基于BP神经网络基坑支护结构变形预测研究

代 仲 海 ：基 于 Ｂ Ｐ神 经 网络 基 坑 支 护 结 构 变 形 预 测 研 究
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ３ ７ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ３ ・ ８ ８ ２ ５ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ２ ２
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基于 Ｂ Ｐ神 经 网络基 坑 支 护结 构 变形 预测 研 究
构水 平位 移和沉 降。结果表 明 ：所提 出的方 法可以精确地 预测基 坑 变形 ，对 工程建 设具有 一 定的参
考价值 。
关键 词 ：基坑 ；Ｂ Ｐ神 经 网络 ；隐含 层 ；水平 位移 ；沉 降 中图分 类号 ：Ｔ Ｕ ４ ３ ３ 文 献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３— ８ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２— ０ １ ０ ３— ０ ４
模 型建立过程 包 括输 入层 、隐 含层 以及 输 出层
Ｏ７～Ｓ Ｓ １ ６ ；沉 降有 １ ６个监测 点 ，为 Ｓ Ｏ １ ～Ｓ １ ６ ，分别
布置在基坑 各 边 中部 或 有代 表 性部 位 （ 两项兼用）Βιβλιοθήκη 。 基坑监测点 布设 ，见图 ２ 。
代 仲 海
（ 深 圳 地 质建 设 工 程 公 司 ，广 东 深 圳 ５ １ ８ ０ ２ ３ ）
摘
要 ：为 了精 确的预测佛 山某建筑基 坑 变形情 况 ，提 出 了一种 Ｂ Ｐ神 经 网络 多数据 纵 向预 报
方 法 ，选取前三 次的 多个测 点数据进 行 预处理 ，然后 再 对 Ｂ Ｐ神 经 网络分析 、训 练、测 试 ，并 分析 隐含层数 对预测精度 的影响 ，通过 对 比试算确 定隐含层数 目，最终达到 能够 高精度 预测基 坑 支护结
监测数据 之间 的高 度非 线性 关 系 ，目前 很 难 有一
Ｂ Ｐ人工神经 网络对 数据 进行 融合 处理 ，实 现 了多传 感器数据横向融合预 报。结 合上述研究成 果 ，本 文提 出了一种 Ｂ Ｐ神经 网络多数据 纵 向预报 方法 ，选 取前
三次的多个测点数据 ，对佛 山某城 市广场基坑 支护结 构 的水平位移 和沉 降进行 了预测。
利用 已有 的基坑沉降数据 预测 了将来沉 降值 ；张庆华 等 利用地下水位变化量 、悬臂桩墙墙 顶位移 、若干 邻近地表测点沉降值 等 ６个参数 预测基坑 的变形和稳
定性 ；罗云 采用 “ ３＋１ 模 式 ”进 行基 坑 预测 ，即 前三天 的实测数据预测后一 天 的变形 ；张冠 宇等 针
１ Ｂ Ｐ神经 网络
１ ９ ４ ３ 年 ，美 国数学 家 Ｐ ｉ ｔ ｔ ｓ 和心理学 家 Ｍ ｅ Ｃ ｕ ｌ ｌ ｏ ｃ ｈ 创建 了 ＭＰ人工神 经 细胞模 型 ，Ｂ Ｐ神 经 网络是 在该
模型 的基 础上发展 而来 。Ｂ Ｐ神 经 网络 又称 为误 差反
套理论分析 的方 法能 较为 精确 地 预测 基坑 及 周 边环
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４—１ ０—３ １ 图１ Ｂ Ｐ 神 经 网 络 结 构 示 意
Ｂ Ｐ神经 网络模拟人 的大脑 的学 习过程 ，通过 外
部 的激励信息 而 自适 应学 习 ，最 终 达 到能 输 出期 望 结果 的 目的。其 主要思 想 分 为两 个 阶段 ：第 一 阶段 为正 向学 习过程 ，即输 入 信 号 ，经 由权 值 和 阈值 调 整 ，并 通过传递 函数 变 换 计 算 ，输 出响应 值 ；第 二 阶段 为误差反 向传 播 过程 ，即计 算 期望 值 与 响应 值
０ 引言
对基坑 开挖 过程 中多种 变形 的数 据采 集 情况 ，利 用
随着 国民经 济 建设 的发 展 ，城市 中心 区域 的 建 筑密集度 越来 越高 ，随之 带来 的问题 是 建筑 基 坑 开 挖 的安全 隐患越 来 越多 。基坑 开 挖过 程 中的安 全监 测及预警 ，已经 变成 了工 程设 计 与施 工 过程 中的 重 要环节 。基坑监 测 与预警 的 目的是 ，通 过对 以往监 测数据 的观察分 析 ，预测 未来 一段 时 间 内基 坑 及周 边环境 的变形 。然而 ，现 有 的各种 监 测 预警 都 是在 分析 已有数 据 曲线走 势 的基 础上 完 成 的 ，由于 各项
境的变形情 况 ，当监测 仪 器损 坏或 者 其他 原 因 而得
不到监测数 据时 ，就无 法通 过 常规 的手段 完 成 预测
工作 。
向传播 神经 网络 ，是一 种 由非 线性 变 换 单元 组 成 的
多层前馈 型神 经 网络 ，包 括 输 入层 、隐 含层 和 输 出
层三层 ，层 与层 之 间多采 用 全 连接 方 式 ，同一 层单 元之 间不存 在相互连接 ，其结构示 意 ，见图 １ 。
输 层
针对上述 问题 ，１ ９ ８ ６年 ，Ｄ Ｐ研究 小组 首次 提 出 Ｂ Ｐ神经 网络模 型 ，它具 有 强 大 的非 线性 映射 能 力 ， 在工程上能够通过既有的数 据 ，对未来一 段时间 内的 变形进行较为精确的预测 。根据 Ｂ Ｐ神经 网络 的特
点 ，很多学者在该方 面做 了大量 的研究 ：徐 鑫鑫等
作者简介 ：代 仲海 （ １ ９ ８ ４一），男 ，湖 北 潜 江 人 。工 程 师 ，硕 士 ，从事 岩土工程研究和设计工作。Ｅ ． ｍａ ｉ ｌ ：ｔ ｕ ｍ ｕ ｄ ａ ｉ ＠
１ ６ ３ ． ｅ ｏ ｍ。
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路 基 工 程 Ｓ ｕ ｂ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ５年 第 ２期 （ 总第 １ ７ ９期 ）
的误差 ，如果 超 出规定 的误 差 范 围 ，则 利用 递 归算 法从 隐含层 向输人层逐层反 向算 出各层 引起 的误差 ， 并据此调 整权值 。反 复循 环计 算 上述 两个 过 程 ，直 到期望值 和响应值 的误差 小 于规定 值 ，学 习过 程 自 动结束 。