;将基于模糊多智能体和案例推理的TBM选型及掘进适应性评价方法相结合,构建了基于人工智能的TBM选型及掘进适应性评价决策支持系统IEDSS-TBMSAT(Integrated evaluation decision support system-TBM selection and tunneling)的体系框架及结构。(2)选取了影响TBM选型及掘进适应性的主要因素,基于模糊数学分析方法,构建了TBM选型及掘进适应性评价指标及体系,确定了各个评价指标的隶属函数。采用所编写的权重辅助计算程序,确定了三种TBM机型选型及掘进适应性评价指标的权重。基于所获取的TBM选型及掘进知识,构建了TBM适应性评价的决策知识库和评价指标知识推理树。(3)基于案例推理CBR(Case-Based Reasoning)方法,提出了IEDSS-TBMSAT中案例推理模块(CBR模块)的结构、功能设计及评价决策流程,开发了相应的分析与计算程序。(4)根据TBM适应性评价的功能需求和评价决策的目标要求,确定了IEDSS-TBMSAT的总体构架及各组成模块的功能,设计了 IEDSS-TBMSAT的评价决策流程、决策支持系统模型及相关的知识库、数据库和案例库,采用Java语言编程开发了IEDSS-TBMSAT。(5)采用实际TBM工程案例对本文开发的IEDSS-TBMSAT进行了验证,所推荐的TBM机型合理、掘进适应性评价结果与工程实际相符,表明了IEDSS-TBMSAT的可行性和有效性。另外,适应性评价目标案例与源案例的评价结果与相似度呈正相关关系,说明IEDSS-TBMSAT具备了初步的自学习能力。综上所述,IEDSS-TBMSAT可用于复杂地质条件下TBM的选型及掘进适应性的量化评价,具有较好的工程实用价值。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455
【部分图文】：
ＴＢＭ选型涉及到很多因素的影响，包括自然环境、施工条件、人文、经济、逡逑机械等。采用ＴＢＭ施工，合理选型是工程成功的关键。如１９８５邋￣邋１９９２天生桥二逡逑级水电站引水隧洞工程使用了美国罗宾斯公司制造的开敞式ＴＢＭ，直径为１０．８邋ｍ，逡逑由于选型与地质不适应，且设备故障率较高，进度较低，平均月进尺仅６５邋ｍ［１９］；逡逑１９９１？２００３印度ＤｕｌＨａｓｔｉ水电工程引水隧洞采用开敞式ＴＢＭ，穿越断层破碎带中逡逑ＴＢＭ被卡８个月，机器损毁。穿过不良地质段，ＴＢＭ花费了邋２０多个月［２（）］。为此，逡逑为了提高ＴＢＭ的选型适应性，国内外学者进行了大量的研究。逡逑Ｓｈａｈｒｉａｒ等［２１］讨论了基于岩土风险最小化的ＴＢＭ选型问题，应用决策树决策逡逑理论提出了一种新的方法，认为在危害处理前后具备最小的风险等级的ＴＢＭ机型逡逑才是最优机型。并对Ｎｏｓｏｕｄ输水隧道的选型进行评价，验证了该方法的有效性。逡逑Ｂｉｅｎｉａｗｓｋｉ等［２２］基于西班牙和埃塞俄比亚大量隧道数据，对数据进行统计分析，逡逑建立了邋ＴＢＭ选型的具体标准。Ｈａｍｉｄｉ等［２３］为了解决地质和岩土参数的不确定性逡逑问题，讨论了一种有效的决策方法一模糊层次分析方法，可以预先考虑地层条件逡逑与不同标准的ＴＢＭ选型适应性。逡逑［２４］
逑１．４研究技术路线逡逑基于上述的研宄内容，建立了论文的研究技术路线（图１－４）。逡逑基于人工智能的ＴＢＭ选型及掘进适应性评价方法与决策支持系统研宄逡逑＿逦＿，，逦■逦｜邋ｒ逦■邋Ｉ逡逑ｉＩ科学Ｉｉ邋｜逦｜研宄内容｜逦１１｜邋ｍ％邋Ｉ；逡逑Ｉ邋问题；Ｉ邋ｒ逦ｒ邋－逦－一－…逦，＾邋方法邋Ｉ逡逑：逦；；；逦国内外ＴＢＭ选型及掘进适应性相关资料调研逦ｉｄ逦：逡逑ｉ邋ｊ邋；逦｜逦逦邋；邋；邋；逦；逡逑ｉ邋ｉ邋ｉ邋￣￣￣＊￣￣——＾——￣＾￣邋￣＾￣邋：邋
逦北京交通大学博士学位论文逦逡逑２．１．２评价指标的权重逡逑评价指标的权重采用层次分析法（Ａｎａｌｙｔｉｃ邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ，邋ＡＨＰ）确定。逡逑ＡＨＰ是一种定量分析与定性分析相结合的多目标决策分析方法，它把数学处理与逡逑人的经验和主观判断相结合，能够有效地分析目标准则体系层次间的非序列关系逡逑和综合测度评价的判断和决策［１１４］。确定评价指标权重的方法如下。逡逑（１）评价指标层次化逡逑根据要达到的评价目标，按照评价指标间的相互影响以及隶属关系，将指标逡逑层次的递阶由高到低分为目标层、准则层和指标层（图２－１），其中上一层次指标逡逑对下一层次指标起支配作用。逡逑
本文编号：2829222
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455
【部分图文】：
ＴＢＭ选型涉及到很多因素的影响，包括自然环境、施工条件、人文、经济、逡逑机械等。采用ＴＢＭ施工，合理选型是工程成功的关键。如１９８５邋￣邋１９９２天生桥二逡逑级水电站引水隧洞工程使用了美国罗宾斯公司制造的开敞式ＴＢＭ，直径为１０．８邋ｍ，逡逑由于选型与地质不适应，且设备故障率较高，进度较低，平均月进尺仅６５邋ｍ［１９］；逡逑１９９１？２００３印度ＤｕｌＨａｓｔｉ水电工程引水隧洞采用开敞式ＴＢＭ，穿越断层破碎带中逡逑ＴＢＭ被卡８个月，机器损毁。穿过不良地质段，ＴＢＭ花费了邋２０多个月［２（）］。为此，逡逑为了提高ＴＢＭ的选型适应性，国内外学者进行了大量的研究。逡逑Ｓｈａｈｒｉａｒ等［２１］讨论了基于岩土风险最小化的ＴＢＭ选型问题，应用决策树决策逡逑理论提出了一种新的方法，认为在危害处理前后具备最小的风险等级的ＴＢＭ机型逡逑才是最优机型。并对Ｎｏｓｏｕｄ输水隧道的选型进行评价，验证了该方法的有效性。逡逑Ｂｉｅｎｉａｗｓｋｉ等［２２］基于西班牙和埃塞俄比亚大量隧道数据，对数据进行统计分析，逡逑建立了邋ＴＢＭ选型的具体标准。Ｈａｍｉｄｉ等［２３］为了解决地质和岩土参数的不确定性逡逑问题，讨论了一种有效的决策方法一模糊层次分析方法，可以预先考虑地层条件逡逑与不同标准的ＴＢＭ选型适应性。逡逑［２４］
逑１．４研究技术路线逡逑基于上述的研宄内容，建立了论文的研究技术路线（图１－４）。逡逑基于人工智能的ＴＢＭ选型及掘进适应性评价方法与决策支持系统研宄逡逑＿逦＿，，逦■逦｜邋ｒ逦■邋Ｉ逡逑ｉＩ科学Ｉｉ邋｜逦｜研宄内容｜逦１１｜邋ｍ％邋Ｉ；逡逑Ｉ邋问题；Ｉ邋ｒ逦ｒ邋－逦－一－…逦，＾邋方法邋Ｉ逡逑：逦；；；逦国内外ＴＢＭ选型及掘进适应性相关资料调研逦ｉｄ逦：逡逑ｉ邋ｊ邋；逦｜逦逦邋；邋；邋；逦；逡逑ｉ邋ｉ邋ｉ邋￣￣￣＊￣￣——＾——￣＾￣邋￣＾￣邋：邋
逦北京交通大学博士学位论文逦逡逑２．１．２评价指标的权重逡逑评价指标的权重采用层次分析法（Ａｎａｌｙｔｉｃ邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ，邋ＡＨＰ）确定。逡逑ＡＨＰ是一种定量分析与定性分析相结合的多目标决策分析方法，它把数学处理与逡逑人的经验和主观判断相结合，能够有效地分析目标准则体系层次间的非序列关系逡逑和综合测度评价的判断和决策［１１４］。确定评价指标权重的方法如下。逡逑（１）评价指标层次化逡逑根据要达到的评价目标，按照评价指标间的相互影响以及隶属关系，将指标逡逑层次的递阶由高到低分为目标层、准则层和指标层（图２－１），其中上一层次指标逡逑对下一层次指标起支配作用。逡逑
本文编号：2829222
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