楊昭

摘要：云模型是一種可以實(shí)現(xiàn)定性與定量之間相互轉(zhuǎn)化的模型，由于深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)多表現(xiàn)出復(fù)雜性和模糊性，導(dǎo)致一般的評(píng)價(jià)模型很難對(duì)其合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，云模型是能把定量數(shù)值與定性指標(biāo)互相轉(zhuǎn)化的模型，我們選取有可能影響深基坑工程正常進(jìn)行的幾個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子，建立層級(jí)遞進(jìn)的矩陣求得風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重。依據(jù)云模型的計(jì)算規(guī)則，再結(jié)合各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，得到綜合評(píng)價(jià)值，依據(jù)綜合評(píng)價(jià)值確定深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在應(yīng)用實(shí)例中，將云模型得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果、施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告相對(duì)比，得出的結(jié)果一致，說(shuō)明我們建立的模型科學(xué)合理，從中我們可以體會(huì)到云模型可以把定性和定量數(shù)值相互轉(zhuǎn)化這個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，也給我們一定的啟示，使用云模型可將類(lèi)似的情況進(jìn)行合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

Abstract： The cloud model is a model that can realize the conversion between qualitative and quantitative. Because the risk of deep foundation pit engineering often shows complexity and ambiguity， it is difficult for the general evaluation model to evaluate it reasonably and accurately. The cloud model is a model that can convert quantitative values and qualitative indicators to each other. We select several major risk assessment factors that may affect the normal progress of deep foundation pit engineering， and establish a progressive matrix to obtain the weight of risk factors. According to the calculation rules of the cloud model and the weight of each evaluation factor， a comprehensive evaluation value is obtained， and the risk level of the deep foundation pit project is determined according to the comprehensive evaluation value. In the application example， the evaluation results obtained by the cloud model are compared with the results of the fuzzy comprehensive evaluation and the construction risk assessment report and the results obtained are consistent， indicating that the model we have established is scientific and reasonable， from which we can realize that the cloud model has unique advantage of the mutual conversion of qualitative and quantitative values also gives us some inspiration. The cloud model can be used to reasonably and accurately evaluate similar situations.

關(guān)鍵詞：云模型;深基坑工程;綜合評(píng)價(jià)值

Key words： cloud model;deep foundation pit engineering;comprehensive evaluation value

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）17-0057-03

0 ?引言

深基坑工程施工中面臨的風(fēng)險(xiǎn)往往十分復(fù)雜，多表現(xiàn)出非線(xiàn)性。雖然專(zhuān)家學(xué)者也創(chuàng)造了一些例如模糊評(píng)價(jià)法等方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，雖然也取得了一些成果，但是由于其模糊性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，以至于很難創(chuàng)造出一種通用的判別方法來(lái)對(duì)其準(zhǔn)確評(píng)價(jià)[1]。國(guó)內(nèi)外尚無(wú)對(duì)深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的具體模型與體系，許多問(wèn)題還處于初級(jí)研究階段[2-5]。

1995年，李德毅院士提出了云模型理論，云模型是一種可以把定性語(yǔ)言和定量數(shù)值間相互轉(zhuǎn)換的模型，理論自提出至今，已經(jīng)成功運(yùn)用到數(shù)據(jù)挖掘、決策分析等許多領(lǐng)域。本文依據(jù)之前的專(zhuān)家學(xué)者在研究工作中所獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)建立云模型，對(duì)深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。將深基坑工程進(jìn)行中可能面對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)，把主要的影響因子的模糊關(guān)系通過(guò)云模型合理的表達(dá)出來(lái)，使人們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的判斷更加科學(xué)準(zhǔn)確，在深基坑工程施工前做出合理的風(fēng)險(xiǎn)判斷與預(yù)防措施[6]。

1 ?云模型理論與方法

1.1 云模型的數(shù)字特征

設(shè)U是一個(gè)定量的論域，由精確數(shù)值組成。U中存在著定性概念C、定量數(shù)值x，且x的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn)為C，x對(duì)C的確定度μ（x）∈[0，1]，是具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)，即：

μ：U→[0，1]，？坌x∈U，x→μ（x）

則x在論域U上的分布稱(chēng)為云，記為C（X）。

云模型的數(shù)字特征即為定性概念的定量描述，由期望 Ex、熵En和超熵He組成，記為C（Ex，En，He）。期望Ex反映了定量描述的中心值。熵En是對(duì)定性概念的綜合評(píng)價(jià)，既可以反應(yīng)云滴的取值空間，又能反映其離散程度。超熵He便是熵的熵，可以反應(yīng)云滴的離散程度，云滴的厚度隨著He的增大而增大[7]。

1.2 云發(fā)生器

云模型要借助云發(fā)生器才能實(shí)現(xiàn)，本文采用正向正態(tài)云發(fā)生器建立云模型，通過(guò)MATLAB 軟件上編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

正態(tài)云定義如下：若x滿(mǎn)足x-N（Ex，En'2），其中En'-N（Ex，En2），且x對(duì)C的確定度滿(mǎn)足：

μ（x）=exp[■]（1）

則x在論域U上的分布稱(chēng)為正態(tài)云[8]。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)云化方法

本文通過(guò)正向的云模型把風(fēng)險(xiǎn)因子的數(shù)值云化。當(dāng)指標(biāo)變量的界限為雙邊時(shí)，例如x∈（a，b），數(shù)字特征值通過(guò)下式來(lái)計(jì)算：

■

He為常數(shù)，根據(jù)變量的模糊程度等取值，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.01。

如果變量只有單邊界限，如xj∈（c，+∞），則Ex可取c，En取值和上一風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相同。設(shè)I（0，a）、II（a，b）、III（b，c）和IV（c，+∞）為評(píng)價(jià)因子xj的4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)區(qū)間，各區(qū)間的特征值的計(jì)算規(guī)則如表1所示[9]。

■

2 ?基于云計(jì)算的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

2.1 評(píng)價(jià)步驟

①首先挑選出可能影響深基坑工程進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)因子，然后依據(jù)這些因子計(jì)算出相應(yīng)等級(jí)的期望與熵，然后把這些特征值帶入正向正態(tài)云發(fā)生器生成云滴，進(jìn)而建立相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)模型。②根據(jù)所得的特征值，計(jì)算出該風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的確定度，在乘以相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，得出該風(fēng)險(xiǎn)因子在不同級(jí)別下的綜合確定度值。③根據(jù)最大確定度的原理，可以得出評(píng)價(jià)因子的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.2 深基坑風(fēng)險(xiǎn)因子與權(quán)重的確定

依據(jù)深基坑的規(guī)范、前人的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)、相關(guān)資料等選擇具有代表性并可定量評(píng)價(jià)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因子。本文挑選了可能影響深基坑工程施工進(jìn)行的8個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，分為工程地質(zhì)因素、水文氣象因素與設(shè)計(jì)施工因素等三大類(lèi)。①土的靈敏度St，反應(yīng)土結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)的靈敏程度; ②靜止土壓力，反應(yīng)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的土壓力，用靜止土壓力系數(shù)K0表示;③土的密度ρ;④結(jié)構(gòu)面粘聚力C; ⑦含水層透水性K2，考慮降水和地下水對(duì)深基坑水文環(huán)境的影響，用滲透系數(shù)表示;⑧基坑開(kāi)挖面積;⑨基坑深度H[10]。通過(guò)查閱圖集和相關(guān)資料，將所述風(fēng)險(xiǎn)分成四個(gè)級(jí)別，分別為低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（I）、中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（II）、高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（III）和極高風(fēng)險(xiǎn)（IV）。風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指標(biāo)如表2所示。

通過(guò)層次分析法來(lái)構(gòu)造具有兩個(gè)指標(biāo)層的遞階矩陣，建立的矩陣共有兩個(gè)指標(biāo)層，設(shè)計(jì)因素等作為判別矩陣的第一層，第一層的對(duì)應(yīng)指標(biāo)作為第二層[11]，見(jiàn)表2。

組織專(zhuān)家打分并把分?jǐn)?shù)歸一化處理得到各因子的對(duì)應(yīng)權(quán)重。一層權(quán)重為：Y=（x1，x2，x3）=（0.4，0.4，0.2）;二層權(quán)重為y1=（0.3，0.1，0.25，0.15，0.2），y2=（0.6，0.4），y3=（0.5，0.5），由此得出總權(quán)重y=（0.12，0.04，0.1，0.06，0.08，0.24，0.16，0.1，0.1）。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)云模型

按照表1的計(jì)算規(guī)則和表2的數(shù)據(jù)，計(jì)算所得出的風(fēng)險(xiǎn)因子的特征值見(jiàn)表3。

把所得的特征值帶入正向正態(tài)云發(fā)生器，生成各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的云模型，見(jiàn)圖1。

3 ?實(shí)例應(yīng)用

臨沂市某深基坑工程，基坑項(xiàng)目工程位于臨沂市主城區(qū)，該項(xiàng)目是建設(shè)一棟住宅，建筑面積16756.8m2，框剪結(jié)構(gòu)，高度85m?；幼畲笸谏?.9m，周?chē)刭|(zhì)條件復(fù)雜，深基坑工程進(jìn)行中會(huì)面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)。在工程施工的不同階段，選取有代表性的位置進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，得出5組樣本，如表4所示。

■

把數(shù)值帶入式（1）中可得出各風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)應(yīng)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定度，以樣本一中St的數(shù)據(jù)為例來(lái)解釋操作的方法。把數(shù)據(jù)St=1.5帶入云發(fā)生器，計(jì)算出其在不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的確定度μI=0.187，μII=0.003，μIII=0，μIV=0，由最大確定度原則可知該因子隸屬于I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的可能性較大。查閱表2中的分級(jí)情況，當(dāng)St=1.5時(shí)屬于第I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算結(jié)果與分級(jí)情況相吻合，說(shuō)明云模型的可行性，其他風(fēng)險(xiǎn)因子的確定度可以通過(guò)同樣的方法獲得。把計(jì)算出的風(fēng)險(xiǎn)因子的確定度帶入公式（2）計(jì)算出綜合的確定度Z，依據(jù)最大確定度原則得出樣本的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

■ （2）

公式中，μ為確定度，wi為風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

搜集的樣本對(duì)應(yīng)的各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。

本文采取了與模糊綜合評(píng)價(jià)法相對(duì)比的方式來(lái)驗(yàn)證云模型的可行性，云模型所得結(jié)果與模糊綜合評(píng)價(jià)得出的結(jié)果相同，說(shuō)明云模型是可行的，結(jié)果如表5所示。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)隸屬于III與IV級(jí)風(fēng)險(xiǎn)較多，開(kāi)工前應(yīng)做好相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制，避免風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。

4 ?結(jié)論

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，各種超高層建筑層出不窮，各種如隧道等地下工程的不斷增多，這些因素推動(dòng)了深基坑工程的發(fā)展，也使深基坑工程的施工變得更加復(fù)雜，面臨的風(fēng)險(xiǎn)也不斷增加，然而深基坑工程施工時(shí)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)多表現(xiàn)為模糊性和不確定性，一般評(píng)價(jià)模型很難對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。本文通過(guò)建立云模型，利用云模型可以將定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相互轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合AHP法所得權(quán)重以及最大確定度原則，進(jìn)行深基坑風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，得出工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，又將所得結(jié)果與模糊綜合評(píng)價(jià)這一方法所得結(jié)果相對(duì)比，確定了所建評(píng)價(jià)模型的可行性。在工程實(shí)例的分析中，基于云模型而建立的評(píng)價(jià)模型將定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換，使由于主觀原因影響評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的問(wèn)題得到解決，保證了最終評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)合理。對(duì)深基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)給以后的風(fēng)險(xiǎn)控制提供了科學(xué)的依據(jù)，對(duì)防止風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生起到了重要的作用。

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