基于地理信息技术的桩基设计决策方法研究

论文摘要

目前桩基工程实践一般是按如下顺序进行的:从设计至施工再至桩基检测三个方面各自独立地进行。设计、施工、质量检测分别独立进行,决策中利用的信息是零乱、分散的,对质量的控制具有随机性,无系统性。这种从设计、施工至检测的流程,没有充分利用已有的实践资料、经验,更没有参考地理位置这个局部条件下地层变化的关键性因素。因而,这种决策方法相对而言风险性较大,一般在检测阶段发现质量问题,需要更大的代价进行弥补。本学位论文针对现有桩基工程实践中的这种情况,结合福州地区大量桩基工程中的技术孔、鉴别孔和桩基孔等的实例数据,将数据库软件(SQL Server 2000)与地理信息系统(GIS)软件—MapObjects相结合,对这些数据进行数字化的管理,并实现了基于地理位置的桩基工程基本信息的查询和管理平台。同时借助编程语言MATLAB和Visual Basic建立桩基设计的决策咨询系统,对拟建场地的土层条件、桩型、单桩竖向承载力做出合理化的预测。本研究的主要创新性成果如下:(1)建立了福建省范围内的桩基工程数据库。数据库主要包括六个方面的内容:工程基本信息表、技术孔信息表、鉴别孔信息表、桩基孔信息表、承载力计算参数以及桩型选择的推理规则库。数据库的建立使得海量数据的管理系统化,同时将地理信息系统软件MapObjects引入桩基工程数据库的管理,为用户提供一个基于地理位置的查询、咨询平台,便利、直观地利用现有的工程数据。(2)建立了基于GIS的桩基设计决策咨询系统。引入了土层信息预测的遗传神经网络(Genetic Neural Network)模型和桩型优选的模糊综合层次分析(Fuzzy Synthetic Analytic Hierarchy Process)模型。首先通过遗传神经网络模型对拟建场地的土层条件进行预测;然后利用桩型选择的推理规则库和模糊综合层次分析法分析影响桩型选择的三个因素:持力层、层数、周边环境,从而对拟建点的桩型提出合理化建议并对建议的桩型进行优化,选择出适合该拟建点的最优桩型,并对其单桩承载力进行估算。文中将上述两种模型用于分析福州地区的桩基工程实例,证明模型是有效的,评价结果符合实际情况,具有一定的实用价值。(3)土层信息预测的遗传神经网络模型的建立。土层参数的获取通常是进行实地的钻探,没有很好地利用现有的工程资料。而遗传神经网络模型的引入,将现有的周边可参考的资料加以充分利用,借助遗传神经网络非线性映射的关系,建立了地理位置和土层信息参数之间的BP神经网络关系,避免了资源的浪费和其它量化方法难以确定参数关系时所遇到的困难。(4)桩型优化的模糊综合层次分析模型的建立。桩基设计时首先要面对的难点是桩型选择问题。影响桩型选择的因素很多,且这些因素具有不确定性,研究中应用模糊综合评判法和层次分析法(AHP)相结合的理论对桩基的选型方案作定量分析,进行模糊综合评判,选择最优桩型。减弱了单纯运用模糊综合评判法的主观因素影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 桩基础的发展史
• 1.1.2 桩基的特点和适用范围
• 1.1.3 课题的提出背景
• 1.2 目前桩基工程的信息化现状
• 1.3 研究目的与本文的主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 本文的主要内容
• 1.4 论文的创新点
• 1.5 论文的构成
• 第二章 桩基工程信息化决策咨询系统的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统需求分析
• 2.2.1 系统设计目标
• 2.2.2 系统设计原则
• 2.2.3 功能需求分析
• 2.2.4 系统的界面实现
• 2.3 系统开发工具
• 2.3.2 数据库开发软件——SQL Server 2000
• 2.3.3 地理信息系统（GIS）组件的选择
• 2.3.4 MATLAB 语言实现遗传神经网络算法
• 2.4 系统数据库设计
• 2.4.1 空间数据库
• 2.4.2 属性数据库
• 2.5 图层信息管理和查询
• 2.5.1 地图显示与图层的控制管理
• 2.5.2 基本的图层操作功能
• 2.5.3 图层信息的查询功能
• 2.6 数据库信息管理和查询
• 2.6.1 工程信息的录入和编辑
• 2.6.2 工程信息的查询检索
• 2.7 决策咨询系统
• 2.8 系统其它功能设计
• 2.8.1 系统维护功能设计
• 2.8.2 系统帮助功能设计
• 2.9 本章小结
• 第三章 桩基工程土层信息预测咨询系统
• 3.1 引言
• 3.2 人工神经网络（ANN）简介
• 3.2.1 人工神经网络概述
• 3.2.2 人工神经网络的特点
• 3.2.3 人工神经网络的基本模型及分类
• 3.2.4 BP 神经网络概述
• 3.3 遗传算法简介
• 3.3.2 遗传算法的基本思路
• 3.3.3 遗传算法的特点
• 3.4 地质情况预测的遗传神经网络模型
• 3.4.1 人工神经网络和遗传算法相结合的原理
• 3.4.2 地质情况预测的遗传神经网络模型
• 3.4.3 实例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 桩基工程桩型优化选择咨询系统
• 4.1 引言
• 4.2 桩型优化选择模型的基本原理
• 4.2.1 桩基选型概述
• 4.2.2 模糊综合评判法
• 4.2.3 层次分析法
• 4.3 桩型优化选择的模糊层次分析模型
• 4.3.1 建立综合评判模型
• 4.3.2 确定被评价事物相关各因素的相对优属度
• 4.3.3 利用层次分析法（AHP）确定评价因素权重
• 4.3.4 模糊层次分析评价
• 4.3.5 实例分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 工程实例应用分析
• 5.1 引言
• 5.2 研究地区土层特性及桩型研究
• 5.2.1 福州地区的主要土层及特性
• 5.2.2 福州地区的主要桩型及单桩承载力的计算
• 5.3 工程实例应用分析
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 拟建点的土层预测
• 5.3.3 拟建点的桩型优化及单桩承载力计算
• 5.3.4 结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 桩基设计的决策咨询系统的使用手册
• 1 系统的起动
• 2 工程信息以及图层信息的管理系统
• 3 信息查询系统
• 4 决策咨询系统
• 5 系统维护
• 6 系统帮助
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果