基于双圆盾构的隧道施工智能咨询系统DT_DSS的设计与实现
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第２１卷第２期 ２００７年６月 上海工程技术大学学报
ＪＯＵＲＮＡＥ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖ０１．２１ Ｎｏ．２
Ｊｕｎ．２００７
文章编号：１００９ ４４４Ｘ（２００７）０２—０１３４—０４ 基于双圆盾构的隧道施工智能咨询系统 ＤＴ—ＤＳＳ的设计与实现
熊 静 ，胡 珉 ，喻钢 （１．上海工程技术大学航空运输学院，上海２０１６２０；２．上海大学悉尼工商学院，上海２０１８００） 摘要：随着城市地下工程的迅速发展及地下工程的环境越来越复杂，如何保证施工能按期、安 全、顺利地进行，已经是一个急需解决的问题。针对新型的双圆盾构设备的特点，设计与实现的 ＤＴ—ＤＳＳ是一个基于双圆盾构并利用多种数据计算模型对现有施工数据进行分析从而指导后 期施工的智能咨询系统。它可以充分利用已有的工程数据对后期施工中的地面沉降和设计轴线 进行智能预测和控制，使得施工能安全顺利地进行。 关键词：双圆盾构；智能咨询系统；隧道工程 中图分类号：ＴＰ ３１１ 文献标志码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＴ—ＤＳＳ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄ Ｉｎｔｅｌ ｌ ｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＯＴ ｉｎ ＴｕｎｎｅＩ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ＸＩＯＮＧ Ｊｉｎｇ ，ＨＵ Ｍｉｎ２，ＹＵ Ｇａｎｇ２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ ２ Ｓｙｄｎｅｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｌａｎｇｕａｇｅ ａｎｄ Ｃｏｍｍｅｒｅｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｃｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｈｏｗ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｉｍｅ ｉｓ ａｎ ｕｒｇｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｏ ｓｏｌｖｅ．ＤＴ——ＤＳＳ ｉｓ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＯＴ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄａｔａ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄａｔａ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ．Ｉｔ ｃａｎ ｆｏｒｅｃａｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｘｅｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄａｔａ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅ ａｎｄ Ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ－ＤＯＴ（ｄｏｕｂｌｅ—Ｏ—ｔｕｂｅ）；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
随着计算机技术的迅速发展和日益普及，人们 已将它应用到更多的领域当中，并且应用的形式也 越来越丰富。目前，中国正处于经济高速发展的阶 段，城市规模不断扩大，为适应经济和城市发展的 需要，许多大城市都在充分利用城市的地下空间， 因此，城市的地下隧道工程项目也不断涌现。一个 大型的地下工程施工的企业往往会面临多个工地 同时进行施工以及工地分布非常分散等诸多困难。 由于人员有限，因此，如何对这些工程进行有效的 管理和全面的技术支持，就成为一个摆在人们面前
收稿日期：２００７ ０３—２６ 作者简介：熊静（１９７９一），女，江西九江人，讲师，硕士，研究方向为数据库与网络技术
维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 熊 静，等：基于双圆盾构的隧道施工智能咨询系统ＤＴ—ＤＳＳ的设计与实现 ．１３５． 急需解决的问题。要解决该问题首要的任务是对 施工方信息有一个全面、及时和准确的掌握，同时， 还应通过先进的分析手段，对施工方进行指导。而 目前的系统只是针对单圆盾构设备设计的，对于新 型的双圆盾构设备并不适用，因而对施工没有很好 的指导作用。为此本文针对新型的双圆盾构设备 的特点，设计并实现了基于双圆盾构的隧道施工智 能咨询系统ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０。
１ 系统设计 ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０的主体设计目标是能够利用同 一工程的现有施工数据或者已有同类型工程的历 史施工数据，让计算机模拟隧道专家的逻辑思维活 动，使其以一个准专家的水准处理隧道领域的工作 问题，从而对现有工程的后期施工起到指导作用。 １．１ 系统功能 ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０主要包括咨询方案管理、咨询 模型管理、工程数据管理以及其他的系统辅助功 能。整体功能如图１所示。
咨询模 型管管
模型设计 模型修正 模型比较 模型评价 模型搜索
用户管理 文件管理
ＤＴ ＤｓＳｖ １．Ｏ
系统辅 助管理
图１ ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０功能模块结构图 Ｆｉｇ．１ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＤＴ ．ＤＳＳｖ１．０
１．２系统结构 基于上述的ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０的功能，目前正在 运行使用的ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０是基于Ｃ／Ｓ架构，而目 前正在设计的ＤＴ—ＤＳＳｖ ２．０将整个系统平台移 植为Ｂ／Ｓ＋Ｃ／Ｓ架构的综合结构，所有的咨询服务 功能都是以Ｗｅｂ ｓｅｒｖｉｃｅ的方式呈现。图２为 ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０的系统结构图。
图２ ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０系统结构图 Ｆｉｇ．２ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＤＴ．．ＤＳＳｖ１．０
在整个ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０结构中主要由３个处 理引擎组成：咨询方案处理引擎、咨询处理引擎、咨 询结果处理引擎。 １）咨询方案处理引擎。用户所有的咨询请 求，包括咨询工程对象、咨询目标、咨询使用的模型 及相关参数设定值等相关信息，系统会自动生成对 应的ＰＬＮ文件（咨询方案文件）提交给系统。咨询 方案处理引擎接受到用户提交的ＰＬＮ文件后，会 进行相应的预处理，会从文件中获得相关的用户咨 询信息，并将它们封装成一个咨询包（Ｓ—ＰＡＣＫＧＥ） 提交给咨询处理引擎。
图３ Ｓ－ＰＡＣＫＡＧＥ格式 Ｆｉｇ．３ Ｓ－ＰＡＣＫＡＧＥ ｆｏｒｍａｔ
２）咨询处理引擎。接受咨询方案处理引擎的 Ｓ—ＰＡＣＫＧＥ，按照对应的格式解析Ｓ—ＰＡＣＫＡＧＥ， 自动从咨询模型库和工程施工数据库中选择对应 的咨询模型以及读取相应的工程数据，进行对应的 咨询工作。在整个咨询模型库中，我们提供的模型 包括采用基于多级神经网络、基于遗传算法、基于 模糊控制和基于经典公式等多种工程计算方式。 ３）咨询结果处理引擎。将咨询处理引擎的计 算结果以咨询报告和图片的方式呈现给终端用户， 同时把咨询结果保存到咨询结果的数据库当中。 通过这个用户可以对于同一工程在不同模型下的 咨询结果，以及同一模型对于不同工程的咨询结果 进行比较，从而一方面可以对于模型的设置参数进 行进一步优化，改善模型的咨询效果，另一方面可 以为工程选择合适的模型进行后期咨询。
维普资讯 http://www.cqvip.com ・ １３６ ・ 上海工程技术大学学报 第２１卷 ２ 系统实现 ２．１咨询方案处理引擎 ． 这个部分主要提供给用户一个智能操作向导 界面，用户可以在这里选择他要咨询的工程，咨询 目标（地面沉降预测，地面沉降控制，设计轴线预 测，设计轴线控制）以及所采用的咨询模型，并对模 型进行相应参数的设置和最后咨询结构的显示方 式，所有设置结束以后引擎会自动形成对应的 ＰＬＮ文件如图４所示。在用户可以选择的模型当 中，提供基于神经网络、基于遗传算法、基于模糊控 制以及基于工程经典公式等模型。
（ａ）咨询工程目标选择 （ｂ）咨询模型选择 （ｃ）咨询参数设置 （ｄ）咨询结果显示设置 （ｅ）咨询ＰＬＮ文件 图４咨询方案处理模块 Ｆｉｇ．４ Ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎ
２．２咨询处理引擎 咨询处理引擎主要接受由咨询方案处理引擎 传递过来的咨询包Ｓ－ＰＡＣＫＡＧＥ，从咨询包中获得 相关咨询参数，并进行相应咨询运算，计算结束后
将结果传递给咨询结果处理引擎。整个处理过程 采用后台进行的方式，图５表示整个引擎的处理流 程和关键组件。
图５咨询处理引擎流程和关键组件图 Ｆｉｇ．５ Ｆｌｏｗ ｏｆ ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
咨询处理引擎除了完成咨询计算以外，它还提 供给系统高级用户管理咨询模型数据库以及相关
维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 熊静，等：基于双圆盾构的隧道施工智能咨询系统ＤＴ—ＤＳＳ的设计与实现 ．１３７ 工程数据库的功能。系统高级用户可以根据每次 咨询的效果，对于咨询当中使用到的模型进行增 加、删除、更新等功能，可以重新设置各种模型更加 适合实际的工程咨询需要，提高咨询的效率。 ２．３咨询结果处理引擎 ３ 系统应用 （ａ）图形方式 咨询结果处理引擎接受来自咨询处理引擎的 结果包，按照用户设置的结果显示方式（图形方式、 报告方式、数据报表）将最后的咨询结果提供给终 端用户，然后终端用户根据咨询的结果，结合自身 的工程经验对于后期施工过程作出相应的决策。
（ｂ）报告方式 （ｃ）数据报表方式 图６咨询结果显示模块 Ｆｉｇ．６ Ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ
目前ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０已经在上海隧道股份有 限公司的多个工地使用，从使用的情况来看， ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０对双圆盾构施工过程的控制提供了
可靠的保证。ＤＴ—ＤＳＳｖ １．０被推广应用于地铁８ 号线、地铁２号线延长隧道等工程，避免了施工中 对重要管线和建筑物的损坏，提高了工程质量及施 工人员的管理水平。同时也加快了施工速度，减少 了一些不必要的经济支出，真正起到了智能化辅助 决策支持的作用。
参考文献：
［２］ ２００６（８）：３２—３４． ［３］周文波，顾春华．双圆盾构施工技术［Ｊ］。现代隧道 ［４］ ［５］ ［６］ ［７］ ［８］ ［９］ 朱忠隆，张庆贺，易宏传．软土隧道纵向地表沉降的 ［１０］ 随机预测方法［Ｊ］．岩土力学，２００１，２２（Ｉ）：７１—７５． 熊静，喻钢，胡珉，等．遗传算法在双圆隧道工程智 能咨询系统ＤＴ ＤＳＳ中的应用［Ｊ］．现代计算机，
