基于D-S 證據(jù)理論的高樁碼頭施工風(fēng)險評估

吳景泰，張強

（沈陽航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

高樁碼頭施工過程是較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有較強不確定性和復(fù)雜性，對高樁碼頭施工中風(fēng)險評估的研究具有重要意義。D-S 證據(jù)理論是研究不確定性的理論，是決策層融合中最常用的人工智能方法，它在識別不確定性和準確反映證據(jù)收集過程方面具有很大的靈活性。綜合運用AHP 法對指標體系中各指標進行賦權(quán)，利用D-S 證據(jù)理論建立了高樁碼頭風(fēng)險評估模型，降低了施工風(fēng)險評估的不確定性，為更加科學(xué)合理地評估高樁碼頭施工風(fēng)險。

1 高樁碼頭施工風(fēng)險評估指標體系

高樁碼頭施工風(fēng)險是由諸多風(fēng)險因素構(gòu)成的，包括施工技術(shù)、自然條件以及管理缺陷等眾多因素，識別難度較大而且整理不易。為了科學(xué)評估其施工風(fēng)險，本文通過專家調(diào)查法和文獻綜述等方式進行風(fēng)險識別，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)“MMEM”理論，從影響施工風(fēng)險的“人機環(huán)管”四個要素出發(fā)，根據(jù)指標建立的科學(xué)性和系統(tǒng)性的原則對施工的風(fēng)險因素進行科學(xué)篩選和歸納分類建立三層指標的風(fēng)險評價體系（見表1）。

2 基于D-S 證據(jù)理論的高樁碼頭施工風(fēng)險評價模型的構(gòu)建

2.1 評價標準的確定

根據(jù)高樁碼頭施工風(fēng)險評價指標體系，將評價標準按安全情況劃分為4 個等級。邀請專家對評價指標因素進行打分，設(shè)置如下安全等級評價標準（見表2）。

取中間值建立評語等級參數(shù)集D=（0.15,0.45,0.7,0.9）

2.2 指標權(quán)重的確定

層次分析法簡單并容易操作且判斷結(jié)果相對客觀，是進行指標權(quán)重計算的一種有效途徑。通過此方法計算高樁碼頭施工風(fēng)險的權(quán)重結(jié)果（見表1）。

2.3 基本概率分配函數(shù)的確定

（1）各指標的基本確信度的確定。在評判因素集 R中，由專家打分法得到底層因素Rijz隸屬于等級Pi的確信度βPi(Rijz)，則單因素評判集為

（2）基本概率分配計算。在D-S 證據(jù)理論中，a 表示決策者對整個證據(jù)的似真度，其中0 ≤a ≤1，參數(shù)α 的含義大致上反映決策者對指標評價結(jié)果所給出的折扣率，一般取a=0.9。以下根據(jù)指標間的相對權(quán)重確定相應(yīng)的折扣率，并結(jié)合專家評語構(gòu)造基本概率分配函數(shù)(即mass 函數(shù))：

其中，Wijk是關(guān)鍵因素的權(quán)重即各因素集中權(quán)重最大的因素；Wijz是非關(guān)鍵因素的權(quán)重；也可記作mθ，表示未被分配到的概率，主要對不確定性程度作出闡述。

表1 沿海高樁碼頭施工風(fēng)險指標體系及權(quán)重

（3）證據(jù)融合。基本概率的分配是根據(jù)有經(jīng)驗的專家打分計算得出，具有一定的主觀性，評價結(jié)果存在一定的偏差。因此，在通過證據(jù)理論分析時，需要對數(shù)據(jù)進行證據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合。利用公式對各因素的mass 值進行數(shù)據(jù)合成，可逐步得到各指標層的合成基本概率值，最后，求出整個系統(tǒng)的基本概率分配函數(shù)。其遞推合成算法如下：

表2 安全等級評價表

式中，K 為各證據(jù)間沖突程度的大小，K 越大則沖突程度越大，當K ＞1 時則m1與m2矛盾,即說明兩個基本概率分布函數(shù)的正交和不存在，無法證據(jù)融合。

（4）綜合評價。高樁碼頭施工過程是具有眾多風(fēng)險影響因素的復(fù)雜的工程系統(tǒng)，為了使評價結(jié)果更加直觀，本文采用線性模型作為高樁碼頭風(fēng)險評價函數(shù)，由此得到基于證據(jù)理論的高樁碼頭工程的風(fēng)險評價量化值，計算公式為：

3 實例分析

某碼頭位于洋山深水港區(qū)東部，所在水域比較開闊，建有防波堤，風(fēng)浪掩護措施相對完善。工程施工工序復(fù)雜，因此對該工程進行科學(xué)的的風(fēng)險評估。

mass 函數(shù)的計算。通過上文所給的基本概率計算公式對專家評分進行處理，將其與各指標體系權(quán)重結(jié)合，進行證據(jù)融合。

以R11為例，說明構(gòu)造mass 函數(shù)的具體過程，以下是專家對R11進行評分得到其風(fēng)險狀態(tài)概率值（見表3）。

表3 R11 的風(fēng)險狀態(tài)概率值

因為R112為關(guān)鍵因素，則R111、R112、R113折扣率分別為根據(jù)基本概率計算公式得出其mass 函數(shù)：

根據(jù)遞推合成算法進行合成得到R11的mass 函數(shù)

同理可得M(R111＆R112)=（0.418,0.30,0.101,0.087.0.087）

將其與m（R113）繼續(xù)融合得到

同理可以依次計算得出各二級指標層所處各風(fēng)險評估等級的概率，結(jié)合權(quán)重可計算出一級指標的可信度分配值為：

利用同樣的方法對一級指標數(shù)據(jù)進行處理，可以最終計算出系統(tǒng)的總的可信度分配。

表4 高樁碼頭工程項目的可信度分配

（2）評價結(jié)果及分析。通過對各項指標進行證據(jù)融合計算，得到最終證據(jù)信息融合的結(jié)果為Bel=0.942，Pl=1，因此，不確定度為0.058。根據(jù)公式，可以得到項目工程施工階段的評估分數(shù)為：

其中，指標R1、R2、R3、R4的評價分數(shù)為：S1=0.6767，S2=0.7109，S3=0.6235，S4=0.6919

根據(jù)以上信息可知，經(jīng)過證據(jù)信息融合后，該碼頭工程施工風(fēng)險評價結(jié)果為一般風(fēng)險。而且經(jīng)過證據(jù)信息融合后，信任函數(shù)逐漸增大，其不確定性逐漸降低，評價結(jié)果更準確。具體來說，技術(shù)及設(shè)備風(fēng)險與其他因素相比較高，雖然處于一般風(fēng)險級別，但分值較接近較高風(fēng)險，是該碼頭施工項目管理中的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)該加強其管控。隨后是人員風(fēng)險和管理風(fēng)險，環(huán)境風(fēng)險相對較小，施工方可根據(jù)風(fēng)險排序?qū)Ω邩洞a頭施工進行有針對性的風(fēng)險管理。

4 結(jié)語

本文從人員風(fēng)險、技術(shù)及機械設(shè)備風(fēng)險、自然風(fēng)險、管理風(fēng)險四個方面分析，在構(gòu)建風(fēng)險評價指標體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合高樁碼頭施工的特點，提出基于D-S 證據(jù)理論的高樁碼頭施工風(fēng)險評價模型。引入折扣系數(shù)對mass 函數(shù)進行調(diào)整，通過證據(jù)融合的方法將數(shù)據(jù)合成，使評價結(jié)果更準確更客觀，評價模型更加完善。從理論上分析，應(yīng)用D-S 證據(jù)理論進行高樁碼頭風(fēng)險評估是可行的，而且更符合風(fēng)險本身的不確定性和人為判斷問題的主觀性，為高樁碼頭施工過程中的風(fēng)險管理提供新的理論依據(jù)。