基于磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)研究

王東明 劉歡 李永佳

摘要：基于磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援特點(diǎn)，對(duì)其安全評(píng)估專家系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并以實(shí)際震災(zāi)救援案例對(duì)所建立的系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試。結(jié)果表明，該磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)應(yīng)用方便，可很好地協(xié)助地震應(yīng)急救援工作。

關(guān)鍵詞：地震救援；結(jié)構(gòu)廢墟；安全評(píng)估；專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P315-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2016）04-0656-08

0 引言

人工智能作為一門多學(xué)科交叉的、新興的學(xué)科，是當(dāng)今世界上三大尖端技術(shù)之一。而專家系統(tǒng)則是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域誕生最早、應(yīng)用最廣泛、研究最活躍的研究方向（蘇鍵等，2006）。所謂專家系統(tǒng)，是指基于特定專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)一位或多位專家的工作經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)建立知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)人工智能中的邏輯推理技術(shù)編譯智能計(jì)算機(jī)程序，以達(dá)到不受時(shí)空限制地模擬和求解通常只有專家才能解決的各種復(fù)雜問(wèn)題的目的（席錚，2005）。單個(gè)專家因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備量的差異，在處理問(wèn)題過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)處理方案片面、隨意和存在技術(shù)偏見(jiàn)等諸多問(wèn)題。專家系統(tǒng)則可以克服專家工作中面臨的上述問(wèn)題，既可以不受時(shí)間、空間和環(huán)境條件的限制而正常工作，又可以通過(guò)系統(tǒng)化、條理化和綜合決策功能來(lái)提高解答和模擬結(jié)果的客觀性、科學(xué)性和穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于某些特定的問(wèn)題，專家系統(tǒng)解答和模擬實(shí)際問(wèn)題的能力、效率和水平會(huì)優(yōu)于單個(gè)專家。

1965年費(fèi)根鮑姆等研制出首個(gè)專家系統(tǒng)。隨后，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)科領(lǐng)域開展了相關(guān)專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)。20世紀(jì)70至80年代該系統(tǒng)開始在地震工程領(lǐng)域被廣泛地推廣和應(yīng)用。1979年，美國(guó)普度大學(xué)姚治平、付京生等開始研發(fā)震后房屋破損評(píng)估專家系統(tǒng)SPERIL。1985年，斯坦福大學(xué)Blume地震工程研究中心開展了場(chǎng)地地震危險(xiǎn)度評(píng)估專家系統(tǒng)的相關(guān)研究，并于1988年針對(duì)加州的場(chǎng)地地震危險(xiǎn)度評(píng)估工作完成了場(chǎng)地地震危險(xiǎn)度評(píng)估專家系統(tǒng)SHES。劉西拉和薛慶（1987）基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)控制策略研發(fā)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破損狀態(tài)評(píng)估專家系統(tǒng)。劉恢先（1987）負(fù)責(zé)開展了國(guó)家自然科學(xué)基金“七五”重大項(xiàng)目“工程建設(shè)中的智能輔助決策系統(tǒng)的應(yīng)用研究”，并于1996年發(fā)布了智能輔助地震區(qū)劃系統(tǒng)IASHES。隨后，專家系統(tǒng)在我國(guó)地震工程領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。1989年，楊玉成等發(fā)布了以知識(shí)為基礎(chǔ)的多層砌體房屋震害預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)，并于1992年發(fā)布了城市現(xiàn)有房屋震害預(yù)測(cè)智能輔助決策系統(tǒng)PDSMESMB-1，該系統(tǒng)曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（楊玉成等，1992）。石兆吉等（1997）研究并發(fā)布了地震液化判別與評(píng)價(jià)的專家系統(tǒng)。孫柏濤和王東明（2003）研究出我國(guó)第一個(gè)應(yīng)用于地震應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)的建筑物安全鑒定智能輔助系統(tǒng)。郭紅梅等（2008）基于GIS和空間決策技術(shù)設(shè)計(jì)并開發(fā)了城市地震現(xiàn)場(chǎng)搜救指揮輔助決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)整合并集成了震害預(yù)測(cè)、地震災(zāi)情快速評(píng)估、不同結(jié)構(gòu)類型廢墟搜救行動(dòng)方案、現(xiàn)場(chǎng)搜救指揮部署決策模型、壓埋人員情況分析等專業(yè)知識(shí)，綜合建立了地震現(xiàn)場(chǎng)搜救指揮專家系統(tǒng)，但所建立的專家系統(tǒng)基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)匱乏、某些模塊的專業(yè)模型尚不完善，專家系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果距離具有專家水平還有很大差距等。盡管經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在地震工程領(lǐng)域擁有了許多專家系統(tǒng)，但目前專門針對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型的建筑結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)研究尚處于空白階段。

我國(guó)是地震多發(fā)國(guó)家，歷次強(qiáng)烈地震發(fā)生后都會(huì)導(dǎo)致大面積建筑的損壞或倒塌。尤其是當(dāng)前，我國(guó)存在量大面廣的磚混結(jié)構(gòu)房屋，遭受強(qiáng)烈的地震作用后該類結(jié)構(gòu)房屋倒塌數(shù)量十分龐大。震害表明，由于地震造成的磚混結(jié)構(gòu)房屋的倒塌不僅會(huì)引起災(zāi)區(qū)人員的巨大傷亡，而且還會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失。為最大限度地降低地震災(zāi)害所造成的損失，震后我國(guó)政府、社會(huì)組織、企業(yè)和個(gè)人都會(huì)在第一時(shí)間投入大量人力、物力進(jìn)行應(yīng)急救援工作。然而，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)廢墟的應(yīng)急救援工作，救援隊(duì)面臨的首要問(wèn)題是如何保障救援人員和被困人員的“雙安全”（陳運(yùn)泰等，2013），即在最大限度地挽救被困人員的前提下不產(chǎn)生額外的人員傷亡。因此，每次救援活動(dòng)開展之前應(yīng)首先進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估工作。為解決我國(guó)磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估工作存在的問(wèn)題，本文在已建成的磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并探討了磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求分析

我國(guó)現(xiàn)階段地震現(xiàn)場(chǎng)建筑結(jié)構(gòu)廢墟安全評(píng)估，通常由經(jīng)驗(yàn)豐富的結(jié)構(gòu)工程專家完成。一般流程如下：首先，由結(jié)構(gòu)工程專家初步確定安全評(píng)估的對(duì)象和范圍。合理的對(duì)象和范圍的確定，既可以節(jié)省搜救時(shí)間、提高搜救效率，又可以有的放矢地針對(duì)需要搜救的廢墟進(jìn)行科學(xué)合理的搜救，使得整個(gè)搜救評(píng)估工作不出現(xiàn)偏差。其次是評(píng)估區(qū)域信息收集。全面細(xì)致的地震廢墟信息收集，可以對(duì)搜救工作起到事半功倍的作用。信息收集主要包括廢墟場(chǎng)地信息，相鄰建筑結(jié)構(gòu)是否對(duì)搜救廢墟存在潛在危險(xiǎn)，被搜救建筑物的設(shè)計(jì)、施工、構(gòu)件的破壞程度和連接情況等。再次，確定地震廢墟的安全評(píng)估結(jié)果。通過(guò)對(duì)評(píng)估區(qū)域進(jìn)行信息收集，結(jié)構(gòu)工程專家結(jié)合專業(yè)知識(shí)，并綜合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和搜救案例給出安全評(píng)估結(jié)果。為現(xiàn)場(chǎng)地震救援工作進(jìn)行指導(dǎo)。最后，提出應(yīng)對(duì)方案。充分利用信息采集中收集到的信息，對(duì)可能會(huì)給救援隊(duì)員帶來(lái)傷害的潛在因素給出應(yīng)對(duì)措施，協(xié)助救援隊(duì)制定救援方案，最大限度地保證救援過(guò)程中所有人員的生命安全。這種工作流程雖然在我國(guó)歷次大震中的現(xiàn)場(chǎng)救援工作中帶來(lái)不錯(cuò)的效果，但是也存在一些弊端：第一，由于建筑結(jié)構(gòu)廢墟救援工作具有“時(shí)間要求緊、技術(shù)含量高、工作強(qiáng)度大”的顯著特點(diǎn)，所以實(shí)際工作中必須對(duì)專家的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)儲(chǔ)備以及身體素質(zhì)條件提出嚴(yán)格的要求；第二，我國(guó)具有豐富地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急救援經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程專家數(shù)量非常有限，難以滿足現(xiàn)有方法對(duì)地震應(yīng)急救援專家需求的數(shù)量；第三，結(jié)構(gòu)工程救援專家分布在全國(guó)各地，且震區(qū)道路橋梁也會(huì)發(fā)生不同程度的震損，這將成為結(jié)構(gòu)工程救援專家及時(shí)到達(dá)地震現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施救援指導(dǎo)的制約因素。

而利用專家系統(tǒng)可以很好地解決我國(guó)現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)廢墟安全評(píng)估工作所遇到的上述問(wèn)題。其原因主要有以下兩方面：第一，專家系統(tǒng)建立過(guò)程中融合了行業(yè)內(nèi)各方面的專業(yè)理論知識(shí)和許多知名專家的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)，其水平和能力一般會(huì)優(yōu)于單個(gè)專家，因此使用專家系統(tǒng)評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)廢墟救援安全等級(jí)時(shí)評(píng)估過(guò)程具有系統(tǒng)化、條理化、綜合化的特征，且專家系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果也具有客觀性、穩(wěn)定性和科學(xué)性的顯著優(yōu)點(diǎn)；第二，由于專家系統(tǒng)是人工智能系統(tǒng)的一種，其本質(zhì)是具有專家評(píng)估能力的計(jì)算機(jī)程序，因此使用專家系統(tǒng)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)廢墟救援安全等級(jí)評(píng)估時(shí)可以不受時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境以及工作強(qiáng)度的影響，在沒(méi)有結(jié)構(gòu)工程專家在場(chǎng)的情況下，只需救援指揮人員熟悉系統(tǒng)的操作流程和具有能夠初步判斷評(píng)估結(jié)果離散性的能力，即可保證廢墟救援指揮工作的正常運(yùn)作。雖然目前在土木工程領(lǐng)域乃至地震工程領(lǐng)域有許多專家系統(tǒng)存在，但還未開發(fā)出一套行之有效的、專門應(yīng)用于磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估工作的專家系統(tǒng)。因此，有必要基于現(xiàn)有的磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援案例和資料建立一套完整的、實(shí)用的、有效的磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)。

考慮到磚混結(jié)構(gòu)廢墟安全評(píng)估工作的特殊性，所以所開發(fā)的專家系統(tǒng)應(yīng)滿足以下3方面的需求：（1）實(shí)用性。所要開發(fā)的專家系統(tǒng)是在缺少結(jié)構(gòu)專家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)的前提下，在地震發(fā)生后為救援指揮人員提供磚混結(jié)構(gòu)廢墟安全評(píng)估的依據(jù)，因此該系統(tǒng)必須操作簡(jiǎn)單且界面友好。（2）功能完備性。本專家系統(tǒng)主要服務(wù)于地震救援，除了能夠?qū)Υu混結(jié)構(gòu)廢墟進(jìn)行評(píng)價(jià)外，還應(yīng)該有協(xié)助制定救援方案的功能，因此在給出評(píng)估結(jié)果的同時(shí)也會(huì)給出相似案例與相應(yīng)的參考文獻(xiàn)，還增加了估算器的功能，能夠?qū)Φ卣瓞F(xiàn)場(chǎng)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量進(jìn)行估算，幫助救援隊(duì)合理地選用救援設(shè)備和設(shè)置救援方案。（3）開放性。該專家系統(tǒng)還應(yīng)該有案例搜集的過(guò)程，將實(shí)際救援過(guò)程中產(chǎn)生的案例添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使其他救援人員在使用這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候可以借鑒參考這些案例，這些案例也可以作為專家系統(tǒng)的樣本供這個(gè)專家系統(tǒng)學(xué)習(xí)，從而達(dá)到完善專家系統(tǒng)的目的。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.1 功能設(shè)計(jì)

基于以上需求分析，磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)應(yīng)具有以下3方面的主要功能：（1）對(duì)磚混結(jié)構(gòu)廢墟進(jìn)行救援安全等級(jí)的評(píng)估；（2）建立救援案例庫(kù)，以便于用戶根據(jù)救援條件進(jìn)行搜索調(diào)用；（3）協(xié)助制定救援方案的相關(guān)功能。

其中在地震救援現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助救援隊(duì)員對(duì)磚混結(jié)構(gòu)廢墟進(jìn)行安全評(píng)估是專家系統(tǒng)的核心功能，即地震應(yīng)急救援隊(duì)可在地震應(yīng)急工作現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)簡(jiǎn)單的操作快速有效地評(píng)定出磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全等級(jí)。而在進(jìn)行建筑廢墟安全評(píng)估工作之前，應(yīng)首先對(duì)地震要素信息進(jìn)行采集，所采集的地震要素信息主要包括地震名稱、發(fā)震時(shí)間、震級(jí)、震中距等，同時(shí)在有條件的情況下還可以上傳烈度圖。輸入地震要素信息完成之后，需要將待救援磚混結(jié)構(gòu)基本信息輸入系統(tǒng)中，這些基本信息主要包括建筑名稱、總層數(shù)、地理位置、地震現(xiàn)場(chǎng)基本描述等。輸入待救援磚混結(jié)構(gòu)基本信息的主要作用有2點(diǎn)：第一，完成磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援案例的采集工作，為未來(lái)能夠進(jìn)行科學(xué)的案例分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提供詳實(shí)的基礎(chǔ)資料；第二，所輸入的建筑結(jié)構(gòu)基本信息包括了所有的結(jié)構(gòu)廢墟救援安全等級(jí)影響因素，而這些影響因素是進(jìn)行安全評(píng)估工作的必要信息。

在對(duì)磚混廢墟結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估之后，為充分應(yīng)對(duì)救援過(guò)程中所要進(jìn)行的破拆、頂升、移除構(gòu)件等工作，需對(duì)各類材料或構(gòu)件的重量進(jìn)行計(jì)算，因此專家系統(tǒng)還應(yīng)附帶重量估算器的功能，即能夠?qū)ㄖ牧狭?、鋼材等不同材料、?gòu)件進(jìn)行重量計(jì)算，并給出結(jié)果以輔助指導(dǎo)救援隊(duì)制定合理的救援方案和選取合適的救援設(shè)備。綜上所述，專家系統(tǒng)所有功能包括的基本內(nèi)容以及不同功能間的相互關(guān)系如圖1所示。

2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所建立的磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)由用戶界面層（User Interface Layer）、業(yè)務(wù)邏輯層（Business Logic Layer）、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層（Data Access Layer）3部分組成。用戶界面層即表示層，直觀地表現(xiàn)在瀏覽器所呈現(xiàn)出的界面，通過(guò)用戶界面層，用戶可以將信息和數(shù)據(jù)傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層，其返回的結(jié)果也最終呈現(xiàn)在用戶界面中，在用戶界面用戶可以和本專家系統(tǒng)進(jìn)行直觀的交流。業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)的核心部分，在該層中封裝了安全評(píng)估、數(shù)據(jù)計(jì)算等相關(guān)業(yè)務(wù)的操作，在本層中進(jìn)行業(yè)務(wù)處理并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的相關(guān)功能。在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用、維護(hù)等功能。本專家系統(tǒng)采用的是基于ASP.NET技術(shù)的B/S（Browser/Server）架構(gòu)。B/S架構(gòu)的服務(wù)器端集成了專家系統(tǒng)的核心功能，即將系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層中的核心功能全部集中在服務(wù)器端，這種處理方式的最大好處就是系統(tǒng)升級(jí)、改進(jìn)或升級(jí)時(shí)只需更新服務(wù)器端的數(shù)據(jù)即可，降低了成本。而B/S架構(gòu)的客戶端是瀏覽器，用戶可以通過(guò)瀏覽器經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)系統(tǒng)服務(wù)器端。整個(gè)系統(tǒng)采用與ASP.NET平臺(tái)有很好兼容性的C#編程語(yǔ)言，選用SQL Server 2008后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)專家系統(tǒng)中的文獻(xiàn)資料以及救援案例等各種數(shù)據(jù)。

磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援的安全評(píng)估是本專家系統(tǒng)的核心工作。磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估功能是基于磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型而實(shí)現(xiàn)的。磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是指根據(jù)若干地震現(xiàn)場(chǎng)磚混結(jié)構(gòu)廢墟應(yīng)急救援案例以及筆者在地震現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置工作經(jīng)驗(yàn)，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立的磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估模型。該評(píng)估模型以場(chǎng)地與地基情況、基礎(chǔ)破壞情況、結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞情況、建筑材料與施工質(zhì)量、建筑環(huán)境條件以及生存空間大小等14個(gè)影響因素作為基本條件，首先劃分并確定出不同影響因素的判別標(biāo)準(zhǔn)和影響因子以及磚混結(jié)構(gòu)廢墟安全等級(jí)判定原則，然后基于實(shí)際救援案例采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)按照一定的誤差精度進(jìn)行了學(xué)習(xí)訓(xùn)練，最后對(duì)訓(xùn)練完成的模型進(jìn) 行了回判和檢驗(yàn)。回判和檢驗(yàn)結(jié)果表明，所建立的評(píng)估模型具有較高的準(zhǔn)確度（王東明等，2016）。確定磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之后，采用C#編程語(yǔ)言將模型接入專家系統(tǒng)，且配置在專家系統(tǒng)的服務(wù)器端。應(yīng)用過(guò)程中，用戶不需知道磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估模型工作原理，只需在客戶端所呈現(xiàn)的用戶界面進(jìn)行操作即可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和交換，并獲得評(píng)估結(jié)果以及其他的相關(guān)信息。磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)的工作流程見(jiàn)圖2。

2.3 界面設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)結(jié)果和系統(tǒng)工作流程，參考一些優(yōu)秀設(shè)計(jì)范例（孫路強(qiáng)等，2013），設(shè)計(jì)并確定了專家系統(tǒng)界面。為了使該系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)的頁(yè)面風(fēng)格得到統(tǒng)一，在編程過(guò)程中采用了母版頁(yè)技術(shù)，通過(guò)母版頁(yè)的創(chuàng)建，專家系統(tǒng)中的每一個(gè)頁(yè)面均可使用母版頁(yè)的頁(yè)面布局，這就減輕了開發(fā)過(guò)程中開發(fā)人員保持頁(yè)面協(xié)調(diào)制作一致外觀的工作量。系統(tǒng)主要由地震信息錄入、建筑廢墟信息錄入、建筑物廢墟安全評(píng)估、相似案例與相關(guān)文獻(xiàn)、估算器5個(gè)界面組成。

2.3.1 地震信息錄入

圖3為地震信息錄入界面。當(dāng)一次地震發(fā)生后，分別在此界面中輸入地震名稱、發(fā)生時(shí)間、震級(jí)和震中距，還可以上傳初步預(yù)估的地震烈度圖（李東平等，2013），點(diǎn)擊提交后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一次地震事件，其后的所有評(píng)估結(jié)果都會(huì)被自動(dòng)記錄到此次地震事件中，并便于日后的查詢與調(diào)用。

2.3.2 建筑廢墟信息錄入

圖4為建筑廢墟信息錄入界面。用戶在進(jìn)行建筑廢墟安全評(píng)估時(shí)，需要首先錄入將要進(jìn)行評(píng)估的建筑廢墟基本信息，其中包括建筑名稱、總層數(shù)、地點(diǎn)或位置、殘留層數(shù)或高度、倒塌位置、居住人數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)描述，同時(shí)要選擇建筑物的用途，包括學(xué)校、醫(yī)院、住宅、辦公樓、超市、體育館、廠房、生命線用房和其他9類，并且在結(jié)構(gòu)類型中選擇磚混結(jié)構(gòu)，信息錄入和選擇完畢后，點(diǎn)擊提交按鈕。

2.3.3 建筑物廢墟安全評(píng)估

圖5為建筑廢墟信息錄入界面。用戶需要根據(jù)建筑廢墟的具體情況錄入14項(xiàng)影響因素。完成以上14項(xiàng)影響因素的選擇后，點(diǎn)擊提交，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出對(duì)于此建筑廢墟的安全評(píng)估結(jié)果。

2.3.4 相似案例與相關(guān)文獻(xiàn)

在完成建筑廢墟安全評(píng)估后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)給出與此救援案例相關(guān)的相似案例和相關(guān)文獻(xiàn)，為救援人員提供輔助決策參考。圖6為相似案例與相關(guān)文獻(xiàn)界面。

2.3.5 估算器

系統(tǒng)還具備估算器功能模塊，可以分別對(duì)建筑重量、鋼材重量和建筑屋頂重量進(jìn)行估算，還可以查詢常用建筑材料密度值和常用屋頂材料的重量。圖7為建筑重量查詢與估算界面。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)主要服務(wù)于地震救援行業(yè)，針對(duì)的用戶具備一定的建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，但不懂如何對(duì)結(jié)構(gòu)廢墟進(jìn)行安全評(píng)估的地震救援行業(yè)從業(yè)人員，這些從業(yè)人員只要會(huì)使用瀏覽器即可操作該套專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要應(yīng)用范圍僅限于磚混結(jié)構(gòu)廢墟搜索與營(yíng)救，在缺少具備救援經(jīng)驗(yàn)與結(jié)構(gòu)專業(yè)背景專家的時(shí)候，協(xié)助救援隊(duì)員對(duì)磚混結(jié)構(gòu)廢墟的安全性做出評(píng)估，并對(duì)救援現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及覆蓋物的重量進(jìn)行簡(jiǎn)單的估算，以供救援隊(duì)員參考。該系統(tǒng)的使用方法非常簡(jiǎn)單，只需要在瀏覽器中通過(guò)點(diǎn)擊和輸入即可完成所有操作。其界面操作與用戶之間有很強(qiáng)的交互性。首先在有互聯(lián)網(wǎng)的情況下打開瀏覽器，輸入網(wǎng)址www.dzjy.org.cn進(jìn)入到CERRSAMS系統(tǒng)，然后登錄，輸入賬號(hào)、密碼、驗(yàn)證碼后進(jìn)入到這個(gè)系統(tǒng)，點(diǎn)擊專家系統(tǒng)模塊即可使用磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)。將地震救援現(xiàn)場(chǎng)采集到的信息根據(jù)系統(tǒng)的要求提交到專家系統(tǒng)中，點(diǎn)擊確認(rèn)和提交，系統(tǒng)會(huì)輸出相應(yīng)的結(jié)果。系統(tǒng)的運(yùn)算速度比較快，在根據(jù)要求輸入數(shù)據(jù)之后很快就能得出評(píng)估結(jié)果。圖8為專家系統(tǒng)操作流程。

為了驗(yàn)證本專家系統(tǒng)的可靠性，本文以汶川地震中都江堰市新建小學(xué)建筑廢墟安全評(píng)估為例，進(jìn)行系統(tǒng)操作實(shí)例驗(yàn)證。

首先登陸到系統(tǒng)后臺(tái)，選擇專家系統(tǒng)模塊，錄入都江堰市新建小學(xué)有關(guān)信息，如表1所示。點(diǎn)擊提交后，進(jìn)入到建筑物廢墟安全評(píng)估指標(biāo)選擇界面，逐一選擇每一項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，確認(rèn)無(wú)誤后，選擇提交按鈕，系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)自動(dòng)完成分析與評(píng)估計(jì)算，給出評(píng)估結(jié)果。如圖9所示，此次建筑物廢墟安全評(píng)估的結(jié)果為“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定但須排險(xiǎn)措施。（廢墟結(jié)構(gòu)物無(wú)倒塌危險(xiǎn)，但有造成危險(xiǎn)的潛在因素須排除）”，并且給出了相關(guān)的提示信息。此次安全評(píng)估結(jié)果被自動(dòng)保存在系統(tǒng)后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并作為一次新的案例為后續(xù)的評(píng)估工作提供輔助參考。分別選擇相似案例和相關(guān)文獻(xiàn)可以查看到與此次建筑廢墟安全評(píng)估相近的參考資料，為救援隊(duì)員提供輔助決策參考。結(jié)果表明，系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況基本相符。

經(jīng)鑒定結(jié)果評(píng)估結(jié)果：

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定但須排險(xiǎn)措施。（廢墟結(jié)構(gòu)物無(wú)倒塌危險(xiǎn)，但有造成危險(xiǎn)的潛在因素須排除）

提示：

1、（1）墻體呈現(xiàn)X裂縫，注意防止墻體倒塌，對(duì)墻體采取支撐措施；

（2）柱破壞嚴(yán)重，對(duì)柱進(jìn)行加固；

（3）對(duì)梁采取加固支撐，防止梁斷裂；

（4）對(duì)板進(jìn)行加固支撐；

（5）對(duì)屋架進(jìn)行加固支撐。

2、需清除毒害物質(zhì)，后再進(jìn)行救援。

通過(guò)操作實(shí)例可知，本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：用戶界面設(shè)計(jì)友好，系統(tǒng)應(yīng)用操作方便，評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確，信息交換和讀取速度較快，可以很好地提高震災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)廢墟救援工作效率。

4 總結(jié)

本文采用ASP.NET平臺(tái)和SQL Server 2008技術(shù)，基于磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型技術(shù)建立了磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估專家系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的功能與界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本專家系統(tǒng)依托中國(guó)地震救援廢墟安全評(píng)估綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)，能夠在地震救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行磚混結(jié)構(gòu)廢墟的安全評(píng)估工作，并在一定程度上解決地震救援現(xiàn)場(chǎng)缺少有救援經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)專家的難題。雖然，本文給出的案例分析為整棟磚混結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，但是并不排斥救援點(diǎn)的安全評(píng)估。主要因本系統(tǒng)具有開放性的特點(diǎn)，可對(duì)新的案例不斷添加，隨著案例數(shù)據(jù)的增多，將會(huì)更好地為不同磚混結(jié)構(gòu)廢墟的評(píng)估提供技術(shù)支持。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)實(shí)例操作和測(cè)試可知，該系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：（1）能夠很好地協(xié)助地震救援。本專家系統(tǒng)不僅能夠?qū)Υu混結(jié)構(gòu)廢墟安全性進(jìn)行評(píng)估，而且根據(jù)評(píng)估結(jié)果由數(shù)據(jù)庫(kù)檢索出相應(yīng)的參考文獻(xiàn)與案例。為救援方案的制定提供參考，進(jìn)一步提高了救援工作的安全性和可靠性。同時(shí)，該專家系統(tǒng)還能夠做簡(jiǎn)單的重量估算，給救援隊(duì)在制定救援方案時(shí)提供量化參考。（2）系統(tǒng)應(yīng)用的方便性。該專家系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計(jì)十分友好，用戶利用瀏覽器便可完成所有的操作。且其信息的交換和讀取速度是十分快捷，用戶只需要熟悉瀏覽器的使用方法即可，隨著移動(dòng)終端的普及，用戶能夠很方便的使用這個(gè)系統(tǒng)。（3）系統(tǒng)的開放性。該專家系統(tǒng)提供了案例搜集功能，可以將實(shí)際救援過(guò)程中產(chǎn)生的案例添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，使該系統(tǒng)的案例數(shù)據(jù)庫(kù)更加系統(tǒng)和全面。不僅可以為救援人員提供更加可靠的參考案例，而且也為磚混結(jié)構(gòu)廢墟應(yīng)急救援培訓(xùn)提供了豐富的素材。

參考文獻(xiàn)：

陳運(yùn)泰，楊志嫻，張勇等.2013.從汶川地震到蘆山地震.中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，43（6）：1064-1072.

郭紅梅，黃發(fā)，陳維鋒等.2008.城市地震現(xiàn)場(chǎng)搜救指揮輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā).地震研究，31（1）：83-88.

李東平，龔俊，沈曉健等.2013.快速烈度調(diào)查系統(tǒng)探索與實(shí)現(xiàn).地震研究，36（2）：238-242.

劉恢先，杜瑞明，朱敏等.1996.智能輔助地震區(qū)劃系統(tǒng)IASHES.中國(guó)地震，12（1）：1-15.

劉西拉，薛慶.1987.評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破損狀態(tài)的專家系統(tǒng).土木工程學(xué)報(bào)，20（3）：1-8.

石兆吉，顧寶和，張榮祥.1997.地震液化判別與評(píng)價(jià)的專家系統(tǒng).工程勘察，（5）：5-8.

蘇鍵，譚平，周福霖.2006.土木工程專家系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì).建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，23（4）：6-14.

孫柏濤，王東明.2003.地震現(xiàn)場(chǎng)建筑物安全性鑒定智能輔助系統(tǒng)研究.地震工程與工程振動(dòng)，23（5）：209-213.

孫路強(qiáng)，栗連弟，劉磊等.2013.天津測(cè)震臺(tái)網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).地震研究，36（2）：258-262.

王東明，劉歡，李永佳.2016.磚混結(jié)構(gòu)廢墟救援安全評(píng)估BP模型研究.災(zāi)害學(xué)，31（2）：10-14.

席錚.2005.橋梁評(píng)估專家系統(tǒng).武漢：武漢理工大學(xué).

楊玉成，王治山，楊雅玲等.1992.城市現(xiàn)有房屋震害預(yù)測(cè)智能輔助決策系統(tǒng).地震工程與工程振動(dòng)，12（1）：77-89.