基于遺傳算法的鐵路隧道施工風(fēng)險評估方法

摘要：常規(guī)的鐵路隧道施工風(fēng)險評估矩陣多為單向的，評估的范圍較小，由此導(dǎo)致最終獲取的評估均方誤差增加，為此提出對基于遺傳算法的鐵路隧道施工風(fēng)險評估方法的設(shè)計與分析。依據(jù)實(shí)際的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定風(fēng)險評估指標(biāo)，進(jìn)行評估權(quán)重值測算。采用多階的方式，構(gòu)建風(fēng)險評估矩陣，擴(kuò)大實(shí)際的評估范圍，構(gòu)建遺產(chǎn)算法風(fēng)險評估模型，采用歸一化評測處理實(shí)現(xiàn)風(fēng)險評估。測試結(jié)果表明：經(jīng)過4次測定分析，得出的風(fēng)險評估均方誤差被較好地控制在0.2以下，說明該種工程評估方法的效果更佳，評估誤差更為可控，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：遺傳算法；鐵路隧道；施工風(fēng)險；風(fēng)險評估；評估方法；風(fēng)險控制

0" "引言

鐵路隧道施工是一項十分重要且關(guān)聯(lián)性較大的工作，在實(shí)際執(zhí)行的過程中存在一定的風(fēng)險，為確保施工人員的安全和施工建筑的質(zhì)量，需要設(shè)計貼合實(shí)際的風(fēng)險評估方法。設(shè)定傳統(tǒng)動態(tài)權(quán)重隧道施工風(fēng)險評估方法、傳統(tǒng)前景-后悔理論隧道施工風(fēng)險評估方法[1-2]，雖然可以完成預(yù)期的評估任務(wù)，獲取相應(yīng)的評估結(jié)果，但較容易受到外部環(huán)境及因素的影響，導(dǎo)致最終的評估結(jié)果出現(xiàn)不可控的誤差，一定程度上阻礙了后續(xù)施工的進(jìn)度。為此本文提出對基于遺傳算法的鐵路隧道施工風(fēng)險評估方法的設(shè)計與驗證分析。

所謂遺傳算法，主要指的是一種動態(tài)化的核算測定方法，將該方法應(yīng)用在鐵路隧道施工風(fēng)險評估的相關(guān)工作之中，一定程度上可以進(jìn)一步加強(qiáng)對評估誤差的控制，擴(kuò)大實(shí)際的評估范圍，逐步形成一個更為靈活、多變的評估結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜的施工背景下，它可以有效處理存在的評估物問題。針對巖土體擾動、隧道埋深較淺以及不均勻沉降等情況，均可更好地處理與優(yōu)化鞏固，營造更為安全的建設(shè)環(huán)境，為后續(xù)關(guān)聯(lián)工作的執(zhí)行與完成奠定更為堅實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

1" "構(gòu)建鐵路隧道施工遺傳測算風(fēng)險評估方法

1.1" " 風(fēng)險評估指標(biāo)設(shè)定

通常鐵路隧道施工過程中，存在的風(fēng)險問題是較多的，需要采用定向的風(fēng)險評估方式來進(jìn)行控制，其中最為常用的便是預(yù)設(shè)明確設(shè)定風(fēng)險評估指標(biāo)。其將風(fēng)險評估指標(biāo)劃定為多個層級，分別為基礎(chǔ)層級、分化評估層級以及可控評估層級[4]。

基礎(chǔ)層級和分化評估層級主要是對風(fēng)險指標(biāo)進(jìn)行基礎(chǔ)分類和匯總整合的，而可控評估層級便具有較強(qiáng)的針對性，大致可以劃定為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及次準(zhǔn)則層[5]。主要的風(fēng)險指標(biāo)具體如表1所示。

根據(jù)表1對可控評估層風(fēng)險評估指標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，然后綜合實(shí)際的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，明確各個評估階層的具體指標(biāo)參數(shù)。同時，依據(jù)實(shí)際的變動，再加上評估范圍的動態(tài)變化，對相關(guān)的數(shù)值作出合理調(diào)整，為后續(xù)施工工程風(fēng)險評估工作的處理提供參考依據(jù)[6]。

1.2" " 評估權(quán)重值測算

利用上述設(shè)定的風(fēng)險評估指標(biāo)，綜合遺產(chǎn)算法，進(jìn)行評估權(quán)重值的測算。依據(jù)自身的需求及標(biāo)準(zhǔn)，將評估的權(quán)重值劃分為正向指標(biāo)、逆向指標(biāo)以及適度指標(biāo)等。同步設(shè)定對應(yīng)指標(biāo)的定向數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，形成評估的應(yīng)對化極差處理，綜合遺傳算法，測算出評估極差，如公式（1）所示。

（1）

公式（1）中：Yi表示風(fēng)險評估極差，-βi表示預(yù)控評估值，i表示評估次數(shù)。

綜合上述測定，完成對風(fēng)險評估極差的測算，再根據(jù)極化差的變動情況，對該工程的各個環(huán)節(jié)的風(fēng)險情況作出驗證分析。同時針對評估的需求及標(biāo)準(zhǔn)，加上評估范圍的變動，綜合遺傳算法，測定計算出風(fēng)險評估權(quán)重值，如公式（2）所示。

（2）

公式（2）中：N表示風(fēng)險評估權(quán)重值，?表示極化評估常值，" 表示定向評估范圍，χ表示動態(tài)堆疊范圍，e表示單向評定基礎(chǔ)比。

根據(jù)上述測定，完成對風(fēng)險評估權(quán)重值的測算，再綜合后續(xù)的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)權(quán)重的劃定范圍，綜合遺傳算法，為后續(xù)測定評估奠定基礎(chǔ)[7]。

1.3" " 設(shè)計多階風(fēng)險評估矩陣

傳統(tǒng)的工程風(fēng)險評估矩陣多為單向評估，雖然可以完成預(yù)期的評估效果，但是整體上較容易受到外部環(huán)境的影響，導(dǎo)致評估效果出現(xiàn)誤差，為此此次綜合遺傳算法，設(shè)計多階風(fēng)險評估矩陣。

采用交叉的方式在工程的各個位置設(shè)定監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，用以獲取實(shí)時的數(shù)據(jù)和工程信息。與此同時，根據(jù)實(shí)際測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)架多目標(biāo)，多方向的評估結(jié)構(gòu)。具體如圖1所示。

根據(jù)圖1，完成對多階風(fēng)險評估矩陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析。再綜合預(yù)設(shè)的評估標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整所設(shè)定的風(fēng)險評估矩陣。但在實(shí)際應(yīng)用過程中需要注意，多階風(fēng)險評估可以在同一個施工環(huán)節(jié)同時使用，并獲取等效的評估結(jié)果，但需要加強(qiáng)對執(zhí)行環(huán)節(jié)的控制，避免出現(xiàn)大范圍的關(guān)聯(lián)性誤差。

多階風(fēng)險評估矩陣與遺傳算法的融合應(yīng)用， 能夠更好地擴(kuò)大實(shí)際的評估范圍。同時可在合理的范圍之內(nèi)，形成循環(huán)性的評估結(jié)構(gòu)，最大程度降低風(fēng)險評估誤差的出現(xiàn)，加強(qiáng)實(shí)際的評估控制能力。與此同時，需要在多階風(fēng)險評估矩陣之中設(shè)置定向的評估控制結(jié)構(gòu)，具體到獨(dú)立的評估區(qū)域之內(nèi)，以便更好地獲取工程中各個環(huán)節(jié)的評估結(jié)果。

1.4" " 構(gòu)建遺產(chǎn)算法風(fēng)險評估模型

將遺傳算法應(yīng)用在工程風(fēng)險評估模型的設(shè)計工作之中，一定程度上可以更好地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評估定位，同時可強(qiáng)化對應(yīng)的評估能力，擴(kuò)大實(shí)際的評估范圍。將上述設(shè)定的評估矩陣設(shè)定在初始的風(fēng)險評估模型之中，先設(shè)定一個單項的評估目標(biāo)，綜合上述設(shè)定的評估矩陣，形成定向的獨(dú)立評估目標(biāo)。再融合遺傳算法，測算出評估的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，同時標(biāo)定出各個評估環(huán)節(jié)。然后以獨(dú)立評估目標(biāo)作為評估的核心，通過遺傳算法，測算出自適應(yīng)評估標(biāo)準(zhǔn)值，如公式（3）所示。

（3）

公式（3）中：M表示自適應(yīng)評估標(biāo)準(zhǔn)值， 表示動態(tài)化評估范圍，χ表示獨(dú)立評估值，u表示評估次數(shù)，o表示單向評估距離。

根據(jù)上述測定與分析，完成對自適應(yīng)評估標(biāo)準(zhǔn)值的測算。但是需要注意的是，自適應(yīng)評估標(biāo)準(zhǔn)值并不是固定的，而是隨著日常的變動作出改變，其較為多元化，具有極強(qiáng)的靈活性。在模型中進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的設(shè)定，同時綜合遺傳算法，設(shè)定評估模型的指標(biāo)數(shù)值，如表2所示。

根據(jù)表2完成對評估模型基礎(chǔ)指標(biāo)的設(shè)定。隨后，調(diào)整模型的應(yīng)用范圍和標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化遺產(chǎn)算法風(fēng)險評估模型的能力。

1.5" " 歸一化評測處理實(shí)現(xiàn)風(fēng)險評估

所謂歸一化評測，主要是指一種定向的風(fēng)險評定模式，可以先利用評估模型及節(jié)點(diǎn)，獲取基礎(chǔ)的評測數(shù)值和信息，對施工環(huán)節(jié)進(jìn)行具體評定之后，再獲取測評結(jié)果，并綜合歸一化測定評估模式，構(gòu)建評估原理。歸一化評測處理原理如圖2所示。

根據(jù)圖2，完成對歸一化評測處理原理的設(shè)計與分析。隨后，綜合實(shí)際評估需求及標(biāo)準(zhǔn)，在模型中設(shè)定歸一化的風(fēng)險評定標(biāo)準(zhǔn)，形成循環(huán)性的工程風(fēng)險評估結(jié)構(gòu)，獲取最終的評估結(jié)果。

2" "具體測試

此次主要是對基于遺傳算法的鐵路隧道施工風(fēng)險評估方法的實(shí)際應(yīng)用效果的分析與研究。考慮到最終測試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，選定A鐵路隧道工程作為測定目標(biāo)，采用對比的方式展開分析，根據(jù)實(shí)際施工的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對最終得出的結(jié)果比照驗證。

2.1" " 測試準(zhǔn)備

綜合上述設(shè)計的風(fēng)險評估方法，融合遺傳算法，進(jìn)行基礎(chǔ)測試環(huán)境的構(gòu)建。針對選定A鐵路隧道，將施工的具體位置和范圍作出動態(tài)標(biāo)定，明確評估的位置和環(huán)節(jié)。隨后，設(shè)定具體的評估指標(biāo)，調(diào)整應(yīng)用參數(shù)及信息，輸入模型數(shù)值。在遺傳算法安全風(fēng)險評估模型中，設(shè)置迭代評估次數(shù)為5次，遺傳因子3個，分別代表3個評定層次，為G1=2.1、G2=1.6、G3=1.1。

依據(jù)實(shí)際的風(fēng)險評定需求，設(shè)置相對應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)，慣性權(quán)重按動態(tài)調(diào)整，權(quán)重偏大可以降低整體評估誤差。測算出該模型的泛化數(shù)值，并在評估環(huán)節(jié)之中建立對等的映射關(guān)系，形成定向的評估結(jié)構(gòu)，完成基礎(chǔ)測試環(huán)境的搭建。

2.2" " 測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境，綜合遺傳算法，進(jìn)行具體的測定分析。選定該工程中的4個環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險評估，分別是材料處理環(huán)節(jié)、施工搭建環(huán)節(jié)、維護(hù)環(huán)節(jié)和輔助處理環(huán)節(jié)。綜合鐵路隧道的路段情況，設(shè)定3個評估結(jié)果，分為3個路段測定。A鐵路隧道評估測定參數(shù)設(shè)置如表3所示。

根據(jù)表3，完成對A鐵路隧道評估測定參數(shù)的設(shè)置，隨后，針對施工中的風(fēng)險指標(biāo)，標(biāo)定出具體的風(fēng)險位置，與初始設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)相比照，測算出具體的風(fēng)險評估均方誤差，如下公式（4）所示。

（4）

公式（4）中：F表示風(fēng)險評估均方誤差，m表示總評估范圍，n表示堆疊范圍，σ表示評估標(biāo)定位置，t表示評估次數(shù)。

根據(jù)上述測定，對分設(shè)的各個鐵路隧道路段進(jìn)行基礎(chǔ)情況的劃定與分析。需要注意的是，在對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險測定過程中，必須根據(jù)各自的需求設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，各個路段的標(biāo)準(zhǔn)也并不一致。根據(jù)動態(tài)化的評估結(jié)構(gòu)，對測試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖3所示。

根據(jù)圖3，完成對測試結(jié)果的分析與研究。經(jīng)過4次測定分析，得出的風(fēng)險評估均方誤差被較好的控制在了0.2以下，說明該種工程評估方法的效果更佳，評估誤差更為可控，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

3" "結(jié)語

對比于傳統(tǒng)的施工風(fēng)險評估方法，本次綜合遺傳算法所設(shè)計的風(fēng)險評估結(jié)構(gòu)相對更加靈活、多變，具有較強(qiáng)的針對性。在特定的施工環(huán)境下，能夠從整體上降低施工建設(shè)過程中存在的風(fēng)險。不僅如此，在遺傳算法的輔助應(yīng)用之下，其對于工程施工體系也形成了部分限制，通過設(shè)定易損性評估模型，能夠更好地定位異常危險的位置。進(jìn)行特殊標(biāo)定之后，依據(jù)等級風(fēng)險劃分，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險評估方法的優(yōu)化創(chuàng)新，有利于工程進(jìn)度的穩(wěn)步推進(jìn)。

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