基于TOPSIS法的結(jié)構(gòu)可靠性評價研究

周杰

【摘 要】?目前，工程上普遍根據(jù)GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》來對目標(biāo)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行可靠性評價，具有較強(qiáng)的片面性、模糊性、主觀性，很多情況下無法做出科學(xué)合理的結(jié)論，甚至是錯誤的結(jié)論。為彌補(bǔ)這一評價方法的缺陷，文章提出了一種新的結(jié)構(gòu)可靠性評價方法，即采用TOPSIS評價法，總結(jié)影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素并確定其對應(yīng)的權(quán)重，建立可靠性評價模型，聯(lián)系一實際工程案例，綜合考慮各種因素對該構(gòu)件可靠性的影響，得到該結(jié)構(gòu)的可靠性評價結(jié)果，驗證該模型的實用性。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu); 可靠性評價; 評價模型; TOPSIS評價法

截至2020年，我國既有的建筑面積已超過600×108 m2，而在這些建筑中有部分建筑使用年限已超過20年[1]。這些建筑開始出現(xiàn)各種各樣的問題，例如混凝土老化、梁板開裂、鋼筋銹蝕等，存在較大的安全隱患。建筑結(jié)構(gòu)加固是目前解決這一問題的最好方法[2]。但對于某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否需要加固這一問題，行業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，普遍以承載力與直接的視覺觀感及主觀的經(jīng)驗來判斷目標(biāo)構(gòu)件的可靠性，即使嚴(yán)格按照相關(guān)的可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)來判定，也因為規(guī)范中各因素對于目標(biāo)構(gòu)件可靠性的影響沒有統(tǒng)一的量化標(biāo)準(zhǔn)，使可靠性評價仍然停留在主觀判斷層面，沒有形成系統(tǒng)的評價體系[3-4]。因此，建筑加固行業(yè)急需一個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠性評價體系。

1 TOPSIS評價法基本思想

TOPSIS是一種簡便快捷的評價方法[5]，常用于多方案之間的優(yōu)選，主要步驟是確定評價指標(biāo)，在所有備選方案中提煉出每個指標(biāo)的最優(yōu)值與最劣值，重新組合成兩個新的參考方案，即最優(yōu)方案與最劣方案，計算每個備選方案與最優(yōu)方案的貼近度，根據(jù)貼近度得到每個備選方案的優(yōu)劣排序，從而選出最佳方案[6]。

1.1 確定評價指標(biāo)

評價指標(biāo)的建立要求綜合考慮構(gòu)件的承載能力、位移形變、環(huán)境作用及對周邊整體結(jié)構(gòu)的影響程度等因素，本文綜合考慮總結(jié)各個方面因素，制作調(diào)查問卷，發(fā)放14位相關(guān)領(lǐng)域的專家，采用主成分分析法，對專家打分結(jié)果進(jìn)行分析，提煉出影響構(gòu)件可靠性評價的主要因素，作為最終評價指標(biāo)[7]。

1.2 計算指標(biāo)權(quán)重

采用層次分析法，將確定的評價指標(biāo)劃分為準(zhǔn)則層與指標(biāo)層，目標(biāo)層則為構(gòu)件可靠性評價，建立評價指標(biāo)體系[8]，選擇1～9標(biāo)度法分別對準(zhǔn)則層與指標(biāo)層各因子進(jìn)行兩兩之間的重要性比較[9，根據(jù)比較結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣，并對其進(jìn)行一致性檢驗，計算得到各指標(biāo)的權(quán)重wij及層次總排序。

1.3 建立價值矩陣

1.5 判斷待測目標(biāo)構(gòu)件可靠性

根據(jù)相對貼近度的大小，判定待測目標(biāo)結(jié)構(gòu)的可靠性。C值越大，說明目標(biāo)方案離虛擬最優(yōu)方案距離越近，離虛擬最劣方案距離越遠(yuǎn);C值越小，說明目標(biāo)方案離虛擬最優(yōu)方案距離越遠(yuǎn)，離虛擬最劣方案距離越近。若C>0.5，表示待測目標(biāo)結(jié)構(gòu)可靠性較高，無需對其采取措施;若C≤0.5，表示待測目標(biāo)結(jié)構(gòu)可靠性較低，需對其采取相應(yīng)措施。

2 實例計算

成都市某混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房，位于龍泉驛區(qū)西河鎮(zhèn)，始建于1989年，今由于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，涉及廠房改造加建，采用本文所提方法，對其原有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行可靠度評價，判斷是否采取措施，現(xiàn)以一次梁構(gòu)件為例進(jìn)行說明。

2.1 構(gòu)建評價體系

從性能、形變、外界三個因素來考慮影響構(gòu)件可靠性的因素，構(gòu)建如圖1所示的評價指標(biāo)體系。

2.2 計算指標(biāo)權(quán)重

采用層次分析法，根據(jù)專家打分結(jié)果，求得各指標(biāo)權(quán)重矩陣：

2.3 建立決策矩陣

參考相關(guān)資料及文獻(xiàn)確定各方案指標(biāo)值，其中C8、C9為定性指標(biāo)，通過咨詢專家，采用1～9標(biāo)度法，確定其指標(biāo)值，各方案指標(biāo)值如表1所示。

2.5 計算目標(biāo)方案的貼近度

根據(jù)式（2），求得目標(biāo)構(gòu)件實際狀態(tài)離其全面完好狀態(tài)的歐式距離D+=0.4160，根據(jù)式（3），求得目標(biāo)構(gòu)件實際狀態(tài)離其全面待修狀態(tài)的歐式距離D-=0.2962，最后，根據(jù)式（4），求得目標(biāo)構(gòu)件狀態(tài)貼近度C=0.4158。

2.6 評價目標(biāo)構(gòu)件的可靠性

目標(biāo)構(gòu)件狀態(tài)貼近度C=0.4158<0.5，表明待測目標(biāo)結(jié)構(gòu)可靠性較低，需對其采取相應(yīng)措施。

3 結(jié)束語

本文從性能、形變、外界三個方面總結(jié)了影響構(gòu)件可靠性的評價指標(biāo)，全面考慮了各種影響因素，并采用層次分析法確定了各種因素的層級及其所對應(yīng)的權(quán)值。TOPSIS評價法多應(yīng)用于多方案之間擇優(yōu)領(lǐng)域，本次研究將TOPSIS評價法用于單方案評價，建立框架梁構(gòu)件可靠性評價模型，分別擬定結(jié)構(gòu)的完好狀態(tài)與全面待修狀態(tài)為普通TOPSIS評價法中的最優(yōu)解與最劣解，測量待測結(jié)構(gòu)與兩種狀態(tài)的歐氏距離，判斷是否對其采取措施。在成都市某廠房結(jié)構(gòu)可靠性鑒定中，采用該模型做出了綜合合理的結(jié)論，證實了該評價模型的科學(xué)性與實用性，為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性評估提供了新的方法。

參考文獻(xiàn)

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[8] 鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權(quán)重計算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識，2012，42（7）：93-100.

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