陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)模型研究*

劉漢增，陳桂明，胡春宇

（火箭軍工程大學(xué)，西安 710025）

0 引言

陣地工程是戰(zhàn)略導(dǎo)彈部隊(duì)為積極防御，執(zhí)行核、常反擊作戰(zhàn)任務(wù)，隱蔽、貯存和發(fā)射核、常導(dǎo)彈而構(gòu)筑的各種工程保障設(shè)施［1］。近年來，為了滿足武器裝備更新?lián)Q代的戰(zhàn)略需要，陣地工程建設(shè)的任務(wù)愈發(fā)密集，規(guī)模大、系統(tǒng)多、技術(shù)復(fù)雜的施工特點(diǎn)愈發(fā)凸顯。陣地工程，特別是大型和特大型的工程，其建設(shè)規(guī)模可達(dá)到十幾萬甚至幾十萬平方米，工程周期長、施工軸線長、作業(yè)斷面大，空氣、照明、噪聲、溫度等施工環(huán)境惡劣，成為誘發(fā)安全事故的重要因素，給部隊(duì)的安全管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，學(xué)者們?cè)趯?duì)陣地工程施工管理方面的研究中，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析、安全管理重難點(diǎn)及管理方法等的研究比較多，如張俊海等［2］分析施工中人員技能、施工監(jiān)管及地質(zhì)環(huán)境等不利因素對(duì)坑道安全的影響；鮮麒麟等［3］提出了陣地工程施工安全管理的8 個(gè)難點(diǎn)問題和加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)和組織形式；張玉良［4］在緩解工程部隊(duì)安全壓力方面，提出抓思想認(rèn)識(shí)、抓科學(xué)施工、抓組織建設(shè)和抓保障服務(wù)等具體措施，但是涉及到施工環(huán)境方面的研究較少，施工環(huán)境評(píng)價(jià)更是沒有形成體系化的研究成果。當(dāng)前，陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)常采用單因素、單指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，如常用空氣質(zhì)量、噪聲、新風(fēng)送入量、粉塵濃度等來單獨(dú)評(píng)價(jià)陣地內(nèi)部的施工環(huán)境。該方法雖然簡單方便、易于操作，但對(duì)陣地工程而言，單一指標(biāo)所反映的信息量少，無法準(zhǔn)確地表達(dá)整個(gè)施工環(huán)境真實(shí)情況。

針對(duì)多因素綜合評(píng)價(jià)的問題，使用較多的方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和綜合指數(shù)法。上述方法中，層次分析法的主觀性太強(qiáng)，模糊綜合評(píng)價(jià)法的計(jì)算過程復(fù)雜，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的評(píng)價(jià)過程屬于黑箱操作，綜合指數(shù)法對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的要求高。同時(shí)，影響環(huán)境質(zhì)量的因素既有定性的，又有定量的；有的是通過儀器測(cè)定獲得的定量數(shù)據(jù)，有的則是專家給出模糊的、定性的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)，底層指標(biāo)的種類多樣，而且評(píng)價(jià)信息存在不確定性。鑒于此，本文提出了一種基于證據(jù)推理算法的置信規(guī)則庫推理方法（belief rule base inference methodology using evidential reasoning，RIMER）。該方法的優(yōu)勢(shì)主要有［5］：1）引入置信度結(jié)構(gòu)來表達(dá)輸入數(shù)據(jù)的不確定性，用置信規(guī)則庫（belief rule base，BRB）的框架樣式將評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、專家經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)；2）以簡單證據(jù)推理的形式，能夠很好地解決不同類型的底層指標(biāo)融合計(jì)算的問題，避免了權(quán)重計(jì)算與一致性分析；3）整個(gè)評(píng)估過程透明，能夠很好地進(jìn)行因果解釋分析。

1 陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 確定施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

確定施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)是開展評(píng)價(jià)研究最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，其重點(diǎn)工作是分析、篩選和確定影響施工環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素。陣地工程中既有土建項(xiàng)目，又有安裝項(xiàng)目，分部、分項(xiàng)工程更是類別眾多，而且施工周期較長，施工環(huán)境復(fù)雜多變，鑒于此，本文采用過程分析與問卷調(diào)查相結(jié)合的方式，把陣地工程施工分為若干個(gè)分部工程或分項(xiàng)工程，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察、施工流程和工藝過程分析，識(shí)別出施工環(huán)境質(zhì)量的影響因素［6］；在此基礎(chǔ)上，編制出《陣地工程施工環(huán)境質(zhì)量影響因素調(diào)查問卷》，邀請(qǐng)火箭軍工程大學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的專家以及一線部隊(duì)機(jī)關(guān)業(yè)務(wù)人員、基層分隊(duì)主官和施工班組長共40 人，對(duì)陣地工程施工環(huán)境質(zhì)量的影響因素再次進(jìn)行識(shí)別和篩選。通過對(duì)調(diào)查問卷的整理，把陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)作為目標(biāo)層，把各類環(huán)境影響（空氣質(zhì)量、物理環(huán)境、廢棄物處理等）作為準(zhǔn)則層，把各種環(huán)境質(zhì)量因素（粉塵、照明、固體垃圾處理等）作為指標(biāo)層，建立陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義及參考標(biāo)準(zhǔn)

影響施工環(huán)境的空氣質(zhì)量因素主要有：1）氧氣含量。在狹小密閉空間和長大工程的末端，自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)效果不佳，潔凈空氣難以及時(shí)補(bǔ)充，從而導(dǎo)致空氣中的氧氣濃度低于正常值，易造成人員頭暈、四肢無力等；2）CO 濃度。爆破煙霧、機(jī)械廢氣、車輛尾氣中含有大量的CO，CO 濃度過高，可導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)視覺和聽覺障礙，甚至出現(xiàn)中毒癥狀；3）粉塵濃度。放炮、掘進(jìn)、車輛運(yùn)輸?shù)冗^程中，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，輕則干擾人員視線，重則造成肺部疾病。影響施工環(huán)境的物理因素主要有：1）環(huán)境噪聲。施工機(jī)械、車輛以及臨時(shí)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，直接影響人員間有效的溝通交流，還會(huì)對(duì)人的聽覺系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)產(chǎn)生危害；2）照明。照明條件的質(zhì)量直接影響人員對(duì)外界空間的感知，陣地工程施工照明主要依靠人造光，不良的照明易分散人員注意力，降低對(duì)安全事故的敏感性和反應(yīng)速度；3）溫度。人體在適宜的溫度下，能夠充分發(fā)揮機(jī)體工作效能，過高或過低的溫度都會(huì)降低身體的機(jī)能和勞動(dòng)效率，增大施工風(fēng)險(xiǎn)。影響施工環(huán)境的廢棄物環(huán)境主要有：1）固體垃圾處理。在施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量固體垃圾和生活垃圾，如碎石、土方、廢料、剩飯以及人體排泄物等，處理不當(dāng)會(huì)影響施工現(xiàn)場(chǎng)秩序，增加事故發(fā)生概率；2）廢水處理。施工中產(chǎn)生的廢水主要包含山體滲水、施工廢水和生活污水等，在陣地密閉、有限的環(huán)境中，若處理不當(dāng)，既干擾正常施工，又易滋生大量細(xì)菌。

為了進(jìn)一步利用指標(biāo)，就有必要確定指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)。由于目前軍隊(duì)尚未制定陣地施工環(huán)境相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，參照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》［7］和《國防工程管理學(xué)》［8］等相關(guān)內(nèi)容，確定了陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的參考標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。

表1 施工環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)

2 基于RIMER 的評(píng)價(jià)模型

RIMER 方法是基于D-S 證據(jù)理論，建立在單集和全集的辨識(shí)證據(jù)框架理論基礎(chǔ)上的一種專家系統(tǒng)分析方法［9-10］。圖2 為基于RIMER 的評(píng)價(jià)模型構(gòu)建流程。

圖2 基于RIMER 的評(píng)價(jià)模型構(gòu)建流程

2.1 構(gòu)造置信規(guī)則庫

在環(huán)境評(píng)價(jià)之前，首先要構(gòu)建環(huán)境評(píng)價(jià)的BRB。構(gòu)建BRB 的整個(gè)過程實(shí)際上就是將所有的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、專家經(jīng)驗(yàn)、環(huán)境質(zhì)量置信等級(jí)的結(jié)構(gòu)用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫框架顯示和表達(dá)的過程。BRB 用式（1）表示［11］：

式中，E={E1，E2，…，EJ}表示評(píng)價(jià)體系中所有指標(biāo)的集合，P={P1，P2，…，PI}表示BRB 中與指標(biāo)對(duì)應(yīng)的取值集合，Pi={Pi1，Pi2，…，Pi|Pi|}，|Pi| 表示集合Pi中元素個(gè)數(shù)。R={R1，R2，…，RL}表示所有結(jié)論的集合。F 是規(guī)則輸入和輸出之間的映射函數(shù)。

一條基本的置信規(guī)則是既考慮前提屬性權(quán)重和規(guī)則權(quán)重，又用置信度等級(jí)結(jié)構(gòu)來表達(dá)規(guī)則結(jié)論的“if-then”框架樣式，第k 條規(guī)則表示為［12］：

BRB 的實(shí)質(zhì)是構(gòu)建了輸入信息與輸出結(jié)果之間的映射關(guān)系，是一種更容易理解的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。如在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的BRB 中，規(guī)則為：當(dāng)氧氣含量（E11）為20%，CO 濃度（E12）為30 mg/m3，粉塵濃度（E13）為4 mg/m3時(shí)，空氣質(zhì)量（E1）的等級(jí)為（良，0.7）（中，0.3）。假設(shè)該條規(guī)則中各前提屬性的權(quán)重均為1，規(guī)則的相對(duì)權(quán)重也為1，則用式（2）表達(dá)為：

2.2 計(jì)算規(guī)則激活權(quán)重

2.2.1 輸入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

有兩點(diǎn)需要特別說明：一是當(dāng)規(guī)則庫中指標(biāo)屬性取值為某個(gè)單點(diǎn)P*時(shí)，

式中，［p，q］為輸入值xi的實(shí)際取值范圍。相似函數(shù)φ 在理論上可以保證：當(dāng)xi=Pi*時(shí)，φ 取值剛好為1；xi距離P*越遠(yuǎn)，φ 取值越小，越能夠準(zhǔn)確刻畫輸入值xi與P*的相似性。二是當(dāng)輸入值為專家經(jīng)驗(yàn)主觀判斷時(shí)，此時(shí)直接用經(jīng)驗(yàn)值當(dāng)作輸入值，無需轉(zhuǎn)換。如物理環(huán)境中的照明因素，在規(guī)則庫中的取值包括（良，中，差），實(shí)際輸入值{（良，0.5）（中，0.5）（差，0）}，則φ良=0.5，φ中=0.5，φ差=0。

2.2.2 激活權(quán)重的計(jì)算

2.3 證據(jù)推理算法集成

Wang 和Yang 等進(jìn)一步提出了證據(jù)推理的解析算法，完成了對(duì)BRB 中所有規(guī)則的證據(jù)組合［15］，其計(jì)算公式如下：

本文采用加權(quán)平均值法，將置信度評(píng)價(jià)結(jié)果單值化來確定環(huán)境質(zhì)量等級(jí)評(píng)估等級(jí)：給3 個(gè)等級(jí)依次賦予間距相等的數(shù)值c1，c2，c3，文中分別取100/80/60 來表示，計(jì)算式（9）所示。

式中，k 為待定系數(shù)，目的是控制較大的發(fā)揮βj作用，通常取k=1 或k=2。對(duì)照環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表2 所示，可得到環(huán)境質(zhì)量等級(jí)。

表2 環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 實(shí)例分析

3.1 工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)計(jì)算

某工程位于某縣境內(nèi)，地處某河中下游，屬山原峽谷型地貌。該工程施工軸線總長約12 000 m，建設(shè)總面積約320 000 m2。該工程劃分為A、B、C 3區(qū)，環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如下頁圖3～圖5 所示。假設(shè)規(guī)則庫中的規(guī)則權(quán)重均為1，規(guī)則的前提條件的相對(duì)權(quán)重均相等，構(gòu)建的置信規(guī)則庫如表3 所示。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和測(cè)量，A、B、C 3 區(qū)的指標(biāo)輸入數(shù)據(jù)如表4 所示。

表3 施工環(huán)境評(píng)價(jià)置信規(guī)則庫

表4 A、B、C 3 區(qū)的指標(biāo)輸入數(shù)據(jù)

下面以A 區(qū)為例，進(jìn)行計(jì)算過程分析。

同理，可計(jì)算出A 區(qū)的物理環(huán)境E2A、固體廢物環(huán)境E3A和施工環(huán)境EA的評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖3 所示。按照以上步驟，可計(jì)算出B 區(qū)和C 區(qū)施工環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖4、圖5 所示。

圖3 A 區(qū)施工環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

圖4 B 區(qū)施工環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

圖5 C 區(qū)施工環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)式（9）將E、E1、E2和E3進(jìn)行單值化處理，得到A、B、C 3 區(qū)施工環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖6所示。

圖6 施工環(huán)境評(píng)價(jià)單值化結(jié)果

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從整體施工環(huán)境質(zhì)量來看，A 區(qū)為II 級(jí)偏下，B區(qū)為II 級(jí)偏上，C 區(qū)為III 級(jí)偏下。B 區(qū)的施工環(huán)境質(zhì)量整體最好，特別是該區(qū)的空氣質(zhì)量達(dá)到I 級(jí)，但該區(qū)的物理環(huán)境和廢棄物環(huán)境低于整體環(huán)境質(zhì)量，溫度調(diào)控和固體垃圾處理工作有待加強(qiáng)；A 區(qū)的物理環(huán)境為III 級(jí)偏下，嚴(yán)重制約了整體的施工環(huán)境質(zhì)量，特別是噪聲和照明兩個(gè)環(huán)境指標(biāo)有待改善；C 區(qū)位于陣地末端，通風(fēng)條件和交通狀況較差，雖在物理環(huán)境調(diào)控方面有所側(cè)重，但是整體施工環(huán)境質(zhì)量仍較差，需要持續(xù)加強(qiáng)機(jī)械通風(fēng)和廢棄物處理工作。

4 結(jié)論

針對(duì)陣地工程施工環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)類型的多樣性和評(píng)價(jià)信息的不確定性問題，在融合測(cè)量數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了一種基于置信規(guī)則庫的證據(jù)推理的評(píng)估模型，將傳統(tǒng)的單一因素環(huán)境評(píng)價(jià)上升為體系化的綜合環(huán)境評(píng)價(jià)。結(jié)合工程施工實(shí)際，運(yùn)用模型對(duì)A、B、C 區(qū)施工環(huán)境進(jìn)行分析計(jì)算，其中B 區(qū)最佳，A 區(qū)次之，C 區(qū)最差，符合某工程施工的實(shí)際情況。同時(shí)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，掌握各區(qū)域內(nèi)的氧氣含量、溫度、廢棄物處理等8 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)整體施工環(huán)境的影響，為科學(xué)地制定改善施工環(huán)境措施提供了理論依據(jù)。