基于数字孪生的盾构施工地面沉降智能分析方法研究

作     者：宫思艺 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔宪光

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盾构施工地面沉降 数字孪生 大数据分析 知识图谱 BIM 

摘      要：盾构施工环境恶劣多变,易产生盾构施工地面沉降风险,其风险管控效果对保障盾构施工安全及效率至关重要。本文面向地面沉降的分析、预测和控制,结合大数据分析、知识图谱及数字孪生技术,提出了一套基于数字孪生的盾构施工地面沉降智能分析方法,主要研究内容如下:（1）地面沉降数字孪生构建方法提出了地面沉降数字孪生体系框架,包括物理实体业务层、物理实体数据层、数字孪生壳体层和数字孪生分析层,以地面沉降数字孪生为基础,构建了基于数字孪生的地面沉降大数据分析框架。（2）地面沉降知识图谱构建方法基于本体设计了地面沉降实体、概念及相互关系,实现基于知识图谱的地面沉降知识表示,抽取盾构施工地面沉降经验知识,量化评估地面沉降知识图谱质量,构建了基于概念图模型的地面沉降知识库。（3）数据-知识融合的地面沉降分析方法基于盾构施工的地质、状态、沉降监测等数据,融入地面沉降原因、现象、沉降源等知识,实现地面沉降影响因素精确分析建模,地面沉降预测和控制建模,形成了一套数据-知识融合的地面沉降分析方法。本文提出的基于数字孪生的地面沉降智能分析方法,实现了业务与数据、知识的有效融合,数据与知识在分析建模中的动态融合,实现了数据驱动的机器学习建模方法对领域知识的充分利用。该方法在实际工程项目中完成了应用验证,对于盾构施工中地面沉降的风险管控具有一定的学术与工程价值。