模糊綜合評價法在橋梁工程評判中的應(yīng)用

張 旭

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶400074）

模糊綜合評價法在橋梁工程評判中的應(yīng)用

張 旭

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院重慶400074）

本文闡述了用模糊綜合評價法對橋梁工程的技術(shù)狀況和運行狀態(tài)評判的基本原理和方法步驟，并通過一個實際例子詳細(xì)介紹了模糊綜合評價方法在橋梁工程評判中的應(yīng)用，進(jìn)一步說明綜合利用多種評價方法的優(yōu)點應(yīng)用于橋梁工程評判的重要性，對橋梁工程的評判頗有現(xiàn)實意義。

模糊數(shù)學(xué)模型；評判體系；橋梁工程

引言

評價方法發(fā)展到目前已有數(shù)十種之多，按評價結(jié)果的量化程度分類分為定性和定量兩類；按所采用的理論分類分為基于經(jīng)驗的、基于數(shù)值和統(tǒng)計的和基于決策和智能的評價方法[1]。這些方法由于來源于不同的行業(yè)和專業(yè)，因而各有特色，各有其適用對象，各有其優(yōu)缺點，各有其局限性。如BP（NNs）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法是模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，根據(jù)輸入的信息建立神經(jīng)元，通過對給定樣本模式的學(xué)習(xí)或自組織等過程建立相應(yīng)的非線性數(shù)學(xué)模型，找出輸入與輸出之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而求取問題的解決?；疑P(guān)聯(lián)度評價法GRA是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，即“灰色關(guān)聯(lián)度”，來描述因素間關(guān)系的強弱、大小和次序的一種方法[9]。

怎樣利用這些評價方法的優(yōu)點，滲入于建設(shè)工程的技術(shù)狀況和運行狀態(tài)的評判之中，考慮到安全與危險其實是模糊概念，是相對和辨證統(tǒng)一的；所謂危險性的大小實則是對安全的隸屬度（即取[0，1]區(qū)間作定量判斷），當(dāng)危險性降至人們可以接受或社會允許的安全標(biāo)準(zhǔn)時，就認(rèn)為是安全的[2]。由此出發(fā)，本文擬應(yīng)用模糊綜合評價法對橋梁工程的技術(shù)狀況和運行狀態(tài)進(jìn)行評判介紹。

1 模糊綜合評價基本原理

1.1 模糊綜合評價的概念

就是通過一定的模糊數(shù)學(xué)模型，或者說以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將多個評價指標(biāo)值“合成”為一個整體性的綜合評價值[3]。它是對被評價事物隸屬等級狀況進(jìn)行綜合性評判的一種方法，也是一種以模糊推理為主的定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一的分析評價方法。

1.2 模糊綜合評價的基本原理

從影響問題的諸因素出發(fā)，首先確定被評判對象的因素（指標(biāo)）集和評價等級集；再分別確定各個因素的權(quán)重及它們的隸屬度向量，獲得模糊評判矩陣；最后把模糊評判矩陣與因素的權(quán)向量進(jìn)行模糊合成運算，得到模糊評價綜合結(jié)果[4]。

1.3 模糊綜合評價的特征

（1）模糊性。模糊子集的隸屬度函數(shù)的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗或統(tǒng)計[5]，常常帶有主觀性，但模糊性是可以度量的。模糊綜合評價的結(jié)果是一個集合，而不是一個點值。

（2）定量性。在定性與定量相結(jié)合方面，通過一定的模糊數(shù)學(xué)模型將多個評價指標(biāo)值“合成”為一個整體性的綜合評價值[6]。在精確與非精確相結(jié)合方面，經(jīng)驗性評價指標(biāo)屬于宏觀評價指標(biāo)，缺少具體的可量化測量工具，只能根據(jù)相關(guān)管理者或?qū)＜医?jīng)驗評分。

（3）多目標(biāo)性、多層次性。建立指標(biāo)分級體系，是對多指標(biāo)、多層次進(jìn)行綜合處理。

2 模糊綜合評價模型

2.1 單層次(一級)評價的模型

2.2 多層次(多級)評價的模型

從最低層次的因素開始，分別進(jìn)行初級、二級、三級……評判。

3 模糊綜合評價步驟

確定因素集（指標(biāo)體系集）U={u1，u2，…，un}。

確定評語集V={v1，v2，…，vn}={好，較好，中等，較差，差}或V={10分，8分，6分，4分，2分}。

確定各指標(biāo)ui中隸屬于V中評語的隸屬度rij，構(gòu)造準(zhǔn)則層B的各級評判分矩陣Ri。

確定各級評判權(quán)重ak，并對每一個ui，分別作出綜合決策（歸一化處理）。

系統(tǒng)分級和系統(tǒng)總的綜合評判，選擇評價適宜的合成算子，將A與R合成。

對模糊綜合評價結(jié)論進(jìn)行分析處理，并作結(jié)果說明。

4 模糊綜合評價舉例

用模糊綜合評價法對某鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的技術(shù)狀況和運行狀態(tài)進(jìn)行二級評判，過程如下：

4.1 分析該梁式橋的評判體系

圖1 橋梁評價體系

由圖1得到該橋梁技術(shù)狀況和運行狀態(tài)評判的因素集U= {U1，U2，U3，U4}；U1={u11，u12，u13，u14}；U2={u21，u22，u23，u24}；U3= {u31，u32}；U4={u41，u42，u43，u44}。

4.2 確定評判等級集

V={v1，v2，v3，v4，v5}={優(yōu)，良，中，差，很差}

4.3 確定Ui中隸屬于V中的隸屬度rij，構(gòu)造準(zhǔn)則層B的分矩陣Ri

采用10位專家評委評分法確定U1隸屬度rij，歸一化處理后結(jié)果如表1。

表1 不同因素的隸屬度

按10位專家評委評分法同樣可以確定U2、U3、U4隸屬度rij。據(jù)上表得到因素Ui與評語Vi間的模糊關(guān)系Ri，即模糊關(guān)系矩陣如下：

4.4 參照橋梁評判有關(guān)技術(shù)規(guī)程，建立評判因素權(quán)重集

4.5 選擇評判適宜的合成算子，將Ai與Ri合成，作系統(tǒng)分級和系統(tǒng)總的綜合評判

取M(●,⊕)算子

歸一化處理后得：

其和為1，無須歸一化處理。

其和為1，無須歸一化處理。

4.6 作出結(jié)論，說明結(jié)果

上述計算說明專家評委對該橋梁技術(shù)狀況和運行狀態(tài)評價為優(yōu)、良、中等、差和很差，分別為23.6﹪、42﹪、22.3﹪、10.5﹪和1.6﹪。

若賦值優(yōu)為95分，良為85分，中等為65分，差為45分，很差為35分，該橋梁技術(shù)狀況和運行狀態(tài)得分。

E=95×23.6﹪+85×42﹪+65×22.3﹪+45×10.5﹪+ 35×1.6﹪=77.9分,按優(yōu)≥95，95＞良≥85，85＞中≥65，65＞差≥45，很差＜30等級標(biāo)準(zhǔn)，評定為中等水平。

若參照DB29-147-2005《天津市城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》[8]規(guī)定的BFI和BCI評定標(biāo)準(zhǔn)所劃分的5個狀態(tài)等級和養(yǎng)護(hù)規(guī)定，如表2、表3所示：

表2 橋梁功能適應(yīng)性評定標(biāo)準(zhǔn)

表3 橋梁技術(shù)狀態(tài)評定標(biāo)準(zhǔn)

A級：完好狀態(tài)90≤BCI技術(shù)狀況和運行狀態(tài)≤100，日常保養(yǎng)；

B級：良好狀態(tài)80≤BCI技術(shù)狀況和運行狀態(tài)＜90，日常保養(yǎng)和小修；

C級：合格狀態(tài)65≤BCI技術(shù)狀況和運行狀態(tài)＜80，專項檢測后保養(yǎng)、小修或中修；

D級：不合格狀態(tài)50≤BCI技術(shù)狀況和運行狀態(tài)＜65，檢測評估后，進(jìn)行中修或大修；

E級：危險狀態(tài)BCI技術(shù)狀況和運行狀態(tài)＜50，檢測評估后，進(jìn)行大修、加固或改建。

則該橋梁應(yīng)予以中修。

5 結(jié)束語

綜合評價技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國建設(shè)工程領(lǐng)域，并且發(fā)揮著巨大的作用與效益。雖然模糊綜合評價是一種理論性和實踐性很強的活動，用專家評委評分法確定隸屬度,要求專業(yè)齊全，對評價者的綜合素質(zhì)要求較高，具體操作過程較為復(fù)雜，但借助于計算機程序既可以簡單化計算，又可以避免專家評分人為因素，利用計算機程序開發(fā)適合不同用途的綜合評價系統(tǒng)，將多種評價方法滲入于建設(shè)工程評判中來具有重要的現(xiàn)實意義。

[1]胡永宏,賀思輝.綜合評價方法[M].北京：科學(xué)出版社,2000∶1-18.

[2]張躍,鄒壽平,宿芬編著.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M].北京∶煤炭工業(yè)出版社,1992∶10-34.

[3]李寶山.管理系統(tǒng)工程[M].北京∶中國人民大學(xué)出版社,2004∶1-13.

[4]孫日瑤，宋憲華.綜合評價——理論、模型、應(yīng)用[M].銀川∶寧夏人民出版社,1993∶1-11.

[5]陳守煜.工程模糊集理論及其應(yīng)用[M].北京∶國防工業(yè)出版社,1999∶12-25.

[6]張自煌.基于模糊數(shù)學(xué)的城市綠化工程質(zhì)量綜合評價[J].科技信息,2007(16)∶30-36.

[7]郭齊勝等.系統(tǒng)建模原理與方法[M].長沙∶國防科技大學(xué)出版社,2003.26-38.

[8]天津市建設(shè)委員會.DB29-147-2005天津市城市橋梁養(yǎng)護(hù)操作技術(shù)規(guī)程[S],2005.8.1.

[9]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢∶華中理工大學(xué)出版社,1990.3-12.

Application of Fuzzy Comprehensive Evaluation in Bridge Engineering Estimation

Based on fuzzy comprehensive evaluation,according to an example of the method of evaluating bridge technical condition and running condition,the author of this paper first introduced the application of fuzzy comprehensive evaluation method in assessment of bridge engineering,and then further explained the advantages of the application of multi-type evaluation method in evaluation of bridge engineering.The effective method supported by case studies in evaluation of bridge engineering has been demonstrated for the references of the potential readers.

fuzzy mathematical model;evaluation system;bridge engineering

U447

A

1671-9107（2011）10-0012-04

重慶交通大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項目(2010(上)第6號)

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.10.012

2011-05-29

張旭（1984-），男，湖北荊門人，碩士研究生，主要從事工程力學(xué)和結(jié)構(gòu)工程方面的研究。