韋華東 （中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

道路橋梁安全事關(guān)人民生命財產(chǎn)安全與社會穩(wěn)定，必須給予高度重視，開展橋梁道路安全評價對于長久發(fā)揮工程效益具有重要的現(xiàn)實意義。20世紀80年代以來以來，國內(nèi)外專家學(xué)者對橋梁安全性開展了廣泛的研究，先后提出了層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、灰色理論分析法、模糊綜合評價法等[1]，本文結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有的研究成果，基于改進的AHP提出了一套系統(tǒng)的評價指標體系，并構(gòu)建了橋梁安全模糊綜合評價模型，以期為國內(nèi)橋梁工程安全評價提供技術(shù)參考。

1 評價指標體系的確立

指標體系作為橋梁安全評價的基本要素，直接影響著評價結(jié)果的準確與否。結(jié)合現(xiàn)有成果，橋梁工程安全評價主要涉及地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全等四個方面[2～4]。因此，本文選取地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全作為一級指標，在此基礎(chǔ)上本著系統(tǒng)全面、有代表性、可操作性強的原則選取11項典型二級評價指標（包括定性與定量指標），共同構(gòu)成橋梁安全評價指標體系，如圖1所示。

圖1 糧長河特大橋安全評價指標體系

2 橋梁工程安全評價模型構(gòu)建

2.1 模糊層次分析法確定指標權(quán)重

與傳統(tǒng)層次分析法相比，改進的模糊層析分析法在指標重要性判定中以三標度法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的九標度法，不僅很大程度上提高判斷結(jié)果的客觀性，同時也避免了一致性檢驗的重復(fù)進行，大大提高了迭代收斂速度，是目前多目標決策問題中較為可靠的方法。具體步驟如下[5-6]：

2.1.1 構(gòu)造判斷矩陣

采用三標度法，構(gòu)建互補型模糊判斷矩陣F=（fij）n×n。

式（1）中，C（i）、C（j）——指標fi和fj的相對重要程度。

將模糊判斷矩陣（fij）n×n改造成模糊一致性判斷矩陣R=（Rij）n×n，轉(zhuǎn)換公式如下：

2.1.2 權(quán)重計算

①求權(quán)重向量。利用和行歸一法，即對模糊一致性判斷矩陣求行和并歸一化，可得權(quán)重向量，公式如下：

②建立互反型矩陣。將互補型矩陣R=（Rij）n×n變?yōu)榛シ葱途仃嘠=（qij）n×n，轉(zhuǎn)換公式如下：

③求精度較高的權(quán)重向量。以權(quán)重向量W（0）作為特征值法的迭代初值V0，公式如下：

2.2 建立安全評價的模糊關(guān)系矩陣

橋梁工程安全評價是一個復(fù)雜的多因素綜合判斷問題，其判定因子模糊性強，難以量化。根據(jù)這一特點，在經(jīng)過大量文獻閱讀、總結(jié)分析的基礎(chǔ)上本文選取模糊綜合評價法對橋梁安全進行評價。同時，考慮到部分評價指標的模糊不確定性，在確定指標隸屬度時，選取專家評分的方式。具體過程如下[7-9]：

2.2.1 確定評價對象因素集和評語集

評價對象因素集的確定須結(jié)合評價指標體系?？偟囊蛩丶?U=｛u1，u2，u3，u4｝，依次代表地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全和整體結(jié)構(gòu)安全，其相應(yīng)的單因素評價集依次為u1=｛u11，u12｝，u2=｛u21，u22，u23，u24｝，u3=｛u31，u32，u33｝，u4=｛u41，u42｝。

確定評語等級 V=｛v1，v2，v3，v4｝，依次代表優(yōu)、良、中等、合格、不合格五個等別，每一等別分別對應(yīng)一個模糊子集。

2.2.2 進行單因素評價，確定模糊關(guān)系矩陣

在確定等級模糊子集后，要對被評價事物從每個因素ui=（i=1，2……，m）上進行量化，從而確定評價單因素對各等級模糊子集的隸屬度Ri，得到模糊關(guān)系矩陣如下。

2.2.3 合成模糊評價結(jié)果

3 實例應(yīng)用

3.1 工程概況

糧長河位于安徽省廣德縣境內(nèi)，是長江流域水陽江上游無量溪河支流之一。糧長河特大橋全長2254.775 m，中心里程為DK645+652.468，起訖里程為DK644+525.08～DK646+779.855，全橋孔跨布置為：（1-24m+44-32m +1-24m +1-32m+3-24m+5-32m+2-24m+1-32m）。墩臺基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑分別為1.0 m、1.25 m。共有薄壁空心墩17個，分別為 18#～21#、34#～46# 墩，墩身高度在 26.5m～28.5m之間，最大高度為28.5m。墩柱上實體段高度為2.5m，頂面尺寸為3m×8m。墩身采用翻模施工。

3.2 指標權(quán)重的確定

根據(jù)圖1所建立的橋梁工程安全評價指標體系，結(jié)合《2016年糧長河特大橋施工方案》，利用matlab2010a軟件按照式2.1～2.6所示模糊層次分析步驟對各級指標權(quán)重進行迭代計算，經(jīng)過8次迭代（計算精度為0.001）求得糧長河特大橋安全評價指標權(quán)重如表1。

糧長河特大橋安全評價指標體系權(quán)重表 表1

3.3 模糊關(guān)系矩陣R的確定

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況，以問卷形式邀請業(yè)界10余位專家對該橋梁工程進行安全評價指標賦分，回收有效問卷10份，對評分結(jié)果進行計算，匯總各評價指標隸屬度得到模糊關(guān)系矩陣R。

糧長河特大橋安全評價指標隸屬度 表2

根據(jù)表2中各評價指標隸屬度匯總情況，可以分別得出地基結(jié)構(gòu)安全（u1）、下部結(jié)構(gòu)安全（u2）、上部結(jié)構(gòu)安全（u3）、整體結(jié)構(gòu)安全（u4）、的二級隸屬度模糊關(guān)系矩陣，依次為 R1、R2、R3、R4，其中：

3.4 糧長河特大橋安全性模糊綜合評價

3.4.1 多級指標模糊評價

根據(jù)改進的模糊層次分析法所確定的指標權(quán)重W1、W2、W3、W4及二級隸屬度矩陣 R1、R2、R3、R4可分別對糧長河特大橋的地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全進行多級模糊綜合評價，評價結(jié)果如下：

①地基結(jié)構(gòu)安全

②下部結(jié)構(gòu)安全

③上部結(jié)構(gòu)安全

④整體結(jié)構(gòu)安全

根據(jù)模糊綜合評價最大隸屬度原則，糧長河特大橋地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全評價等級依次為優(yōu)、良、中等、合格、不合格，評價結(jié)果如圖2所示。

圖2 多級指標效果評價

3.4.2 綜合評價

根據(jù)文中3.4.1多級指標模糊評價結(jié)果，可對糧長河特大橋安全進行模糊綜合評價，其中綜合評價隸屬度矩陣：

綜合權(quán)重 W=（0.394，0.275，0.195，0.136），據(jù)此可得該糧長河特大橋安全評價結(jié)果：

從上述模糊評價結(jié)果來看，約有56.1%的專家認為糧長河特大橋安全評價結(jié)果為優(yōu)，28.3%的專家認為本次安全評價結(jié)果為良，12.8%的專家認為本次安全評價結(jié)果為中等，根據(jù)模糊綜合評價最大隸屬度原則，糧長河特大橋安全評定等級為優(yōu)。

4 結(jié)語

橋梁安全評價是道路橋梁工程安全運行的重要保證，通過安全評價能夠及時有效地發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)、運行過程中存在的問題，從而更加有針對性地提出對策措施。為此，本文結(jié)合現(xiàn)有成果及現(xiàn)場管理經(jīng)驗，構(gòu)建了地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全為一級指標的安全評價體系。通過對糧長河特大橋安全性進行實證分析，論證了糧長河特大橋模糊安全綜合評價結(jié)果為優(yōu)，其中地基結(jié)構(gòu)安全、下部結(jié)構(gòu)安全、上部結(jié)構(gòu)安全、整體結(jié)構(gòu)安全評價結(jié)果均為優(yōu)，評價結(jié)果和專家驗收評定結(jié)論相一致，在實踐中具有較強的可操作性。