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CBR-RBR混合模式在地鐵工程施工安全事故案例庫中的應(yīng)用研究

文檔作者：余宏亮1，吳賢國2，劉博2 文檔來源： 1．武漢科技大學(xué)管理學(xué)院 2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月08日
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施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2013年7月上
第42卷第13期
DOI：10．7672／s舀s2013130102
CBR—RBR混合模式在地鐵工程施工
安全事故案例庫中的應(yīng)用研究術(shù)
余宏亮1，吳賢國2，劉博2
(1．武漢科技大學(xué)管理學(xué)院，湖北武漢430080；2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074)
[摘要】針對地鐵工程施工安全事故案例未進(jìn)行系統(tǒng)整理和有效利用的狀況，提出地鐵工程施工安全事故案例表
示的結(jié)構(gòu)化模型，設(shè)計基于案例推理(cBR)為主，基于規(guī)則推理(RBR)為輔的混合模式應(yīng)用框架，并簡要闡述了
RBR在制定案例檢索策略中的作用。集成Vc++和cLIPs專家系統(tǒng)工具研發(fā)地鐵工程施工安全事故案例庫管理
系統(tǒng)，實現(xiàn)事故案例在風(fēng)險分析、險情預(yù)判、應(yīng)急搶險中的借鑒作用。
【關(guān)鍵詞]地鐵；安全事故；案例推理；規(guī)尉推理；混合模式
[中圖分類號】u458 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號】l002-8498(2013)13_0102拼
AppIication Research on CBR—RBR Hybrid Pattern for the
Metro Construction Safety Accident Base
Yu H0ng¨an91，Wu Xjangu02，Liu B02
(1． _sc^oof礦肼口n口ge，玎e，lf，矸億^口凡Un如e，苫i砂礦Scie，lce口nd 7_c^no￡Dlgy，驢址|IInn，日u6ei 430080，儺in口；
2．sc|Ilooz o，G西訂E噌i，lee^增&amp;amp;J|Ifec^onics，矗h口如冊g‰如e”渺o，．sc拓加e帆d nc^nozogy，耽hn，月h6ei 430074，儺i，lo)
Abstract：Aimed at the situation of the metro constmction safety accident cases 1acking systematic
organization and efbctiVe utilization， a structural representation model of the metm safety accident case
was presented， An application framework on CBR—RBR hybrid pattem (CBR dominance， RBR
supPlement)was designed，and RBR usage for fb珊ulating the case retrieve strategy was explained． A
management information system of metro constmction safety accident cases was deVeloped by integrated
VC++ and CLIPS expert system tool for retrieving and reusing accident cases，with which to help the
process of risk analysis，danger anticipation and emergency rescue．
Key words：metros；safety accident；case-based reasoning(CBR)；rule—based reasoning(RBR)；hybrid
Dattem
地鐵工程具有投資規(guī)模大、建設(shè)周期長、施工
技術(shù)復(fù)雜，不可預(yù)見致險因素多、社會環(huán)境影響大
等特點，地鐵工程建設(shè)是一項高風(fēng)險建設(shè)工程?。
據(jù)不完全統(tǒng)計，地鐵工程車站基坑安全事故82％發(fā)
生在施工階段拉。；隧道安全事故15．1％也發(fā)生在施
工階段"』，因此，本文以地鐵工程施工階段安全事
故案例作為研究重點。而地鐵工程施工安全事故
案例的描述信息散落在新聞報道、論文、事故分析
報告等各類公開或非公開出版的文獻(xiàn)中，其信息描
述詳略程度不同，關(guān)注重點也不同，國內(nèi)學(xué)者也未
+“十二五”國家科技支撐計劃項目“地鐵工程安全控制關(guān)鍵技術(shù)研
究及應(yīng)用示范”(2012BAK24800)
[作者簡介]余宏亮，博士，高級工程師，E—mail：yhll3c@yahoo．com，c“
[收稿日期】2012—1l—14
對安全事故案例做系統(tǒng)整理和有效利用。本文在
系統(tǒng)整理地鐵工程施工安全事故案例和案例結(jié)構(gòu)
化存儲基礎(chǔ)上，提出基于CBR．RBR混合模式的安
全事故案例庫的應(yīng)用方法。其研究價值在于：①在
施工準(zhǔn)備階段根據(jù)工程基本特征檢索安全事故案
例庫，查找可能發(fā)生的安全事故，做好重大安全隱
患排查，編制針對性應(yīng)急救援預(yù)案；②在施工階段
Nea卜Miss工況下，根據(jù)事故征兆查詢安全事故案例
庫，檢索類似安全事故的發(fā)生過程，部署風(fēng)險減輕
或消除措施，準(zhǔn)備好應(yīng)急搶險資源；③事故發(fā)生后
查詢安全事故案例庫，按照類似的事故處理措施進(jìn)
行搶險補救工作，總結(jié)工程施工經(jīng)驗，并將新案例
補充至安全事故案例庫。
萬方數(shù)據(jù)
2013 No．13 余宏亮等：CBR·RBR混合模式在地鐵工程施工安全事故案例庫中的應(yīng)用研究103
在cBR-RBR混合模式應(yīng)用方面，國外已有一
些應(yīng)用案例，CHEF系統(tǒng)采用基于規(guī)則的子模塊來
支撐CBRHl；CASEY系統(tǒng)使用了案例來補充基于規(guī)
則的機制¨o；Rissland和Skalak提出RBR．CBR混合
模式實現(xiàn)了CABARET系統(tǒng)，并應(yīng)用于所得稅法咨
詢領(lǐng)域曲’；Golding和Rosenbloom提出了一種同時
使用RBR和CBR的結(jié)構(gòu)¨o。國內(nèi)學(xué)者杜一等提出
基于案例和規(guī)則混合推理的變電站故障診斷系
統(tǒng)舊1，徐曉東提出了結(jié)合案例推理與邏輯推理的突
發(fā)危機應(yīng)急決策模型∽1；張建華等提出案例推理和
規(guī)則推理結(jié)合的緊急預(yù)案信息系統(tǒng)¨0|，但CBR—
RBR混合模式在地鐵工程施工安全事故案例庫方
面應(yīng)用少有文獻(xiàn)涉及。
本文通過分析地鐵工程施工安全事故的特征，
設(shè)計安全事故案例描述屬性的結(jié)構(gòu)化模型，提出
CBR．RBR混合模式應(yīng)用框架和在CBR主導(dǎo)下的
RBR關(guān)鍵應(yīng)用。
l 地鐵工程施工事故案例及其結(jié)構(gòu)化模型
地鐵工程施工事故的發(fā)生涉及人、設(shè)備、作業(yè)
和管理等因素，由于影響因素多，相互關(guān)系復(fù)雜，事
故發(fā)生的直接因果關(guān)系規(guī)則不易提取。因此，采用
基于案例推理(case．based reasoning，cBR)應(yīng)用模式
比較適合這類“弱理論強經(jīng)驗”的應(yīng)用領(lǐng)域。CBR
直接利用以往的案例進(jìn)行推理，用過去求解類似問
題的經(jīng)驗知識來解決當(dāng)前新問題，可以將難以規(guī)則
化的事故分析知識隱含到實例中，克服了知識獲
取、形式化表示的困難，同時通過增量式學(xué)習(xí)可逐
步完善案例庫，提高問題求解精度。
cBR應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一是案例的表示，通過
對收集的2001至2011年65例地鐵工程施工事故
案例(case)進(jìn)行分析，抽取共性特點，本文設(shè)計的事
故案例描述屬性包括：標(biāo)識屬性C。、分類屬性C：、工
程特征屬性C，、事故過程屬性C。、事故原因?qū)傩?
C”事故后果屬性C。、事故處理措施屬性C，、案例應(yīng)
用屬性C。。其中C：作為分類索引，C，和C。部分屬
性作為案例相似度計算中的特征值。
事故案例采用集合表示：c=(C，，c，，?，
C。)，每一屬性根據(jù)需要進(jìn)一步細(xì)化為Ci=(Cn，
C訖，?，C抽)。整個案例庫則由不同屬性層次上的
案例關(guān)聯(lián)而成，根據(jù)地鐵工程施工事故特點，構(gòu)造
事故案例表示的結(jié)構(gòu)化模型如圖1所示。
由于地鐵事故案例描述屬性具有多層次性，各
層屬性間存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，例如：對于工程特
征的描述，車站工程與區(qū)間隧道工程完全不同，工
點的施工工法與安全事故的原因直接相關(guān)，對于同
一地質(zhì)特征屬性在不同事故分析中其案例相似度
權(quán)重值可能不相同。采用單一的CBR存在不能覆
蓋所有解空間、搜索時遺漏最優(yōu)解、相似度計算工
作量大、解決方案適應(yīng)性差等缺點，本文根據(jù)地鐵
工程施工安全事故案例的應(yīng)用特點，提出采用CBRRBR
混合模式解決此類問題。
2 CBR-RBR混合模式的應(yīng)用框架設(shè)計
為了提高基于案例推理的效率和準(zhǔn)確性，更好
地發(fā)揮CBR和RBR兩種推理方式的優(yōu)勢互補，本
文提出基于cBR．RBR混合模式的安全事故案例應(yīng)
用框架，如圖2所示。此模型主要包括10個步驟，
采用①～⑩進(jìn)行標(biāo)識，其中步驟③，⑥，⑧，⑩體現(xiàn)
CBR的4個典型過程：檢索(retrieve)、重用(reuse)、
圖1 安全事故案例表示的結(jié)構(gòu)化模型
Fig．1 The stmcturaI modeI of safety accident cas鶴
萬方數(shù)據(jù)
104 施工技術(shù)第42堂
圖2 CBR-RBR混合模式應(yīng)用框架
Fig．2 Hybrid pattern application n舢ewoI。k of CBR-RBR
修正(revise)、保留(retain)¨11。在步驟①輸入新案
例后，根據(jù)案例的分類屬性C：、工程特征屬性C，向
RBR控制器發(fā)出設(shè)定檢索策略請求，RBR控制器執(zhí)
行步驟②，調(diào)用“檢索策略規(guī)則”，向cBR過程返回
相應(yīng)的檢索策略，檢索策略主要包含：初始檢索條
件，相似案例判定準(zhǔn)則，其目的是減小搜索空間，提
高搜索效率；按設(shè)定的檢索策略執(zhí)行步驟③后，獲
得少量的候選案例，依次取出候選案例，按系統(tǒng)默
認(rèn)的“相似度計算規(guī)則”執(zhí)行步驟⑤進(jìn)行相似度計
算，系統(tǒng)預(yù)留人機接口，可通過步驟④改變相似度
計算方法；在待求解問題與檢索到的案例不完全匹
配時，一般會觸發(fā)步驟⑧進(jìn)行案例調(diào)整，此時需向
RBR控制器提出案例調(diào)整請求，將案例間的差異傳
輸至RBR系統(tǒng)，執(zhí)行步驟⑦調(diào)用“案例調(diào)整規(guī)則”
進(jìn)行案例調(diào)整，向CBR系統(tǒng)返回調(diào)整結(jié)果；經(jīng)過案
例調(diào)整產(chǎn)生的解還需要對其正確性、一致性和可行
性進(jìn)行評價，此時可執(zhí)行步驟⑨調(diào)用“案例評價規(guī)
則”來判斷本次推理的成功或失敗。
本文設(shè)計的cBR．RBR混合推理模式的優(yōu)勢在
于保持CBR各單元相對獨立，在案例檢索、相似度
計算、案例調(diào)整、案例評價等過程中與RBR控制器
進(jìn)行通信，調(diào)用相應(yīng)規(guī)則執(zhí)行規(guī)則推理，使得cBR
和RBR在推理過程中進(jìn)行高效融合，有利于共享中
間推理結(jié)果，RBR主動地干預(yù)推理過程，增強CBR
適應(yīng)能力。
3 基于CBR-RBR混合模式的系統(tǒng)實現(xiàn)
集成VC++6．0高級編程語言和CLIPS專家系
統(tǒng)開發(fā)工具實現(xiàn)基于cBR-RBR混合模式的地鐵工
程施工安全事故案例庫管理系統(tǒng)，充分利用2種開
發(fā)工具的優(yōu)勢：Vc++實現(xiàn)用戶交互界面，案例檢索
算法，數(shù)據(jù)庫接口等功能；cuPS實現(xiàn)規(guī)則管理和邏
輯推理。CBR應(yīng)用系統(tǒng)功能如：案例檢索、相似度
計算、案例重用等具有較強的通用性，限于篇幅，本
文不作介紹，下面以制定案例檢索策略為例介紹
RBR的應(yīng)用要點。
案例檢索策略主要解決知識的搜索和目標(biāo)求
解問題。根據(jù)新案例的不同輸入，向RBR控制器
(核心為CuPs推理機)提出設(shè)定檢索策略請求，
RBR控制器執(zhí)行元規(guī)則(即控制與協(xié)調(diào)推理的規(guī)
則)進(jìn)行顯性設(shè)定。例如：通過給定的分類屬性C：
設(shè)定候選案例集合，其檢索策略規(guī)則采用CLIPS規(guī)
定的格式¨副描述如下：
(defmIe seI—retrieve—stratege’設(shè)定檢索集合”
(oav(object AccidentCase)”事故案例對象”
萬方數(shù)據(jù)
2013 No．13 余宏亮等：cBR—RBR混合模式在地鐵工程施工安全事故案例庫中的應(yīng)用研究105
(attribute SiteType)”工點類型屬性”
(value Station))”工點類型值為車站”
=>
(assert(oav(object Retrieve)”檢索對象”
(oav(att曲ute Retrieve—Set)”檢索集合屬性”
(oav(valueR：l，尺22，R：，))))) ”檢索集
合為R2l，R22，尺23”
上述規(guī)則表明，若工點類型為“車站”，則分類
檢索集(Retrieve—Set)設(shè)定為“R2l，R22，R23”。
4 應(yīng)用案例
武漢地鐵2號線工程某區(qū)間隧道DK25+308
掌子面突發(fā)透水險情。業(yè)主、施工、監(jiān)理、安全預(yù)
警、水務(wù)集團等單位在事發(fā)第一時間趕到現(xiàn)場組織
搶險。后方技術(shù)人員啟動《地鐵工程施工安全事故
案例庫管理系統(tǒng)》檢索相似案例，提供可參考的事
故處置意見。
首先輸入c：，工點分類=區(qū)間隧道，C：：工法分
類=暗挖法，C：，事故類型=透水；然后輸人C，：區(qū)
間特征=(雙線隧道；淺埋及超淺埋段；巖溶裂隙及
溶洞；構(gòu)筑物及管線多)；C，，地質(zhì)特征=(雜填土
0．3—5．5m，黏土1．5—12m，泥巖，灰?guī)r，炭質(zhì)頁
巖)；C，，水文特征=(孔隙水0．5—2．5m；基巖裂隙
水；巖溶裂隙水15—26m：承壓水)。RBR控制器調(diào)
用“檢索策略規(guī)則”，返回給CBR的檢索策略為(檢
索集合=R，。(區(qū)間隧道／暗挖法)；相似度計算方法
=海明距離法；相似度判斷閾值=0．6)。通過案例
檢索獲得2條相似的案例，提供的技術(shù)措施c，，=
(砂袋堆碼掌子面；插打小導(dǎo)管／掛網(wǎng)混凝土噴封閉
掌子面；投點孔封閉／切斷突水通道；關(guān)閉自來水
閥；潛水泵抽排積水；開挖路面查找漏水點)。
按上述施工處置措施，經(jīng)現(xiàn)場排查，未發(fā)現(xiàn)自
來水管線脫節(jié)及滲漏現(xiàn)象。最后查明：由于賦存于
隧道頂部雜填土層與其下方不透水泥巖層間的上
層滯水形成水囊，這些水通過泥巖之間的裂隙，下
行突入洞內(nèi)形成透水。經(jīng)過10h搶險，險情排除，同
時要求在后續(xù)施工中采取以下技術(shù)措施：加強小導(dǎo)
管注漿；施作超前水平探孔；加強監(jiān)控量測；路面上
方進(jìn)行臨時圍蔽等。
5 結(jié)語
地鐵工程施工安全案例描述屬性具有多層次、
關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜的特點，在難以抽取事故發(fā)生因果關(guān)
系規(guī)則的情況下，以基于案例推理(CBR)為主的應(yīng)
用模式是適宜的。本文提出的CBR-RBR混合模
式，保持了CBR關(guān)鍵過程的完整性，在檢索策略制
定、相似度計算、案例調(diào)整、案例評價等環(huán)節(jié)通過
RBR控制器調(diào)用相應(yīng)規(guī)則實現(xiàn)cBR與RBR的高效
融合，集成VC++和cLIPS專家系統(tǒng)開發(fā)工具構(gòu)建
地鐵工程施工安全事故案例庫管理系統(tǒng)，并給出了
具體的施工安全事故處置案例。
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南水北調(diào)中線刁河渡槽所在
標(biāo)段主體工程將完工
刁河渡槽是南水北調(diào)中線工程中距離南水北
調(diào)水源地丹江口水庫最近的1個渡槽工程。該工程
所在的南水北調(diào)中線淅川3標(biāo)位于河南省淅川縣和
鄧州市境內(nèi)，全長7．3km，由中鐵十三局集團第六工
程有限公司承建。
該標(biāo)段自2011年3月開工以來，施工單位克服
了標(biāo)段點多線長、膨脹土改良等諸多技術(shù)難題，在
刁河渡槽建設(shè)過程中創(chuàng)下了南水北調(diào)中線流量第
1、跨度第1、單跨質(zhì)量第l等佳績。目前，該標(biāo)段已
完成總體工程量的90％左右，預(yù)計2013年9月底
將實現(xiàn)貫通。
(摘自“中國建設(shè)報”2013旬6-28)

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