李楊,徐建澤

(華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210)

隨著高層建筑和地下工程的發(fā)展，深基坑施工項目越來越多，深基坑工程具有開挖深、支護要求高、對周邊建筑影響大等特點，易發(fā)生塌方等工程事故，并會造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，深基坑施工風險評價的研究對安全施工具有重要意義。

證據(jù)理論能有效融合不確定信息，基于此，相關(guān)學者已將證據(jù)理論廣泛應(yīng)用于風險分析、風險評價等領(lǐng)域[1-6]。吳賢國等[1]將證據(jù)理論應(yīng)用到盾構(gòu)下穿既有隧道安全風險評價。楊斯玲等[2]將證據(jù)理論應(yīng)用到裝配式建筑施工風險評價。劉沐宇、段含露[3]將證據(jù)理論應(yīng)用到大跨徑懸索橋主塔施工風險分析。周盛世等[5]將證據(jù)理論應(yīng)用到地鐵施工風險評價。融合不確定的風險指標是深基坑施工風險評價研究的重點，將證據(jù)理論應(yīng)用其中可有效提高評價結(jié)果的準確性。

證據(jù)理論對特征沖突多源信息融合時，有可能得到與事實相悖的結(jié)論[7]，相關(guān)學者提出利用不確定墑[8]、最優(yōu)權(quán)重[9]、K-L信息距離[10]等方法改進證據(jù)理論。該項研究引用相關(guān)參考文獻[10]提出的方法改進證據(jù)理論的證據(jù)沖突問題，為項目管理者提供更加有效的深基坑施工風險評價方法。

1改進的證據(jù)理論

1.1 證據(jù)理論

當2個證據(jù)存在時，證據(jù)融合結(jié)果為：

(1)

式中：

K——沖突系數(shù)，表示各證據(jù)信息融合時的沖突程度。

當多個證據(jù)存在時，證據(jù)融合結(jié)果為：

(2)

1.2 K-L信息距離

K-L信息距離理論由Kullback和Leibler[12]，用來判斷兩個概率分布的接近程度。設(shè)同一識別框架"Θ" 下，則2個賦值函數(shù)的信息距離為：

(3)

1.3 基于沖突識別的證據(jù)理論

Zadeh[7]用實例證明了在證據(jù)沖突下應(yīng)用Dempster合成規(guī)則得到的結(jié)果與事實相悖。采用文獻[10]提出的K-L信息距離證據(jù)沖突識別方法，對多指標體系應(yīng)用D-S證據(jù)理論進行改進，兩證據(jù)間的信息距離公式如下：

(4)

兩證據(jù)間的均衡信息距離：

(5)

所有證據(jù)到第i個證據(jù)的信息距離和：

(6)

為體現(xiàn)各證據(jù)在整體系統(tǒng)沖突中的影響程度，定義Hi為基于信息距離的證據(jù)沖突度：

(7)

該研究認為同類指標應(yīng)具有信息一致性，因此應(yīng)對高度沖突證據(jù)進行隔離。應(yīng)用證據(jù)理論對隔離后的指標進行融合，減少了高度沖突指標對評價過程的影響，從而提高多指標融合結(jié)果收斂性。圖1所示為改進證據(jù)理論的指標融合流程。

圖1 改進證據(jù)理論的指標融合流程

2深基坑風險評價指標體系構(gòu)建

深基坑項目具有開挖深、尺寸大、支護要求高等特點，施工過程存在眾多的不確定性風險因素，如人員的安全意識、現(xiàn)場人員的施工經(jīng)驗、原材料質(zhì)量、天氣情況、進度管理等。參考大量文獻[13-16]，利用德爾菲法與層次分析法構(gòu)建深基坑項目施工風險評價指標體系，如表1所示。

表1 深基坑工程施工風險評價指標體系

3基于證據(jù)理論的指標集結(jié)

3.1 專家對二級指標賦值

設(shè)深基坑施工各指標風險等級識別框架：

(8)

式中：

k——風險級別，k=1,2,…,5。

專家N按照Θ框架對二級指標Aij賦值：

(9)

式中：

N——專家序號，N=1,2,…,n；

ij——二級指標序號。

3.2 專家賦值的沖突識別與集結(jié)

將專家對二級指標Aij的賦值，帶入式(4)得到專家賦值的沖突識別矩陣：

(10)

將上述數(shù)據(jù)帶入式(5)～式(7)得到專家賦值的沖突度Hi，通過設(shè)置對應(yīng)的沖突門限[10]隔離n1個高度沖突的專家賦值，將(n-n1)個專家賦值帶入式(2)得到指標Aij的風險評價結(jié)果mij(θk)。

3.3 評價指標的集結(jié)

最后，利用式(2)對mij(θk)集結(jié)，得到一級指標Ai的風險評價結(jié)果mi(θk)，進而得到深基坑施工風險評價結(jié)果m(θk)。

4算例分析

選用某深基坑施工項目進行算例分析，該項目基坑深度7.5～12.5 m，開挖尺寸73.6 m×31.5 m，地下水位于地面以下5.5 m，施工場地埋有雨水、污水、自來水管線，周邊是城市主干道。施工方根據(jù)地勘報告，并結(jié)合基坑開挖深度、現(xiàn)有建筑、施工道路等情況，確定土釘墻作為基坑支護方案。

4.1 二級指標的賦值

專家按照識別框架對指標Aij賦值，以8位專家對指標A11的賦值為例：

m11(θk)1=[0.1,0.1,0.2,0.4,0.2]

m11(θk)2=[0.1,0.1,0.1,0.3,0.4]

m11(θk)3=[0.1,0.1,0.3,0.3,0.2]

m11(θk)4=[0.1,0.3,0.2,0.2,0.2]

m11(θk)5=[0.1,0.2,0.5,0.1,0.1]

m11(θk)6=[0.1,0.1,0.1,0.4,0.3]

m11(θk)7=[0.1,0.1,0.2,0.4,0.2]

m11(θk)8=[0.1,0.1,0.2,0.3,0.3]

4.2 沖突信息的識別與集結(jié)

將8組賦值帶入式(4)～式(7)可得8位專家對指標A11賦值的沖突度Hi，計算結(jié)果見表2。

表2 指標A11賦值的K-L信息距離與證據(jù)沖突度

為便于識別，將表2中Hi數(shù)據(jù)可視化(如圖2所示)。

圖2 證據(jù)沖突特征識別與時序趨勢

由圖2可得H5、H7具有顯著沖突度，該沖突是專家5、專家7與其他專家對指標A11的賦值高度沖突導(dǎo)致的，即專家5、專家7與其他專家對同一指標A11的意見高度不一致，所以需要對專家5、專家7的賦值進行隔離。

將隔離后的賦值帶入式(2)得到：

m11(θk)=[0.000 85,0.002 54,0.020 34,0.732 20,0.244 07]

通過m11(θk)可得該項目人員安全意識的風險等級為較高，同時，高風險等級排在第二位，風險等級有向更高等級發(fā)展的趨勢，說明相關(guān)人員缺少安全意識，需要采取必要措施，如加強員工三級安全教育、舉辦安全培訓班、引進安全管理人才等降低施工風險。利用相同的方法對二級指標A12至A14進行融合，將二級指標的風險評價結(jié)果m11(θk)至m14(θk)帶入式(2)得到一級指標A1的風險評價結(jié)果：

m1(θk)=[0.009 14,0.918 19,0.000 81,0.064 32,0.007 54]

同理，可得其他一級指標的風險評價結(jié)果：

m2(θk)=[0.012 50,0.025 00,0.750 00,0.200 00,0.012 50]

m3(θk)=[0.017 24,0.517 24,0.137 93,0.258 63,0.068 96]

m4(θk)=[0.009 71,0.019 41,0.077 67,0.699 02,0.194 17]

m5(θk)=[0.256 41,0.115 38,0.461 55,0.115 38,0.051 28]

m6(θk)=[0.024 09,0.072 28,0.433 73,0.433 76,0.036 14]

分析以上結(jié)果可得：施工方法A4風險等級為較高，需要采取措施，如聘請專業(yè)人員完善施工組織設(shè)計、增加深基坑測量點位、選用更安全的加固技術(shù)等降低風險；施工機械A(chǔ)2、環(huán)境因素A5、管理因素A6風險等級為中等，施工風險時刻在變化，需要時刻對這些指標保持關(guān)注，必要時采取相應(yīng)措施，防止施工風險向更高等級發(fā)展；人員因素A1、材料因素A3風險等級分別為低、較低，建議繼續(xù)保持對人員和材料的嚴格管理，使其風險等級始終處于較低水平。

最后將上述一級指標風險評價結(jié)果帶入式(2)得：

m(θk)=[0.000 01,0.016 00,0.010 89,0.973 01,0.000 09]

根據(jù)隸屬度大小，該深基坑項目施工風險綜合評價結(jié)果為較高等級，說明該項目存在較大的施工風險，需要重點加強對施工方法A4采取風險管控措施，并加強對施工機械A(chǔ)2、環(huán)境因素A5、管理因素A6的風險監(jiān)控，保持對人員因素A1、材料因素A3的嚴格管理，以便減少施工風險發(fā)生的可能性。

5結(jié)論

(1)深基坑施工項目存在諸多風險因素，提出了人、機、料、法、環(huán)、管六大方面評價指標，確保評價指標更加科學全面。

(2)相關(guān)學者創(chuàng)建的K-L信息距離改進證據(jù)理論的方法可在風險評價過程中識別出高度沖突的專家賦值，通過隔離高度沖突的賦值，降低其對評價結(jié)果的影響，使得評價結(jié)果更加收斂。

(3)深基坑施工風險具有不確定性等特點，算例分析結(jié)果表明證據(jù)理論能有效融合不確定的風險指標，彰顯出證據(jù)理論在深基坑施工風險評價領(lǐng)域的適用性。