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        基于工程模糊集理論的水利工程施工導(dǎo)流探索

        2017-08-02 01:41:11成愛(ài)軍
        水利建設(shè)與管理 2017年7期
        關(guān)鍵詞:模糊集導(dǎo)流水利工程

        成愛(ài)軍

        (青州市彌河管理局, 山東 青州 262500)

        基于工程模糊集理論的水利工程施工導(dǎo)流探索

        成愛(ài)軍

        (青州市彌河管理局, 山東 青州 262500)

        施工導(dǎo)流不僅是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)工程,也是施工過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行施工導(dǎo)流工程的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí),受到了許多模糊因素和隨機(jī)性因素的影響,使得水利工程施工過(guò)程中有許多困難。因此,把握好施工的關(guān)鍵點(diǎn),綜合考慮各個(gè)方面的不確定性,如水力、數(shù)據(jù)、水文等,相當(dāng)重要。本文結(jié)合水利工程實(shí)際,探討了工程模糊集理論在水利工程領(lǐng)域的引用問(wèn)題。

        水利施工導(dǎo)流;風(fēng)險(xiǎn)率;工程模糊集

        1 前 言

        中國(guó)各流域水能資源蘊(yùn)藏量較大,約為6.8億kW,水能資源較為豐富,且可開發(fā)的水能資源裝機(jī)總?cè)萘考s3.8億kW。與世界其他國(guó)家相比,中國(guó)水能資源蘊(yùn)藏量與可開發(fā)利用量均排在第一位。顯然充分開發(fā)利用水能資源對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展具有明顯的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也起到至關(guān)重要的作用。改革開放30多年,中國(guó)經(jīng)濟(jì)得到了的飛速發(fā)展,在此大環(huán)境下,與開發(fā)水能資源相匹配的水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目也日益蓬勃發(fā)展,在水利水電工程建設(shè)上,新的理論、方法和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)得到了不斷的發(fā)展和應(yīng)用,體現(xiàn)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工與管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中。水利施工導(dǎo)流工程作為整個(gè)水利工程大系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目的一個(gè)重要組成子系統(tǒng),對(duì)整個(gè)水利水電工程產(chǎn)生很大影響,所以對(duì)其進(jìn)行理論、方法與技術(shù)的研究和實(shí)踐得到了學(xué)者們廣泛的關(guān)注。

        2 相關(guān)理論分析

        2.1 工程模糊集簡(jiǎn)介

        模糊性是模糊集合論中一個(gè)最基本的概念。在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用已較為全面,其新穎的思維和處理問(wèn)題的方式已經(jīng)滲透到了許多領(lǐng)域。陳守煜教授指出“經(jīng)典模糊集合論對(duì)模糊性概念沒(méi)有數(shù)學(xué)定義,概括性地表述為‘模糊性的根源在于客觀事物的差異之間存在著中介過(guò)渡的亦此亦彼性’”[1]。其指出了模糊性的基本特點(diǎn),但并沒(méi)有明確限定客觀事物的差異。這是因?yàn)槭挛锎嬖谥薪樾缘谋匾獥l件差異,但差異并不是其充要條件,即事物間的差異并不一定具有中介性。相互差異的事物必須具有某種本質(zhì)上共同的維,即共維,而在中介的過(guò)渡時(shí)期呈現(xiàn)出“以此亦彼”性稱為模糊性。因此,在工程模糊集理論也是這樣的,而今工程模糊集理論在水工、環(huán)境等許多領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,但是還是有待進(jìn)一步的探索。

        2.2 相對(duì)隸屬度理論

        以隸屬程度來(lái)描述中介過(guò)渡,以精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)模糊概念事物、現(xiàn)象的表述,即經(jīng)典模糊集理論,這是一種科學(xué)的表述方式。在札德建立的模糊集合中關(guān)于隸屬度、隸屬函數(shù)的概念,認(rèn)為在哲學(xué)上存在著絕對(duì)化和唯一化,即靜態(tài)化的缺點(diǎn)。因其未考慮模糊概念事物、現(xiàn)象在處于中介過(guò)渡階段變化過(guò)程中的本質(zhì)特征。

        2.3 水利工程施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)分析

        導(dǎo)致水利施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)的因素有很多,對(duì)于各種風(fēng)險(xiǎn)因素,可分為水文不確定因素、水力不確定因素和其他不確定因素。

        2.3.1 水文不確定性因素

        水文系統(tǒng)研究采用自然環(huán)境下水的運(yùn)動(dòng)、分布、變化過(guò)程,及其循環(huán)規(guī)律,通常以流域或區(qū)域作為研究對(duì)象,即其降雨、積雪的情況和地下水、蒸散發(fā)、大氣水運(yùn)動(dòng)的變化,還有連接地表水和地下徑流的土壤水狀況等。通常采用隨機(jī)分析法、模糊分析法和灰色分析法來(lái)處理各種不確定因素。一般在施工中將這三種分析方法結(jié)合起來(lái),即采用所謂的耦合途徑,全面、客觀地統(tǒng)一考慮多種不確定性因素。

        2.3.2 水力不確定因素

        水力不確定性是指導(dǎo)致水流的流態(tài)出現(xiàn)差異和滲流形態(tài)轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致水利施工導(dǎo)流建筑物或主體建筑物出現(xiàn)危險(xiǎn)的不確定性因素。一般主要有:?水力參數(shù)的不確定性。如眾所周知的印度尤咔導(dǎo)流明渠的設(shè)計(jì),當(dāng)設(shè)計(jì)師算出其糙率為n=0.036,但是在實(shí)際施工過(guò)程中卻是n=0.026-0.029,還有中國(guó)葛洲壩導(dǎo)流明渠的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)師算出n=0.035-0.040,但真正的施工過(guò)程中卻是n=0.025-0.030。由此可知水力參數(shù)的不確定性因素在很大程度上決定了水力的不確定性;?導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)尺寸受計(jì)劃與實(shí)操影響產(chǎn)生的不確定性。在實(shí)際施工操作中,導(dǎo)流建筑物結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸和設(shè)計(jì)尺寸的大小存在著些許誤差,因?yàn)榇嬖谌藶樵颉C(jī)械原因;?水利施工導(dǎo)流模型在實(shí)操中存在不確定性。設(shè)計(jì)導(dǎo)流建筑物時(shí),應(yīng)先設(shè)計(jì)多組數(shù)據(jù),然后根據(jù)實(shí)際需求選擇出最佳方案。但是在選擇過(guò)程中通過(guò)計(jì)算公式導(dǎo)出的還是會(huì)存在些許偏差,這就是水力模型的不確定性。

        由于水利施工導(dǎo)流工程自身具有的模糊性和隨機(jī)性等,肯定會(huì)存在許多不確定性因素,如測(cè)量數(shù)據(jù)偏差導(dǎo)致庫(kù)水位、泄流量誤差等。

        3 工程案例及分析

        一個(gè)小型水電站廠房擴(kuò)建工程,初期方案是廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造。根據(jù)水電站廠房所在位置的地形、地質(zhì)、水文和水力等因素,聯(lián)系廠房建設(shè)的成本和工期等要求,暫時(shí)制定了如表1所示的幾種施工導(dǎo)流方案。方案Ⅰ選用的是廠房建設(shè)第一汛期廠房擋水度汛的方案;方案Ⅱ采用的是全年擋水度汛的方案;方案Ⅲ是第一汛期過(guò)流度汛方案;方案Ⅳ選用的是第二汛期度汛方案。在這項(xiàng)工程中,并不能將施工的工程難度用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字來(lái)進(jìn)行量化,只能定性分析,將工程的各方面要求包括成本、工期、施工導(dǎo)流的必要性和臨時(shí)性工程的重要性等因素綜合加以考慮,將整個(gè)工程劃分為比較精確的幾種難易程度等級(jí),從而避免出現(xiàn)偏差??梢岳霉こ棠:睦碚搼?yīng)用在此案例中,來(lái)選出這四種方案中最合理的一種。

        表1 施工導(dǎo)流備選方案

        利用兩極比例法可以將表1中的施工難易程度轉(zhuǎn)化成定量指標(biāo),由此可以得出關(guān)于上述指標(biāo)特征值的決策理想矩陣X。

        對(duì)于此案例中的施工導(dǎo)流經(jīng)費(fèi)、廠房施工工期、施工導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)率和整個(gè)水電站廠房施工的難易程度等因素,將上述指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配是非常困難的。早期進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重分配工作采用的方法是事先咨詢相關(guān)領(lǐng)域的專家,這在當(dāng)時(shí)環(huán)境下是比較便利和穩(wěn)妥的做法。當(dāng)前施工導(dǎo)流工程主要采用的是層次分析法,主要選用數(shù)學(xué)理論模型和專家知識(shí)儲(chǔ)備相結(jié)合的方式,有效避免了早期專家咨詢法的程序冗雜、調(diào)研周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。其中工程模糊集權(quán)重比較法是中國(guó)學(xué)者在工程模糊集研究中建立的一種新型權(quán)重分析方法,這種方法更符合人們的思想邏輯,具有很強(qiáng)的操作性和便利性,當(dāng)前在中國(guó)的多個(gè)領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用??梢赃\(yùn)用工程模糊集權(quán)重比較法,可以將上述指標(biāo)進(jìn)行重要性排序,得到的矩陣是:

        經(jīng)過(guò)反復(fù)檢驗(yàn)可知,二元權(quán)重比較矩陣可以滿足矩陣排序的一致傳遞性。從上面關(guān)于指標(biāo)重要性的矩陣F排序可以看出,指標(biāo)權(quán)重排序依次為施工導(dǎo)流經(jīng)費(fèi)、施工工期、施工風(fēng)險(xiǎn)率和施工難易程度指標(biāo)。同時(shí),根據(jù)需要選出的理想指標(biāo),將上述各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為如表2所示的幾個(gè)等級(jí)。

        表2 施工導(dǎo)流方案指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)表2可以得出施工導(dǎo)流方案中各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值矩陣Y:

        同時(shí)利用評(píng)價(jià)級(jí)別指標(biāo)與模糊子集的相對(duì)隸屬度函數(shù)r:

        可以將上述矩陣X、Y分別轉(zhuǎn)化為指標(biāo)特征值的相對(duì)隸屬矩陣和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)隸屬矩陣R、S。繼而,運(yùn)用工程模糊集理論對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選決策,可以得到廠房施工導(dǎo)流工程的相對(duì)隸屬度矩陣U。

        同時(shí),運(yùn)用待評(píng)價(jià)的級(jí)別特征值矩陣公式可以得出針對(duì)上述各項(xiàng)指標(biāo)的級(jí)別特征值,如表3所示。

        表3 小型水電站廠房施工導(dǎo)流方案級(jí)別特征值

        從表3中可以看出,方案Ⅰ相比其他幾種方案級(jí)別更高,適用性和可操作性更好,具有更加明顯的施工優(yōu)勢(shì),所以方案Ⅰ屬于比較理想的施工導(dǎo)流方案。

        4 總 結(jié)

        水利施工導(dǎo)流方案的選擇直接對(duì)施工導(dǎo)流工程的費(fèi)用和工期產(chǎn)生比較大的影響,同時(shí)也決定整個(gè)工程的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)的大小?,F(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行施工導(dǎo)流工程的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算時(shí),受到了許多模糊因素和隨機(jī)性因素的影響,使得水利工程施工過(guò)程中有許多困難。本文在簡(jiǎn)單闡述了工程模糊理論的基礎(chǔ)上,對(duì)水利工程的施工風(fēng)險(xiǎn)在水文和水力方面進(jìn)行了深度分析,并結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的實(shí)例做出了基于工程模糊集理論下的水利工程施工導(dǎo)流探索。

        [1] 沈自娟,劉敏.試論水利工程中的施工導(dǎo)流技術(shù)應(yīng)用[J].工程科技,2013(7).

        [2] 周邑.水利工程施工導(dǎo)流技術(shù)分析[J].河南水利與南水北調(diào),2015(8).

        [3] 王亞兵,王朱濤.工程模糊理論在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2012(3).

        [4] 杜九博.基于模糊決策理論的水利工程建設(shè)項(xiàng)目評(píng)標(biāo)方法研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2015.

        [5] 陳俊良,胡志根,劉全.基于Vague集的水電工程導(dǎo)流方案模糊多目標(biāo)決策研究[J].中國(guó)水運(yùn),2015(3).

        [6] 魏遠(yuǎn)東.工程模糊集理論在水利工程施工導(dǎo)流中應(yīng)用研究[D].哈爾濱:黑龍江大學(xué),2015.

        Exploration of water conservancy engineering construction diversion based on engineering fuzzy set theory

        CHENG Aijun

        (QingzhouMiheRiverAdministration,Qingzhou262500,China)

        Construction diversion belongs to both an risky project and a key link in construction. Risk calculation of construction diversion engineering in real life is affected by many fuzzy factors and random factors. Many difficulties are produced in water conservancy project construction. Therefore, it is quite important to grasp the key points of construction and consider the uncertainty in all aspects comprehensively, such as water, data, hydrology, etc. In the paper, practical condition of water conservancy engineering is combined to discuss the reference of engineering fuzzy set theory in the field of water conservancy engineering.

        water conservancy construction diversion; risk rate; engineering fuzzy set

        10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.07.010

        TV511

        B

        1005-4774(2017)07- 0038- 03

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