基于多维风险分析的大型地下洞室群施工过程动态仿真与优化研究

Analysis of multi-dimensional risk during construction process, robustness control of construction schedule and scientific selection of ventilation parameter are key scientific issues of great challenge and needing urgent solution for construction process dynamic simulation and optimization of large-scale underground cavern group. According to risk multidimensional nature (namely, risk factor dimension, risk spatial dimension, risk operation dimension and risk time dimension), this research establishes construction dynamic simulation and optimization elaborate mathematical model of large-scale underground cavern group with consideration of the impact of multi-dimensional risk, schedule robustness control and optimization selection of simulation ventilation parameter. The influencing mechanism of multi-dimensional risk factors on construction schedule can be revealed; based on robustness control, schedule equilibrium and structure optimization are realized; ventilation parameter is selected scientifically on the basis of construction ventilation hybrid numerical simulation and GCI (Grid Convergence Index) grid sensitivity analysis. The methodology in this research overcomes some limitations in current construction simulation optimization, which only pay attention to the impact that risk factor dimension exerts on construction process, ignores schedule robustness and selects ventilation parameter just in accordance with engineering analogy and expertise, and solve basic scientific problems existing in elaborate analysis of construction dynamic simulation and optimization in large-scale underground cavern group.

针对大型地下洞室群施工动态仿真与优化中存在的具有挑战性、亟待解决的关键科学问题：施工过程的多维风险性问题、施工进度计划的鲁棒性问题、施工通风参数的科学取值问题，根据施工过程风险因素的多维性（即风险因素维度、风险空间维度、风险作业维度、风险时间维度），提出综合考虑施工过程多维风险、施工进度鲁棒性及仿真通风参数优化影响的大型地下洞室群施工过程动态仿真与优化精细数学模型；揭示大型地下洞室群施工多维风险因素对施工进度的综合影响机制，探讨基于施工进度计划鲁棒控制的施工进度均衡和结构优化，研究基于施工通风混合数值模拟及GCI网格灵敏性分析的通风参数科学取值。本研究突破了目前施工仿真优化主要针对风险因素单一维度开展其对施工过程仿真的影响以及忽略了施工进度计划鲁棒性影响的局限，弥补了施工通风参数多依据工程类比和经验确定的不足，解决大型地下洞室群施工动态仿真与优化精细化分析研究中存在的应用基础科学问题。

项目围绕大型地下洞室群施工仿真中的关键科学问题，开展了基于多维风险分析的大型地下洞室群施工动态仿真与优化理论及工程应用研究，在综合分析施工多维风险性、施工进度计划鲁棒控制和仿真通风参数优化取值等方面的影响下，形成了一套大型地下洞室群施工动态仿真与优化的理论体系，并将其应用在实际工程中，为大型地下洞室群工程的施工组织管理提供了有力的指导。（1）围绕多维风险影响下的大型地下洞室群施工动态仿真参数优化问题，建立了施工多维风险RBS-PBS-WBS模型，并且进行了多维风险因素间相关性研究，实现了大型地下洞群施工仿真模型参数的多维风险综合影响精细化分析；（2）围绕大型地下洞室群施工动态仿真结构优化问题，建立了施工进度鲁棒性度量数学模型，并开展了施工进度计划鲁棒控制研究，实现了大型地下洞室群施工工期与进度计划鲁棒性的精细均衡优化；（3）围绕大型地下洞室群施工动态仿真通风参数优化问题，提出了系统考虑气固相间耦合作用的施工通风两相流混合数值模拟方法，进而基于数值模拟结果进行了大型地下洞室群施工动态仿真通风时间参数优化分析。研究成果发表高水平学术论文18篇，其中SCI收录论文4篇，EI收录论文5篇；培养硕博士6名。