铁路隧道TBM施工组织管理优化问题研究

Railway tunnel TBM construction is a complex and dynamic system engineering. TBM operating is its core operation activity，requiring multiple auxiliary process to cooperate.The production system has the characteristics of coordination, continuity and density. This topic researches construction organization optimization of this system including three aspects：on-site construction organization pattern optimization, multi-objective management optimization, project safety risk assessment . The research firstly analyzes the relationship between the different operation procedures that may influence the efficiency of TBM construction system on the basis of site investigation. And seting up the system dynamics model to improve the utilization rate of TBM working hours,it obtains the optimal site construction organization parameters by simulation analysis of using the Vensim software. The research secondly quests the method of multi-objective integrated optimization management for time limit，cost and safety of TBM construction project, based on the determined optimal construction organization mode in the first step.By the introduction of collaborative thinking to improve multiple ant colony algorithm，a modified algorithm is designed.Specifically，with Matlab tool to program algorithm, optimal construction scheme can be found by computer experiment. Finally, combined with the tunnel safety management regulations in railway industry，it assesses the safety risk of the selected construction scheme . The research uses management science and intelligent calculation method to reslove the optimization problem of TBM construction managemen and set up its computer simulation model .It thas important consulting value for the similar TBM project construction management.

铁路隧道TBM施工是一个复杂的、动态的系统工程，它以TBM掘进作业为核心,需多个辅助工序的协调配合，施工管理具有协调性、连续性和密集性的特点。本项目研究其施工组织管理优化问题，具体包括现场施工组织模式优化、项目管理目标的多目标优化、项目安全风险评估三个方面。首先现场调研分析影响TBM施工系统效率的各作业工序间的作用关系，建立以提高TBM工时利用率为目标的系统动力学模型，借助Vensim软件仿真分析获得优化的施工现场组织模式参数。在此基础上，研究TBM施工项目工期、成本、安全的多目标集成优化，通过引入协同思想的改进多种群蚁群算法的设计，Matlab 编程、计算机实验实现算法，寻求满足多目标要求的最优施工方案。针对优选的方案，最后结合行业安全管理规范进行安全风险评估。项目运用管理科学、智能计算方法研究TBM施工的优化管理，建立其计算机仿真模型，对同类TBM项目施工管理具有重要参考价值。

课题研究铁路隧道TBM施工中的优化组织及管理目标协同问题。在对TBM施工现场组织管理调研基础上，开展了系统动力学、智能优化算法、模糊贝叶斯决策等理论研究，结合实践项目建立研究模型，进行仿真模拟优化。三方面研究内容及取得研究结果如下：(1)建立TBM施工系统系统动力学模型，对现场施工组织模式进行模拟仿真优化；结合北疆双三引水隧洞项目，建立了TBM施工系统的系统动力学模型，研究出渣、物料运输与主洞TBM掘进速度匹配等问题，开展基于系统动力学的TBM隧道施工效率研究；(2)建立TBM施工的工期-成本-安全多目标优化模型，指导项目集成化管理；结合广州地铁施工项目，建立工期-成本-安全的多种群蚁群粒子群融合算法模型；结合福州地铁项目，建立TBM施工项目改进遗传算法的工程项目多目标模型，进行TBM项目集成化管理研究；同时，还开展了基于系统动力学的地铁盾构施工工期控制模型研究、基于WSR和博弈论的地铁隧道TBM施工进度风险评价、基于因子分析和BP神经网络的地铁盾构施工成本风险分析。(3)建立TBM施工项目安全风险管理相关模型。主要有：结合兰渝西秦岭隧道项目开展了TBM施工风险的模糊综合评估；结合北疆供水工程TBM项目建立基于模糊贝叶斯网络的TBM卡机故障可能性评价模型；开展基于UMT的引水隧洞TBM地质适应性分析；进行硬岩隧道掘进机滚刀破岩性能评价；开展基于 ＥＷ－ＡＨＰ和未确知测度理论的隧道坍塌风险评价；基于BP神经网络与SPA的地铁TBM施工安全风险评估；基于SPA法的盾构隧道施工邻近桥梁安全评价；地铁联络通道冻结法施工安全风险评价等。. 发表相关论文15篇，完成著作一部。研究建立的现场施工组织管理模型可用于同类项目进度模拟；建立的多目标优化模型可为TBM项目集成管理提供决策支持；开展的安全评估和风险预测可为同类TBM项目安全管理提供借鉴。研究将系统管理科学方法用于解决TBM隧道施工组织管理问题。