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        模糊層次分析法(FUZZY-AHP)在城市路網(wǎng)施工安全評估中的研究與應(yīng)用

        2020-04-07 09:19:30馮軍梁冠軍
        安徽建筑 2020年1期
        關(guān)鍵詞:高風(fēng)險路網(wǎng)權(quán)重

        馮軍,梁冠軍

        (1.廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 廣州523710;2.滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系,安徽 滁州239000)

        1 引言

        模糊層次分析法(Fuzzy analytic hierarchy process,簡稱FUZZY-AHP)是一種在工程領(lǐng)域評估不確定性影響后果的常用方法,當(dāng)前,隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展,路網(wǎng)工程已成為城市建設(shè)的重要組成部分。本文根據(jù)城市路網(wǎng)工程施工的特點,提出了基于模糊層次分析法的城市路網(wǎng)施工安全評估方案。首先進行路網(wǎng)施工安全的風(fēng)險識別,建立層次結(jié)構(gòu)模型,并計算出相應(yīng)的風(fēng)險權(quán)重;然后利用工程上常用的L-R模糊數(shù)構(gòu)建隸屬函數(shù),進一步計算出相應(yīng)風(fēng)險的隸屬度;最后把風(fēng)險權(quán)重與隸屬度結(jié)合一起進行模糊綜合運算,得出路網(wǎng)施工的安全等級。

        2 城市路網(wǎng)施工安全評估方案

        2.1 風(fēng)險識別

        從城市路網(wǎng)工程施工的特點出發(fā),參考《城市道路工程技術(shù)規(guī)范》、《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》等,選擇合適的層次結(jié)構(gòu)圖,將安全評估問題分為目標(biāo)層和準(zhǔn)則層。建立城市路網(wǎng)工程施工時可能遇到的若干風(fēng)險因素集合C,每一個風(fēng)險因素記作C1,C2,…,Cn,主要風(fēng)險事件包括道路工程和管網(wǎng)工程兩部分,且風(fēng)險因素集合滿足下式:

        準(zhǔn)則層是由風(fēng)險因素的風(fēng)險水平組成,城市路網(wǎng)工程施工安全的風(fēng)險水平初選為5個等級,定義為:V=[V1V2V3V4V5],分別為極低風(fēng)險V1、低風(fēng)險V2、中等風(fēng)險V3、高風(fēng)險V4、極高風(fēng)險V5。

        2.2 風(fēng)險權(quán)重的計算

        風(fēng)險權(quán)重的計算是采用層次分析法(Analytic hierarchy process,簡寫AHP),根據(jù)專家對各影響因素兩兩比較的綜合打分表建立判斷矩陣C。利用和積法求解該判斷矩陣的最大特征值λmax和特征向量W,特征向量即權(quán)重向量,然后進行一致性檢驗,檢驗合格后,判斷矩陣條件。具體公式如下:

        式中:CR為一致性檢驗指標(biāo),當(dāng)CR≤0.1時,判斷矩陣具有滿意的一致性,否則應(yīng)重新對判斷矩陣進行調(diào)整,RI為平均一致性指標(biāo),見表1。

        平均一致性指標(biāo)RI 表1

        2.3 隸屬度的計算

        2.3.1 風(fēng)險后果與風(fēng)險概率的估值

        定義城市路網(wǎng)工程施工中的風(fēng)險影響后果有輕微、中等、嚴重、重大和災(zāi)難性,分別賦予1至5的數(shù)值,風(fēng)險發(fā)生的概率也分為五種情況,分別是罕見的、偶見的、可能的、預(yù)期的和頻繁的,同樣賦予相應(yīng)的數(shù)值,如表2所示。

        風(fēng)險后果(C)和風(fēng)險概率(P)的估值 表2

        2.3.2 確定隸屬函數(shù)

        城市路網(wǎng)工程施工安全的風(fēng)險水平有5個等級,分別為極低風(fēng)險V1、低風(fēng)險V2、中等風(fēng)險V3、高風(fēng)險V4、極高風(fēng)險V5。結(jié)合風(fēng)險影響后果(C)和風(fēng)險發(fā)生概率(P)的估值,構(gòu)造一個的分值范圍,風(fēng)險水平對應(yīng)的分值如表3所示;采用工程上廣泛應(yīng)用的L-R模糊數(shù)構(gòu)建一個梯形分布的隸屬函數(shù)V(x),如下式所示,圖1給出了相應(yīng)的隸屬函數(shù)圖。

        2.3.3 隸屬度計算

        專家結(jié)合各自的經(jīng)驗對風(fēng)險后果和風(fēng)險概率結(jié)合表2進行打分。將相應(yīng)的專家打分值相乘,帶入上述隸屬函數(shù)V(x)中進行計算,得到風(fēng)險因素在各個風(fēng)險水平中的隸屬度,進一步形成了準(zhǔn)則層對應(yīng)的準(zhǔn)則矩陣R。

        圖1 隸屬函數(shù)圖

        2.4 模糊綜合計算

        把權(quán)重向量與準(zhǔn)則矩陣進行模糊計算,得到城市路網(wǎng)工程施工安全的總體評估結(jié)果,其中為模糊算子。根據(jù)最大隸屬度原則,便可確定城市路網(wǎng)工程施工安全的總體風(fēng)險等級。

        3 實例驗算

        3.1 工程概況

        本工程位于滁州市南部腰鋪鎮(zhèn),為新建城市市政道路,路網(wǎng)包括四條道路,分別為昌輝路、仁和路、滁陽路和芙蓉路,地理位置如圖2所示。其中,昌輝路全長為2.04km,仁和路為0.71km,滁陽路為4.77km,芙蓉路為0.77km,規(guī)劃路幅寬度均為40.00m,另外,芙蓉路第FRW-1~FRW-15污水管采用頂管施工,頂管全部工作內(nèi)容包括工作井、接收井、管道頂進。設(shè)計頂管為:鋼筋混凝土管(III級、F型鋼承口)直徑DN800mm。

        根據(jù)參考收集的資料,查明在工程項目范圍內(nèi)揭露的地層主要為厚層的填筑土及粘性土組成。該線路從新到老分別敘述如下。

        ①1層耕植土:黃褐色,松散狀,濕,包含植物根系及腐殖質(zhì),密實性均勻性較差;主要分布在沿線農(nóng)田及荒地處,厚度為0.40~0.60m。地基巖土工程等級為Ⅰ級松土。

        ①2層填筑土:深灰~雜色,不均勻,松散,稍濕,主要成分為粉質(zhì)黏土,含少量碎石、砂粒;主要分布于沿線現(xiàn)有道路,以及居民區(qū),厚度為1.10m。地基巖土工程等級為Ⅰ級松土。

        ②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:青灰色,飽和,軟可塑,局部流塑,有腥臭味;主要分布在沿線溝塘段,厚度為0.40~0.80m。地基巖土工程等級為Ⅰ級松土。

        風(fēng)險等級對應(yīng)的分數(shù) 表3

        ③層粉質(zhì)黏土:黃色、黃褐色,可塑,見鐵錳礦物呈條帶狀浸染,潮濕,不均勻,干強度中等,韌性中等,切面粗糙;主要分布在②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土下部,厚度為0.30~0.60m。地基巖土工程等級為I級松土。

        ④層黏土:灰褐色,硬塑,見鐵錳礦物呈條帶狀浸染,潮濕,不均勻,干強度高,韌性高,切面光滑且有光澤;全線皆有分布,本次勘察未穿透該層。地基巖土工程等級為II級普通土。

        圖2 工程所在地位置圖

        3.2 權(quán)重的計算

        根據(jù)本項目的城市路網(wǎng)工程施工的特征,列出相應(yīng)的八個風(fēng)險因素,分別表示為:施工準(zhǔn)備C11,路基施工C12,基層、面層施工C13,附屬構(gòu)筑物施工C14,溝槽開挖C21,管節(jié)拼裝C22,溝槽回填C23,頂管施工C24。如圖3所示。

        圖3 層次結(jié)構(gòu)圖

        根據(jù)專家綜合打分表,按照重要性大小建立判斷矩陣C,如表4所示。

        判斷矩陣C 表4

        應(yīng)用和積法進行計算,得權(quán)重向量W和最大特征λmax,分別為:

        因此,一致性檢驗通過,所求得權(quán)重向量滿足要求。

        3.3 隸屬度計算

        專家結(jié)合各自的經(jīng)驗對風(fēng)險影響后果和風(fēng)險發(fā)生概率在1至5的范圍內(nèi)進行打分,歸納匯總的打分值見表5。將風(fēng)險影響后果和風(fēng)險發(fā)生概率的專家打分值相乘,帶入上述隸屬函數(shù)中進行計算,得到風(fēng)險因素在各個風(fēng)險水平中的隸屬度,因此形成了準(zhǔn)則層對應(yīng)的準(zhǔn)則矩陣。

        專家對C和P的打分值 表5

        3.4 模糊綜合運算

        把判斷矩陣C計算出的權(quán)重向量W與準(zhǔn)則矩陣R進行模糊計算,得到城市路網(wǎng)工程施工安全的總體評估結(jié)果S。

        由S的計算結(jié)果可知,本工程施工的總體風(fēng)險等級為:極低風(fēng)險(0.029)、低風(fēng)險(0.735)、中等風(fēng)險(0.236)、高風(fēng)險(0.000)和極高風(fēng)險(0.000)。可見,該工程施工風(fēng)險以中低風(fēng)險為主,一般不會出現(xiàn)高風(fēng)險和極高風(fēng)險,其中極低風(fēng)險占2.9%,低風(fēng)險占73.5%,中等風(fēng)險占23.6%。

        4 結(jié)論

        本文根據(jù)城市路網(wǎng)工程施工的特點,提出了基于模糊層次分析法的城市路網(wǎng)施工安全評估方案。結(jié)合實際工程進行了安全評估驗證,取得了良好的效果,總結(jié)如下:

        ①模糊層次分析法可以對城市路網(wǎng)施工進行安全評估,對主觀概念進行量化,并進行了數(shù)學(xué)處理,計算結(jié)果更精確,本方法實用性強,有一定的推廣價值;

        ②根據(jù)實例驗證,該工程施工風(fēng)險以中低風(fēng)險為主,一般不會出現(xiàn)高風(fēng)險和極高風(fēng)險;其中,施工準(zhǔn)備(C11)的風(fēng)險等級最低,可不進行處理;管節(jié)拼裝(C22)的風(fēng)險等級最高,為中等風(fēng)險,應(yīng)引起足夠的重視,并且制定相應(yīng)的風(fēng)險控制措施;其余風(fēng)險因素均為低風(fēng)險,按相應(yīng)規(guī)范要求控制即可。

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