一种公路隧道韧性评价模型及方法与流程

1.本发明属于隧道运营安全防灾领域，特别是涉及一种公路隧道韧性评价模型及方法。


背景技术：

2.随着社会经济快速发展，交通基础设施安全与灾害防范在国家安全中的地位越发显著，相继投入了大量资金用于交通基础设施的防灾御灾能力提升。体系韧性理论的出现与发展为基础设施灾害防范提供了新的方向，我国各大城市、重大基础设施相继建立了韧性评价体系与方法标准，隧道工程作为交通基础设施中的咽喉工程，建立隧道韧性评价模型及方法对提升交通基础设施灾害防御能力、保障交通基础设施安全至关重要。
3.目前，交通基础设施中韧性评价多集中于交通公路路网维度，针对于单体工程设施韧性评价的研究相对较少。因此，开发一种公路隧道韧性评价模型及方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种公路隧道韧性评价模型及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
5.一方面为实现上述目的，本发明提供了一种公路隧道韧性评价模型，包括隧道灾害预防系统、隧道承灾系统、隧道性能恢复系统；所述隧道灾害预防系统用于获取即将发生的灾害类型，并指挥事前采取措施减缓灾害影响；所述隧道承灾系统用于抵御隧道灾害；所述隧道性能恢复系统用于将隧道灾后状态快速恢复至灾前状态。
6.可选地，所述隧道灾害预防系统包括灾害预测模块、灾害预判模块、决策防范模块；所述隧道承灾系统包括土建设施抗灾模块、机电设施抗灾模块、交安设施抗灾模块；所述隧道性能恢复系统包括应急抢险能力建设模块和应急物资储备模块。
7.可选地，所述灾害预测模块用于预测灾害类型、灾害发生的具体时间范围以及灾害等级，所述灾害预判模块用于判别灾害影响范围、灾害影响程度，并分析灾害中的主要损伤构件以及受损伤类型，所述决策防范模块用于制定防范措施，并对所述防范措施的实施情况进行监控与督促。
8.可选地，所述土建设施抗灾模块包括隧道洞口洞门、衬砌结构、路面、检修道以及排水子模块，所述机电设施抗灾模块包括隧道供配电子模块、消防子模块、监控子模块、通风以及照明子模块，所述交安设施抗灾模块包括隧道内部的标志、标线以及警示牌。
9.可选地，所述应急抢险能力建设模块包括指挥调度子模块、人员配备子模块、应急措施决策子模块；所述应急物资储备系统包括机械设备、修复材料、机电设备。
10.另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种公路隧道韧性评价方法，包括以下
步骤：分别计算隧道灾害预防系统、隧道承灾系统、隧道性能恢复系统与隧道灾损的关系；计算隧道韧性综合度量值，基于所述隧道韧性综合度量值对隧道韧性进行评价。
11.可选地，所述隧道灾害预防系统与隧道灾损关系的计算方法包括：根据初始灾损值、隧道灾害预防系统作用系数计算实际灾损值，通过所述实际灾损值获取所述隧道灾害预防系统与隧道灾损的关系。
12.可选地，所述隧道承灾系统与隧道灾损关系的计算方法包括：根据隧道灾前健康度、隧道灾后健康富余系数、满足隧道运行需求的最小健康度计算隧道灾后实际健康富余系数，基于所述隧道灾后实际健康富余系数获取所述隧道承灾系统与隧道灾损的关系。
13.可选地，所述隧道性能恢复系统与隧道灾损关系的计算方法包括：根据隧道灾后恢复时长、隧道灾损作用时长计算隧道性能恢复时效系数，基于所述隧道性能恢复时效系数获取所述隧道性能恢复系统与隧道灾损的关系。
14.可选地，所述隧道韧性综合度量值的计算方法包括：基于隧道灾害预防系统功效系数、隧道灾后健康富余系数、隧道性能恢复时效系数计算获取所述隧道韧性综合度量值本发明的技术效果为：（1）本方法建立隧道韧性评价指标体系，明确隧道韧性三个主体子系统及其对灾害的功能。
15.（2）本方法明确了隧道韧性评价中三个主体子系统所涵盖的公路隧道设施类型及管理系统。
16.（3）本方法明确了隧道韧性度量值计算方法，使得隧道韧性指标得以量化。
附图说明
17.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例中的隧道韧性评价指标体系示意图。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
19.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
20.实施例一如图1所示，本实施例将公路隧道韧性模型分为隧道灾害预防系统、隧道承载系统、隧道性能恢复系统三个系统。
21.隧道灾害预防系统分为灾害预测模块、灾害预判模块以及决策防范模块三个模块。通过隧道灾害预防子系统对即将到来的灾害进行预测，为隧道承载决策提供依据，以达到减轻灾害影响以及增强隧道韧性的目的。隧道灾害预防子系统的完善程度将决定本专利
中的隧道灾害预防系统作用系数。通过隧道灾害预防子系统能够得出灾害的初始灾损值。
22.隧道灾害预防系统中的灾害预测模块功能主要是预测灾害类型、灾害发生的具体时间范围以及灾害等级。
23.隧道灾害预防系统中的灾害预判模块功能主要是判别灾害影响的范围、灾害影响的程度，并分析灾害中的主要损伤构件以及其受损伤的类型。
24.隧道灾害预防系统中的决策防范模块功能主要是制定防范措施，并督促防范措施的具体实施，并对防范措施的实施情况进行监控。决策防范模块制定防范措施的依据主要取决于灾害预测模块以及灾害预判模块。
25.隧道承载系统分为土建设施模块、机电设施模块以及交安设施模块三个模块。隧道承载模块是隧道承受灾害的核心模块，其中三个模块的实际设施健康状况将决定隧道灾前的健康度。
26.隧道承载系统中的土建设施模块主要由隧道洞口洞门、衬砌结构、路面、检修道以及排水子模块等隧道具体结构构件组成。
27.隧道承载系统中的机电设施模块主要由隧道供配电子模块、消防子模块、监控子模块、通风以及照明子模块组成。
28.隧道承载系统中的交安设施模块主要由隧道内部的标志、标线以及警示牌等子模块组成。
29.隧道性能恢复系统分为应急抢险能力建设模块以及应急物资储备模块两个模块。隧道性能恢复子系统的作用主要是在隧道承载后，使隧道性能得到恢复。隧道性能恢复子系统的完善程度决定隧道灾后恢复时长。
30.隧道性能恢复系统中的应急抢险能力建设模块主要由指挥调度、人员配备、应急措施决策等子模块组成。
31.隧道性能恢复系统中的应急物资储备模块主要由机械设备、修复材料、机电设备等物质储备组成。
32.隧道韧性表述为三类系统综合功能与灾害体间关系，并以关系值反馈隧道韧性能力高低。
33.其中，隧道灾害预防子系统与隧道灾害体影响（即灾损）的作用如下：其中，隧道灾害预防子系统与隧道灾害体影响（即灾损）的作用如下：：实际灾损值；d：初始灾损值；：隧道灾害预防子系统作用系数。
34.隧道承灾子系统与隧道灾损关系：
b：隧道灾前健康度；c：满足隧道运行需求的最小健康度，c＞0；：隧道灾后健康富余系数；：隧道灾后实际健康富余系数。
35.隧道性能恢复子系统与隧道灾损关系：隧道性能恢复子系统与隧道灾损关系：: 隧道灾后性能恢复后的健康度；：隧道灾后恢复时长；：隧道灾损作用时长；隧道性能恢复时效系数。
36.在本发明中，所述隧道韧性综合度量值为：在本发明中，所述隧道韧性综合度量值为：：隧道韧性综合度量值。
[0037]037]
：隧道韧性综合度量实际值。
[0038]
实施例二本实施例提供一种公路隧道韧性评价系统的另一种具体实施方式：某运营隧道具有较为完善灾害防控和灾后性能恢复系统，能够较准确地预测灾害类型、级别范围和发生时间，并可快速实施灾害防范方案，可将灾害造成的影响平均降低20%；初始健康度为100，满足隧道运行需求的最小健康度为60；在某灾害高发期，预测到未来几日将发生洪水灾害，对设施的初始灾损值为36（相对）、灾害作用时长为24小时；由于运营单位对洪水灾害抗灾能力具有丰富的经验，灾后8小时将受损设施健康度恢复到100。请对本次灾害的隧道韧性进行评价。
[0039]
（1）实际灾损值计算根据本发明中的评价方法，隧道灾害实际灾损值为：
式中，d：初始灾损值，取36；：隧道灾害预防系统作用系数，取20%。
[0040]
（2）灾后健康富余系数根据本发明中的评价方法，隧道灾前健康度b为100、满足隧道运行需求的最小健康度c为60，则隧道承灾系统与隧道灾损关系：为故，隧道受到灾害影响后，仍能满足隧道运行需求。
[0041]
隧道灾后健康系数为：隧道灾后健康系数为：（3）隧道性能恢复时效系数隧道灾后性能恢复后的健康度为100，初始健康度b为100,满足隧道灾后恢复时长为8小时、隧道灾损作用时长为24小时，则隧道性能恢复时效系数为（4）隧道韧性综合度量值隧道韧性综合度量值为：隧道韧性综合度量实际值为：本发明所要解决的技术问题是：提供一种公路隧道韧性评价模型及方法，给出了隧道韧性评价所涉及的系统类型，和各系统对灾害的作用关系，并依据这些关系构建了隧道韧性综合度量值，由此量化隧道韧性能力大小。
[0042]
以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围
为准。