【摘 要】 為了探究深基變形規(guī)律，提高深基坑變形預(yù)測(cè)精度。本文采用最近比較熱門的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)某深基坑工程中的現(xiàn)場(chǎng)沉降進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)處理，運(yùn)用Python語(yǔ)言編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。結(jié)果表明，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，精度較高，滿足工程實(shí)際要求，有助于指導(dǎo)深基坑施工。

【關(guān)鍵詞】 深基坑 變形預(yù)測(cè) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)不斷涌現(xiàn)大量的高樓和地鐵，深基坑隨之出現(xiàn)。深基坑深度通常為6米以上，個(gè)別已經(jīng)超過(guò)30米。由于深基坑工程通常出現(xiàn)在較發(fā)達(dá)城市，多建于繁華地段，故受到眾多因素影響，如：地下管線、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境以及地面交通流量等。于是，使得深基坑變形規(guī)律復(fù)雜，若以傳統(tǒng)預(yù)測(cè)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，則無(wú)法滿足深基坑施工要求。

于是，單紅喜[1]、高兵[2]、方林勝[3]、崔棟歌[4]等均采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)深基坑進(jìn)行變形預(yù)測(cè)，結(jié)果較優(yōu)。本文在前人基礎(chǔ)上，運(yùn)用Python語(yǔ)言，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)深基坑進(jìn)行變形預(yù)測(cè)分析，為深基坑的設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深基坑變形預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建主要有以下幾個(gè)步驟：

（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取。采用測(cè)量機(jī)器人在深基坑相應(yīng)控制點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)在整理之后方采用。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。由于人為或環(huán)境等因素影響，數(shù)據(jù)可能存在噪聲點(diǎn)或異常數(shù)據(jù)，所以在分析及處理之前，要進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，檢驗(yàn)后并剔除，在進(jìn)行插值處理。只有經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行后續(xù)預(yù)測(cè)。

（3）樣本數(shù)據(jù)歸一化。歸一化的作用是降低網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練難度，加快網(wǎng)絡(luò)收斂，減少訓(xùn)練時(shí)間。

（4）數(shù)據(jù)集劃分。將歸一化好的數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，分為訓(xùn)練集和測(cè)試集。訓(xùn)練集用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，測(cè)試集則用來(lái)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證預(yù)測(cè)精度。

（5）網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，如：隱藏層數(shù)、輸入輸出神經(jīng)元數(shù)量、學(xué)習(xí)率等。再將訓(xùn)練集數(shù)據(jù)放入輸入層，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，直到訓(xùn)練誤差滿足要求，方可結(jié)束。若訓(xùn)練誤差不滿足條件，則網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)反向傳播算法進(jìn)行誤差修正，即通過(guò)損失函數(shù)計(jì)算出訓(xùn)練誤差，再由反向傳播算法，通過(guò)修正各神經(jīng)元權(quán)值以調(diào)節(jié)誤差，直至誤差滿足限差。

（6）網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最佳收斂參數(shù)，直接求解預(yù)測(cè)結(jié)果，在將數(shù)據(jù)反歸一化，便求得實(shí)際預(yù)測(cè)值。

2 工程實(shí)例

本文以徐州地鐵2號(hào)線某深基坑現(xiàn)場(chǎng)沉降數(shù)據(jù)為例，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)其變形規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

共有25期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用前20期數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練，后5期數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè)。原始數(shù)據(jù)如表1。

從監(jiān)測(cè)值可以看出，深基坑現(xiàn)場(chǎng)沉降值變化緩慢，且一直處在地面一直處在沉降過(guò)程中，故應(yīng)該在其達(dá)到允許限差前進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。對(duì)后5期變形預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型精度較高，在深基坑變形預(yù)測(cè)方面，發(fā)揮出期較強(qiáng)的非線性擬合能力以及超強(qiáng)的非線性泛化能力，完全滿足深基坑施工要求。

3 結(jié)論

研究表明，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在深基坑變形預(yù)測(cè)方面具有良好的預(yù)測(cè)效果，相比于其它傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有高精度、快速、智能化和預(yù)測(cè)步數(shù)較長(zhǎng)等特點(diǎn)。適合用于深基坑的變形預(yù)測(cè)與分析，能為深基坑施工過(guò)程提供保障，以便其安全運(yùn)營(yíng)。但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)初始參數(shù)等依賴性大，極易造成網(wǎng)絡(luò)局部最優(yōu)解，為防止此類情況發(fā)生，應(yīng)和其它智能算法結(jié)合使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 單紅喜.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深基坑沉降預(yù)測(cè)[J].山西建筑，2017，43（28）：78-79.

[2] 高兵，尚美珺.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深基坑圍護(hù)變形預(yù)測(cè)分析[J].門窗，2017（08）：207.

[3] 方林勝，何國(guó)偉，羅長(zhǎng)明，熊夢(mèng)馨.灰色理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在地鐵深基坑變形預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2017，46（S1）：57-60.

[4] 崔棟歌. 深基坑變形監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)研究[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：許寧（1994-），男，漢族，江西宜春人，碩士研究生，江西理工大學(xué)測(cè)繪與建筑工程學(xué)院，測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)。