崔偉，徐曉玲

（1.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州城市學(xué)院信網(wǎng)中心，甘肅 蘭州 730070）

城市軌道交通是城市公共交通的重要組成部分，能夠充分利用地上和地下空間，具有耗能少、運(yùn)量大、運(yùn)營(yíng)成本較低等特點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保交通體系，克服了大城市地面交通飽和的問題，特別適應(yīng)于大中城市。目前我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)度加速，地鐵建設(shè)發(fā)展空間大，然而在地鐵建設(shè)過程中，施工程序和施工設(shè)備的復(fù)雜性、地質(zhì)中巖土構(gòu)成的復(fù)雜性、巖土中不確定物體的不可預(yù)見性、地鐵施工過程中的隱蔽性、工程施工過程風(fēng)險(xiǎn)的不確定性以及施工周期的長(zhǎng)久性等，都增加了一定程度的危險(xiǎn)，使得地鐵施工安全事故的總量逐年增加[1-3]。對(duì)地鐵施工進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是目前地鐵施工安全研究的熱點(diǎn)，是地鐵安全的重要內(nèi)容。

目前，在風(fēng)險(xiǎn)管理方面，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)此較為關(guān)注，尤其是軌道交通現(xiàn)場(chǎng)施工安全和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等相關(guān)方面的研究，已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，而且不僅在理論上有進(jìn)展，一些風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)和方法逐漸應(yīng)用到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中。從已有的文獻(xiàn)可以看出，目前對(duì)于軌道交通現(xiàn)場(chǎng)施工安全的研究成果較多，主要集中在對(duì)城市道路的影響、對(duì)臨近管線的影響及環(huán)境影響等方面，在研究中提出和運(yùn)用了眾多風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論，也結(jié)合了實(shí)際的工程案例進(jìn)行安全分析，進(jìn)一步拓展了軌道交通現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究方法[4-8]。

從目前的研究現(xiàn)狀可以看出，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域中也涉及到層次分析法（AHP）的研究成果，但較少涉及施工現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。隨著施工現(xiàn)場(chǎng)管理理念的變化，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)水平的不斷提高，輔助人員、施工人員等現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)安全意識(shí)重視程度的不斷提升，施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)則需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不斷進(jìn)行完善。此外，已有的成果大部分是針對(duì)某個(gè)施工環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，如在地鐵施工中盾構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)分析，并未覆蓋施工全過程，所以對(duì)施工全過程評(píng)價(jià)的研究還有待完善。因此，軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還有進(jìn)一步研究空間。

本文采用層次分析法對(duì)地鐵施工的安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先需要建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其次采用AHP計(jì)算主觀權(quán)重，之后依據(jù)模糊理論來(lái)描述評(píng)價(jià)結(jié)果和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最后依據(jù)隸屬度得到地鐵施工安全等級(jí)。

1 基于AHP和模糊理論的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

層次分析法（AHP），是20世紀(jì)70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩蒂教授提出的，它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)而又層次化的多準(zhǔn)則分析方法，這種方法總體上依據(jù)問題的性質(zhì)和目標(biāo)將問題進(jìn)行分解，最終分解成不同的層次，每個(gè)層次又有不同的組成因素，每一個(gè)層次內(nèi)部的因素是相互關(guān)聯(lián)的，每一個(gè)層次內(nèi)容的因素存在相對(duì)重要度來(lái)描述其關(guān)系；每一個(gè)層次與上下層次之間是相互作用的，從而組成一個(gè)層次化的結(jié)構(gòu)模型。在應(yīng)用過程中，需要從最高層往最底層按層進(jìn)行識(shí)別和分析，還需要對(duì)低層次因素進(jìn)行權(quán)重評(píng)判，從而獲得每一個(gè)層次內(nèi)部的相對(duì)重要度。

層次分析法簡(jiǎn)單實(shí)用，可以將一個(gè)復(fù)雜的問題從層次的角度分為多個(gè)問題，并將每一個(gè)問題再次分解為多個(gè)影響因子。層次分析法在計(jì)算權(quán)重上的應(yīng)用較為廣泛。對(duì)于軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)等這種受眾多影響因子影響的問題，可以應(yīng)用層次分析法進(jìn)行問題的簡(jiǎn)化處理。同時(shí)，對(duì)于識(shí)別出的影響因子，還可以計(jì)算出其相對(duì)重要程度。所以，采用層次分析來(lái)對(duì)軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

模糊理論是有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的，模糊理論的內(nèi)容主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面。模糊是一個(gè)廣泛使用的概念，模糊性是存在于自然界和社會(huì)中的現(xiàn)象。在模糊理論中，一部分概念是模糊的，比如“年輕的”和“老的”等概念即是模糊的，是不明確的；雖然這些概念是模糊的，概念范圍是不確定的，但是在某種特定的條件下，可以用這些不明確且模糊的概念來(lái)表達(dá)出清楚的意思，比如在一個(gè)老人和小孩子面前，用“老的”來(lái)描述老人。模糊理論是以模糊集合為其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，其研究目標(biāo)是處理概念上模糊不確定的事物，并將非量化信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信息，模糊理論不主張用繁雜的數(shù)學(xué)模型來(lái)解決問題。模糊理論已經(jīng)有了很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，其應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅應(yīng)用于自然科學(xué)中，也廣泛應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)中，在幾乎所有的研究領(lǐng)域中都可以發(fā)現(xiàn)與模糊理論相關(guān)的研究。除此之外，模糊理論在實(shí)際中也有廣泛的應(yīng)用。

模糊綜合評(píng)判法（FCE）在較為復(fù)雜的問題中也應(yīng)用較多，是一種在評(píng)判領(lǐng)域中實(shí)用較多的算法。模糊綜合評(píng)判實(shí)現(xiàn)了定性和定量的轉(zhuǎn)化，將眾多模糊評(píng)估結(jié)果最終量化為一個(gè)評(píng)估結(jié)果，從而對(duì)于復(fù)雜問題有了一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。模糊綜合評(píng)判在評(píng)價(jià)因子不能完全量化，不能完全數(shù)值化的條件下，有自己的優(yōu)勢(shì)。軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)中的評(píng)價(jià)因子眾多，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的評(píng)價(jià)因子很多都不能被量化，比如環(huán)境因子，管理因子等都不能夠進(jìn)行定量的表示，或者說(shuō)在目前的技術(shù)條件下不能量化，只能定性表示。所以，將模糊綜合評(píng)判應(yīng)用于軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析剛好發(fā)揮了模糊綜合評(píng)判的優(yōu)勢(shì)，將眾多定性的分析和認(rèn)識(shí)最終轉(zhuǎn)化為一個(gè)定量的結(jié)果，從而依據(jù)評(píng)估等級(jí)表得到最終的評(píng)判等級(jí)。

基于FCE-AHP的軌道交通施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要步驟如下：（1）從人為因素、機(jī)器因素、環(huán)境因素、管理因素這4個(gè)方面確定軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，依據(jù)軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況劃分風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度等級(jí)；（2）邀請(qǐng)施工現(xiàn)場(chǎng)的專家，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中不同層次的評(píng)價(jià)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后收集評(píng)價(jià)信息，并對(duì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理；（3）采用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；（4）對(duì)各個(gè)因素評(píng)價(jià)，得到每個(gè)因素的等級(jí)，進(jìn)行綜合得到總的評(píng)價(jià)等級(jí)，取相似度最大的等級(jí)為軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估等級(jí)。

2 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)步驟

2.1 確定風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系U和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)S

地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)的影響因素很多，有人員因素，也有管理因素等。建立指標(biāo)體系U為U={U1，U2，...，UN}，N為影響因素個(gè)數(shù)，其中Ui={Ui1，Ui2，...，Uin}。建立風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)S={S1，S2，...，SP}，P為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)的個(gè)數(shù)。

2.2 邀請(qǐng)專家評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)軌道交通施工現(xiàn)場(chǎng)的專家對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的不同影響因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的影響因素進(jìn)行兩兩重要性評(píng)價(jià)。

2.3 權(quán)重計(jì)算

（1）根據(jù)評(píng)判因素,構(gòu)造判斷矩陣。

式中: 表示第i個(gè)指標(biāo)體系中的評(píng)價(jià)因子對(duì)第j個(gè)指標(biāo)體系中的評(píng)價(jià)因子的相對(duì)重要程度，相對(duì)重要程度的取值見表1。

表1 評(píng)價(jià)因子相對(duì)重要程度結(jié)果取值表

（2）求解判斷矩陣的最大特征根，將其用λmax表示。

（3）在求得最大特征根之后，檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性RA：

依據(jù)n的不同，R的取值不同，見下表2。

表2 R的取值

當(dāng)計(jì)算得到的RA小于0.1時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣符合一致性要求；否則，就認(rèn)為權(quán)重分配不合理，這樣就需要重新修改判斷矩陣，直到符合一致性要求。

求解出的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量，將W＝［ω1ω1… ω1］進(jìn)行歸一化，得到的結(jié)果可以作為相關(guān)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重分配。

2.4 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

采用加權(quán)平均型綜合函數(shù),系統(tǒng)綜合評(píng)判結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬度原則和綜合評(píng)判結(jié)果B＝A×B，可以得出最終綜合評(píng)判結(jié)論，取相似度最大的等級(jí)為風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)。

3 實(shí)例驗(yàn)證

蘭州市城市軌道交通1號(hào)線一期工程（陳官營(yíng)-東崗段）是蘭州市軌道交通線網(wǎng)中東西方向的主骨架線，全長(zhǎng)約26.798 km，全部為地下線，線路起于西固區(qū)陳官營(yíng)站，橫貫中心城區(qū)，終至城關(guān)區(qū)東崗鎮(zhèn)。乘客可以在西客站、東方紅廣場(chǎng)與2號(hào)線換乘，在西關(guān)什字、蘭鋼主廠區(qū)與3號(hào)線換乘。線路基本沿既有主客流走廊布設(shè)，將西固、安寧、七里河、城關(guān)四大主要功能區(qū)塊以及蘭州西站、小西湖、西關(guān)什字、東方紅廣場(chǎng)、東部市場(chǎng)等多個(gè)大型客流集散點(diǎn)串聯(lián)在一起，沿途與蘭州各商圈、客流集散點(diǎn)均設(shè)站接駁，直接溝通了城市第二中心和城市核心區(qū)。

以蘭州市地鐵施工為例驗(yàn)證本研究提出方法的有效性。

3.1 確定評(píng)價(jià)體系U和評(píng)價(jià)等級(jí)S

地鐵施工過程中的安全評(píng)估涉及多個(gè)影響因素，如生態(tài)環(huán)境、聲環(huán)境、環(huán)境震動(dòng)、環(huán)境空氣、水環(huán)境以及電磁環(huán)境等。由于各個(gè)因素的影響程度不相同，所以只有綜合考慮各種影響因素，選擇最佳的施工方法，才能夠準(zhǔn)確反映列控運(yùn)營(yíng)的整體安全狀態(tài)。然而，由于我國(guó)技術(shù)水平有限，對(duì)所有的影響因素進(jìn)行信息采集還有一定的難度。此外，不同氣候條件下地鐵施工的安全狀態(tài)也會(huì)存在差異。因此，本研究結(jié)合目前的工作，從人、機(jī)、環(huán)、管4個(gè)方面分別確定與人相關(guān)的因素、與設(shè)備相關(guān)的因素、與環(huán)境相關(guān)的因素、與管理制度相關(guān)的因素作為評(píng)價(jià)體系。

鐵路風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度的評(píng)判集為：V={v1，v2，v3，v4，v5，v6，v7}={可以忽略的事故，非常輕的事故，輕的事故，嚴(yán)重的事故，非常嚴(yán)重的事故，災(zāi)難事故，尤其嚴(yán)重的災(zāi)難事故}。本研究評(píng)價(jià)等級(jí)與采用此等級(jí)表。

3.2 采集并預(yù)處理專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

邀請(qǐng)多位鐵路安全方面的專家對(duì)地鐵施工的情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，專家依據(jù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)對(duì)每個(gè)評(píng)判屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)。歸一化得出地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)判矩陣為：

3.3 計(jì)算權(quán)重

評(píng)判專家給出的評(píng)判矩陣為：

由于AHP的計(jì)算較為復(fù)雜，本研究采用MATLAB 6.0仿真軟件將AHP的計(jì)算過程編寫為函數(shù)AHPWeights（A），函數(shù)的輸入為矩陣A。

AHPWeights（A）的部分程序流程如下：

Step 1 各變量初始化及賦初值

Step 2 對(duì)矩陣每行求和再對(duì)列進(jìn)行歸一化

Step 3 計(jì)算矩陣的最大特征值和指標(biāo)值

Step 4 查表獲取參考標(biāo)準(zhǔn)值

驗(yàn)證是否滿足一致性檢驗(yàn)，并給出結(jié)果或提示修改矩陣。

計(jì)算得判斷矩陣的最大特征根λmax=4.12，由式（1）和表2可得D的隨機(jī)一致性比率RA<0.1，說(shuō)明判斷矩陣符合一致性的要求。最大特征根λmax對(duì)應(yīng)的特征向量為W。對(duì)W=［0.888 0.087 0.185 0.412 ］歸一化，可得評(píng)判因素權(quán)重A＝［0.563 0.056 0.118 0.263 ］。

3.4 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

采用加權(quán)平均型綜合函數(shù),進(jìn)行地鐵施工綜合評(píng)判。綜合評(píng)判結(jié)果為：

最終結(jié)果如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)結(jié)果圖

依據(jù)圖1，根據(jù)最大隸屬原則和綜合評(píng)判結(jié)果B，可以得出最終綜合評(píng)判結(jié)論：地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為v3，即輕的。所以風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為輕的等級(jí)，即是存在風(fēng)險(xiǎn)，但是風(fēng)險(xiǎn)較小。

4 結(jié)論

本研究將AHP和模糊理論應(yīng)用于地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于AHP和模糊理論的方法對(duì)地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。本方法客觀地反映了地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估提供了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。