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作为航道安全建设的重要组成内容,航道整治建筑物由于评价体系不健全限制了维护效率的提升。长江上游航道整治建筑物评价涉及影响因素繁杂、因素间不确定性较强、事件多态性等特点,建筑物评价工作面临复杂挑战。因此,系统、客观、准确地评价整治建筑物技术状况,针对性提出维护决策意见具有重要理论价值与现实意义。
目前长江上游航道整治建筑物在指标体系研究、适应性评价方法理论研究上尚无系统完整的研究成果。鉴于此,本文基于模糊贝叶斯网络模型理论方法,搭建针对长江上游整治建筑物的评价体系,分析影响建筑物技术状况关键指标,推理计算建筑物技术状况。主要研究成果如下:
(1)提出模糊数学理论与贝叶斯网络理论相结合评价方法。通过对长江上游航道整治建筑物的实地调研分析总结,主要类别分别为:丁坝、顺坝、潜坝、锁坝等;主要损毁形式为坝体不同部位出现的结构变形,如:坝头、坝面、边坡、坝根等部位损毁;现有评价手段主要为参照相关规范根据建筑物结构损毁是否明显以及功能发挥是否正常来进行判断,在比选分析层次分析法、灰色系统理论、BP神经网络、贝叶斯网络对长江上游整治建筑物评价适应性后,确定以模糊数学理论及贝叶斯网络为基础的理论评价模型。
(2)初步搭建整治建筑物评价指标体系。基于长江上游航道整治建筑物技术状况概念与特性,以建筑物功能状况与结构状况为切入点,确定影响评价关键指标,搭建“目标-准则-要素-指标”4个层次的评价指标体系,结合已有研究与相关规范采用分等定级结合赋值方式分5级标准建立指标状况判断标准,确定以CAD测图、三维视图、二维水流模型等方式为主的指标数据收集方法。
(3)建立基于贝叶斯网络理论的长江上游航道整治建筑物技术状况评价模型。其中包括:通过映射方式将搭建指标体系转化为贝叶斯网络拓扑结构;基于模糊数学理论计算贝叶斯网络参数;通过可视化软件搭建贝叶斯网络推理模型;结合因果推理分析建筑物技术状况、结合诊断推理分析建筑物出现损毁时最大致因链、结合敏感度分析计算不同因素对建筑物技术状况评价灵敏性。
(4)选取长江上游不同类型典型航道整治建筑物进行技术状况等级推理分析、量化技术状况数值计算。结果表明:东溪口碛头坝2016~2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ,量化技术状况数值依次为:85.75、79.50、74.00、73.50、73.50;落锅滩丁坝2016、2017、2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅲ、Ⅰ,量化技术状况数值依次为87.00、66.50、80.25;落锅滩顺坝2016、2017、2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅲ、Ⅰ,量化技术状况数值依次为80.00、56.00、80.25;红灯碛上顺坝2017、2018年技术状况等级都为Ⅰ级,量化技术状况数值依次为97.00、97.25;红灯碛下顺坝2017、2018年技术状况等级都为Ⅲ级,量化技术状况数值依次为58.25、56.25。通过工程实际验证了结论一致性,可初步用于评价长江上游航道整治建筑物技术状况。
(5)通过贝叶斯网络诊断分析得出影响航道整治建筑物技术状况等级降低致因链:冲刷坑深度/冲刷坑距坝最小距离→稳定性→结构状况→技术状况,结合最大敏感度分析结果:主槽浅区航深>坡比>坝身水毁体积比>冲刷坑深度,判断影响整治建筑物技术状况降低主要影响因素:冲刷坑深度、冲刷坑距坝最小距离、坡比、主槽浅区航深,并针对性提出整治建筑物在冲刷坑发展态势、边坡稳定性以及主槽浅区航道条件三个环节的维护管理建议。
目前长江上游航道整治建筑物在指标体系研究、适应性评价方法理论研究上尚无系统完整的研究成果。鉴于此,本文基于模糊贝叶斯网络模型理论方法,搭建针对长江上游整治建筑物的评价体系,分析影响建筑物技术状况关键指标,推理计算建筑物技术状况。主要研究成果如下:
(1)提出模糊数学理论与贝叶斯网络理论相结合评价方法。通过对长江上游航道整治建筑物的实地调研分析总结,主要类别分别为:丁坝、顺坝、潜坝、锁坝等;主要损毁形式为坝体不同部位出现的结构变形,如:坝头、坝面、边坡、坝根等部位损毁;现有评价手段主要为参照相关规范根据建筑物结构损毁是否明显以及功能发挥是否正常来进行判断,在比选分析层次分析法、灰色系统理论、BP神经网络、贝叶斯网络对长江上游整治建筑物评价适应性后,确定以模糊数学理论及贝叶斯网络为基础的理论评价模型。
(2)初步搭建整治建筑物评价指标体系。基于长江上游航道整治建筑物技术状况概念与特性,以建筑物功能状况与结构状况为切入点,确定影响评价关键指标,搭建“目标-准则-要素-指标”4个层次的评价指标体系,结合已有研究与相关规范采用分等定级结合赋值方式分5级标准建立指标状况判断标准,确定以CAD测图、三维视图、二维水流模型等方式为主的指标数据收集方法。
(3)建立基于贝叶斯网络理论的长江上游航道整治建筑物技术状况评价模型。其中包括:通过映射方式将搭建指标体系转化为贝叶斯网络拓扑结构;基于模糊数学理论计算贝叶斯网络参数;通过可视化软件搭建贝叶斯网络推理模型;结合因果推理分析建筑物技术状况、结合诊断推理分析建筑物出现损毁时最大致因链、结合敏感度分析计算不同因素对建筑物技术状况评价灵敏性。
(4)选取长江上游不同类型典型航道整治建筑物进行技术状况等级推理分析、量化技术状况数值计算。结果表明:东溪口碛头坝2016~2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ,量化技术状况数值依次为:85.75、79.50、74.00、73.50、73.50;落锅滩丁坝2016、2017、2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅲ、Ⅰ,量化技术状况数值依次为87.00、66.50、80.25;落锅滩顺坝2016、2017、2020年技术状况等级依次为Ⅰ、Ⅲ、Ⅰ,量化技术状况数值依次为80.00、56.00、80.25;红灯碛上顺坝2017、2018年技术状况等级都为Ⅰ级,量化技术状况数值依次为97.00、97.25;红灯碛下顺坝2017、2018年技术状况等级都为Ⅲ级,量化技术状况数值依次为58.25、56.25。通过工程实际验证了结论一致性,可初步用于评价长江上游航道整治建筑物技术状况。
(5)通过贝叶斯网络诊断分析得出影响航道整治建筑物技术状况等级降低致因链:冲刷坑深度/冲刷坑距坝最小距离→稳定性→结构状况→技术状况,结合最大敏感度分析结果:主槽浅区航深>坡比>坝身水毁体积比>冲刷坑深度,判断影响整治建筑物技术状况降低主要影响因素:冲刷坑深度、冲刷坑距坝最小距离、坡比、主槽浅区航深,并针对性提出整治建筑物在冲刷坑发展态势、边坡稳定性以及主槽浅区航道条件三个环节的维护管理建议。