石佳樂，高 波，董 瑩

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

0 前 言

隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展，我國建筑業(yè)也有了飛速發(fā)展。近年來，在新建房屋不斷增加的同時，對既有結(jié)構(gòu)的維護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，往往沒有一個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，歸納起來有以下三個方面[4-6]。

1)錯誤的設(shè)計、低劣的設(shè)計質(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，也常常需要對結(jié)構(gòu)可靠性進行加固，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，開發(fā)商對建造過程中的結(jié)構(gòu)進行功能調(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)害都會遺留下來大量遭受破壞或損壞的建筑物，需要進行加固或修復(fù)，對于具有文物價值的工程更需要通過加固盡可能地延長其壽命。而在實際決策過程中，為了提高決策的效率，需要忽略一些次要因素，依靠經(jīng)驗來判斷多個目標(biāo)間的相互影響和重要程度來選擇加固改造方案，這種方法存在盲目性，結(jié)果往往是不合理的。必須運用科學(xué)的評級體系對方案做出科學(xué)、合理的綜合效益評價，將經(jīng)濟和非經(jīng)濟性質(zhì)的指標(biāo)綜合在一起進行評價，對照評價標(biāo)準(zhǔn)，采用不同方式進行論證、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)驗判斷予以量化，因而對目標(biāo)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況更為實用。實踐證明，運用層次分析法進行結(jié)構(gòu)加固方案的選擇可以取得很好的效果，在我國逐漸推廣應(yīng)用[8]。

1 工程實例

在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維修、加固設(shè)計中，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)，盡可能減少對建筑物使用功能的影響。并保留其有利用價值的結(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)運用層次分析法對此建筑物結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方案A進行比選，現(xiàn)以安全性u1、工程造價u2、對環(huán)境的影響因素u3、施工工期u4為目標(biāo)，進一步細化為10個子項，分別為強度與變形C1、整體穩(wěn)定性C2、新舊綜合性C3、直接加固費用C4、維護費用C5、施工監(jiān)測費用C6、施工對周圍環(huán)境的影響C7、對建筑地下管道的影響C8、施工天氣影響C9和施工過程事故影響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，意義見表1，并寫成矩陣的形式，即構(gòu)成所謂的兩兩判斷矩陣。運用專家打分法并結(jié)合1～9的比例標(biāo)度對各類風(fēng)險進行打分，每一風(fēng)險的分值為0～9共10個等級。其中，0表示不會發(fā)生風(fēng)險，9 表示風(fēng)險發(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

通過專家打分的方法，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 ,故一致性檢驗符合要求。

1.3 各風(fēng)險因素總排序

風(fēng)險事件C1～C10發(fā)生概率從大到小排列為：C7>C2>C9>C1>C4>C5>C3>C10>C8>C6。施工對周圍環(huán)境的影響風(fēng)險對結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方案影響最大，其次是整體穩(wěn)定性，然后是施工天氣影響，風(fēng)險最小的是施工監(jiān)測費用。

1.4 對計算結(jié)果的評價

采用層次分析法對建筑物加固方案進行優(yōu)化選擇，取得了較滿意的結(jié)果。主要考慮施工對周圍環(huán)境的影響，這既會影響到施工工期，也會影響到工程造價，針對現(xiàn)場的施工環(huán)境，采用不同的加固方法，對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因素對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定不合理的特點。通過運用數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造對建筑物加固有影響的各級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

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

目前對于既有建筑物加固方案優(yōu)化問題，沒有完整的理論著述，需要從理論上進行針對性的系統(tǒng)研究，從工程上進行大量的實踐，驗證理論研究的可行性。通過工程實踐驗證將模糊數(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)通過建立更加完善的優(yōu)化模型，結(jié)合計算智能技術(shù)，使既有建筑加固方案優(yōu)化走上智能化的道路。

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