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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．武漢科技大學管理學院 2．華中科技大學土木工程與力學學院，		點擊數：	更新時間： 2025年05月08日
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施工技術
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用研究術
余宏亮1，吳賢國2，劉博2
(1．武漢科技大學管理學院，湖北武漢430080；2．華中科技大學土木工程與力學學院，湖北武漢430074)
[摘要】針對地鐵工程施工安全事故案例未進行系統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
示的結構化模型，設計基于案例推理(cBR)為主，基于規則推理(RBR)為輔的混合模式應用框架，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專家系統工具研發地鐵工程施工安全事故案例庫管理
系統，實現事故案例在風險分析、險情預判、應急搶險中的借鑒作用。
【關鍵詞]地鐵；安全事故；案例推理；規尉推理；混合模式
[中圖分類號】u458 [文獻標識碼]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模大、建設周期長、施工
技術復雜，不可預見致險因素多、社會環境影響大
等特點，地鐵工程建設是一項高風險建設工程?。
據不完全統計，地鐵工程車站基坑安全事故82％發
生在施工階段拉。；隧道安全事故15．1％也發生在施
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中，其信息描
述詳略程度不同，關注重點也不同，國內學者也未
+“十二五”國家科技支撐計劃項目“地鐵工程安全控制關鍵技術研
究及應用示范”(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整理和有效利用。本文在
系統整理地鐵工程施工安全事故案例和案例結構
化存儲基礎上，提出基于CBR．RBR混合模式的安
全事故案例庫的應用方法。其研究價值在于：①在
施工準備階段根據工程基本特征檢索安全事故案
例庫，查找可能發生的安全事故，做好重大安全隱
患排查，編制針對性應急救援預案；②在施工階段
Nea卜Miss工況下，根據事故征兆查詢安全事故案例
庫，檢索類似安全事故的發生過程，部署風險減輕
或消除措施，準備好應急搶險資源；③事故發生后
查詢安全事故案例庫，按照類似的事故處理措施進
行搶險補救工作，總結工程施工經驗，并將新案例
補充至安全事故案例庫。
萬方數據
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用研究103
在cBR-RBR混合模式應用方面，國外已有一
些應用案例，CHEF系統采用基于規則的子模塊來
支撐CBRHl；CASEY系統使用了案例來補充基于規
則的機制¨o；Rissland和Skalak提出RBR．CBR混合
模式實現了CABARET系統，并應用于所得稅法咨
詢領域曲’；Golding和Rosenbloom提出了一種同時
使用RBR和CBR的結構¨o。國內學者杜一等提出
基于案例和規則混合推理的變電站故障診斷系
統舊1，徐曉東提出了結合案例推理與邏輯推理的突
發危機應急決策模型∽1；張建華等提出案例推理和
規則推理結合的緊急預案信息系統¨0|，但CBR—
RBR混合模式在地鐵工程施工安全事故案例庫方
面應用少有文獻涉及。
本文通過分析地鐵工程施工安全事故的特征，
設計安全事故案例描述屬性的結構化模型，提出
CBR．RBR混合模式應用框架和在CBR主導下的
RBR關鍵應用。
l 地鐵工程施工事故案例及其結構化模型
地鐵工程施工事故的發生涉及人、設備、作業
和管理等因素，由于影響因素多，相互關系復雜，事
故發生的直接因果關系規則不易提取。因此，采用
基于案例推理(case．based reasoning，cBR)應用模式
比較適合這類“弱理論強經驗”的應用領域。CBR
直接利用以往的案例進行推理，用過去求解類似問
題的經驗知識來解決當前新問題，可以將難以規則
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，同時通過增量式學習可逐
步完善案例庫，提高問題求解精度。
cBR應用的關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)進行分析，抽取共性特點，本文設計的事
故案例描述屬性包括：標識屬性C。、分類屬性C：、工
程特征屬性C，、事故過程屬性C。、事故原因屬性
C”事故后果屬性C。、事故處理措施屬性C，、案例應
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。)，每一屬性根據需要進一步細化為Ci=(Cn，
C訖，?，C抽)。整個案例庫則由不同屬性層次上的
案例關聯而成，根據地鐵工程施工事故特點，構造
事故案例表示的結構化模型如圖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聯關系，例如：對于工程特
征的描述，車站工程與區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，對于同
一地質特征屬性在不同事故分析中其案例相似度
權重值可能不相同。采用單一的CBR存在不能覆
蓋所有解空間、搜索時遺漏最優解、相似度計算工
作量大、解決方案適應性差等缺點，本文根據地鐵
工程施工安全事故案例的應用特點，提出采用CBRRBR
混合模式解決此類問題。
2 CBR-RBR混合模式的應用框架設計
為了提高基于案例推理的效率和準確性，更好
地發揮CBR和RBR兩種推理方式的優勢互補，本
文提出基于cBR．RBR混合模式的安全事故案例應
用框架，如圖2所示。此模型主要包括10個步驟，
采用①～⑩進行標識，其中步驟③，⑥，⑧，⑩體現
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構化模型
Fig．1 The stmcturaI modeI of safety accident cas鶴
萬方數據
104 施工技術第42堂
圖2 CBR-RBR混合模式應用框架
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，根據案例的分類屬性C：、工程特征屬性C，向
RBR控制器發出設定檢索策略請求，RBR控制器執
行步驟②，調用“檢索策略規則”，向cBR過程返回
相應的檢索策略，檢索策略主要包含：初始檢索條
件，相似案例判定準則，其目的是減小搜索空間，提
高搜索效率；按設定的檢索策略執行步驟③后，獲
得少量的候選案例，依次取出候選案例，按系統默
認的“相似度計算規則”執行步驟⑤進行相似度計
算，系統預留人機接口，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，一般會觸發步驟⑧進行案例調整，此時需向
RBR控制器提出案例調整請求，將案例間的差異傳
輸至RBR系統，執行步驟⑦調用“案例調整規則”
進行案例調整，向CBR系統返回調整結果；經過案
例調整產生的解還需要對其正確性、一致性和可行
性進行評價，此時可執行步驟⑨調用“案例評價規
則”來判斷本次推理的成功或失敗。
本文設計的cBR．RBR混合推理模式的優勢在
于保持CBR各單元相對獨立，在案例檢索、相似度
計算、案例調整、案例評價等過程中與RBR控制器
進行通信，調用相應規則執行規則推理，使得cBR
和RBR在推理過程中進行高效融合，有利于共享中
間推理結果，RBR主動地干預推理過程，增強CBR
適應能力。
3 基于CBR-RBR混合模式的系統實現
集成VC++6．0高級編程語言和CLIPS專家系
統開發工具實現基于cBR-RBR混合模式的地鐵工
程施工安全事故案例庫管理系統，充分利用2種開
發工具的優勢：Vc++實現用戶交互界面，案例檢索
算法，數據庫接口等功能；cuPS實現規則管理和邏
輯推理。CBR應用系統功能如：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的應用要點。
案例檢索策略主要解決知識的搜索和目標求
解問題。根據新案例的不同輸入，向RBR控制器
(核心為CuPs推理機)提出設定檢索策略請求，
RBR控制器執行元規則(即控制與協調推理的規
則)進行顯性設定。例如：通過給定的分類屬性C：
設定候選案例集合，其檢索策略規則采用CLIPS規
定的格式¨副描述如下：
(defmIe seI—retrieve—stratege’設定檢索集合”
(oav(object AccidentCase)”事故案例對象”
萬方數據
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”
上述規則表明，若工點類型為“車站”，則分類
檢索集(Retrieve—Set)設定為“R2l，R22，R23”。
4 應用案例
武漢地鐵2號線工程某區間隧道DK25+308
掌子面突發透水險情。業主、施工、監理、安全預
警、水務集團等單位在事發第一時間趕到現場組織
搶險。后方技術人員啟動《地鐵工程施工安全事故
案例庫管理系統》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=區間隧道，C：：工法分
類=暗挖法，C：，事故類型=透水；然后輸人C，：區
間特征=(雙線隧道；淺埋及超淺埋段；巖溶裂隙及
溶洞；構筑物及管線多)；C，，地質特征=(雜填土
0．3—5．5m，黏土1．5—12m，泥巖，灰巖，炭質頁
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
用“檢索策略規則”，返回給CBR的檢索策略為(檢
索集合=R，。(區間隧道／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，提供的技術措施c，，=
(砂袋堆碼掌子面；插打小導管／掛網混凝土噴封閉
掌子面；投點孔封閉／切斷突水通道；關閉自來水
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，經現場排查，未發現自
來水管線脫節及滲漏現象。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
行突入洞內形成透水。經過10h搶險，險情排除，同
時要求在后續施工中采取以下技術措施：加強小導
管注漿；施作超前水平探孔；加強監控量測；路面上
方進行臨時圍蔽等。
5 結語
地鐵工程施工安全案例描述屬性具有多層次、
關聯關系復雜的特點，在難以抽取事故發生因果關
系規則的情況下，以基于案例推理(CBR)為主的應
用模式是適宜的。本文提出的CBR-RBR混合模
式，保持了CBR關鍵過程的完整性，在檢索策略制
定、相似度計算、案例調整、案例評價等環節通過
RBR控制器調用相應規則實現cBR與RBR的高效
融合，集成VC++和cLIPS專家系統開發工具構建
地鐵工程施工安全事故案例庫管理系統，并給出了
具體的施工安全事故處置案例。
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南水北調中線刁河渡槽所在
標段主體工程將完工
刁河渡槽是南水北調中線工程中距離南水北
調水源地丹江口水庫最近的1個渡槽工程。該工程
所在的南水北調中線淅川3標位于河南省淅川縣和
鄧州市境內，全長7．3km，由中鐵十三局集團第六工
程有限公司承建。
該標段自2011年3月開工以來，施工單位克服
了標段點多線長、膨脹土改良等諸多技術難題，在
刁河渡槽建設過程中創下了南水北調中線流量第
1、跨度第1、單跨質量第l等佳績。目前，該標段已
完成總體工程量的90％左右，預計2013年9月底
將實現貫通。
(摘自“中國建設報”2013旬6-28)

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