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《地下工程監(jiān)測與評價(jià)》課程論文 班級：2012級城市地下空間 姓名：何一兵 學(xué)號：201200202040 日期：2015/7/1 地下工程風(fēng)險(xiǎn)管理新發(fā)展 摘 要：工程項(xiàng)目建設(shè)過程是一個(gè)周期長、投資多、技術(shù)要求高、系統(tǒng)復(fù)雜的生產(chǎn)消費(fèi)過程，尤其是地下工程建設(shè)，其工程類型之眾多、規(guī)模之巨大為世界工程界所矚目。與此同時(shí)，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，地下工程與地下空間建設(shè)過程中巖爆、大變形與大面積塌方、突水、地表沉陷等地質(zhì)與工程災(zāi)害事故頻發(fā)，造成 人員傷亡、設(shè)備損失、工期延誤和工程失效等，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大的損失，在該過程中，未確知因素、隨機(jī)因素和模糊因素大量存在，并不斷變化，由此而造成的風(fēng)險(xiǎn)直接威脅工程項(xiàng)目的順利實(shí)施和成功。現(xiàn)在我國工程項(xiàng)目普遍存在投資失控現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有管理不善和手段落后的原因，更主要的是對影響和制約工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)因素估計(jì)不足，導(dǎo)致在工程項(xiàng)目建設(shè)中由風(fēng)險(xiǎn)引起大量的損失。對工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)加以認(rèn)識、判斷、評價(jià)和控制成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。 關(guān)鍵詞：地下工程；地質(zhì)災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；風(fēng)險(xiǎn)管理 1 前言 中國地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理的必要性和緊迫性是由中國地下工程建設(shè)規(guī)模大、發(fā)展快的客觀以及地下工程安全形勢嚴(yán)峻所決定的。中國是目前世界上地下空間開發(fā)利用大國。我國城市地下空間的總體規(guī)模和總量也即將居世界首位。以北京為例，北京地下空間建成面積已達(dá)3000萬m2，全市地下空間今后平均每年將增加建筑面積約300萬m2，占總建筑面積的10%，到2020年，北京市地下空間總面積將達(dá)9000萬m2。中國已成為世界上隧道最多，建設(shè)發(fā)展最快的國家。據(jù)規(guī)劃，中國在21世紀(jì)前20年要建設(shè)6000km隧道，10年內(nèi)建設(shè)155km長的城市公路隧道，其中許多是長大和深埋隧道。地下工程建設(shè)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)建設(shè)工程；地下工程建設(shè)事故頻發(fā)、形勢嚴(yán)峻、令人堪憂；城市軌道交通和運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)正在進(jìn)一步加大。 　　在地下工程建設(shè)中實(shí)行安全風(fēng)險(xiǎn)管理的必要性和緊迫性十分明顯。“建立風(fēng)險(xiǎn)管理制度，對擬建和在建的城市地鐵工程項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，繼而進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制十分必要”的要求是十分必然的，并應(yīng)擴(kuò)大到整個(gè)地下工程建設(shè)領(lǐng)域。 2 工程風(fēng)險(xiǎn)管理現(xiàn)狀及發(fā)展 2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外安全風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢：自2004年以來，安全、費(fèi)用與風(fēng)險(xiǎn)已成為國際隧協(xié)每年年會的主題。地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理在地下工程中的應(yīng)用研究在美國、歐洲正在積極開展，歐共體行政院于1992年，意大利政府于1996年由總統(tǒng)簽字發(fā)布了相應(yīng)的指令。有些國家已編寫出隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理的規(guī)范和法規(guī)。國際隧協(xié)2004 年發(fā)布了風(fēng)險(xiǎn)管理的指導(dǎo)方法；英國隧協(xié)和保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會于2003 年9 月聯(lián)合發(fā)布了《英國隧道工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理聯(lián)合規(guī)范》；國際隧道工程保險(xiǎn)集團(tuán) （ITIG）2006 年1 月發(fā)布了《隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)踐規(guī)程》。在實(shí)際工程應(yīng)用方面，主要由各個(gè)巖土工程咨詢公司進(jìn)行。意大利GeoDATA公司針對地下工程施工風(fēng)險(xiǎn)管理推出了名為GDMS（Geodata Master System）的信息化管理平臺；臺灣亞新工程顧問股份有限公司開發(fā)出IDEAL-監(jiān)測資料處理系統(tǒng)。 在國際上，安全風(fēng)險(xiǎn)管理的以下發(fā)展趨勢越來越明顯：風(fēng)險(xiǎn)管理正成為大型項(xiàng)目發(fā)展中的一個(gè)例行程序；風(fēng)險(xiǎn)管理與項(xiàng)目管理日趨結(jié)合；為風(fēng)險(xiǎn)管理制定強(qiáng)制性的法規(guī)，特別是針對施工安全的法規(guī)。 國內(nèi)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的現(xiàn)狀和特點(diǎn)：2005年中國土木工程學(xué)會召開了中國第一次全國范圍的地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)分析研討會，推動了地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)研究的全面開展。安全風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)際應(yīng)用在近兩年得到迅速發(fā)展，特別是在地鐵建設(shè)方面，新建地鐵項(xiàng)目大都進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析與評估?？傮w上，我國地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究與實(shí)踐已經(jīng)得到了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到“風(fēng)險(xiǎn)管理化解地下工程建設(shè)之痛”的程度。其特點(diǎn)：1、發(fā)展不平衡；2、主要開展的是風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估，并局限于定性分析或者未定量分析；3、對風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和控制方法沒有深入研究，僅實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能，而不能“控”，沒有整合成統(tǒng)一的安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)；4、缺乏堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)地理信息系統(tǒng)和符合工程實(shí)際地質(zhì)、水文地質(zhì)和環(huán)境條件的風(fēng)險(xiǎn)閾值數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 2.2工程風(fēng)險(xiǎn)管理原則 首先，要對工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理的分配。工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)是時(shí)刻存在的，這些風(fēng)險(xiǎn)必須在項(xiàng)目參加（包括投資者、業(yè)主、項(xiàng)目管理者、承包商、供應(yīng)商等）之間進(jìn)行合理的分配，只有每個(gè)參加者都有一定的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任，他才有對項(xiàng)目管理和控制的積極性和創(chuàng)造性，只有合理的分配風(fēng)險(xiǎn)才能調(diào)動各方面的積極性，才能有項(xiàng)目的高效益。合理分配風(fēng)險(xiǎn)要依照以下幾個(gè)原則進(jìn)行： （1）從工程整體效益的角度出發(fā)，最大限度地發(fā)揮各方面的積極性。因?yàn)轫?xiàng)目參加者如果都不承擔(dān)任何風(fēng)險(xiǎn)，則他也就沒有任何責(zé)任，當(dāng)然也就沒有控制的積極性，就不可能搞好工作。如采用成本加酬金合同，承包商則沒有任何風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任，承包商也會千方百計(jì)地提高成本以爭取工程利潤，最終將損害工程的整體效益；如果承包商承擔(dān)全部的風(fēng)險(xiǎn)也是不可行的，為防備風(fēng)險(xiǎn)，承包商必須提高要價(jià)，加大預(yù)算，而業(yè)主也因不承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)將決策隨便，盲目干預(yù)，最終同樣會損害整體效益。因此只有讓各方承擔(dān)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任，通過風(fēng)險(xiǎn)的分配以加強(qiáng)責(zé)任心和積極性，達(dá)到能更好地計(jì)劃與控制。 （2）公平合理，責(zé)、權(quán)、利平衡。一是風(fēng)險(xiǎn)的責(zé)任和權(quán)力應(yīng)是平衡的。有承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的責(zé)任，也要給承擔(dān)者以控制和處理的權(quán)力，但如果已有某些權(quán)力，則同樣也要承擔(dān)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任；二是風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)會盡可能對等，對于風(fēng)險(xiǎn)的承擔(dān)者應(yīng)該同時(shí)享受風(fēng)險(xiǎn)控制獲得的收益和機(jī)會收益，也只有這樣才能使參與者勇于去承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)；三是承擔(dān)的可能性和合理性，承擔(dān)者應(yīng)該擁有預(yù)測、計(jì)劃、控制的條件和可能性，有迅速采取控制風(fēng)險(xiǎn)措施的時(shí)間、信息等條件，只有這樣，參與者才能理性地承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。 （3）符合工程項(xiàng)目的慣例，符合通常的處理方法。如采用國際慣例FIDIC合同條款，就明確地規(guī)定了承包商和業(yè)主之間的風(fēng)險(xiǎn)分配，比較公平合理。 其次，不同風(fēng)險(xiǎn)采用不同的對策。任何項(xiàng)目都存在不同的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)的承擔(dān)者應(yīng)對不同的風(fēng)險(xiǎn)有著不同的準(zhǔn)備和對策，這應(yīng)把它列入計(jì)劃中的一部分，只有在項(xiàng)目的運(yùn)營過程中，對產(chǎn)生的不同風(fēng)險(xiǎn)采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)對策，才能進(jìn)行良好的風(fēng)險(xiǎn)控制，盡可能地減小風(fēng)險(xiǎn)可能產(chǎn)生的危害，以確保效益。通常的風(fēng)險(xiǎn)對策有： （1）權(quán)衡利弊后，回避風(fēng)險(xiǎn)大的項(xiàng)目，選擇風(fēng)險(xiǎn)小或適中的項(xiàng)目。這在項(xiàng)目決策中就應(yīng)該提高警惕，對于那些可能明顯導(dǎo)致虧損的項(xiàng)目就應(yīng)該放棄，而對于某些風(fēng)險(xiǎn)超過自己承受能力，并且成功把握不大的項(xiàng)目也應(yīng)該盡量回避，這是相對保守的風(fēng)險(xiǎn)對策。 （2）采取先進(jìn)的技術(shù)措施和完善的組織措施，以減小風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的可能性和可能產(chǎn)生的影響。如選擇有彈性的、抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)的技術(shù)方案，進(jìn)行預(yù)先的技術(shù)模擬試驗(yàn)，采用可靠的保護(hù)和安全措施。對管理的項(xiàng)目選派得力的技術(shù)和管理人員，采取有效的管理組織形式，并在實(shí)施的過程中實(shí)行嚴(yán)密的控制，加強(qiáng)計(jì)劃工作，抓緊階段控制和中間決策等。 （3）購買保險(xiǎn)或要求對方擔(dān)保，以轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。對于一些無法排除的風(fēng)險(xiǎn)，可以通過購買保險(xiǎn)的辦法解決；如果由于合作伙伴可能產(chǎn)生的資信風(fēng)險(xiǎn)，可要求對方出具擔(dān)保，如銀行出具的投標(biāo)保函，合資項(xiàng)目政府出具有保證，履約的保函以及預(yù)付款保函等。 （4）提出合理的風(fēng)險(xiǎn)保證金，這是從財(cái)務(wù)的角度為風(fēng)險(xiǎn)作準(zhǔn)備，在報(bào)價(jià)中增加一筆不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)，以抵消或減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)的損失。 （5）采取合作方式共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榇蟛糠猪?xiàng)目都是多個(gè)企業(yè)或部門共同合作，這必然有風(fēng)險(xiǎn)的分擔(dān)，但這必須考慮尋找可靠的即抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)、信譽(yù)好的合作伙伴，以及合理明確的分配風(fēng)險(xiǎn)（通過合同規(guī)定）。 （6）可采取其他的方式以減降風(fēng)險(xiǎn)。如采用多領(lǐng)域、多地域、多項(xiàng)目的投資以分散風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檫@可以擴(kuò)大投資面及經(jīng)營范圍，擴(kuò)大資本效用，能與眾多合作企業(yè)共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而降低總經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。 再者，在工程實(shí)施中進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)控制工程實(shí)施中的風(fēng)險(xiǎn)控制貫穿于項(xiàng)目控制（進(jìn)度、成本、質(zhì)量、合同控制等）的全過程中，是項(xiàng)目控制中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也影響項(xiàng)目實(shí)施的最終結(jié)果。首先，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控和預(yù)警工作。在工程的實(shí)施過程中，要不斷地收集和分析各種信息和動態(tài)，捕捉風(fēng)險(xiǎn)的前奏信號，以便更好地準(zhǔn)備和采取有效的風(fēng)險(xiǎn)對策，以抗可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。 第二，在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，及時(shí)采取措施以控制風(fēng)險(xiǎn)的影響，這是降低損失，防范風(fēng)險(xiǎn)的有效辦法。第三，在風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下，依然必須保證工程的順利實(shí)施，如迅速恢復(fù)生產(chǎn)，按原計(jì)劃保證完成預(yù)定的目標(biāo)，防止工程中斷和成本超支，唯有如此才能有機(jī)會對已發(fā)生和還可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行良好的控制，并爭取獲得風(fēng)險(xiǎn)的賠償，如向保險(xiǎn)單位、風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任者提出索賠，以盡可能地減少風(fēng)險(xiǎn)的損失。 　　總之，工程風(fēng)險(xiǎn)管理在現(xiàn)代工程建設(shè)中是相當(dāng)重要的，因此，應(yīng)該引起足夠的重視。在工程建設(shè)中，要建立起一整套的工程風(fēng)險(xiǎn)防范系統(tǒng)以防范和消除風(fēng)險(xiǎn)。工程風(fēng)險(xiǎn)總的來說，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的事前，事中，和反饋控制，結(jié)合先進(jìn)的管理方法，把工程中的風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃之中。 2.2 工程風(fēng)險(xiǎn)管理方案 近年來，隨著監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)發(fā)展，人們逐步開始對礦山開釆的環(huán)境因素、設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，為實(shí)時(shí)掌握井下生產(chǎn)的安全狀態(tài)提供了技術(shù)支持。但是，對于監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)獲取的海量數(shù)據(jù)，僅憑作業(yè)人員主觀地判斷，無法準(zhǔn)確把握危險(xiǎn)源的安全狀態(tài)及發(fā)展趨勢，使大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)不能被有效利用。因此，依據(jù)預(yù)測預(yù)報(bào)理論，針對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立科學(xué)的預(yù)測分析模型，實(shí)現(xiàn)災(zāi)變進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，對礦山災(zāi)害的預(yù)防有著至關(guān)重要的作用。 礦山災(zāi)害預(yù)警的實(shí)現(xiàn)過程的核心是依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行安全預(yù)測預(yù)報(bào)，安全預(yù)測過程是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及對預(yù)警對象的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用合適的預(yù)測預(yù)報(bào)理論構(gòu)筑預(yù)測模型，預(yù)測其在將來某時(shí)刻的變化狀態(tài)。在礦山災(zāi)害預(yù)警方面，目前被廣泛應(yīng)用于礦山災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)的理論有很多，如回歸分析法、經(jīng)驗(yàn)公式法、臨界值法、時(shí)間序列預(yù)測模型、灰色系統(tǒng)理論、分形理論預(yù)測模型、突變理論預(yù)測模型(尖點(diǎn)突變模型)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、非線性動力學(xué)理論等等。 （1）突變理論 突變理論是法國數(shù)學(xué)家Rene Thorn于1972年提出的，它是以奇點(diǎn)理論、拓?fù)鋵W(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論等為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一個(gè)新興的非線性理論分支目前，突變理論由于其自身解決非線性突變問題的優(yōu)越性，已廣泛應(yīng)用于各類學(xué)科領(lǐng)域，特別是尖點(diǎn)突變模型，被主要用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)評價(jià)、交通運(yùn)輸安全分析、水資源綜合評價(jià)、災(zāi)害預(yù)測等方面。 （2）時(shí)間序列分析法 時(shí)間序列分析法是通過預(yù)測時(shí)間序列數(shù)據(jù)的變化趨勢、揭示數(shù)據(jù)變化規(guī)律從而導(dǎo)出預(yù)測模型的一種有效分析方法。該分析方法種類很多，常用的有指數(shù)平滑法、季節(jié)分解法、季節(jié)調(diào)整法、自回歸分析法(AR)、滑動平均分析法(MA)、自動回歸滑動平均 ARMA(Autoregressivem Qvingaverage)方法、ARIMA、ARCH等，被廣泛用于經(jīng)濟(jì)分析、統(tǒng)計(jì)分析、工程監(jiān)測預(yù)報(bào)等很多領(lǐng)域。時(shí)間序列分析法對數(shù)據(jù)列有很強(qiáng)的平穩(wěn)性要求且為線性分析法，應(yīng)用范圍具有很大局限性。在實(shí)際工程中，許多監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)序列都具有趨勢項(xiàng)或者季節(jié)項(xiàng)，不能近似為一個(gè)平穩(wěn)序列，同時(shí)數(shù)據(jù)波動幅度不定，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性，對于此類數(shù)據(jù)列，時(shí)間序列分析法不能進(jìn)行有效的預(yù)測。 （3）回歸分析預(yù)測法 回歸分析預(yù)測法是應(yīng)用回歸分析理論，研究預(yù)測變量與有內(nèi)在關(guān)系的某一變量或某組變量之間的因果關(guān)系，進(jìn)而建立回歸模型進(jìn)行分析預(yù)測變量變化規(guī)律及變化趨勢的一種定量分析方法。 回歸分析預(yù)測法與時(shí)間序列分析法一樣，具有其使用的限制性，該方法具有慣性原理思想，即依據(jù)已有數(shù)據(jù)構(gòu)建固定預(yù)測模型預(yù)測發(fā)展趨勢，其忽略了預(yù)測對象的突變性等因素。地下礦山災(zāi)害的發(fā)育過程是復(fù)雜的過程，其表現(xiàn)有較高的非線性特性，簡單的預(yù)測模型難以精確的表達(dá)其復(fù)雜的變化，因此回歸分析預(yù)測模型對災(zāi)害預(yù)測不具有較好的擬合性，很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測。 （4）灰色系統(tǒng)理論 灰色預(yù)測是運(yùn)用灰色系統(tǒng)模型依據(jù)已知信息進(jìn)行現(xiàn)狀分析，并進(jìn)行將來狀態(tài)預(yù)測的過程?；疑A(yù)測理論中的灰色預(yù)測模型主要有GM(1，1)模型，Verhulst等模型，其中GM(1，1)模型被廣泛用于各領(lǐng)域的灰色預(yù)測過程。 該模型的預(yù)測基本方法為： 1）數(shù)據(jù)處理 2）構(gòu)建預(yù)測模型依據(jù)生成序列X⑴建立一階線性微分方程 3）計(jì)算參數(shù) 4）求解時(shí)間預(yù)測公式及模型離散化 5）還原預(yù)測值 灰色預(yù)測過程需要的數(shù)據(jù)量較少，同時(shí)通過對原始隨機(jī)數(shù)列的累加數(shù)據(jù)處理，生成新的數(shù)據(jù)列弱化了原數(shù)據(jù)序列的隨機(jī)性，可在少樣本條件下進(jìn)行較高精度的預(yù)測，因此被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。但是，由于灰色預(yù)測模型為一階線性微分方程，是連續(xù)預(yù)測模型，灰色預(yù)測數(shù)據(jù)的離散化過程將使預(yù)測數(shù)據(jù)有一定的不可控誤差。 （5）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對人腦的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行模擬與仿真而形成的非線性信息處理系統(tǒng)，具有高速的并行處理能力、高維非線性特性、很強(qiáng)的容錯(cuò)性和魯棒性，同時(shí)還有自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)能力，可以解決傳統(tǒng)方法無法解決的復(fù)雜問題，由于其多方面的優(yōu)點(diǎn)，該方法在自然科學(xué)和社會科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)種類很多，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是被應(yīng)用較為廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。 1）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于誤差反向傳播算法(BP算法)的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其模型主要由輸入層(input)、隱含層(hide layer)和輸出層(output layer)構(gòu)成，其中每層有若干神經(jīng)元構(gòu)成，同時(shí)隱含層可以是一個(gè)也可包含多個(gè)(BP算法一般采用一個(gè)隱含層)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，輸入層神經(jīng)元與隱含層神經(jīng)元、隱含層神經(jīng)元與輸出層神經(jīng)元之間通過相應(yīng)傳遞強(qiáng)度逐個(gè)相互聯(lián)結(jié)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型圖 2）BP算法的數(shù)學(xué)描述 在如圖1-1的模型中，假設(shè)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)為Xi(i=l、2……a)，輸入層神經(jīng)元i至隱含層神經(jīng)元j的連接為Wij，隱含層激勵函數(shù)為fi，閥值為Pi；隱含層神經(jīng)元j至輸入層神經(jīng)元Z的連接為Wjz，隱含層激勵函數(shù)f2，閥值p2。 3）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與預(yù)測 BP算法的學(xué)習(xí)過程有正向、反向雙向傳播構(gòu)成，輸入信息首先從輸入層沿正向傳播至隱含層，經(jīng)隱含層處理后生成隱含層輸出信息，該信息繼續(xù)傳播到輸出層，再次對信息處理后輸出最終結(jié)果，此時(shí)的輸出結(jié)構(gòu)若不滿足要求，則進(jìn)行信息的反向傳播，誤差信號沿原有通路返回，該過程中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)誤差信號不斷修改各層神經(jīng)元的權(quán)值與閥值，使得誤差最小。 地下礦山災(zāi)害的監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型繁多，同時(shí)各類數(shù)據(jù)受復(fù)雜因素的影響具有高度的非線性，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性數(shù)據(jù)具有較好的預(yù)測能力，故BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于礦山災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報(bào)。 2.3 系統(tǒng)總體構(gòu)建原則 要針對多災(zāi)源地下礦山的種類繁多、分布廣、危險(xiǎn)大的各種危害因素，建立科學(xué)、有效的災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，應(yīng)遵循以下幾方面的原則。 （1）系統(tǒng)性 在多災(zāi)源地下礦山安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建之初，應(yīng)全面掌握多災(zāi)源礦山的各種災(zāi)害及孕育條件，并充分分析多災(zāi)源地下礦山開釆過程中可能衍生的災(zāi)害、危險(xiǎn)點(diǎn)、危險(xiǎn)程度等因素，進(jìn)而建立井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害多角度、全方面、各方位的監(jiān)測。監(jiān)測對象的不同導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)各異，因此應(yīng)依據(jù)數(shù)據(jù)類型、災(zāi)害機(jī)理及相關(guān)參數(shù)等構(gòu)建針對各種災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報(bào)模式，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的有效監(jiān)測及預(yù)警。 （2）先進(jìn)性 多災(zāi)源地下礦山環(huán)境惡劣、災(zāi)害多發(fā)，應(yīng)采用先進(jìn)的監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)、通訊技術(shù)、預(yù)測預(yù)報(bào)方法等構(gòu)建安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多災(zāi)源地下礦山不良環(huán)境中災(zāi)害的有效監(jiān)測及預(yù)警。 （3）可靠性可靠性是指系統(tǒng)在給定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定任務(wù)的能力，是構(gòu)建多災(zāi)源地下礦山監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)必須考慮的第一要素。這里的可靠即要求監(jiān)測監(jiān)控結(jié)果可以反映井下災(zāi)害的狀態(tài)及變化、監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、傳輸過程數(shù)據(jù)無誤，監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，又要求各類預(yù)測模型科學(xué)，預(yù)測結(jié)果可信。 （4） 實(shí)時(shí)性 在井下開采擾動的因素影響下，多災(zāi)源地下礦山的各種災(zāi)害處于動態(tài)的變化狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的有效監(jiān)測與預(yù)警，就要對災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過可靠的傳輸途徑將監(jiān)測結(jié)果高速上傳至主處理器，經(jīng)快速有效預(yù)測后及時(shí)作出反饋。因此，多災(zāi)源地下礦山的安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的災(zāi)害監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)測及反饋的速度應(yīng)滿足一定要求。 （5）可擴(kuò)展、易維護(hù) 任何礦山的生產(chǎn)都處于逐步推進(jìn)的過程中，井下監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)隨著生產(chǎn)的推進(jìn)而需要相應(yīng)的調(diào)整；同時(shí)，隨著開采深度的增加、巖層構(gòu)造的變化、地下水分布等影響，井下生產(chǎn)系統(tǒng)可能面臨新的災(zāi)害的威脅，因此需要對新的危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行監(jiān)測及預(yù)警。綜合兩種情況的考慮，安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)能夠支持規(guī)模擴(kuò)展與應(yīng)用擴(kuò)展。地下礦山危險(xiǎn)有害因素監(jiān)測點(diǎn)一般處于淋水、有毒有害氣體分布、應(yīng)力集中等危險(xiǎn)的場所或惡劣的環(huán)境中，監(jiān)測儀器的安裝及維護(hù)難度大，因此要求監(jiān)測儀器等可靠度高且易于維護(hù)。 （6）經(jīng)濟(jì)性 從礦山的角度出發(fā)，系統(tǒng)建設(shè)所選用的監(jiān)測儀器、傳輸通道、預(yù)測分析硬軟件等應(yīng)具有良好的性價(jià)比，同時(shí)，在許可條件下，系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)選擇性地利用礦山原有的工程，以降低系統(tǒng)構(gòu)建的費(fèi)用。 2.3 系統(tǒng)總體構(gòu)建模式 多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)是集傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、地理信息技術(shù)、礦山安全等多門技術(shù)于一體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，其涉及安全科學(xué)、系統(tǒng)論、協(xié)同與預(yù)警等理論，學(xué)科交叉性強(qiáng)。 （1）構(gòu)建設(shè)計(jì) 通過對多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害及開采過程危險(xiǎn)有害因素的分析可知，多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害種類繁多，對井下生產(chǎn)威脅大，安全無保障，因此多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具有以下三個(gè)方面的功能：對井下各種災(zāi)害及危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握井下安全狀態(tài)及變化；預(yù)測模型對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，分析災(zāi)害變化趨勢，評價(jià)災(zāi)害的危險(xiǎn)性；發(fā)布預(yù)測預(yù)報(bào)結(jié)果，并對預(yù)測超限的災(zāi)害進(jìn)行報(bào)警。考慮礦井監(jiān)測監(jiān)控環(huán)境的特殊性，依據(jù)多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建原則及系統(tǒng)功能，對多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1）監(jiān)測對象、監(jiān)測內(nèi)容的確定 監(jiān)測對象及內(nèi)容是災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警的基礎(chǔ)，通過災(zāi)害及危險(xiǎn)有害因素的分析，從可能造成嚴(yán)重后果的角度出發(fā)，確定多災(zāi)源地下礦山的監(jiān)測對象。因?yàn)?zāi)害發(fā)展受復(fù)雜因素的影響，為更準(zhǔn)確的預(yù)測災(zāi)害，對災(zāi)害進(jìn)行多角度監(jiān)測，如對地壓進(jìn)行應(yīng)變、位移、微震監(jiān)測技術(shù)或聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)同時(shí)監(jiān)測，以獲取更全面的地壓災(zāi)變信息。 2）通信方式、監(jiān)測儀器設(shè)備的選定 井下作業(yè)環(huán)境高溫潮濕，同時(shí)，受供電電纜、高壓電器設(shè)備、運(yùn)輸車輛、作業(yè)人員、狹窄的井巷空間等因素的影響，監(jiān)測儀器及數(shù)據(jù)傳輸受電磁干擾影響嚴(yán)重，為提高系統(tǒng)準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇適應(yīng)的監(jiān)測儀器及通信方式。再者，井下工程空間分布，導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)分散、通信覆蓋范圍廣，應(yīng)充分考慮有線傳輸與無線傳輸?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行合理選擇。 3）監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)的選擇 直接影響著監(jiān)測數(shù)據(jù)能否準(zhǔn)確反映井下生產(chǎn)系統(tǒng)的安全狀態(tài)及災(zāi)變情況，因此各災(zāi)害監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)依據(jù)有關(guān)法律要求、本礦地質(zhì)、水文、生產(chǎn)系統(tǒng)、以往災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析、斷層、破碎帶與空區(qū)分布資料以及地壓、井下通風(fēng)等數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行布設(shè)。 4）預(yù)測模型構(gòu)建監(jiān)測內(nèi)容不同導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)類型的多樣，同時(shí)，每種災(zāi)害的災(zāi)變機(jī)理不同，對于各類災(zāi)害無法或很難采用同一預(yù)測預(yù)報(bào)理論進(jìn)行有效預(yù)測，因此應(yīng)依據(jù)災(zāi)害的災(zāi)變機(jī)理及各類預(yù)測預(yù)報(bào)理論的適用情況選擇并設(shè)計(jì)合理的預(yù)測預(yù)報(bào)模型。 5）預(yù)警指標(biāo)警限設(shè)定警限決定著災(zāi)變報(bào)警的執(zhí)行，影響著災(zāi)害控制行為的響應(yīng)，也是災(zāi)害預(yù)警成功的關(guān)鍵，其設(shè)定應(yīng)依據(jù)有關(guān)規(guī)范對粉塵、有毒有害氣體的規(guī)定、地壓等災(zāi)害數(shù)值模擬或數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果、工程經(jīng)驗(yàn)等資料。 （2） 災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警的實(shí)現(xiàn) 多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的核心是實(shí)現(xiàn)對多災(zāi)源地下礦山的各類災(zāi)害及危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測及預(yù)警，監(jiān)測儀器準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)、無誤差傳輸、科學(xué)預(yù)測預(yù)報(bào)、合理警限判斷決定著整個(gè)系統(tǒng)對災(zāi)變的有效預(yù)警。 （3）系統(tǒng)調(diào)試及優(yōu)化 多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建完成后，在投入使用的初期應(yīng)先進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，檢驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)警結(jié)果的可靠性，以保障系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 由于災(zāi)害受多種因素影響而表現(xiàn)出高度非線性的復(fù)雜變化，災(zāi)變規(guī)律難于得到精確描述，在構(gòu)建階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)測模型、警限、評價(jià)方法等不可避免的存在一定誤差，為提高系統(tǒng)對多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警的可靠性，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)循環(huán)優(yōu)化監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。 3 對本課程的認(rèn)識 通過李利平、張乾青兩位老師的講解，《地下工程監(jiān)測與評價(jià)》課程順利結(jié)課。老師們的講解都是結(jié)合自己的研究方向，重點(diǎn)突出，各有特色。 相對于對課本知識的教授，更喜歡穿插在課堂中的案例講解，通過一些具體的案例，觸目驚心的圖片與數(shù)字，讓我們認(rèn)識更加深刻，更體會到工程災(zāi)害的破壞性與巖土工作者的責(zé)任。 本課程的學(xué)習(xí)，無論對今后的工作還是學(xué)習(xí)，都有一定的幫助。尤其對于將來從事地下工程的工作以及科研都有大有裨益。 暑假在煙臺梁家煤礦實(shí)習(xí)，剛下礦時(shí)，心里還是有點(diǎn)害怕的，期間劉聰還在井下中暑，所以這次論文結(jié)合了煤礦監(jiān)測的新方法與技術(shù)。 在國內(nèi)大宗礦種儲量不足而國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對大宗礦種需求日益增多的形勢下，在國內(nèi)重特大事故頻發(fā)，國家對高危險(xiǎn)行業(yè)的安全問題日益關(guān)注并不斷提出更高要求的環(huán)境下，立足國內(nèi)金屬非金屬礦山行業(yè)，分析了國內(nèi)多災(zāi)源地下礦山的災(zāi)害特點(diǎn)，提出了針對多災(zāi)源礦山災(zāi)害的監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的總體構(gòu)建思路，探究其科學(xué)性及可行性。 4、結(jié)論和展望 (1) 隨著探礦、采礦等技術(shù)的發(fā)展，多災(zāi)源地下礦山的范疇將不斷擴(kuò)大，從而致使多災(zāi)源地下礦山面臨更多的災(zāi)害種類，不同礦山因其地質(zhì)、水文等因素不同，從而造成在開采擾動條件下災(zāi)害衍生的方式及形成災(zāi)害鏈千差萬別，故多災(zāi)源地下礦山的范疇、多災(zāi)源地下礦山災(zāi)害衍生等有待進(jìn)一步研究。 (2) 災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)主要是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的地質(zhì)、模擬分析資料等，在整個(gè)系統(tǒng)中，監(jiān)測儀器一旦安裝即固定不斷，而實(shí)際工程中，隨著開采的推進(jìn)井下生產(chǎn)系統(tǒng)災(zāi)害狀態(tài)處于變化中，為了使監(jiān)測系統(tǒng)能夠獲取真實(shí)可靠的災(zāi)變數(shù)據(jù)，應(yīng)進(jìn)一步探討如何隨著監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行，依據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控結(jié)果不斷優(yōu)化井下系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測點(diǎn)的布置，以指導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)展過程中災(zāi)害監(jiān)測的布設(shè)。 (3) 災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)模型是依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行初期的數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建的，預(yù)測模型訓(xùn)練好后，模型參數(shù)即固定不斷，而多災(zāi)源地下礦山開釆擾動下的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)典型的灰色系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)的推進(jìn)，井下生產(chǎn)系統(tǒng)不斷接受著新的隨機(jī)擾動、復(fù)雜驅(qū)動因素的影響，從而致使災(zāi)害自身變化狀態(tài)不斷改變，采用固定不斷的參數(shù)預(yù)測模型對處于變化狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，隨著時(shí)間的推移必然使得預(yù)測模型的預(yù)測精度越來越低，因此，應(yīng)對如何構(gòu)建模型的相關(guān)參數(shù)隨監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行而自動動態(tài)優(yōu)化的預(yù)測模型進(jìn)行深入研究，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測模型隨系統(tǒng)推進(jìn)而自動優(yōu)化，從而保證預(yù)測模型的預(yù)測性能不因時(shí)間推移而降低。 參考文獻(xiàn)： [1] 王緒本，董曉坡，曹禮剛，等。礦山災(zāi)害預(yù)警與救助新技術(shù)體系[J]。煤礦安全，2007: 93-96 [2] 尹盼，楊春華。基于ZigBee技術(shù)的礦山監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)[J]。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009: 49-50 [3] 沈紅心，周曉婷，王愛成，等。礦產(chǎn)資源開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)研究[J]。浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2005: 32 (6): 666-673 [4] 張教福。井下生產(chǎn)的安全評價(jià)與預(yù)警研究[D]。武漢科技大學(xué)，2009:4-5 [5] 陳成宗，王石春，等。隧道地質(zhì)災(zāi)害與防治對策[J]。中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1992，3(4):62-67 [6] 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