石佳樂(lè)，高 波，董 瑩

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

0 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)建筑業(yè)也有了飛速發(fā)展。近年來(lái)，在新建房屋不斷增加的同時(shí)，對(duì)既有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和加固也引起了工程界的廣泛重視，這不僅受到已有建筑物原有條件的種種限制，而且這些建筑物往往還存在著各種各樣的問(wèn)題[1]。條件的復(fù)雜使得加固的方案也就各種各樣，加固改造方案目標(biāo)決策中，往往沒(méi)有一個(gè)方案的各方面屬性指標(biāo)均優(yōu)于其他所有的方案[2-3]。

工程結(jié)構(gòu)需要加固的原因很多，歸納起來(lái)有以下三個(gè)方面[4-6]。

1)錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)、低劣的設(shè)計(jì)質(zhì)量、不適當(dāng)?shù)氖褂谩毫迎h(huán)境下的材料老化和偶然的自然侵害，使結(jié)構(gòu)遭受損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可靠性下降。

2)由于功能改變，也常常需要對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行加固，功能改變既可能發(fā)生在使用階段，又可能發(fā)生在施工階段，因業(yè)主的要求，開(kāi)發(fā)商對(duì)建造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能調(diào)整，部分重要結(jié)構(gòu)超期服役。

3)建筑物由于遭受各種災(zāi)害的侵襲，如地震、火災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、冰災(zāi)及爆炸等，這些災(zāi)害都會(huì)遺留下來(lái)大量遭受破壞或損壞的建筑物，需要進(jìn)行加固或修復(fù)，對(duì)于具有文物價(jià)值的工程更需要通過(guò)加固盡可能地延長(zhǎng)其壽命。而在實(shí)際決策過(guò)程中，為了提高決策的效率，需要忽略一些次要因素，依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷多個(gè)目標(biāo)間的相互影響和重要程度來(lái)選擇加固改造方案，這種方法存在盲目性，結(jié)果往往是不合理的。必須運(yùn)用科學(xué)的評(píng)級(jí)體系對(duì)方案做出科學(xué)、合理的綜合效益評(píng)價(jià)，將經(jīng)濟(jì)和非經(jīng)濟(jì)性質(zhì)的指標(biāo)綜合在一起進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用不同方式進(jìn)行論證、綜合分析、決策出最優(yōu)方案[7]。

層次分析法(AHP)是一種將定性與定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。這種分析方法的特色是將分析人員的經(jīng)驗(yàn)判斷予以量化，因而對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況更為實(shí)用。實(shí)踐證明，運(yùn)用層次分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固方案的選擇可以取得很好的效果，在我國(guó)逐漸推廣應(yīng)用[8]。

1 工程實(shí)例

在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維修、加固設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)的性能得到有效的改善和提高，盡量不損傷原結(jié)構(gòu)，盡可能減少對(duì)建筑物使用功能的影響。并保留其有利用價(jià)值的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，發(fā)揮原結(jié)構(gòu)的潛力，避免不必要的構(gòu)件拆除或更換，結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)考慮其綜合效益，同時(shí)還應(yīng)考慮施工條件、施工工期、使用要求、加固成本等因素。

1.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。

現(xiàn)運(yùn)用層次分析法對(duì)此建筑物結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案A進(jìn)行比選，現(xiàn)以安全性u(píng)1、工程造價(jià)u2、對(duì)環(huán)境的影響因素u3、施工工期u4為目標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化為10個(gè)子項(xiàng)，分別為強(qiáng)度與變形C1、整體穩(wěn)定性C2、新舊綜合性C3、直接加固費(fèi)用C4、維護(hù)費(fèi)用C5、施工監(jiān)測(cè)費(fèi)用C6、施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響C7、對(duì)建筑地下管道的影響C8、施工天氣影響C9和施工過(guò)程事故影響C10，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。

1.2 形成判斷矩陣以及單一準(zhǔn)則下被比元素的相對(duì)權(quán)重

在建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后，上下層次之間元素的隸屬關(guān)系就被確定了。AHP所用的是兩兩比較的方法，引入1～9的比例標(biāo)度，意義見(jiàn)表1，并寫(xiě)成矩陣的形式，即構(gòu)成所謂的兩兩判斷矩陣。運(yùn)用專(zhuān)家打分法并結(jié)合1～9的比例標(biāo)度對(duì)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行打分，每一風(fēng)險(xiǎn)的分值為0～9共10個(gè)等級(jí)。其中，0表示不會(huì)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，9 表示風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性最大。然后構(gòu)成兩兩判斷矩陣。

表1 A-u層次判斷矩陣

通過(guò)專(zhuān)家打分的方法，可以得出u1-c、u2-c、u3-c、u4-c的一致性分析，其中：

1)u1-c一致性分析：

W=[0.179,0.153,0.082,0.074,0.098,0.0356,0.142,0.044,0.146,0.045]T，λmax=11.09

C.I.=0.121，C.R.=0.08<0.1 ,故一致性檢驗(yàn)符合要求。

2)u2-c一致性分析：

W=[1.208,2.305,0.48,1.632,1.073,0.48,1.934,0.35,1.14,0.3698]T,λmax=10.53

C.I.=0.059，C.R.=0.04<0.1 ,故一致性檢驗(yàn)符合要求。

3)u3-c一致性分析：

W=[0.792,1.059,0.672,0.650,0.569,0.404,2.559,1.264,2.0065,1.034]T,λmax=10.809

C.I.=0.090，C.R.=0.06<0.1 ,故一致性檢驗(yàn)符合要求。

4)u4-c一致性分析：

W=[1.184,0.903,0.714,0.608,0.435,0.505,1.0945,1.338,2.328,1.911],λmax=10.876

C.I.=0.097，C.R.=0.065<0.1 ,故一致性檢驗(yàn)符合要求。

1.3 各風(fēng)險(xiǎn)因素總排序

風(fēng)險(xiǎn)事件C1～C10發(fā)生概率從大到小排列為：C7>C2>C9>C1>C4>C5>C3>C10>C8>C6。施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響風(fēng)險(xiǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方案影響最大，其次是整體穩(wěn)定性，然后是施工天氣影響，風(fēng)險(xiǎn)最小的是施工監(jiān)測(cè)費(fèi)用。

1.4 對(duì)計(jì)算結(jié)果的評(píng)價(jià)

采用層次分析法對(duì)建筑物加固方案進(jìn)行優(yōu)化選擇，取得了較滿意的結(jié)果。主要考慮施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，這既會(huì)影響到施工工期，也會(huì)影響到工程造價(jià)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境，采用不同的加固方法，對(duì)安全性的要求也是不一樣的。這種方法綜合考慮了加固工程中各個(gè)因素對(duì)加固方案的綜合效益的影響，克服了以往只考慮主要定量因素使方案評(píng)定不合理的特點(diǎn)。通過(guò)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造對(duì)建筑物加固有影響的各級(jí)因素之間的遞階層次結(jié)構(gòu)關(guān)系圖，確定各影響因素的權(quán)重值，最后建立建筑結(jié)構(gòu)加固方案模糊優(yōu)化模型。

2 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)用層次分析法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的加固方案進(jìn)行比選，為既有工程加固方法的選擇提供了理論參考，擴(kuò)充了層次分析法的應(yīng)用范圍。隨著工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有所改變，層次分析法的內(nèi)容也必須進(jìn)行必要的改進(jìn)，通過(guò)運(yùn)用科學(xué)的評(píng)判方法不僅有助于決策的科學(xué)合理，還可以推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。

目前對(duì)于既有建筑物加固方案優(yōu)化問(wèn)題，沒(méi)有完整的理論著述，需要從理論上進(jìn)行針對(duì)性的系統(tǒng)研究，從工程上進(jìn)行大量的實(shí)踐，驗(yàn)證理論研究的可行性。通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證將模糊數(shù)學(xué)優(yōu)化理論應(yīng)用于既有建筑加固工程的合理性和有效性，直接或間接為加固方案優(yōu)化的理論研究及設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。但是，其在既有建筑加固工程領(lǐng)域的應(yīng)用還不多，值得推廣，應(yīng)通過(guò)建立更加完善的優(yōu)化模型，結(jié)合計(jì)算智能技術(shù)，使既有建筑加固方案優(yōu)化走上智能化的道路。

[ID:010568]