基于FAHP的地連墻施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

周 蕾

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013)

基于FAHP的地連墻施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究

周 蕾

(華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013)

利用風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)法對地連墻施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別，結(jié)合層次分析法、Delphi法和模糊數(shù)學(xué)理論，建立了風(fēng)險(xiǎn)因素集，確定各因素權(quán)重和評判矩陣，構(gòu)建出模糊評價(jià)模型，并以武漢地鐵車站地連墻工程為例，驗(yàn)證了該風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法的實(shí)用性。

模糊層次分析法，地連墻施工，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

0 引言

地連墻因其剛度大，能承受作用于墻面上的側(cè)壓力、具有擋水防滲功能，施工振動(dòng)小、噪聲小、占地少，對鄰近建筑物和地下管線的影響相對較少，且可以兼作地下車站結(jié)構(gòu)的一部分，成為地鐵施工過程中常用的深基坑作業(yè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而其施工一般場地狹小、工程技術(shù)要求高、施工工序復(fù)雜等不確定性風(fēng)險(xiǎn)因素多，因此有必要對地鐵車站地連墻施工過程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別、分析和評價(jià)。

目前國內(nèi)對基坑工程風(fēng)險(xiǎn)多是進(jìn)行整體宏觀性研究，龍小梅、陳龍珠[1]用故障樹法對基坑排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、放坡開挖進(jìn)行研究，找出其潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，證實(shí)該法在基坑工程中的可行性。謝雄耀、杜軍[2]提出基于層次分析樹的概率估價(jià)方法用于定量風(fēng)險(xiǎn)的分析。杜修力、高云昊等[3]把網(wǎng)絡(luò)分析法應(yīng)用到地下工程風(fēng)險(xiǎn)評估中，運(yùn)用MATLAB對各風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷矩陣及加權(quán)矩陣進(jìn)行分析和運(yùn)算。雖然許多學(xué)者針對基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)研究得出了許多成果，但對基坑工程施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制的研究并不多，徐志發(fā)[4]探討在富水、軟土、含砂土層條件下超深地連墻的施工風(fēng)險(xiǎn)控制，但沒有定量與定性結(jié)合分析標(biāo)準(zhǔn)體系層間的非序列關(guān)系。因此，本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合地連墻工藝特點(diǎn)，運(yùn)用層次分析法、Delphi法和模糊數(shù)學(xué)理論，對地連墻施工的主要技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 地下連續(xù)墻施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 建立風(fēng)險(xiǎn)因素集

由于車站地質(zhì)狀況的差異、開挖深度及墻體厚度的不同，地連墻施工風(fēng)險(xiǎn)存在差異。根據(jù)模糊層次分析法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分為三個(gè)層次：影響地連墻質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)評估層為目標(biāo)層(A)，影響因素作為準(zhǔn)則層(B)，施工中事故層為(C)，如圖1所示。

1.2 確定評語集

評語集是對評判對象做出的各種評價(jià)結(jié)果組成的集合，記為：

V={V1,V2,V3,V4,V5}[5]。

其中，V={風(fēng)險(xiǎn)極大，風(fēng)險(xiǎn)較大，風(fēng)險(xiǎn)一般，風(fēng)險(xiǎn)較小，風(fēng)險(xiǎn)很小}。

1.3 構(gòu)建模糊互補(bǔ)判斷矩陣

建立風(fēng)險(xiǎn)因素層次模型后，要構(gòu)造各層次元素的模糊矩陣。本文采用一個(gè)因素與另一個(gè)因素相比的重要程度的定量比較，從而得到模糊判斷矩陣。用九標(biāo)度法做出因素間的數(shù)量標(biāo)度，如表1所示。

表1 因素間的數(shù)量標(biāo)度

依據(jù)表1因素間的數(shù)量標(biāo)度，設(shè)風(fēng)險(xiǎn)因素為a1,a2，…，an，將其兩兩相互進(jìn)行比較并組合構(gòu)成模糊判斷矩陣：

A=(aij)n×n

(1)

矩陣A滿足模糊互補(bǔ)矩陣的條件：(aij)+(aji)=1，因此，判斷矩陣A是模糊互補(bǔ)判斷矩陣。

對A矩陣的各行求和：

(2)

引入數(shù)學(xué)變換：

(3)

將式(2)代入式(3)得模糊一致性矩陣R：

R=(rij)n×n

(4)

對矩陣R進(jìn)行和歸一處理，得到因素排序向量W：

W=(W1,W2,…,Wn)T

(5)

W矩陣是模糊判斷矩陣A的重要性權(quán)重向量，W滿足：

(6)

(7)

其中,i=1,2,…，n且Wi≥0。

則判斷矩陣A的特征矩陣為W*：

W*=(Wij)n×n

(8)

1.4 模糊互補(bǔ)判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

在實(shí)際工程應(yīng)用中，某一層次的風(fēng)險(xiǎn)因素較多，模糊判斷矩陣會出現(xiàn)不一致的情況，這就需要專家給出判斷信息，直至模糊互補(bǔ)判斷矩陣達(dá)到一致性為止。本文選用的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是模糊判斷矩陣和其他特性矩陣的相容性指標(biāo)。設(shè)模糊判斷矩陣A和B，則有A與B的相容性指標(biāo)I(A,B)：

(9)

當(dāng)相容性指標(biāo)I(A,W)≤α?xí)r(α為決策者的態(tài)度)，則認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性。決策者的態(tài)度α取值越來越小，表明決策者的一致性要求越來越高。一般取α=0.1。

1.5 計(jì)算組合權(quán)重排序

上一層A包含n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素A1,A2,…，An，其在本層所占的權(quán)重分別為a1,a2，…,an，下一層B包含m個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素B1，B2，…，Bn，它們對于因素Aj的層次單排序重要權(quán)重分別為bj1，bj2，…，bjm(假如在實(shí)際工程中，Bk與Aj無聯(lián)系，那么bjk=0)。B層總權(quán)重向量(b1，b2，…，bn)可按照式(10)來計(jì)算：

(10)

其余層的權(quán)重也按照這樣的方法逐層計(jì)算，直到最底層為止，可以得到所有風(fēng)險(xiǎn)因素相對于目標(biāo)層的權(quán)重排序，實(shí)現(xiàn)所有影響因素的重要性排序。

1.6 模糊綜合評價(jià)

根據(jù)模糊層次分析模型，由低層向高層確定權(quán)重分配并進(jìn)行高層的綜合評價(jià)，最后將評價(jià)結(jié)果具體量化，作為最終的評價(jià)結(jié)果，用W*1表示。

W*1=W×VT

(11)

一般認(rèn)為，當(dāng)W*1<0.3時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較低；當(dāng)0.30.7時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較高[6]。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

武漢市軌道交通6號線武勝路站位于漢口區(qū)中山大道與武勝路交叉路口，采用整體式鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐系統(tǒng)支護(hù)，明挖法施工?；涌傞L144 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬22.5 m、基坑深度約為23.99 m，基坑開挖面積約3 350 m2。

2.2 地下連續(xù)墻施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

對類似項(xiàng)目的專家進(jìn)行問卷調(diào)查，分析比較準(zhǔn)則層各因素的重要性程度，判斷出模糊互補(bǔ)判斷矩陣，并將各因素間模糊互補(bǔ)矩陣轉(zhuǎn)化為模糊一致性矩陣，如表2所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可看出，組合權(quán)重值W=(0.369，0.24，0.227，0.174)，即為鋼筋混凝土風(fēng)險(xiǎn)B2，地面沉降B3，坍塌鼓包B4，滲透漏水B1。

目標(biāo)層評價(jià)指標(biāo)對于評語集及權(quán)重值計(jì)算可得:

W*1=W×VT=(0.369 0.24 0.227 0.174)×(9 7 5 3)T=5.749 8。則地連墻施工過程的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)值介于5～7之間，風(fēng)險(xiǎn)程度為中等風(fēng)險(xiǎn)。因此在地連墻的整個(gè)施工過程中，應(yīng)按照上述排序來進(jìn)行重點(diǎn)控制，預(yù)防質(zhì)量偏差的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)對基坑工程風(fēng)險(xiǎn)的控制。

表2 模糊互補(bǔ)判斷矩陣與模糊一致性矩陣

3 結(jié)語

1)模糊層次分析法在分析目標(biāo)重要性程度時(shí)，減少了主觀因素的影響，有效地保證了結(jié)果的可靠性，工程實(shí)例分析結(jié)果表明了該模型的適用性；本實(shí)例工程評價(jià)結(jié)果表明：影響地連墻的風(fēng)險(xiǎn)因素主要是澆筑混凝土和吊放鋼筋籠的風(fēng)險(xiǎn)。

2)由于地下連續(xù)墻工程施工過程工序極為復(fù)雜，涉及風(fēng)險(xiǎn)因子極多，獲得全面、完整、準(zhǔn)確的工程客觀數(shù)據(jù)難度較大，使得風(fēng)險(xiǎn)分析評價(jià)主要依靠主觀估計(jì)。本文在風(fēng)險(xiǎn)識別的基礎(chǔ)上提出了一種基于層次分析法、Delpli法和模糊理論相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，偏于實(shí)際的角度建立的風(fēng)險(xiǎn)模型，理論的系統(tǒng)科學(xué)性還有待進(jìn)一步完善。

[1] 龍小梅，陳龍珠.基坑工程安全的故障樹分析方法研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2005,25(4)：363-368.

[2] 謝雄耀,杜 軍.非開挖施工中風(fēng)險(xiǎn)概率估價(jià)方法分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006,2(1)：70-73.

[3] 杜修力，高云昊，張明聚，等.網(wǎng)絡(luò)分析法及地下工程分析中的應(yīng)用[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010(43):353-357.

[4] 徐志發(fā).超深地下連續(xù)墻施工關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)控制[J].隧道與地下工程，2010,28(5)：95-98.

[5] Dorota Kuchta.項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評估中模糊數(shù)的應(yīng)用研究[J].項(xiàng)目管理國際學(xué)報(bào)，2001,19(5)：305-310.

[6] 李伯勛，歐 莉.模糊層次分析法在高速公路特許經(jīng)營項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的應(yīng)用研究[J].2006，31(6)：96-98.

Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) to connect the wall construction risk assessment research

Zhou Lei

(InstituteofCivilEngineeringandConstruction，EastJiaotongUniversity，Nanchang330013，China)

This paper using the method of risk analysis of the structure on the risk identification, combined with Analytic Hierarchy Process (AHP), Delphi method and fuzzy mathematics theory, establish risk factors set, determine the factor weights and evaluation matrix, build a fuzzy evaluation model. Paper in Wuhan subway station to the wall, for example, the risk assessment method was verified according to the results for the risk response measures in the process of underground continuous wall construction.

Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP), wall construction, technical risk, risk assessment

2015-01-06

周 蕾(1988- )，女，在讀碩士

1009-6825(2015)08-0241-03

TU712

A