设计导致的地铁工程全生命期风险评估研究夏侯遐迩东南计算机与互联书籍

地铁的建设与运维对城市的经济发展、社会稳定等具有重大的意义。传统的风险管理方式往往聚焦于地铁的建设或运维阶段，尽管取得了丰硕的成果，却也面临着突出的瓶颈。设计阶段在基础设施全生命期中发挥着龙头作用，在设计阶段开展面向的设计（Design for Safety，DFS）对降低全生命期风险具有积极的作用。本书以基础设施（地铁）设计阶段为切入点，系统解析DFS内涵与机理，结合对施工、运维风险事故的研究，识别并分析设计方案中潜在的导致全生命周期事故的风险要素，构建了DFS知识库并运用智能信息技术开展设计风险的智能化评估，为设计阶段开展DFS以及全生命期风险管理提供重要参考。
本书适合基础设施设计、施工、运维等单位的管理人员和技术人员参考，也可以供从事基础设施研究的科研人员及相关专业的教师、研究生和高年级本科生阅读。

1 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 文献综述及现有研究的不足
1.2.1 国内外DFS研究综述
1.2.2 工程风险相关研究
1.2.3 知识管理在风险管理中的应用
1.2.4 现有研究的不足
1.3 研究内容和框架
1.3.1 选题来源
1.3.2 研究对象界定
1.3.3 研究内容与目标
1.3.4 技术路线
1.4 本章小结
2 基础理论与研究方法
2.1 DFS理论的基础
2.1.1 传统的风险管理理论
2.1.2 系统视角的理论
2.1.3 风险管理理论对DFS理论的支撑
2.2 风险识别的主要方法
2.2.1 传统的风险识别方法
2.2.2 风险识别智能方法
2.3 风险评估方法
2.3.1 风险矩阵法
2.3.2 层次分析法
2.3.3 网络层次分析法
2.3.4 模糊综合评估法
2.3.5 风险评估方法在设计方案风险评估中的应用
2.4 基于本体理论的知识管理
2.4.1 知识管理理论
2.4.2 本体理论
2.5 本章小结
3 地铁工程设计合规性要求及设计导致生命期事故分析
3.1 地铁设计系统构成
3.1.1 地铁系统的构成
3.1.2 地铁各设计阶段的主要内容
3.2 地铁各设计阶段的管理主要内容
3.2.1体设计阶段
3.2.2 初步设计阶段
3.2.3 施工图设计阶段
3.2.4 施工组织设计阶段
3.3 现有法律法规及标准规范对设计性要求
3.3.1 现有法律法规对设计要求
3.3.2 现有标准规范对设计要求
3.4 设计导致的地铁工程事故数据库
3.4.1 事故案例搜集
3.4.2 设计导致的地铁事故分类模型
3.4.3 设计导致的地铁事故数据库（SDID）
3.5 设计导致的地铁工程生命期事故特征
3.5.1 设计导致的事故分布特征
3.5.2 基于复杂网络理论的地铁物理系统拓扑特性分析
3.6 设计导致生命期风险的机理
3.7 本章小结
4 基于本体的地铁工程DFS知识库构建
4.1 地铁工程DFS风险本体构建
4.1.1 知识的表示
4.1.2 本体构建的准则、方法和建模工具
4.1.3 Protege和SWRL的特点
4.1.4 DFS本体构建
4.1.5 DFS本体在Protfige中的实现
4.2 地铁工程DFS知识库构建
4.2.1 地铁工程DFS知识库框架
4.2.2 基于RBR与CBR的DFS规则推理
4.3 地铁工程DFS知识库在SQL Server中的实现
4.3.1 SQL Serve台和SQL Server 2012的特征
4.3.2 基于SQL Server 2012的DFS知识库构建
4.3.3 DFS知识库在SQL Server 2012中的实现
4.4 本章小结
5 集成BIM与DFS知识库的地铁工程设计方案风险识别
5.1 基于BIM的风险识别
5.1.1 风险识别的原则
5.1.2 基于BIM的风险识别框架
5.2 基于Revit的BIM技术二次开发
5.2.1 BIM的介绍
5.2.2 基于Revit的BIM二次开发
5.2.3 基于Revit的BIM软件开发环境配置
5.3 集成生命期信息的地铁工程BIM设计方案信息的获取
5.3.1 地铁工程生命期相关信息
5.3.2 集成生命期信息的地铁工程设计方案BIM模型构建
5.3.3 Revit数据结构
5.3.4 基于BIM模型的地铁工程设计方案信息获取
5.4 集成BIM与DFS知识库的风险识别
5.5 本章小结
6 基于FCM的地铁工程设计方案风险评估
6.1 模糊认知图理论及构建方法
6.1.1 模糊认知图理论的概念与发展
6.1.2 模糊认知图数学模型与构建方法
6.1.3 模糊认知图的推理机制
6.1.4 常见复杂结构的模糊认知图
6.1.5 FCM应用在地铁设计方案风险评估中的优势
6.2 基于聚合FCM的地铁工程设计方案风险评估模型
6.2.1 FCM评估模型中概念节点的确定
6.2.2 F'CM模型中概念节点间因果关系的确定
6.3 风险FCM评估模型初始值的确定方法
6.3.1 概念节点初始值的确定方法
6.3.2 因果关系强度大小的确定方法
6.3.3 基于NHL的设计方案风险FCM评估模型
6.4 本章小结
7 某区间工程盾构始发设计方案风险评估
7.1 案例背景
7.1.1 工程概况
7.1.2 水文地质条件
7.1.3 工程周边环境
7.2 盾构始发设计方案
7.2.1 设计范围、依据和原则
7.2.2 盾构始发井结构设计方案
7.2.3 盾构始发井施工组织设计方案
7.2.4 盾构始发设计方案的DFS本体
7.3 盾构始发设计方案风险识别
7.3.1 盾构始发设计方案的BIM模型构建
7.3.2 盾构始发设计方案信息提取
7.3.3 盾构始发设计方案风险识别结果分析
7.4 盾构始发设计方案风险评估
7.4.1 盾构始发设计方案FCM模型
7.4.2 模型初始值确定
7.4.3 基于NHL学盾构始发设

地铁作为一种便捷、经济、绿色、的公共交通工具，在各大城市的交通体系发展战略中占有重要的地位，发展地铁已经成为优化城市布局、降低环境污染、通拥堵等城市病的重要手段。然而，地铁是一个复杂的巨系统，其构成的子系统多、系统间相互关联关系复杂，给地铁工程的建设与运营管理带来了极大的挑战。地铁建设阶段、运营阶段事故频频见诸报端，给国民经济发展、人民生命财产造成了巨大的损失，为了降低地铁工程生命期风险，现有研究主要在建设阶段、运营阶段分别开展了管理工作。然而，传统分阶段的管理模式忽略了地铁生命期各个阶段之间的影响，尤其是忽略了设计作为龙头对建设、运营阶段的影响。因此，本书基于生命期管理的视角，对设计导致的地铁工程生命期研究，探索在设计阶段开展面向的设计（Design forSafety，DFS）对降低生命期风险的影响。本书通过理论研究和实证分析，构建了设计导致的地铁工程生命期风险的识别与评估方法，为设计阶段开展DFS提供了依据。

（pan>）在查阅和综述国内外现有相关文献和分析大量地铁生命期事故案例的基础上，本书研究了地铁工程设计阶段开展风险管理的现状、存在的不足，界定了研究对象，定义了DFS理论的概念和内涵。同时，书中对地铁工程历史案例以及地铁物理系统网行了分析，证明设计阶段对生命期风险有重大影响，并揭示了设计导致的地铁工程全生命期风险机理。案例研究表明，生命期事故案例中53.4%的事故是由于设计阶段缺乏对生命期的考虑而导致的。其中设计导致施工阶段的事故占施工阶段案数的36.1%，对运营阶段风险影响占运营阶段事数的69.9%，

（2）通过对地铁设计方案和设计过程的研究，本书对地铁设计方行解构，识别出构成地铁设计方案的要素。同时，分析了当前设计阶段管理的现状，对涉及的设计知识如法律法规，设计标准、规范以及事故案例等显性与隐性的知行梳理，挖掘开展设计管理工作的依据、方法和措施。利用本体理论构建了设计方案DFS本体，实现了设计知识统一、系统的表示，后，本书简要介绍了DFS知识库的构建方法和搜集、分析、存储、查询等能。

（3）提出了集成BIM与DFS知识库的设计导致生命期风险的智能识别方法。本书对设计方案的研究，采用BIM软件Revit的二次开发技术，将设计方案中影响生命期风险的信息按照构建的DFS本体结构集成到构建的BIM模型中。通过将BIM软件导出的设计信息与设计知识库中的知行智能匹配，实现设计方案中风险的智能识别。

（4）构建了基于模糊认知图（Fuzzy Cognitive Map,FCM）的地铁工程设计方案风险评估模型。书中介绍了FCM方法的概念和发展历程、FCM的数学模型、模型构建方法、推理机制结出FCM方法应用在地铁工程设计方案风险评估中具有直观性、叠加性、拓展性、反馈性等优点。根据设计导致生命期风险的机理，通过研究构建了基于聚合FCM的地铁工程设计方案风险评估模型，确定了模型概念节点和节点间因果强度关系，并确定了概念节点与节点间因果强度关系的初始值的确定方法。后，为了提高模型的客观性和稳定性，利用非线性Hebbian学习模型（Nonelinear Hebbian Learning,NHL）方法对FCM评估模行修正。

（5）本书在实际写作中选取南京地铁某工程盾构始发设计方案作为案例研究对象，对研究过程中提出的理论方行了案例研究。通过对该案例设计方案的梳理一步证实了设计工作对生命期风险的影响，并采用BIM和DFS知识库技术识别出盾构始发设计方案中两处风险较高的设计因素，分别为盾构始发反力架抗扭能力不足以及盾构吊装过程中起重机臂半径内高处坠物的风脸。根据构建的FCM评估模型，邀请专家对该盾构始发设计方行评价。利用模糊集理论对专家打行处理后得到符合FCM评估模型的初始数值，终运用NHL.方法对评估模行了修正并得到评估结果。结果显示，设计方案中与人员配置、施工工法、施工机械、临时措施相关的设计对生命期风险影响，而该案例中施工材料、设备、现场环境以及结构形式对生命期风险的影响较小。本书的后给出了DFS应用指导要点。

本书在撰写过程中得到了南京地铁、中国铁建十九局宁溧线土建工程03标项目经理部、中铁上海设计院集团有限公司的各和专家的大力支持，提供了实的实证资料。

同时，也感谢在专家访谈和问卷调研支持的各位专家。

本书的研究和出版得到了国家自然科学基金委项目（51578144）、人文社会科学基金项目（20YJCZH182）、江苏高校品牌专业（工程管理）建设工程等专项资金资助。在此一并表示感谢。同时，由于作者个人能力和学术的局限、DFS理论和实践的不断演化，本书中可能存在一些错误与不足，恳请读者批评指正。

夏侯遐迩，1988年1月生，江苏盱眙人，管理学博士，东南大学土木工程学院建设与房地产系讲师，曾赴美国Purdue University交流访问，主要从事地下基础设施智慧建造与运维（）管理、工程大数据管理创新等方面的研究，主持并参与国家自然科学基金青年项目（72101054）、人文社科基金青年项目（20YJCZH182）等多个研究课题，发表相关学术论文10余篇。