王心楠， 王軍武， 劉一鵬

(武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430070)

近年來(lái)隨著全球變暖的加劇導(dǎo)致暴雨頻發(fā)，再加上我國(guó)城市地下空間不斷發(fā)展，使得大規(guī)模的地下空間建設(shè)在施工期面臨一定的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。尤其是地鐵車(chē)站工程，其施工場(chǎng)地通常在地表以下20～30 m處，雨水會(huì)自然匯入內(nèi)部。施工現(xiàn)場(chǎng)一旦遭受到內(nèi)澇災(zāi)害，其潛在的危險(xiǎn)會(huì)對(duì)項(xiàng)目造成巨大的損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及城市的穩(wěn)定運(yùn)行以及居民生活[1]。同時(shí)由于地鐵車(chē)站的施工涉及多個(gè)參建單位，施工專(zhuān)業(yè)多、項(xiàng)目多、環(huán)節(jié)多、接口多，作業(yè)時(shí)空交叉，組織協(xié)調(diào)量大，不同參與單位在內(nèi)澇災(zāi)害中承擔(dān)著不同的損失，各方都會(huì)制定各種應(yīng)急決策方案。為了緩解甚至避免汛期洪澇災(zāi)害，在汛期到來(lái)時(shí)，地鐵車(chē)站的項(xiàng)目管理人員進(jìn)行科學(xué)合理的防汛應(yīng)急預(yù)案決策具有重大意義。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)應(yīng)急預(yù)案的研究大致分為三類(lèi)[2]：應(yīng)急預(yù)案綜合性研究、應(yīng)急預(yù)案總體效果評(píng)價(jià)研究和針對(duì)某類(lèi)具體應(yīng)急預(yù)案的研究。近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)地鐵的應(yīng)急預(yù)案研究大多是運(yùn)營(yíng)階段的突發(fā)事件[3～6]，其中對(duì)地鐵內(nèi)澇災(zāi)害的研究大多從防澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[7,8]和脆弱性評(píng)價(jià)[9]上展開(kāi)。但在施工階段做好應(yīng)急管理，可以將損失控制在最低限度以最大程度保證公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)項(xiàng)目的順利實(shí)施起到了至關(guān)重要的作用。

另外，由于應(yīng)急問(wèn)題的復(fù)雜性、模糊性和不確定性，因此決策者得到的信息不完全，很難提供精確的數(shù)值進(jìn)行預(yù)案評(píng)估。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者將模糊集理論與多屬性決策相結(jié)合來(lái)解決這一問(wèn)題[1,10～15]。但單一的多屬性決策方法都存在不同的缺陷，對(duì)應(yīng)急預(yù)案評(píng)估時(shí)需要考慮將不同方法相結(jié)合以解決單一方法的缺陷。

鑒于此，筆者擬將直覺(jué)模糊集理論、TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)和灰色關(guān)聯(lián)法(Grey Relation Analysis,GRA)相結(jié)合，構(gòu)建地鐵車(chē)站施工階段防汛應(yīng)急預(yù)案決策模型，以期為這類(lèi)施工的防汛應(yīng)急預(yù)案提供理論依據(jù)，對(duì)應(yīng)急決策理論體系和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行一定的補(bǔ)充。

1 防汛應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

由于現(xiàn)有研究尚未建立能科學(xué)反映地鐵防汛應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，因此本文在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)，首先考慮應(yīng)急預(yù)案的編制原則、構(gòu)成要素和內(nèi)容等方面，然后再結(jié)合地鐵車(chē)站汛期施工的特點(diǎn)和項(xiàng)目管理需要進(jìn)行調(diào)整。

地鐵車(chē)站建設(shè)期防汛應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)有效決策，集中在應(yīng)急預(yù)案科學(xué)性和可操作性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇上。此外由于地鐵車(chē)站的施工階段是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，暴雨內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生在不同施工階段需要采取不同的應(yīng)急措施，這導(dǎo)致項(xiàng)目管理人員無(wú)法提前編制可操作性強(qiáng)、內(nèi)容詳細(xì)完整的應(yīng)急預(yù)案。同時(shí)，由于施工場(chǎng)地狹小、開(kāi)挖深、環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)急救援的人員和設(shè)備不能無(wú)上限地進(jìn)入，應(yīng)急預(yù)案的制定要保證在救援時(shí)，應(yīng)急措施可以有效開(kāi)展，有序進(jìn)行，同時(shí)要避免物資人力的浪費(fèi)。

基于此，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)查法、專(zhuān)家訪談法和問(wèn)卷調(diào)查法[1,8,13,16]，本章選取應(yīng)急預(yù)案編制的科學(xué)性、內(nèi)容的完整性、經(jīng)濟(jì)性以及可操作性四個(gè)方面作為一級(jí)指標(biāo)，篩選出16個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)建地鐵車(chē)站施工階段的防汛應(yīng)急預(yù)案指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案決策模型

2.1 地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案決策問(wèn)題描述

2.2 確定專(zhuān)家權(quán)重

來(lái)自不同單位有不同的教育背景、經(jīng)驗(yàn)(工作年限)、知識(shí)水平，這導(dǎo)致他們對(duì)于不同方案有不同的偏好。鑒于此，本文將專(zhuān)家的特點(diǎn)分為工作單位和自身優(yōu)點(diǎn)兩部分，按兩部分特征指標(biāo)進(jìn)行打分匯總，得到各個(gè)專(zhuān)家的權(quán)重，準(zhǔn)確描述了專(zhuān)家工作單位、學(xué)歷、工作年限、知識(shí)水平等因素對(duì)權(quán)重的影響[1]。

當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目發(fā)生暴雨內(nèi)澇災(zāi)害時(shí)，不同的參建單位承擔(dān)著不同災(zāi)害損失，因此從減少損失的角度出發(fā)，承擔(dān)損失越大的單位，專(zhuān)家意見(jiàn)的積極性和分項(xiàng)性越強(qiáng)，因此專(zhuān)家權(quán)重應(yīng)越高。同時(shí)，不同的項(xiàng)目管理模式或不同的合同條款會(huì)讓各方承擔(dān)不同的災(zāi)害損失。因此，從工程管理學(xué)角度，在不同的項(xiàng)目管理模式下，不同參建單位的專(zhuān)家權(quán)重見(jiàn)表2。在表2中，承擔(dān)最大風(fēng)險(xiǎn)單位的專(zhuān)家權(quán)重設(shè)為3，承擔(dān)中等風(fēng)險(xiǎn)的單位設(shè)置為2，承擔(dān)最小風(fēng)險(xiǎn)的單位設(shè)置為1。

表2 工作單位風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重

項(xiàng)目實(shí)踐中，由于教育背景、工作年限和知識(shí)水平等不同，不同專(zhuān)家對(duì)于應(yīng)急預(yù)案的理解也不同。一般來(lái)說(shuō)，學(xué)歷越高、工作時(shí)間越長(zhǎng)、知識(shí)水平越高的人，對(duì)應(yīng)急預(yù)案的理解更加透徹，因此權(quán)重應(yīng)越高。根據(jù)以往研究的結(jié)果，按照不同專(zhuān)家的個(gè)人特質(zhì)進(jìn)行打分，如表3所示。

表3 專(zhuān)家個(gè)人特質(zhì)打分

通過(guò)上述分析，得到兩方面五部分原始得分后匯總矩陣{Qk}其中k=1,2,…,s，則專(zhuān)家權(quán)重為：

(1)

2.3 構(gòu)造集成的直覺(jué)模糊決策矩陣

由于汛期的不確定性導(dǎo)致做決策的時(shí)間很緊迫，決策者很難及時(shí)獲得準(zhǔn)確、完整的定量數(shù)據(jù)。因此，專(zhuān)家用“非常差、很差、差、稍差、中等、稍好、好、很好、非常好”的定性語(yǔ)言來(lái)描述每個(gè)指標(biāo)的得分，通過(guò)直覺(jué)模糊數(shù)將這些語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)值[12]，如表4。

表4 語(yǔ)言變量轉(zhuǎn)化為直覺(jué)模糊數(shù)

(1)對(duì)專(zhuān)家評(píng)價(jià)信息矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理

(2)

(2)構(gòu)造集成的直覺(jué)模糊決策矩陣

在多目標(biāo)群決策的實(shí)際運(yùn)用中，為了保證決策信息的精確性以及實(shí)現(xiàn)對(duì)不同專(zhuān)家的評(píng)價(jià)信息進(jìn)行有效集結(jié)，將決策信息通過(guò)直覺(jué)模糊加權(quán)平均(IFWA)算子集成，最終對(duì)所得具體實(shí)數(shù)進(jìn)行排序優(yōu)選，基本過(guò)程如下所述。

運(yùn)用直覺(jué)模糊加權(quán)平均算子IFWA集結(jié)專(zhuān)家評(píng)價(jià)信息矩陣Rk和對(duì)應(yīng)專(zhuān)家權(quán)重矩陣εk，得到綜合評(píng)價(jià)信息矩陣T：

(3)

(3)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

先計(jì)算直覺(jué)模糊熵值：

(4)

這里，如果uij=0,vij=0,πij=1，那么uijlnuij=0,vijlnvij=0,(1-πij)ln(1-πij)=0。

因此，指標(biāo)體系第j個(gè)屬性的熵權(quán)可以表示為：

(5)

2.4 TOPSIS-GRA方法求最優(yōu)方案

要確定最優(yōu)的應(yīng)急決策預(yù)案，就必須科學(xué)地對(duì)所有備選方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。因?yàn)榈罔F車(chē)站施工防汛應(yīng)急預(yù)案是在緊急情況下制定的，能獲取到的汛期信息非常不充分，而TOPSIS法和灰色關(guān)聯(lián)度法可以在有限條件下反映備選方案與正、負(fù)理想方案之間的位置距離和曲線形狀相似度。但TOPSIS和灰色分析法在系統(tǒng)方案的整體評(píng)判上都存在一定缺陷[13]。因此，本文在方案評(píng)價(jià)決策中，構(gòu)建了基于直覺(jué)模糊的TOPSIS-GRA評(píng)價(jià)模型，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為科學(xué)、合理。具體步驟如下：

(1)確定正理想方案A+和負(fù)理想方案A-

(6)

(7)

式(6)和(7)中

(8)

(9)

(3)計(jì)算備選方案Ai與正、負(fù)理想方案A+和A-的灰色關(guān)聯(lián)度

(10)

(11)

式(10)和(11)中，

因此，可以得到灰色關(guān)聯(lián)度為：

(12)

(13)

(4)合并歐式距離與關(guān)聯(lián)度

(14)

(15)

式中：α(0≤α≤1)為距離權(quán)重系數(shù)，反映的是決策者對(duì)距離的偏好程度，1-α(0≤1-α≤1)則體現(xiàn)了決策者對(duì)曲線形狀的偏好程度，α的取值由決策者根據(jù)實(shí)際的決策問(wèn)題、決策條件等具體情況而定。

(5)計(jì)算備選方案的相對(duì)貼近度向量S=(S1,S2,…,Sm)T，即：

(16)

根據(jù)Si的大小比較，Si越大說(shuō)明貼近度越高，方案則為最優(yōu)，反之則說(shuō)明方案越差。因此選取Si值最大的應(yīng)急預(yù)案作為最終的最優(yōu)決策。

3 案例分析

3.1 工程概況

蘭家溝車(chē)站是成都軌道交通6號(hào)線三期工程，施工現(xiàn)場(chǎng)周邊多是農(nóng)田和荒地，并且曾經(jīng)多次爆發(fā)洪澇災(zāi)害的青蘭溝穿過(guò)該車(chē)站，因此蘭家溝車(chē)站具有較好的吸水能力和較差的排水能力，該項(xiàng)目的施工模式是BT施工總承包模式。

2018年7月6日，中國(guó)四川省成都市開(kāi)始降雨，并且據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)預(yù)報(bào)，蘭家溝車(chē)站施工區(qū)域未來(lái)幾小時(shí)暴雨持續(xù)性降臨的幾率很大。此時(shí)，蘭家溝車(chē)站正處于主體結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵時(shí)期，現(xiàn)場(chǎng)有大量的施工人員、設(shè)備和建筑材料，一旦施工現(xiàn)場(chǎng)在暴雨期間沒(méi)有得到很好的管理，將會(huì)造成巨大的人力物力損失。

因此各參建單位迅速組織起來(lái)依據(jù)實(shí)際情況制定了三個(gè)應(yīng)急預(yù)案A={A1,A2,A3}，如表5所示。由于決策時(shí)間較緊急，調(diào)度的資源有限，項(xiàng)目管理組邀請(qǐng)了4名不同領(lǐng)域的專(zhuān)家(分別以e1,e2,e3,e4表示)來(lái)參與該項(xiàng)目的防汛應(yīng)急預(yù)案決策，專(zhuān)家評(píng)審組4名專(zhuān)家的基本情況見(jiàn)表6。

表5 三種應(yīng)急預(yù)案簡(jiǎn)介

表6 決策專(zhuān)家組基本情況

3.2 蘭家溝車(chē)站工程的防汛應(yīng)急預(yù)案評(píng)價(jià)

根據(jù)第2章給出的決策方法，本章節(jié)采用逐步分析的方法給出了案例分析的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程。

(1)收集評(píng)估信息并獲得個(gè)人評(píng)價(jià)矩陣

(2)基于專(zhuān)家的信息構(gòu)造直覺(jué)模糊決策矩陣

根據(jù)表6中4位專(zhuān)家的個(gè)人信息，參考表2和表3的打分制度，可以得到專(zhuān)家組的個(gè)人信息如表7所示。根據(jù)式(1)得到專(zhuān)家的權(quán)重向量ε=(0.2609,0.3043,0.1957,0.2391)T。

根據(jù)式(3)，運(yùn)用直覺(jué)模糊加權(quán)平均算子IFWA將專(zhuān)家評(píng)價(jià)信息矩陣Rk與對(duì)應(yīng)專(zhuān)家權(quán)重矩陣進(jìn)行集結(jié)，得到直覺(jué)模糊決策矩陣T。采用式(4)(5)得到各指標(biāo)權(quán)重，綜合評(píng)價(jià)信息矩陣信息表和各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表7 專(zhuān)家個(gè)人信息及權(quán)重

(3)計(jì)算加權(quán)后的Euclidean距離

首先依據(jù)式(6)(7)，確定正理想方案A+和負(fù)理想方案A-，如表7所示。根據(jù)式(8)(9)得到方案A1，A2，A3與直覺(jué)模糊集正、負(fù)理想方案的加權(quán)Euclidean距離結(jié)果如表9所示。

(4)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度

依據(jù)式(12)(13)，計(jì)算備選方案Ai與直覺(jué)模糊集正理想方案A+和負(fù)理想方案A-的灰色關(guān)聯(lián)度，如表9所示。

(5)計(jì)算貼近度

表8 綜合評(píng)價(jià)信息矩陣信息、正負(fù)理想方案和權(quán)重

表9 備選應(yīng)急預(yù)案到正、負(fù)理想方案的Euclidean距離、灰色關(guān)聯(lián)度、貼近度

上述計(jì)算結(jié)果可以很容易地看出，相對(duì)貼近度的大小排序?yàn)椋篠2>S1>S3，因此蘭家溝車(chē)站工程內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案的優(yōu)劣排序?yàn)锳2>A1>A3，A2是蘭家溝車(chē)站工程最優(yōu)的應(yīng)急預(yù)案。

3.3 應(yīng)急預(yù)案決策結(jié)果分析

(1)在一級(jí)指標(biāo)權(quán)重中，權(quán)重排序：F4可操作性>F2完整性>F3經(jīng)濟(jì)性>F1科學(xué)性；二級(jí)指標(biāo)權(quán)重中，G14增加救援物資和人員的可行性和G15具有預(yù)警功能的綜合權(quán)重較大，分別為0.0657和0.0641。由此可見(jiàn)，項(xiàng)目管理人員在編制類(lèi)似項(xiàng)目的防汛應(yīng)急預(yù)案時(shí)，應(yīng)該首先考慮的是應(yīng)急預(yù)案的可操作性，但是經(jīng)濟(jì)性會(huì)在一定程度上制衡，并且應(yīng)急預(yù)案的重點(diǎn)要放在可以具有較強(qiáng)的預(yù)警功能，在執(zhí)行措施時(shí)有增加人力物力的空間上。

(2)相對(duì)貼近度大小排序?yàn)椋篠2>S1>S3，因此蘭家溝地鐵車(chē)站工程此次防汛最佳應(yīng)急預(yù)案是A2，該項(xiàng)目在汛期來(lái)臨時(shí)應(yīng)該立即停止現(xiàn)場(chǎng)的施工，撤離所有非救援人員，并向上級(jí)部門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)匯報(bào)。施工現(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)易澇點(diǎn)增加2，3個(gè)水泵，青蘭溝周邊放置沙袋以提高周邊的防洪能力，組織好后備力量。

(3)本文考慮到地鐵車(chē)站施工的特殊性以及汛期的不確定性，認(rèn)為專(zhuān)家的權(quán)重不應(yīng)該默認(rèn)相同，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行討論。因此將決策專(zhuān)家按不同的特征進(jìn)行打分，再確定權(quán)重。這樣利用了不同專(zhuān)家的優(yōu)點(diǎn)，使決策結(jié)果更加科學(xué)合理。

(4)本文提出的一種基于直覺(jué)模糊的TOPSIS-GRA決策方法，解決了屬性權(quán)重和決策者權(quán)重均完全未知且屬性值以直覺(jué)模糊數(shù)形式給出的多屬性群決策問(wèn)題，與傳統(tǒng)方法相比，該應(yīng)急預(yù)案決策模型更加科學(xué)合理。

4 結(jié) 論

(1)采用文獻(xiàn)調(diào)研法、專(zhuān)家訪談法，建立了初始的應(yīng)急預(yù)案指標(biāo)體系；考慮到地鐵車(chē)站施工的特點(diǎn)以及汛期應(yīng)急管理的要點(diǎn)，調(diào)整指標(biāo)體系，通過(guò)兩輪調(diào)查問(wèn)卷建立最終地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案指標(biāo)體系。

(2)將直覺(jué)模糊集與多屬性決策方法相結(jié)合，構(gòu)建地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案決策模型，直覺(jué)模糊集的隸屬度、非隸屬度和猶豫度，分別可以描述應(yīng)急預(yù)案決策各指標(biāo)的確定性、不確定性和猶豫性等信息。TOPSIS-GRA的方法解決地鐵車(chē)站防汛應(yīng)急預(yù)案信息獲取不充分，不確定性和模糊性大的問(wèn)題。蘭家溝車(chē)站工程防汛應(yīng)急預(yù)案決策結(jié)果與實(shí)際情況相吻合，證明了該決策模型的準(zhǔn)確性和有效性。

(3)地鐵車(chē)站汛期施工應(yīng)急預(yù)案的編制要重視預(yù)案的預(yù)警功能，汛前各單位應(yīng)該組織防汛應(yīng)急救援演練，檢驗(yàn)應(yīng)急救援措施的可操作性，防汛物資和人員的儲(chǔ)備是否充足以及增加人力物力的可行性。