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CBR-RBR混合模式在地铁工程施工安全事故案例库中的应用研究

文档作者：余宏亮1，吴贤国2，刘博2 文档来源： 1．武汉科技大学管理学院 2．华中科技大学土木工程与力学学院，		点击数：	更新时间： 2025年05月08日
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施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2013年7月上
第42卷第13期
DOI：10．7672／s舀s2013130102
CBR—RBR混合模式在地铁工程施工
安全事故案例库中的应用研究术
余宏亮1，吴贤国2，刘博2
(1．武汉科技大学管理学院，湖北武汉430080；2．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074)
[摘要】针对地铁工程施工安全事故案例未进行系统整理和有效利用的状况，提出地铁工程施工安全事故案例表
示的结构化模型，设计基于案例推理(cBR)为主，基于规则推理(RBR)为辅的混合模式应用框架，并简要阐述了
RBR在制定案例检索策略中的作用。集成Vc++和cLIPs专家系统工具研发地铁工程施工安全事故案例库管理
系统，实现事故案例在风险分析、险情预判、应急抢险中的借鉴作用。
【关键词]地铁；安全事故；案例推理；规尉推理；混合模式
[中图分类号】u458 [文献标识码]A [文章编号】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矿肼口n口ge，玎e，lf，矸亿^口凡Un如e，苫i砂矿Scie，lce口nd 7_c^no￡Dlgy，驴址|IInn，日u6ei 430080，傩in口；
2．sc|Ilooz o，G西订E噌i，lee^增&amp;amp;J|Ifec^onics，矗h口如册g‰如e”渺o，．sc拓加e帆d nc^nozogy，耽hn，月h6ei 430074，傩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
地铁工程具有投资规模大、建设周期长、施工
技术复杂，不可预见致险因素多、社会环境影响大
等特点，地铁工程建设是一项高风险建设工程⋯。
据不完全统计，地铁工程车站基坑安全事故82％发
生在施工阶段拉。；隧道安全事故15．1％也发生在施
工阶段"』，因此，本文以地铁工程施工阶段安全事
故案例作为研究重点。而地铁工程施工安全事故
案例的描述信息散落在新闻报道、论文、事故分析
报告等各类公开或非公开出版的文献中，其信息描
述详略程度不同，关注重点也不同，国内学者也未
+“十二五”国家科技支撑计划项目“地铁工程安全控制关键技术研
究及应用示范”(2012BAK24800)
[作者简介]余宏亮，博士，高级工程师，E—mail：yhll3c@yahoo．com，c“
[收稿日期】2012—1l—14
对安全事故案例做系统整理和有效利用。本文在
系统整理地铁工程施工安全事故案例和案例结构
化存储基础上，提出基于CBR．RBR混合模式的安
全事故案例库的应用方法。其研究价值在于：①在
施工准备阶段根据工程基本特征检索安全事故案
例库，查找可能发生的安全事故，做好重大安全隐
患排查，编制针对性应急救援预案；②在施工阶段
Nea卜Miss工况下，根据事故征兆查询安全事故案例
库，检索类似安全事故的发生过程，部署风险减轻
或消除措施，准备好应急抢险资源；③事故发生后
查询安全事故案例库，按照类似的事故处理措施进
行抢险补救工作，总结工程施工经验，并将新案例
补充至安全事故案例库。
万方数据
2013 No．13 余宏亮等：CBR·RBR混合模式在地铁工程施工安全事故案例库中的应用研究103
在cBR-RBR混合模式应用方面，国外已有一
些应用案例，CHEF系统采用基于规则的子模块来
支撑CBRHl；CASEY系统使用了案例来补充基于规
则的机制¨o；Rissland和Skalak提出RBR．CBR混合
模式实现了CABARET系统，并应用于所得税法咨
询领域曲’；Golding和Rosenbloom提出了一种同时
使用RBR和CBR的结构¨o。国内学者杜一等提出
基于案例和规则混合推理的变电站故障诊断系
统旧1，徐晓东提出了结合案例推理与逻辑推理的突
发危机应急决策模型∽1；张建华等提出案例推理和
规则推理结合的紧急预案信息系统¨0|，但CBR—
RBR混合模式在地铁工程施工安全事故案例库方
面应用少有文献涉及。
本文通过分析地铁工程施工安全事故的特征，
设计安全事故案例描述属性的结构化模型，提出
CBR．RBR混合模式应用框架和在CBR主导下的
RBR关键应用。
l 地铁工程施工事故案例及其结构化模型
地铁工程施工事故的发生涉及人、设备、作业
和管理等因素，由于影响因素多，相互关系复杂，事
故发生的直接因果关系规则不易提取。因此，采用
基于案例推理(case．based reasoning，cBR)应用模式
比较适合这类“弱理论强经验”的应用领域。CBR
直接利用以往的案例进行推理，用过去求解类似问
题的经验知识来解决当前新问题，可以将难以规则
化的事故分析知识隐含到实例中，克服了知识获
取、形式化表示的困难，同时通过增量式学习可逐
步完善案例库，提高问题求解精度。
cBR应用的关键问题之一是案例的表示，通过
对收集的2001至2011年65例地铁工程施工事故
案例(case)进行分析，抽取共性特点，本文设计的事
故案例描述属性包括：标识属性C。、分类属性C：、工
程特征属性C，、事故过程属性C。、事故原因属性
C”事故后果属性C。、事故处理措施属性C，、案例应
用属性C。。其中C：作为分类索引，C，和C。部分属
性作为案例相似度计算中的特征值。
事故案例采用集合表示：c=(C，，c，，⋯，
C。)，每一属性根据需要进一步细化为Ci=(Cn，
C讫，⋯，C抽)。整个案例库则由不同属性层次上的
案例关联而成，根据地铁工程施工事故特点，构造
事故案例表示的结构化模型如图1所示。
由于地铁事故案例描述属性具有多层次性，各
层属性间存在一定的关联关系，例如：对于工程特
征的描述，车站工程与区间隧道工程完全不同，工
点的施工工法与安全事故的原因直接相关，对于同
一地质特征属性在不同事故分析中其案例相似度
权重值可能不相同。采用单一的CBR存在不能覆
盖所有解空间、搜索时遗漏最优解、相似度计算工
作量大、解决方案适应性差等缺点，本文根据地铁
工程施工安全事故案例的应用特点，提出采用CBRRBR
混合模式解决此类问题。
2 CBR-RBR混合模式的应用框架设计
为了提高基于案例推理的效率和准确性，更好
地发挥CBR和RBR两种推理方式的优势互补，本
文提出基于cBR．RBR混合模式的安全事故案例应
用框架，如图2所示。此模型主要包括10个步骤，
采用①～⑩进行标识，其中步骤③，⑥，⑧，⑩体现
CBR的4个典型过程：检索(retrieve)、重用(reuse)、
图1 安全事故案例表示的结构化模型
Fig．1 The stmcturaI modeI of safety accident cas鹤
万方数据
104 施工技术第42堂
图2 CBR-RBR混合模式应用框架
Fig．2 Hybrid pattern application n舢ewoI。k of CBR-RBR
修正(revise)、保留(retain)¨11。在步骤①输入新案
例后，根据案例的分类属性C：、工程特征属性C，向
RBR控制器发出设定检索策略请求，RBR控制器执
行步骤②，调用“检索策略规则”，向cBR过程返回
相应的检索策略，检索策略主要包含：初始检索条
件，相似案例判定准则，其目的是减小搜索空间，提
高搜索效率；按设定的检索策略执行步骤③后，获
得少量的候选案例，依次取出候选案例，按系统默
认的“相似度计算规则”执行步骤⑤进行相似度计
算，系统预留人机接口，可通过步骤④改变相似度
计算方法；在待求解问题与检索到的案例不完全匹
配时，一般会触发步骤⑧进行案例调整，此时需向
RBR控制器提出案例调整请求，将案例间的差异传
输至RBR系统，执行步骤⑦调用“案例调整规则”
进行案例调整，向CBR系统返回调整结果；经过案
例调整产生的解还需要对其正确性、一致性和可行
性进行评价，此时可执行步骤⑨调用“案例评价规
则”来判断本次推理的成功或失败。
本文设计的cBR．RBR混合推理模式的优势在
于保持CBR各单元相对独立，在案例检索、相似度
计算、案例调整、案例评价等过程中与RBR控制器
进行通信，调用相应规则执行规则推理，使得cBR
和RBR在推理过程中进行高效融合，有利于共享中
间推理结果，RBR主动地干预推理过程，增强CBR
适应能力。
3 基于CBR-RBR混合模式的系统实现
集成VC++6．0高级编程语言和CLIPS专家系
统开发工具实现基于cBR-RBR混合模式的地铁工
程施工安全事故案例库管理系统，充分利用2种开
发工具的优势：Vc++实现用户交互界面，案例检索
算法，数据库接口等功能；cuPS实现规则管理和逻
辑推理。CBR应用系统功能如：案例检索、相似度
计算、案例重用等具有较强的通用性，限于篇幅，本
文不作介绍，下面以制定案例检索策略为例介绍
RBR的应用要点。
案例检索策略主要解决知识的搜索和目标求
解问题。根据新案例的不同输入，向RBR控制器
(核心为CuPs推理机)提出设定检索策略请求，
RBR控制器执行元规则(即控制与协调推理的规
则)进行显性设定。例如：通过给定的分类属性C：
设定候选案例集合，其检索策略规则采用CLIPS规
定的格式¨副描述如下：
(defmIe seI—retrieve—stratege’设定检索集合”
(oav(object AccidentCase)”事故案例对象”
万方数据
2013 No．13 余宏亮等：cBR—RBR混合模式在地铁工程施工安全事故案例库中的应用研究105
(attribute SiteType)”工点类型属性”
(value Station))”工点类型值为车站”
=>
(assert(oav(object Retrieve)”检索对象”
(oav(att曲ute Retrieve—Set)”检索集合属性”
(oav(valueR：l，尺22，R：，))))) ”检索集
合为R2l，R22，尺23”
上述规则表明，若工点类型为“车站”，则分类
检索集(Retrieve—Set)设定为“R2l，R22，R23”。
4 应用案例
武汉地铁2号线工程某区间隧道DK25+308
掌子面突发透水险情。业主、施工、监理、安全预
警、水务集团等单位在事发第一时间赶到现场组织
抢险。后方技术人员启动《地铁工程施工安全事故
案例库管理系统》检索相似案例，提供可参考的事
故处置意见。
首先输入c：，工点分类=区间隧道，C：：工法分
类=暗挖法，C：，事故类型=透水；然后输人C，：区
间特征=(双线隧道；浅埋及超浅埋段；岩溶裂隙及
溶洞；构筑物及管线多)；C，，地质特征=(杂填土
0．3—5．5m，黏土1．5—12m，泥岩，灰岩，炭质页
岩)；C，，水文特征=(孔隙水0．5—2．5m；基岩裂隙
水；岩溶裂隙水15—26m：承压水)。RBR控制器调
用“检索策略规则”，返回给CBR的检索策略为(检
索集合=R，。(区间隧道／暗挖法)；相似度计算方法
=海明距离法；相似度判断阈值=0．6)。通过案例
检索获得2条相似的案例，提供的技术措施c，，=
(砂袋堆码掌子面；插打小导管／挂网混凝土喷封闭
掌子面；投点孔封闭／切断突水通道；关闭自来水
阀；潜水泵抽排积水；开挖路面查找漏水点)。
按上述施工处置措施，经现场排查，未发现自
来水管线脱节及渗漏现象。最后查明：由于赋存于
隧道顶部杂填土层与其下方不透水泥岩层间的上
层滞水形成水囊，这些水通过泥岩之间的裂隙，下
行突入洞内形成透水。经过10h抢险，险情排除，同
时要求在后续施工中采取以下技术措施：加强小导
管注浆；施作超前水平探孔；加强监控量测；路面上
方进行临时围蔽等。
5 结语
地铁工程施工安全案例描述属性具有多层次、
关联关系复杂的特点，在难以抽取事故发生因果关
系规则的情况下，以基于案例推理(CBR)为主的应
用模式是适宜的。本文提出的CBR-RBR混合模
式，保持了CBR关键过程的完整性，在检索策略制
定、相似度计算、案例调整、案例评价等环节通过
RBR控制器调用相应规则实现cBR与RBR的高效
融合，集成VC++和cLIPS专家系统开发工具构建
地铁工程施工安全事故案例库管理系统，并给出了
具体的施工安全事故处置案例。
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南水北调中线刁河渡槽所在
标段主体工程将完工
刁河渡槽是南水北调中线工程中距离南水北
调水源地丹江口水库最近的1个渡槽工程。该工程
所在的南水北调中线淅川3标位于河南省淅川县和
邓州市境内，全长7．3km，由中铁十三局集团第六工
程有限公司承建。
该标段自2011年3月开工以来，施工单位克服
了标段点多线长、膨胀土改良等诸多技术难题，在
刁河渡槽建设过程中创下了南水北调中线流量第
1、跨度第1、单跨质量第l等佳绩。目前，该标段已
完成总体工程量的90％左右，预计2013年9月底
将实现贯通。
(摘自“中国建设报”2013旬6-28)

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