基于層次分析法的巖土工程勘察安全風險預測研究

尹永川

(天水建筑設計院，甘肅 天水 741000)

巖土工程勘察、設計以及施工等環(huán)節(jié)對安全要求很高，其中巖土工程勘察屬于基本環(huán)節(jié)，是后期實施巖土工程設計與施工的關鍵，可直接影響到整個工程項目的建設工期、安全性以及質(zhì)量等[1]。因巖土工程勘察應用繁多，且不同工程地質(zhì)條件也有所不同，所以各類巖土工程項目施工前勘察作業(yè)的安全風險也存在差異。為保障巖土工程勘察作業(yè)的安全性，尤其對野外等特殊環(huán)境下的巖土工程勘察作業(yè)而言，需在實際勘察作業(yè)前，實施科學可靠的安全風險預測[2-4]?？茖W可靠的安全風險預測有助于相關人員對巖土勘察作業(yè)中可能發(fā)生的風險具備一定的提前防范措施，有效規(guī)避風險的發(fā)生，為保障作業(yè)人員的安全、提升整體工程項目的安全性奠定基礎[5]。層次分析法屬于當前較為常見的一類風險預測方法，該方法可結合定量與定性分析實施層級分化，通過目標層、準則層及指標層的層級結構分解決策問題的相關元素，并運用各層元素相互制約影響的關系，獲得各元素針對上層級的權重值[6-7]。該方法的關鍵優(yōu)點在于其使用過程簡單、綜合性較強、應用范圍較廣且具有較高的系統(tǒng)性等，可通過僅有的定量信息達到相關風險數(shù)學化的目的，可為有效規(guī)避風險提供科學依據(jù)[8]。

本文運用層次分析法，以所構建的巖土工程勘察安全風險預測指標體系為依據(jù)，建立巖土工程勘察安全風險層次結構模型，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風險的預測，為實際勘察作業(yè)中有效規(guī)避此類關鍵風險提供科學合理的依據(jù)，有效降低整體風險程度，保障勘察作業(yè)人員的人身財產(chǎn)安全。

1 巖土工程勘察安全風險預測

1.1 安全風險因素分析

以巖土工程勘察過程中將會遭遇到的各類安全風險為依據(jù)，將巖土工程勘察安全風險劃分為基礎安全風險與專業(yè)安全風險2種。

(1)基礎安全風險因素分析。在巖土工程勘察過程中或許會遭遇到的存在相同特點的安全風險即為基礎安全風險，此種安全風險可在巖土工程勘察過程中的任何環(huán)節(jié)內(nèi)存在，不被具體勘察的領域及任務限制[9]。巖土工程勘察過程中的基礎安全風險種類見表1。

表1 巖土工程勘察基礎安全風險種類Tab.1 Types of basic safety risks of geotechnical engineering investigation

(2)專業(yè)安全風險因素分析。在巖土工程勘察過程中，遇到的具有特殊特征的安全風險即為：專業(yè)安全風險，此種安全風險僅存在于巖土工程專業(yè)領域內(nèi)，同勘察內(nèi)容具有緊密的關聯(lián)性[10-11]。巖土工程勘察過程中的專業(yè)安全風險種類及存在環(huán)節(jié)，詳見表2。

表2 巖土工程勘察專業(yè)安全風險種類及存在環(huán)節(jié)Tab.2 Types and existing links of safety risks in geotechnical engineering investigation

1.2 基于風險因素指標的預測指標體系設計

結合表1與表2所分析的巖土工程勘察基礎安全風險與專業(yè)安全風險，通過相關專家投票的方式，由2種安全風險內(nèi)選取出對巖土工程勘察安全風險影響較大的安全風險因素，實施編碼，實現(xiàn)巖土工程勘察安全風險預測指標體系的構建，詳見表3。

表3 巖土工程勘察安全風險預測指標體系Tab.3 Safety risk prediction index system of geotechnical engineering investigation

1.3 巖土工程勘察安全風險預測

層次分析法的巖土工程勘察安全風險預測過程包括：建立巖土工程勘察安全風險層次結構模型、專家賦值創(chuàng)建判斷矩陣、逐層一致性檢驗、綜合指標權重運算以及整體排序等，如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察安全風險預測過程Fig.1 Safety risk prediction process of geotechnical engineering investigation

(1) 創(chuàng)建層次結構模型。依據(jù)所構建的巖土工程勘察安全風險預測指標體系與分解法的基礎理念，結合層次分析法創(chuàng)建包含目標層、準則層及指標層(方案層)的巖土工程勘察安全風險層次結構模型，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風險的系統(tǒng)分解。其中目標層即為預測的最終目標；準則層通常包含數(shù)個準則，屬于預測所遵循的規(guī)范準則；指標層以上2層為約束，包含數(shù)個詳細預測指標[12]。巖土工程勘察安全風險層次結構模型如圖2所示。層次結構模型中的目標層為巖土工程勘察整體安全風險，準則層由環(huán)境、材料、設備以及技術4種風險元素構成；指標層為對應準則層各風險元素的各個風險指標。

圖2 巖土工程勘察安全風險層次結構模型Fig.2 Hierarchical structure model of geotechnical engineering investigation safety risk

(2)建立判斷矩陣。以上層的某個元素為約束，兩兩對比相同層次內(nèi)不同元素間的相對關鍵程度，此即為判斷矩陣的任務[13]。在運用層次分析法測量預測指標的相對關鍵程度時，可通過將“1—9”標度法融入，并結合專家賦值的方式實現(xiàn)判斷矩陣的建立[14]?！?—9”標度法的定義見表4。為檢驗判斷矩陣的科學性，需對判斷矩陣實施一致性檢驗，通過一致性檢驗判別專家賦值的一致性。其中對判斷矩陣實施一致性檢驗時，可采用對判斷矩陣最大特征根和其對應的特征向量實施運算實現(xiàn)[15]。以逐層一致性檢驗的方式實施檢驗，若未通過檢驗則返回至專家賦值，重新建立此層判斷矩陣；若通過檢驗，則此層判斷矩陣建立完成。直至各層判斷矩陣均完成建立之后，對每一層元素對目標的合成權重實施運算，獲取到綜合指標權重實現(xiàn)綜合判斷后，完成整體排序，將最終整體目標內(nèi)巖土工程勘察安全風險層次結構模型指標層中不同元素的關鍵程度確準，尋找到對巖土工程勘察安全風險影響較高的元素，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風險的預測。

表4 “1—9”標度法定義Tab.4 Definition of "1-9" scaling method

2 實際應用結果分析

以某地公路邊坡滑塌巖土工程為例，運用本文方法預測此巖土工程勘察的安全風險，預測出對其整體勘察安全風險影響最高的風險元素，并與此工程勘察作業(yè)的實際狀況相比較，檢驗本文方法的預測效果。實驗巖土工程的邊坡高度與坡率分別為27.52 m和1.0∶0.8，表面設有網(wǎng)狀防護，因突發(fā)暴雨天氣導致此邊坡出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，造成部分道路堵塞無法通行。實驗巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場情況如圖3所示。

圖3 實驗巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場情況Fig.3 Site condition of slope collapse in experimental geotechnical engineering

通過本文方法對實驗巖土工程勘察安全風險實施預測，得出各層次指標元素針對上層指標元素的相對權重，所得結果詳見表5。

表5 各層次指標元素的相對權重Tab.5 Relative weight of each level index element

依據(jù)表5中的相對權重獲得各指標對實驗巖土工程整體勘察安全風險的合成權重值，同時以合成權重值為依據(jù)實施整體指標排序，運用所得結果分析各指標元素對實驗巖土工程整體勘察安全風險的影響程度。各指標合成權重值及排序情況見表6。結合表5與表6可以得出，對于實驗巖土工程整體勘察安全風險而言，4種風險元素的影響程度由高到低依次為E4、E1、E3、E2，即技術風險元素對實驗巖土工程整體勘察安全風險的影響程度最高，材料風險元素的影響程度最低；從各指標對實驗巖土工程整體勘察安全風險影響程度的整體排序可看出，F(xiàn)12、F11及F2排在前3位，也就是槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查，地基土堆混凝土板的抗滑試驗以及大風和雷雨天氣的作業(yè)風險3項指標對整體勘察安全風險的影響程度相對更高。

表6 各指標合成權重值及排序情況Tab.6 Composite weight value and ranking of each index

為檢驗本文方法所得排序結果的有效性，現(xiàn)運用CR指標對本文方法預測結果實施一致性檢驗。檢驗中若CR指標值低于0.1，則判定為通過一致性檢驗；若CR指標值高于或等于0.1，則判定為未通過一致性檢驗；當CR指標值為0時，則判定為預測結果符合完全一致性。一致性檢驗結果詳見表7。通過表7可得出，本文方法所得預測結果的CR值均小于0.1，可見，本文方法預測結果均能夠通過一致性檢驗，具有較好的一致性，預測結果可靠性較高。

表7 預測結果的一致性檢驗Tab.7 Consistency test of prediction results

3 結論

巖土工程施工前需派遣相關人員實施現(xiàn)場勘察，而現(xiàn)場勘察作業(yè)中因各類因素影響導致存在不同程度的安全風險，為此需在實際勘察作業(yè)前實施相應的安全風險預測，有效規(guī)避風險事故的發(fā)生，提升勘察的安全性。

本文針對一種基于層次分析法的巖土工程勘察安全風險預測方法展開研究，通過分析巖土工程勘察過程中所存在的各類安全風險，結合專家投票選出主要風險因素，構建巖土工程勘察安全風險預測指標體系，運用層次分析法依據(jù)該指標體系建立巖土工程勘察安全風險層次結構模型。通過專家賦值創(chuàng)建各層次判斷矩陣，并經(jīng)由逐層一致性檢驗后，運算出綜合指標權重，進行整體排序，獲取巖土工程勘察整體安全風險影響最高的各指標元素，完成對巖土工程勘察安全風險的預測。將本文方法應用于某巖土工程勘察安全風險預測中，預測結果表明，槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查對實驗巖土工程整體勘察安全風險的影響程度高達0.293，是全部風險指標中影響程度最高的一項指標；其次為地基土堆混凝土板抗滑試驗與雷雨天氣作業(yè)風險兩項指標，二者對實驗巖土工程整體勘察安全風險的影響程度分別為0.195和0.151。在實驗巖土工程的實際現(xiàn)場勘察作業(yè)中，需重點關注以上3方面風險，有效規(guī)避防范此類風險的發(fā)生，最大限度地降低實驗巖土工程的整體勘察安全風險。經(jīng)檢驗驗證了本文方法所得預測結果的一致性與可靠性，可用于實際巖土工程勘察的安全風險預測中。