基于Choquet模糊積分的施工導(dǎo)流風(fēng)險評估

樊國剛

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

水電能源由于其具有可再生、無污染、成本低等優(yōu)點，已成為大力發(fā)展的新型能源之一[1- 3]。為加大水電能源的利用程度，近年來國內(nèi)大力建設(shè)水利工程，大型水電工程相繼建設(shè)并投入使用，為國內(nèi)經(jīng)濟帶來了較大幅度的提升[4- 5]。目前國內(nèi)對水電能源的需求量日益加大，據(jù)調(diào)查顯示，截止到2020年對水電能源的開發(fā)程度要達到60%以上[6]。施工導(dǎo)流貫穿整個建設(shè)期，建設(shè)質(zhì)量直接影響水利工程，因此，從觀測數(shù)據(jù)出發(fā)，評估施工導(dǎo)流質(zhì)量及管理方案的風(fēng)險具有十分重要的意義[7]。

目前針對施工導(dǎo)流風(fēng)險評估的研究，國內(nèi)已取得了一定的進展。張光飛等[8]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了施工導(dǎo)流風(fēng)險評估模型，指出了施工導(dǎo)流風(fēng)險評估的不確定性因素，并以此為基礎(chǔ)建立了評價指標體系，確定出施工導(dǎo)流風(fēng)險等級為低風(fēng)險；劉全等[9]應(yīng)用Monte-Carlo方法對梯級環(huán)境下水電站施工導(dǎo)流進行了風(fēng)險評估，指出了影響風(fēng)險的關(guān)鍵因素；付克斌等[10]基于多目標模糊比選決策方法對施工導(dǎo)流風(fēng)險進行了評估，確定了不同指標權(quán)重，對施工導(dǎo)流從造價、工期、管理等方面進行了綜合評估，得出的結(jié)論具有一定的代表性。

雖然目前針對施工導(dǎo)流風(fēng)險性評估有了一定的研究，但目前的研究并未從施工導(dǎo)流本身的質(zhì)量檢測出發(fā)，直接分析由本身質(zhì)量對風(fēng)險造成的影響。因此本文從原型觀測的數(shù)據(jù)出發(fā)，綜合考慮施工導(dǎo)流的風(fēng)險，對施工導(dǎo)流的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 施工導(dǎo)流原型數(shù)據(jù)觀測

位移監(jiān)測采用測角前方交會法觀測，交會的工作基點由水平控制網(wǎng)校核，水平控制網(wǎng)由兩個大地四邊形和兩個內(nèi)插點組成，共4個基點，布置于兩岸邊坡上，采用徠卡TC- 2003全站儀完成測量任務(wù)[11- 12]。

監(jiān)測的橫向位移及縱向位移結(jié)果如圖1所示。由圖中可以看出，在建設(shè)期內(nèi)該施工導(dǎo)流的橫向位移及縱向位移均為出現(xiàn)較大的情況，橫向位移最大僅為12.5mm，縱向位移最大僅為14.0mm，均在風(fēng)險較低的范圍之內(nèi)。各階段位移在不同時間段內(nèi)的變化幅度較低，基本未出現(xiàn)位移驟增或驟降的情況，可保證施工導(dǎo)流在工程建設(shè)期內(nèi)保證正常使用。

對施工導(dǎo)流不同位置溫度檢測的溫度場分布圖如圖2—3所示。由圖中可以看出，在2月和8月分別對施工導(dǎo)流與兩岸連接處、施工導(dǎo)流主體的溫度進行監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，施工導(dǎo)流自身溫度場分布較均勻，并且與外界溫度基本保持一致。與兩岸連接處，施工導(dǎo)流由內(nèi)到外溫度逐漸降低，主體中心在2月及8月的溫度分別達到了20℃和26℃。主體部位同樣呈現(xiàn)由內(nèi)到外溫度逐漸降低的趨勢，在2月及8月的溫度分別為18℃和28℃，對自身質(zhì)量的影響較低。

綜上所述，通過對施工導(dǎo)流位移及溫度的監(jiān)測可知，施工導(dǎo)流位移及溫度總體較低，呈現(xiàn)風(fēng)險較低的狀態(tài)。

圖1 施工導(dǎo)流橫向位移、縱向位移監(jiān)測

圖2 施工導(dǎo)流與兩岸連接處自身溫度場分布圖(左圖為2月，右圖為8月)

圖3 施工導(dǎo)流主體自身溫度場分布圖(上圖為2月，下圖為8月)

2 施工導(dǎo)流風(fēng)險評估

結(jié)合前文的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用建立施工導(dǎo)流模糊風(fēng)險評估模型，具體步驟如下：

可設(shè)有限集合Y={y1，y2，…，yn}，模糊測度Gη可用下式計算[13- 14]：

(1)

本文采用突變級數(shù)法劃分風(fēng)險等級，將施工導(dǎo)流風(fēng)險分為5個等級。

突變級數(shù)法綜合確定指標的評價體系，突變系統(tǒng)共分為4種類型[15]，每種模型的控制變量形式與歸一化公式見表1。劃分出的風(fēng)險等級見表2。

從原型觀測數(shù)據(jù)出發(fā)，建立施工導(dǎo)流風(fēng)險評估評價指標體系，從施工導(dǎo)流本身質(zhì)量監(jiān)測及施工導(dǎo)流運行維護2個方面建立指標體系，其中施工導(dǎo)流本身質(zhì)量指標包括橫向位移、縱向位移、兩岸連接處溫度和主體溫度，而運行維護指標包括管理制度科學(xué)性、數(shù)據(jù)采集實時性、管理人員技術(shù)性及相關(guān)制度健全性，具體指標體系如圖4所示。

表1 相關(guān)公式

表2 不同風(fēng)險等級標準值

圖4 指標體系

通過現(xiàn)場調(diào)查，得出不同指標的風(fēng)險估計值見表5。模糊度計算結(jié)果見表6。由表6可以看出，施工導(dǎo)流自身質(zhì)量和運行維護情況的η值差距不大，而2個指標模糊度值分別為0.786和0.797，在較低風(fēng)險等級范圍內(nèi)，而C11～C24共8個指標的模糊度值也均在較低風(fēng)險范圍內(nèi)，表明施工導(dǎo)流風(fēng)險等級為較低風(fēng)險，與實際情況一致。

表5 不同指標風(fēng)險估計值

表6 評估指標模糊度分析

3 結(jié)語

施工導(dǎo)流的質(zhì)量好壞直接影響水利工程的質(zhì)量及建設(shè)工期，為保證施工導(dǎo)流的建設(shè)質(zhì)量，對施工導(dǎo)流進行風(fēng)險評估是十分必要的。本文從原型觀測的實測數(shù)據(jù)出發(fā)，表明了施工導(dǎo)流在運行建設(shè)期間的橫向位移、縱向位移及溫度場分布的變化規(guī)律，并基于模糊分析法及突變級數(shù)法，對風(fēng)險進行了評估，指出施工導(dǎo)流處于較低風(fēng)險的等級范圍內(nèi)。本文從施工導(dǎo)流自身質(zhì)量及運行管理2個層面出發(fā)，建立評價指標體系，在今后的研究中可從對環(huán)境的影響方面，綜合分析施工導(dǎo)流風(fēng)險度。