1、 PDF外文：http:/ 4560 字 隧道施工风险敏感 型 决策支持系统 Veerasak Likhitruangsilp 美国土木工程师学会准会员 Photios G.Ioanou 美国土木工程师
2、学会会员 摘要 ： 全面的和现实的隧道计划必须争取最优决策，最大限度地减少时间和成本，同时解决的重要因素，如地质不 确定性和可变性，隧道生产力的不确定性，以及承包商的风险敏感性。本文提出了一种计算机化的决策支持系统，集成了所有重要的隧道风险。它由三个相互关联的模型：地质概率预测模型，概率隧道造价估算，风险敏感 型 动态决策模型。概率地质预测模型使用所有可用的地质资料，从地面级跃迁的概率 中去表征 地质不确定性和可变性沿隧道轮廓 。 概率隧道成本估算模型评估隧穿时间和成本 ， 表现为 在 利用蒙特卡罗模拟实际施工操作 下，把 不同的开挖和支 护 方法应用到不同的地面条件。
3、这两个模型提供了对风险敏感的动态决策模型 这一 系统核心的主要输入， 作为 可用项目信息 和承包商的风险敏感度 职能，以此来 确定最优开挖与支护顺序和相应的风险调整后的隧道项目成本。该系统的一个实际公路隧道工程中的应用说明了该方法的两个建模能力 的 量化，并纳入风险，及其 具有的 对做出最佳决策的承包商的风险敏感性程度的 有效性职能 。 ，博士，讲师，土木工程系，朱拉隆功大学，曼谷 10330，泰国， fcevlkeng.chula.ac.th ，博士，教授，土木与环境工程系，密歇根大学 安阿伯， MI48109-2125， USA，photiosumich.edu
4、 交通工程岩土工程 引言 隧道为现代化交通运输体系的重要选择，因为他们是唯一的运输系统，可以解决困难的地形，有限的地表空间和运输需求增加的问题。与此同时，隧道是昂贵的地下结构，其中的各种风险在项目交付过程中的每个阶段都遇到过。全面和现实的隧道计划必须争取最优决策，最大限度地减少时间并且同时解决重要的隧道风险成本。为此，风险敏感型决策支持系统已发展到量化所有重要的隧道风险，并确定最佳的隧道计划和项目的风险调整后的成本（ Likhitruangsilp2003） 隧道风险 在隧
5、道工程中最重要的决定之一是沿隧道纵断面优化序列确定开挖方法和支持系统。这些决定都是由四个主要因素 来表征 ：地质的不确定性，地质变化 性 ，隧道生产力不确定性，风险敏感 性 。 地质不确定性 隧道项目的选择方法主要取决于隧道的预期的地质条件，这是重要的岩体性质如岩石类型和不连续状态的集合。无论采取地下勘探的数量和程度，隧道地质 在 开始之前不能称为完美施工。虽然有多个隧道已采取减轻地质不确定性的做法（例如，观测方法）， 但 他们不能完全消除这种隧 道建设规划的不确定性。 地
6、质变化性 大部分隧道穿越各种地质条件，其中的位置和程度是不可能事先定义的。对于大多数具有明显的地质变化 的 隧道工程，掘进方法的选定，必须适合于所有预期的地质条件 且 不严重中断开挖进度。这些方法包括适应隧道开挖方法的修改（例如，台阶和多个漂移），圆长，钻模式，并详细介绍了支 护 。因此，隧道 工程 决 策 在本质上是动态的。 隧道生产力不确定性 隧道 工程 决 策 的另一个风险 由 隧道施工过程中生产效率的的不确定性 导致 。这种不确定性来源于施工设备的性能变化，工作输出的变化，及意外事 件等建设
7、工程中的事故。这种不确定性是存在 的， 即使地质条件已知的 情况下 。因此， 其 对隧道 工程 决 策 的影响必须明确解决。 风险敏感性 福利和涉及的风险（例如，隧道的决策）的决策成本，个别估值往往是非线性的 ，因为这些决定不是基于预期的货币价值的最大化。 换句话说，在不确定性 情况下 决策时 ， 决策者 对 风险 是 典型的敏感 的 ，无论是风险规避或风险偏好。一个人的风险敏感度（风险偏好）是由几个因素影响的，特别是 个 人目前的净资产 状况 。通常情况下， 当 一个人的净资产增长，对相同的风险 会有 较低的风险规避行为。 承
8、包商的风险规避和风险 暴露程度可以 对 建设决策和风险溢价或嵌入在 用 来承担这项工作 的 承包商价格 中的 应急必要量 ，其有 主要影响。更厌恶风险的承包商采用了一种更加保守的计划，其中包括在他的出价 中 更高的津贴比少规避风险的承包商 给的高 （伊奥努 1988）。因此，有必要将风险敏感度 纳入 隧道的决 策 。 经考虑上述所有因素，隧道的决策可以被认为是一项风险敏感的动态概率决策的过程，它可以是结构的风险敏感型决策支持系统（ 2003 Likhitruangsilp）。 风险敏感型决策支持系统 风险敏感型决策支持系统由三个
9、相互关联的模型组成：地质概率预 测模型，概率隧道造价估算，风险敏感型动态决策模型。 地质概率预测模型 概率地质预报模型使用所有可用的地质资料， 以 地面类过渡概率的形式来描述沿隧道轮廓 的 地质不确定性和可变性。该模型是基于离散状态的， 是 重要的地质参数的连续空间马尔可夫过程（例如，岩石断裂）。这些地质马尔可夫模型是从区域数据（如地质图）中创建和使用直接评估或贝叶斯更新（伊奥努 1984）通过特定位置的数据（例如，钻孔测试） 来更新。 该模型已被编程在 MATLAB 中
10、。其输入包括隧道的长度，每一个阶段的程度（例如，圆长度），地 质参数和它们的状态，和地面类的定义。基于该输入，模型计算出地质参数和地面类在沿隧道的不同位置后的状态的概率。这两种状态概率随后由应用复合地基级跃迁（ 2003 年 Likhitruangsilp）的概念，以确定隧道地质地类转移概率矩阵。由此产生的转移概率矩阵成为风险敏感的动态决策模型的输入。 概率隧道成本模型 概率隧道造价估算模型执行性价比随机评价，包括隧穿时间和开挖与支护方法，与不同的地面类（隧道方案）的不同组合，。该模型包括成本估算子模型和概率调度子模型。 &
11、nbsp; 成本估算子模型，是在计算机 中的电子表格中创建的，其进行组织隧道成本项目，进行量化起飞的计算，并计算固定费用和与每个选项相关的可变成本。除了正常掘进成本，还考虑施工过程中选择了错误的开挖方法的风险。其输入包括一个工作分解结构（ WBS），是专门为隧道工程设计的，输入开挖方法和支持系统规格，所有隧道作业的船员组成，以及材料，设备和劳动力成本数据。成本估算子模型的最终输出是由固定的成本和不同的选择可变成本混合而来。可变成本提供概率调度子模型的输入，包括每小时的成本（ $/小时）和每通道长度（元 /平方米）材料单位成本。 概率调度子模型通过 Pr
12、obSched，一种概率调度模拟程序（伊奥努和 1998 年马丁内斯）来实现。其 对隧道不同方案的成本和时间性能 进行评估 。 除了成本估算子模型的输入，它需要为不同的隧道备选方案业务提供优先级的网络 ；网络活动的时间方程中的活动 ；时间方程的参数，无论是确定性地定义或主观评估 ；和用于计算单元的隧道成本（元 /平方米）的公式。 概率调度网络使用蒙特卡罗模拟分析。最终成果包括对不同隧道替代品单位成本的分布，这对于风险敏感的动态决策模型提供了投入。该模型的详细描述可以在 <>中 找到。 风险敏感型动态决策模型 &nbs
13、p; 风险敏感型动态决策模型，提出系统的核心，被配制成风险敏感的随机动态规划模型。它的输入包括地面类转移概率矩阵，是针对每个阶段的隧道的，是通过由概率隧道成本估算模型模拟出不同方案的隧道单位成本分布所确定的。该模型还需要决策者的（例如，承包商）风险厌恶系数（ ），它是用于风险偏好的决策者的程度进行编码的指数效用函数的参数。正 意味着决策者是风险厌恶者，而负数 意味着决策者是风险偏好者。 这种被编程在 MATLAB 中的风险敏感型动态决策模型，进行决策和风险分 析来确定最佳的隧道策略和项目的风险调整隧道费，这两者都是可用信息和决策者风险敏感
14、程度的功能。 应用 悬湖隧道，在科罗拉多州的高速公路隧道项目，被用来证明了该系统的应用。这种岩石隧道项目涉及一对双车道公路隧道的建设：东行及西行隧道。在这里，我们专注于由多个漂移和爆破方法开挖西行隧道的一部分。 基于几个岩体分类系统，地质条件可分为三个地面类： GC1（最好）， GC2（中），以及 GC3（最差）。三种开挖方法（ EM1， EM2， EM3）和初始支持系统（ SS1， SS2， SS3）被设计来对应于三个地 类。例如， EM2 和 SS2 是六个标题（漂移）和岩石加固系
15、统，包括销钉， spiles 和喷浆，其中最经济和结构充分挖掘的，如图 1。地类分类和开挖及支护方法的规格说明可以在 Scotese 和阿克曼（ 1992） ， 和埃塞克斯郡等（ 1993）找到。因此，有九个可能的隧道方案（即 3 开挖与支护方法 3 地面班）。例如，替代（ EM2， GC3）代表使用 EM2 为特定的圆的决定，和爆破后当时的地面类是 GC3（即，结构不够）。 地质概率预测模型 悬湖隧道的地质概率预测模型是基于三个重要的地质参数被开发的：岩石质量指标（ RQD） ，断裂频率，风化及蚀变。这些地质参数状态的组合被分为三个地类
16、，分别对应由埃塞克斯等人（ 1993）描述的分类。 每个地质马尔可夫模型的参数，通过分析从钻孔（利兹，希尔和朱厄特，公司 1981）的日志数据被估计。后验状态概率的观测点进行编码的主观根据是地质专家不同的评估，包括利兹，希尔和朱厄特公司（ 1981），和 Scotese 和阿克曼（ 1992）。这些概率被用来确定在沿隧道 3.7 米（ 12 英尺）的时间间隔后的状态的概率的非观测点。任何两个阶段之间的地面类转移概率矩阵然后会基于复合地基级跃迁的概念而确定。模 型输出的一个例子是位置746.1 米（ 2,448 英尺）， 749.8 米（ 2,460 英尺）之间的接地类转移概率矩阵： !-
