京津冀城市群综合承灾能力时空异质性研究

基于2010—2020年京津冀城市群13个城市的调查数据,应用Kernel密度估计方法、空间自相关模型及Dagum基尼系数,分析不同时期京津冀城市群综合承灾能力时空动态演进分布格局及地区差异。结果表明:(1)在时间维度,2010—2020年京津冀城市群综合承灾能力总体呈现逐渐上升趋势,但京津冀城市群各市之间的承灾能力水平差距逐渐增大,区域整体呈现非均衡特征;(2)在空间维度,2010—2020年京津冀城市群综合承灾能力在空间分布上关联度较低,不存在显著的集聚或分散特征,但有局部地区产生聚集特点,属于“高-高”“低-低”空间聚集型城市较多,在此期间京津冀城市群综合承灾能力呈现空间集聚与空间分异并存;(3)京津冀城市群综合承灾能力的总体差异呈现上升趋势,北京-河北地区间差异最大,地区间差异是总体差异的主要来源。掌握京津冀城市群综合承灾能力的时空分布变化规律,并制订相应的防灾策略是京津冀城市群有效应对外部冲击以及实现京津冀地区协同与高质量发展国家战略的重要支撑。

基于相关系数-熵-二维云模型的装配式建筑施工风险测度

装配式建筑施工过程要在多维空间中进行,叠加风险高,事故发生率高于传统现浇建筑施工,因此科学、准确地测度装配式建筑施工风险具有重要的现实意义。根据装配式建筑施工的特点,从人员、机械、环境、技术、管理5个维度建立了装配式建筑施工风险测度指标体系,并构建了相关系数-熵-二维云风险测度模型。实例应用结果表明:该测度模型较全面、客观、准确地反映了装配式建筑施工风险要素,能够有效实现装配式建筑施工过程风险的定量化测度,可为装配式建筑施工安全管理提供有力参考和依据。

基于命名实体识别的水电工程施工安全规范实体识别模型

为准确识别水电工程施工安全规范实体,通过预训练模型中双向编码器表征法(BERT)挖掘文本中丰富的语义信息,利用双向长短期记忆神经网络(BILSTM)提取规范实体语义特征,依靠条件随机场(CRF)分析实体之间的依赖关系,构建水电工程施工安全规范的命名实体识别模型;以《水利水电工程施工安全防护技术规范》(SL714—2015)为例,计算命名实体识别模型精确率。结果表明:BERT-BILSTM-CRF模型准确率为94.35%,相比于3种传统方法,准确率显著提高。研究成果有助于水电工程施工安全规范知识智能管理,为施工安全隐患智能判别提供支撑。

不确定条件下大型铁路建设工程的物资储备基地选址优化

为提升复杂环境下铁路建设工程物流设施网络的可靠性,首先,使用情景削减技术生成最小中断情景子集及其中断概率,以描述运输通道的中断情景;然后,采用多面体不确定集刻画物流需求的不确定性,以运输成本、建设成本、运营成本以及惩罚成本等综合成本最低为目标,应用两阶段的随机优化技术与鲁棒优化技术,构建物资储备基地选址不确定优化模型,并基于一种列与约束生成(C&CG)算法求解模型;最后,以复杂环境下的C铁路建设工程为例,验证模型和算法的有效性。结果表明:在随机中断情景中,模型获取方案的成本变异系数是传统模型的4.3%,在极端需求波动情况下,模型获取方案的成本波动幅度可达传统模型的38%,两阶段不确定优化模型能有效减少物流设施网络因运输通道中断及需求波动导致的成本变动。

基于EMI-CNN的建筑施工模板支撑体系节点健康监测

为预防模板坍塌引发建筑施工安全事故风险,提出一种基于压电阻抗法(EMI)和卷积神经网络(CNN)的模板支撑体系节点智能监测方法。首先,利用压电陶瓷传感器(PZT)的机电耦合特性及其集驱动-传感于一体的特点,建立PZT-节点耦合系统的机电阻抗传感机制模型;其次,基于EMI法,以与待测结构耦合的PZT片电导信号为监测指标,确定模板支撑体系节点松动的发生;然后,以敏感频段内PZT片的801个原始电导信号为模型输入,9个节点松动程度为模型输出,构建162组学习样本和27组测试样本,建立EMI-CNN模型,确定节点松动程度;最后,以一个实际工程中的建筑施工模板体系节点为例,验证EMI-CNN模型的有效性,并对比分析EMI-BP模型。研究结果表明:EMI-CNN模型经过85次迭代达到收敛,预测准确率达到100%,相较于EMI-BP模型提高29.63%。该监测方法可实现对建筑施工模板支撑体系节点健康状态实时、准确、无损监测。

基于改进N-K模型的地铁盾构掘进安全风险耦合研究

为预防和控制地铁盾构掘进施工过程中的关键安全风险,并精准判断哪些风险耦合情境是导致事故发生的显著情境,提出改进N-K模型研究地铁盾构掘进安全风险耦合;综合运用文献研究、事故案例、专家访谈等方法,辨识地铁盾构掘进的关键安全风险因素;基于N-K模型提出新的地铁盾构掘进安全风险耦合评估模型,并选用安全事故案例验证该模型的适用性。结果表明:辨识得到地铁盾构掘进关键安全风险因素清单,包括4类一级风险因素,21个二级风险因素;地铁盾构掘进施工安全风险随着耦合因素种类的增加而变大,4因素风险耦合值最高,3因素风险耦合值次之,双因素风险耦合值最低,作业人员安全意识薄弱和机械故障参与作用的耦合情境更容易发生安全事故。

基于多尺度特征融合和注意力机制的矿区道路障碍检测

为解决复杂露天矿区背景下的行车障碍检测问题,提出一种基于改进跨尺度特征融合的矿区道路障碍检测算法。首先,针对原始矿山数据集中小目标样本类别不平衡的问题,采用一种基于几何变换和加权泊松融合的数据增强方法扩大样本数量;其次,在特征提取阶段提出更适用于障碍检测的跨阶段连接网络,以增大检测尺度,提高算法对小目标特征的学习能力;然后,在特征融合阶段提出基于3D无参注意力(SimAM)和去权重的双向特征融合金字塔网络(Bi-FPN),通过扩大预测特征图和特征感受野,提升多尺度检测性能;最后,针对训练中样本不均衡和障碍物边界框定位不精准问题,引入质量焦点损失函数(QFL)和可扩展的交并比损失函数(SIoU),将分类得分与位置的质量预测结合,提高对密集遮挡目标的定位精度。结果表明:改进方法能有效识别复杂背景下露天矿区非结构化道路障碍物,在实际应用中,检测精度达到91.88%,检测速度达到68.7帧/s,相较于主流检测方法有着更好的小目标和多尺度检测性能,可满足露天矿区无人矿卡行进中的障碍安全检测要求。

基于RF-SFLA-SVM的装配式建筑高空作业工人不安全行为预警

为有效预警装配式建筑高空作业工人不安全行为的发生趋势或状态,增强对装配式建筑工人不安全行为(PBWUBs)的管控,采用随机森林(RF)-混合蛙跳算法(SFLA)-支持向量机(SVM)模型,开展工人不安全行为预警研究。首先,采用SHEL模型分析处于高空作业危险中的PBWUBs的影响因素,并通过RF确定关键预警指标;然后,采用SFLA对SVM的参数进行寻优改进;最后,利用RF-SFLA-SVM预警高空作业PBWUBs,提出应对措施,并与其他预警模型对比。研究结果表明:基于RF-SFLA-SVM预警高空作业PBWUBs,准确率最高,为91.67%,与其他模型的预警性能相比,最高提升14%。研究结果可为高空作业PBWUBs的防控提供参考。

基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法

为提高对老旧建筑的安全分析能力,提出一种基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法,通过老旧建筑结构风险要素辨识搭建智能监测系统,监测建筑关键结构初步判断安全状态,将监测数据作为外部参数输入模型中进行数值模拟,定量预测建筑的破坏部分和破坏程度;以西安某具有70多年历史的老旧建筑为例进行验证,根据工程实际设计监测方案,对其进行为期2年的结构安全监测;使用Revit软件建立该建筑的数值模型并导入到ABAQUS中,将监测数据作为外部参数输入数值模拟,并假定监测数值超过沉降阈值进行定量预测建筑破坏情况。结果表明:该老旧建筑目前处于安全状态,假定建筑沉降值超过安全阈值,则楼梯前侧结构发生破坏的可能性增加。验证了基于数字孪生技术将实时监测数据和数值模拟相融合的定量预测方法,对老旧建筑整体及局部结构安全性分析判断有较高的可行性。

复杂系统视角下洞室施工人员安全认知仿真研究

为制定有效的安全认知提升策略及减少安全事故的发生,需深入探究洞室施工人员安全认知的演化过程和特征。首先,基于复杂社会技术系统和“2-4”模型(24Model)等相关知识,识别安全认知影响因素,构建洞室施工人员安全认知指标体系;然后,通过Super Decisions软件计算指标权重;随后利用系统动力学(SD)理论,明确各因素间的相互关系,建立包含组织安全管理等4个子系统的SD仿真模型,将以安全投入为基础的认知纠偏机制应用到SD仿真模型;最后,结合实际工程算例开展SD仿真以及敏感性分析。研究表明:随着工程进展,通过增加安全投入,并发挥认知纠偏机制作用,施工人员的整体安全认知由下降趋势转变为缓慢上升趋势;组织安全管理对洞室施工人员安全认知影响程度最大,结果与24Model的基本假设一致,从而验证了SD仿真模型的科学性和有效性。

无机盐协同表面活性剂对煤尘保湿性影响

为保障煤矿安全生产和工人健康,煤矿井下主要采取的防尘手段是湿式除尘和化学抑尘。通过保水性实验探究无机盐与表面活性剂溶液各自及协同作用下的抑尘保湿性效果。实验结果表明:由于四种表面活性剂的分子结构和性质不同,形成分子层的稳定性和厚度不同,十二烷基苯磺酸钠溶液(SDBS)的保湿性最强,聚乙二醇对异辛基苯基醚溶液(Triton X-100)的保湿性最弱。当表面活性剂SDS与SDBS溶液质量分数分别为0.24%、0.04%,无机盐K_(2)SO_(4)的浓度0.9mol/L,且SDS与SDBS比例为5∶5,SDS+SDBS的混合溶液与K_(2)SO_(4)比例同样为5∶5时,煤尘水分散失最少,复合溶液润湿保湿性能最佳。硫酸钾溶液对复合溶液的疏水端产生析出作用,导致煤尘疏水端的疏水作用增强,更多表面活性剂分子逃逸水相后向液-气界面聚集,从而降低溶液的表面张力。

基于CatBoost-NSGA-Ⅲ算法的盾构姿态预测与优化

为解决盾构掘进过程中因盾构前倾变形、蛇形、轴线偏离及纠偏等影响施工安全性与高效性的问题,提出一种将类别型特征梯度提升(CatBoost)与第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)相结合的盾构姿态多目标优化方法;以贵阳地铁为例,选取22个影响因素作为输入参数,利用CatBoost算法建立输入参数与盾构姿态之间的非线性映射函数关系,采用随机森林(RF)算法评价输入参数的重要性;以盾构姿态绝对值最小化为目标,构建CatBoost-NSGA-Ⅲ多目标优化模型,并通过案例分析验证所提方法的适用性和有效性。结果表明:采用CatBoost算法训练工程实测数据得到的预测模型具有较高的精度,5个盾构姿态目标的R^(2)范围为0.916~0.943;所研发的CatBoost-NSGA-Ⅲ盾构姿态多目标优化方法,可使盾构姿态得到显著优化,整体改进的平均值为53.34%。

基于CatBoost-MOEAD的大直径泥水盾构姿态多目标预测与优化

为避免盾构掘进过程中出现蛇形、轴线偏离等姿态异常问题影响施工安全,提出一种结合类别提升(CatBoost)算法和基于分解的多目标优化算法(MOEAD)的大直径泥水盾构姿态控制方法;构建一个盾构姿态预测模型,该模型包含19个输入参数和6个输出参数,利用CatBoost算法构建输入参数与输出参数之间的非线性映射关系;采用沙普利加性解释法(SHAP)分析输入参数对盾构姿态的影响;结合多目标优化算法构建CatBoost-MOEAD盾构姿态多目标优化模型,将所提模型运用到武汉长江大直径泥水盾构隧道工程中,分析验证所提方法的适用性和有效性。结果表明:CatBoost预测模型能够高效地预测大直径泥水盾构的姿态,其中6个盾构姿态目标的决定系数范围为0.931~0.974,均方根误差范围为0.030~0.880,误差范围为0.039~1.057;对盾构姿态影响较大的施工参数中推进组推力对盾构姿态的影响最为显著;通过研发的CatBoost-MOEAD盾构姿态多目标优化方法,盾构姿态的优化效果显著,优化率可达38.86%。

基于CatBoost-MOEAD的大直径泥水盾构施工多目标预测优化

为有效优化盾构施工参数,实现在大直径泥水盾构掘进过程中安全、高效和节能的目标,提出分类助推(CatBoost)和基于分解的多目标进化算法(MOEAD)相结合的混合智能算法;综合考虑盾构施工参数与地质条件,以主要的盾构施工参数为研究对象,选择地表沉降、贯入度和掘进比能为预测和控制目标;优化调控选择的盾构施工参数,并以武汉市轨道交通某号线为例,验证该混合算法的有效性。结果表明:采用CatBoost算法建立的预测模型在大直径泥水盾构上表现出来的预测性能良好,对3个控制目标的拟合精度(R 2)均达到0.9以上;预测模型的重要性排序表明:大直径泥水盾构的总推进力和推进速度对地表沉降、贯入度和掘进比能有显著影响;所提出的CatBoost-MOEAD混合智能算法对3个控制目标的优化效果明显,地表沉降、贯入度和掘进比能分别达到12.35%、7.47%和10.70%的优化幅度,并给出相应盾构施工参数的控制范围。

基于前因因素的建筑工人安全行为评价模型与应用

建筑项目中的事故主要与建筑工人的不安全行为有关,因此对建筑工人安全行为进行事前评价是预防事故发生的关键。首先通过文献可视化分析初步筛选建筑工人安全行为前因因素,结合专家意见构建建筑工人安全行为评价的指标体系;然后采用群决策改进的层次分析法确定各评价指标的综合权重,并建立可拓物元评价模型;最后对某施工项目建筑工人安全行为进行评价与分析,以验证模型的合理性和可靠性。结果表明:建筑工人安全行为评价指标中安全意识所占权重较高,是事故预防的重要因素;实例应用结果表明该项目建筑工人总体安全行为等级处于“Ⅲ级”为一般安全,说明该项目施工作业人员整体处于比较安全的水平;建筑工人个体安全行为的维度指标评价结果为正态分布或偏正态分布,表明该评价模型能够有效识别建筑工人的安全行为水平,可为建筑安全管理的研究和实践提供参考。

CaCl_(2)与BaCl_(2)复配对水泥浆抗负温劣化和硫酸盐侵蚀的试验研究

随着我国“西部大开发”和“一带一路”发展战略的深入推动,冻土区施工日渐增多,负温劣化和硫酸盐侵蚀对水泥浆性能的负面影响给工程建设带来了安全隐患。通过-20℃恒温无预养水泥浆水化试验,利用XRD、SEM、TG、CT和力学测试等手段对水泥浆水化产物、孔隙结构、力学性质等进行分析,综合评价了CaCl_(2)-BaCl_(2)复配使用对水泥浆在负温和硫酸盐环境下水化性能的影响。试验结果表明:相比于单一使用CaCl_(2),添加BaCl_(2)不仅可以促进水泥浆水化程度,还可与SO_(4)^(2-)反应,减少高硫型水化硫铝酸钙(又称钙矾石,AFt)的生成,提升水泥浆抗硫酸盐侵蚀能力;CaCl_(2)-BaCl_(2)复配使用时BaCl_(2)的合理掺量为10wt%~15wt%,此时水泥浆具有相对最优的水化产物、孔隙结构和力学性质,其抗负温劣化和抗硫酸盐侵蚀能力也得到了显著提高。该研究结果可为冻土区工程建设提供理论参考和技术借鉴。

基于巡检机器人的吊装作业场景DPIM算法

为提高吊车安全作业的高精度检测预警,增强企业安全管理能力,围绕工业安全事件分析与监测预警无人化的需求,定制吊装场景地面和空中飞行相结合的巡检机器人,智能化吊装过程安全规程监控、弹窗图像记录和安全告警。首先,制作包含3120张图片的吊装数据集Cranes-Dataset(CRN-Dataset),提出一种动态视角智能监测(DPIM)算法,以增强人-车-物多尺度目标的快速检测能力;然后,依据多帧图像的角点检测和带噪声基于密度的聚类方法,以及吊车与作业工人空间距离的安全属性,制定安全规则触发告警的流程,实时记录违规操作图像并弹窗预警。结果表明:经过实际部署和验证,DPIM算法相较于其他传统算法,吊装作业目标识别能力有明显提高,且适用嵌入式边缘智能分析节点的实时计算与数据传输,完成危险区域人员拒止的现场部署。

土钉支护边坡物理模型试验研究进展

为提高工程扰动与自然因素联合作用下边坡稳定性,厘清不同加载条件下边坡土钉支护方式的作用过程及其特点,选取适用于实际工况的最优支护模式及布设工艺,保障边坡结构系统的本质安全。首先,在静力、振动和离心3类受力作用下系统阐述土钉支护物理模型试验过程与结果;其次,对比分析典型边坡支护技术与新型边坡支护方式的特点及适用性;最后,通过复杂环境效应下的物理模型试验,探究海底边坡、台风暴雨边坡及高速远程滑坡3类特殊边坡的变形破坏机制。结果表明:土钉在各类边坡支护中均具有良好的适用性,但对于复杂特殊环境下边坡支护的可靠度与安全系数仍有待提高。实际中需融合新材料新工艺开展组合支护结构研究;同时,加强物理模型试验中的相似材料选取、观测手段创新、特殊环境模拟研究,提高监测数据的高还原度,实现边坡系统的全过程安全保障。

基于重叠网格的固定翼无人机尾流冲浪参数研究

在编队飞行中合理利用尾流冲浪技术,可使得后机获取明显的增升性能。基于该原理,按照候鸟迁徙飞行时所排成“V”字形设计了两架固定翼无人机组成的编队;利用CFD绘制无人机与流体域的重叠网格,对该飞行编队进行了数值模拟;并对飞行编队的气动参数进行了分析。研究结果表明:在气动作用下,尾流冲浪效应对前机的影响很小,对后机的影响明显;双机纵向间隔和垂直间隔对后机的升力系数、阻力系数、升阻比、俯仰力矩等参数均有影响;后机在合适的位置和迎角下,升力系数可提升11.7%。

广东某高速公路隧道衬砌混凝土腐蚀成因与规律研究

长期处于侵蚀性水环境中所引起的化学侵蚀是公路隧道混凝土的常见病害之一。这种侵蚀会导致混凝土耐久性下降,进而对隧道结构安全构成威胁并需要大量资金进行养护。然而,现有研究普遍缺乏工程实例依托,试验和模拟参数设置与工程实际的关联性较弱,难以准确、全面地反映现实中复杂侵蚀水环境下混凝土腐蚀的机制。为此,选取我国广东某高速公路隧道为工程实例,采用原位和实验室水化学指标测试、XRF测试手段确定混凝土化学侵蚀来源,并以隧道地下水渗流模拟试验复现化学侵蚀过程,研究混凝土的腐蚀成因、化学侵蚀规律和控制因素。结果表明:(1)隧道衬砌混凝土与低Ca^(2+)、高HCO_(3)^(-)浓度的地下水接触、混合后发生钙溶蚀,形成了高pH值、高饱和的CaCO_(3)溶液及过饱和沉淀,并在地下水经裂隙快速喷出进入隧道的过程中,CO_(2)分压下降促使CaCO_(3)进一步过饱和析出;(2)在隧道衬砌混凝土钙溶蚀初期,混凝土液相Ca(OH)_(2)与地下水Ca^(2+)浓度差较大,钙溶蚀速率较快,而随着钙溶蚀的进行,固相Ca(OH)_(2)持续被消耗且隧道排水中Ca^(2+)浓度持续升高,与地下水中Ca^(2+)浓度差缩小,钙溶蚀速率趋缓,最终在动水条件下达到动态平衡,隧道排水水化学特征维持相对稳定;(3)低Ca^(2+)、高HCO_(3)^(-)浓度的地下水有利于混凝土的钙溶蚀和CaCO_(3)过饱和析出沉淀,而过高或过低的地下水渗流流速(固液停留时间)均不利于相关化学反应的进行。