基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法

本发明涉及基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，属于管养方案设计评估。

背景技术：

1、隧道是基础设施中非常重要的组成部分，而盾构法则是隧道建设中的一种主要工法，盾构隧道工程效益的高低和安全性的保障，直接关系着工程质量和经济效益。然而，盾构隧道建设面临着日益严峻的挑战，如不断增加的隧道长度、高速公路的迅速发展、以及人员和资金等方面的约束，在隧道建设过程中面临着来自结构自身的内在风险、以及来自外部环境及施工工艺等方面的外在风险，在隧道的运营期，经过车辆的荷载作用，极易引发衬砌渗漏水、开裂，隧底裂损等病害。因此，如何加强对隧道的全寿命风险评估，识别并预防事故的发生至关重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，以预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为目标，分析相关的预设各管养工程关键因素事件，综合评估管养工程的各个环节，提升管养效率。

2、本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，基于预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件、以及关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件，由逻辑门连接所构建各管养工程关键因素事件分别所涉及各中间事件、各末端基本事件的故障树，执行如下步骤a至步骤c，实现对该隧道类型工程方案下目标隧道管养方案的不完备评价；

3、步骤a.针对隧道类型工程方案所对应的故障树，基于定义隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件的权重为1，自故障树的由上至下顺序，依次确定各管养工程关键因素事件、各中间事件、各末端基本事件分别所对应的权重；

4、步骤b.基于隧道类型工程方案所对应的故障树，获得各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子；

5、步骤c.根据隧道类型工程方案所对应故障树中的各个末端基本事件，获得目标隧道管养方案相较故障树所对应的各个缺失的末端基本事件，并根据该各个缺失的末端基本事件分别所对应的权重，结合各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子，获得目标隧道管养方案所对应的不完备评价。

6、作为本发明的一种优选技术方案：以预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件，应用逻辑或门、分别以关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件为出发，应用逻辑与门和逻辑或门作为联系逻辑，迭代连接管养工程关键因素事件直接涉及、间接涉及的各中间事件，直至不可再划分的各个末端基本事件，实现隧道类型工程方案所对应故障树的构建；

7、其中，若同属直接所连上层中相同中间事件或相同管养工程关键因素事件的各末端基本事件彼此之间为逻辑与联系，则该各末端基本事件组合构成最小割集；若同属直接所连上层中相同上层中间事件或相同管养工程关键因素事件的各末端基本事件彼此之间为逻辑或联系，则该各末端基本事件分别构成各最小割集。

8、作为本发明的一种优选技术方案：基于隧道类型工程方案所对应故障树的构建，按顶端事件向下至各末端基本事件的方向，依次针对各层，分别针对层中由各管养工程关键因素事件、各中间事件构成的分析对象，根据分析对象直接所连下层中由各中间事件或各末端基本事件构成的各待分析因素，基于隧道类型工程方案下各历史工程方案中预设各历史时刻下分析对象的结果、以及该各历史时刻下对应各待分析因素的结果，应用pca主成分分析法，获得该各待分析因素之间的相关性，联系预设相关性阈值，更新分析对象所对应的各待分析因素；进而实现对隧道类型工程方案所对应故障树的更新。

9、作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤a中，针对隧道类型工程方案所对应的故障树，基于定义隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件的权重为1，自故障树的由上至下顺序，按如下公式：

10、

11、依次确定各管养工程关键因素事件、各中间事件、各末端基本事件分别所对应的权重；其中，p(ei)是事件ei的权重；事件ej是事件ei直接所连的上层事件，p(ej)是事件ej的权重；n是事件ej直接所连下层中事件的数量。

12、作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤b中，基于隧道类型工程方案所对应的故障树，分别针对各管养管养工程关键因素事件，以管养工程关键因素事件、及其所涉及各中间事件、各末端基本事件的缺失，结合该各末端基本事件分别所对应的权重按如下公式：

13、

14、获得各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子sk，其中，1≤k≤k，k为隧道类型工程方案所对应故障树中管养工程关键因素事件的个数，sk为隧道类型工程方案所对应故障树中第k个管养工程关键因素事件对应的敏感性因子，1≤ik≤ik，ik为隧道类型工程方案所对应故障树中第k个管养工程关键因素事件所涉及末端基本事件的个数，为第k个管养工程关键因素事件所涉及第ik个末端基本事件，m为隧道类型工程方案所对应故障树中最小割集的个数。

15、作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤c中，基于目标隧道管养方案相较故障树所对应的各个缺失的末端基本事件ei'，结合故障树中该缺失的末端基本事件ei'分别所对应的权重p(ei')，结合各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子sk，按如下公式：

16、

17、获得目标隧道管养方案所对应的不完备评价pcompleteness，其中，1≤i'≤n'，n'为目标隧道管养方案相较故障树所对应缺失末端基本事件的个数，ei'为目标隧道管养方案相较故障树所对应的第i'个缺失末端基本事件，1≤k≤k，k为隧道类型工程方案所对应故障树中管养工程关键因素事件的个数，sk为隧道类型工程方案所对应故障树中第k个管养工程关键因素事件对应的敏感性因子，mk为隧道类型工程方案所对应故障树中第k个管养工程关键因素事件所对应故障树中最小割集的个数。

18、作为本发明的一种优选技术方案：所述预设隧道类型工程方案所对应故障树的顶端事件为隧道管养方案不完备评价，隧道类型工程方案所对应的预设各管养工程关键因素事件包括预防和应急准备不完备、应急监测和预警不完备、应急响应不完备、善后处置不完备、数据分析及评测不完备。

19、本发明所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

20、本发明所设计基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，采用全新设计逻辑，基于预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件、以及关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件，构建故障树；首先确定故障树中各基本事件分别对应的权重，然后获得其中各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子；最后联系目标隧道管养方案相较故障树所对应的各个缺失的末端基本事件，获得目标隧道管养方案所对应的不完备评价；故障树的设计与搭建，充分考虑管养工程的各个环节，以及各环节事件分别对应的重要程度，综合分析评价管养工程方案，获得更加客观、准确的评价效果。

技术特征：

1.基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：基于预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件、以及关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件，由逻辑门连接所构建各管养工程关键因素事件分别所涉及各中间事件、各末端基本事件的故障树，执行如下步骤a至步骤c，实现对该隧道类型工程方案下目标隧道管养方案的不完备评价；

2.根据权利要求1所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：以预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件，应用逻辑或门、分别以关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件为出发，应用逻辑与门和逻辑或门作为联系逻辑，迭代连接管养工程关键因素事件直接涉及、间接涉及的各中间事件，直至不可再划分的各个末端基本事件，实现隧道类型工程方案所对应故障树的构建；

3.根据权利要求2所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：基于隧道类型工程方案所对应故障树的构建，按顶端事件向下至各末端基本事件的方向，依次针对各层，分别针对层中由各管养工程关键因素事件、各中间事件构成的分析对象，根据分析对象直接所连下层中由各中间事件或各末端基本事件构成的各待分析因素，基于隧道类型工程方案下各历史工程方案中预设各历史时刻下分析对象的结果、以及该各历史时刻下对应各待分析因素的结果，应用pca主成分分析法，获得该各待分析因素之间的相关性，联系预设相关性阈值，更新分析对象所对应的各待分析因素；进而实现对隧道类型工程方案所对应故障树的更新。

4.根据权利要求1所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：所述步骤a中，针对隧道类型工程方案所对应的故障树，基于定义隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件的权重为1，自故障树的由上至下顺序，按如下公式：

5.根据权利要求2所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：所述步骤b中，基于隧道类型工程方案所对应的故障树，分别针对各管养管养工程关键因素事件，以管养工程关键因素事件、及其所涉及各中间事件、各末端基本事件的缺失，结合该各末端基本事件分别所对应的权重按如下公式：

6.根据权利要求2所述基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：所述步骤c中，基于目标隧道管养方案相较故障树所对应的各个缺失的末端基本事件ei'，结合故障树中该缺失的末端基本事件ei'分别所对应的权重p(ei')，结合各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子sk，按如下公式：

7.根据权利要求1至6中任意一项基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，其特征在于：所述预设隧道类型工程方案所对应故障树的顶端事件为隧道管养方案不完备评价，隧道类型工程方案所对应的预设各管养工程关键因素事件包括预防和应急准备不完备、应急监测和预警不完备、应急响应不完备、善后处置不完备、数据分析及评测不完备。

技术总结
本发明涉及基于故障树分析法的隧道管养工程方案完备性评价方法，采用全新设计逻辑，基于预设隧道类型工程方案所对应不完备评价为顶端事件、以及关于该隧道类型工程方案的预设各管养工程关键因素事件，构建故障树；首先确定故障树中各基本事件分别对应的权重，然后获得其中各管养工程关键因素事件分别对应的敏感性因子；最后联系目标隧道管养方案相较故障树所对应的各个缺失的末端基本事件，获得目标隧道管养方案所对应的不完备评价；故障树的设计与搭建，充分考虑管养工程的各个环节，以及各环节事件分别对应的重要程度，综合分析评价管养工程方案，获得更加客观、准确的评价效果。

技术研发人员：沈才华,于瀚森,苗淼
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15