基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高層建筑施工安全探析

陸 彪（廣西建工集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)有限公司，廣西南寧530001）

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高層建筑施工安全探析

陸 彪（廣西建工集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)有限公司，廣西南寧530001）

伴隨社會(huì)與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市高層建筑的數(shù)量逐漸增多，而這些高層建筑的施工安全事故發(fā)生率也不斷增加，嚴(yán)重威脅到施工人員人身安全。因此，為了保證工程建筑的施工安全，開(kāi)始在高層建筑中應(yīng)用BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文著重分析了新型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，探討基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下高層建筑施工的安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建，同時(shí)研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況，以期保證工程施工安全。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；高層建筑；施工安全

前言

在安全管理的領(lǐng)域中，安全評(píng)價(jià)的技術(shù)屬于新方法，可以提高事故控制能力。通常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于活動(dòng)與大腦理論數(shù)學(xué)模型，其發(fā)展可以改善安全評(píng)價(jià)算法與能力。并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)性能、模糊的推理與自組織能力比較強(qiáng)，在系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以規(guī)避安全評(píng)估缺陷。就目前而言，BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較廣泛，其訓(xùn)練的過(guò)程包含反向過(guò)程與正向過(guò)程兩個(gè)部分。

1 新型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型

BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法主要是根據(jù)誤差逆向的傳播多層前饋進(jìn)行計(jì)算，主要包含輸出層、輸入層與隱層，每層都包含不同神經(jīng)元的節(jié)點(diǎn)，具體從圖1中可以看出。在BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息處理時(shí)，需要遵循以下的原理：由輸入層將數(shù)據(jù)輸入，經(jīng)隱層與輸入層間的權(quán)重作用，到達(dá)隱層。當(dāng)隱層處理函數(shù)以后，將數(shù)據(jù)傳至輸出層，經(jīng)輸出層與隱層的權(quán)重作用后，到達(dá)輸出層，然后經(jīng)輸出層函數(shù)的作用，將結(jié)果輸出[1]。

通過(guò)BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)建筑施工的安全時(shí)，由于模型自身有著局限性，經(jīng)常會(huì)遇到各種問(wèn)題，難以反應(yīng)建筑施工的真實(shí)情況，導(dǎo)致計(jì)算效果受到影響。而新型BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方式，在保留傳統(tǒng)算法精髓基礎(chǔ)上，改進(jìn)了誤差反向的傳播算法。BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引用了動(dòng)量的因子，能夠降低計(jì)算誤差。這種計(jì)算方法可以在原公式閾值與權(quán)重基礎(chǔ)上加上一個(gè)閾值與權(quán)重動(dòng)量，同時(shí)按照反向的傳播方式，生成新閾值與權(quán)重變化，調(diào)節(jié)公式如下：

圖1 BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

X（k+1）=mc×（k）+lr×mc×X÷E

0小于lr小于1

在公式之中：k代表訓(xùn)練的次數(shù)，mc代表動(dòng)量的因子，取值約為0.95；而lr代表學(xué)習(xí)的速率，其是常數(shù)，E代表誤差的函數(shù)。在上述公式之中，動(dòng)量因子可以降低學(xué)習(xí)的過(guò)程振蕩趨勢(shì)，可以對(duì)模型收斂性進(jìn)行改善，可以準(zhǔn)確計(jì)算出答案。此外，Matlab的軟件為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用提供了工具箱與函數(shù)，這在某種程度上提高了模型實(shí)踐應(yīng)用可行性，依據(jù)Matlab算法進(jìn)行計(jì)算，只要訓(xùn)練的次數(shù)到達(dá)設(shè)定次數(shù)或是比最小梯度低，就會(huì)將計(jì)算過(guò)程停止[2]。

2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下高層建筑施工的安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 關(guān)于高層建筑施工安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)

在綜合評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇合理性，會(huì)直接關(guān)系到綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。在2003年的12月份，建設(shè)部把高層建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)分成四方面，即基礎(chǔ)設(shè)施的管理、安全生產(chǎn)的制度管理、安全技術(shù)的管理以及人員和機(jī)構(gòu)管理，又將上述四個(gè)方面劃分成20個(gè)種類。在《企業(yè)職工傷亡事故分類》（GB6441-1986）中，把建筑施工安全事故類型分成以下幾種：機(jī)械性傷害、高處的墜落、物體的打擊與電擊傷害等。各種安全事故控制與預(yù)防是高層建筑的安全生成關(guān)鍵性內(nèi)容，和各種安全事故有著密切聯(lián)系的是安全維護(hù)、腳手架、施工的機(jī)械與臨時(shí)用電，并且是安全評(píng)價(jià)主要指標(biāo)。

另外，因?yàn)槁氊?zé)劃分與機(jī)構(gòu)屬于安全生成主要保證，通過(guò)安全監(jiān)控能夠保證生產(chǎn)安全性，對(duì)工程施工的作業(yè)人員實(shí)施安全教育，能夠降低安全事故的發(fā)生率，可見(jiàn)，安全生產(chǎn)在高層建筑施工的安全生成評(píng)價(jià)中是一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。由于高層建筑施工多為戶外開(kāi)放作業(yè)，其安全衛(wèi)生的條件比較差，因?yàn)楣ぷ魅藛T的生活問(wèn)題所致安全事故不少，這就需要強(qiáng)化生活衛(wèi)生控制與管理，確保從業(yè)人員的身體健康，避免因?yàn)樾l(wèi)生情況引起流行病。為了保證建筑施工安全評(píng)價(jià)能夠落實(shí)，需要按照建筑施工中事故危害程度分成六項(xiàng)指標(biāo)，也就是生活衛(wèi)生的管理、腳手架的工程、安全的管理、臨時(shí)的用電、安全維護(hù)與施工機(jī)械。這六項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層，也就是X等于{x1、x2、x3……x6}。

2.2 關(guān)高層建筑施工安全評(píng)價(jià)的等級(jí)劃分

高層建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)估，只是針對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)整體的安全性能與安全管理進(jìn)行評(píng)價(jià)。因?yàn)榘踩珕?wèn)題與施工人員、用戶生命安全息息相關(guān)，所以需要堅(jiān)持綜合治理、安全生產(chǎn)與預(yù)防為主的管理方針，把安全評(píng)價(jià)的等級(jí)粉塵三級(jí)：不安全、普通安全與較為安全。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只可以識(shí)別0、1，所以需要按照不同安全評(píng)價(jià)的等級(jí)對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)語(yǔ)言進(jìn)行秒速，通過(guò)輸出層三個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)值對(duì)三個(gè)評(píng)價(jià)的等級(jí)進(jìn)行表示，向量為[1、0、0]代表安全級(jí)，如果向量為[0、1、0]代表安全等級(jí)，若向量為[0、0、1]代表不安全。

3 在高層建筑的施工安全中關(guān)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用情況

表1 建筑施工安全評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)表

表2 測(cè)試的結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中應(yīng)用動(dòng)量因子，能夠規(guī)避模型自身缺陷，例如：容易出現(xiàn)局部最優(yōu)和計(jì)算的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)等。構(gòu)建合理建筑安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)，同時(shí)在安全評(píng)價(jià)體系中應(yīng)用BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)⒛Ｐ驼`差縮小。此外，應(yīng)用新型BP的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，能夠克服傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法缺陷與不足，對(duì)于準(zhǔn)確查找高層建筑中不安全的因素有著關(guān)鍵性意義，并且能夠降低事故發(fā)生率與提升企業(yè)管理的水平，進(jìn)而保證高層建筑的安全性，促進(jìn)建筑企業(yè)發(fā)展與進(jìn)步。

[1]鄭越方.基于BP網(wǎng)絡(luò)的建筑安裝施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)科技投資，2016，16（26）：53.

[2]牛發(fā)陽(yáng)，段美棟，王建波，等.基于PCA－FPP－BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高層建筑火災(zāi)安全評(píng)價(jià)[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2016，42（7）：26～29.

本次使用層次的分析法，也就是AHP分析方法來(lái)分析評(píng)價(jià)體系，獲得各指標(biāo)上層相關(guān)目標(biāo)權(quán)重與中目標(biāo)權(quán)重值，再應(yīng)用專家打分獲取系統(tǒng)評(píng)價(jià)的結(jié)果。本次選擇了15個(gè)高層建筑的施工現(xiàn)場(chǎng)研究，因?yàn)閷?duì)15個(gè)高層建筑的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打分有著較大難度，因此需要選擇模擬打分形式進(jìn)行替代實(shí)際打分，防止因?yàn)榇蚍钟绊懙缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。本次所選15個(gè)高層建筑數(shù)據(jù)，從表1中能夠看出。把表1之中前13項(xiàng)的數(shù)據(jù)當(dāng)做訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后通過(guò)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。按照BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本的原理，采取FORTRAN的語(yǔ)言對(duì)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)程序進(jìn)行編寫(xiě)，通過(guò)輸出層、輸入層與隱含層典型三層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的程序。采用輸入層、隱含層和輸出層均為1層的典型的3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運(yùn)輸。并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究證明，三層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)運(yùn)行比較穩(wěn)定，反向的誤差不大。在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，跌代精度取值為ε等于10-3，而學(xué)習(xí)系數(shù)的α等于0.5，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跌代4684次，到達(dá)預(yù)設(shè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算精度。通過(guò)已訓(xùn)練BP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的，模型測(cè)試最后兩組數(shù)據(jù)，得出測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

TU714

A

2095-2066（2016）36-0179-02

2016-12-10

陸 彪（1973-），男，漢族，廣西貴港人，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事建筑施工管理工作。