基于未確知測(cè)度理論的土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

傅小孫，張秀琴，王會(huì)學(xué)

(1.新余市水利電力建筑工程有限公司，江西 新余 338000；2.江西國(guó)利工程項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司，江西 南昌 330038；3.中國(guó)安能三局成都分公司，四川 成都 641000)

當(dāng)前我國(guó)大壩總數(shù)約有10萬(wàn)座，其中土石壩約占大壩總數(shù)的90%[1-2]。土石壩作為大壩的一種重要壩型，無(wú)論數(shù)量還是分布范圍都是最多的大壩。由于土石壩施工工期一般較長(zhǎng)，并對(duì)上下游的社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、民生發(fā)展、移民安排具有一定的影響。因此，為了保障土石壩的施工安全，對(duì)土石壩的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估則十分必要。目前，土石壩的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要集中在運(yùn)行期，相關(guān)土石壩的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究較多，如韓立煒等人采用FBWM-灰色聚類(lèi)構(gòu)建了土石壩安全評(píng)價(jià)模型[3]；羅日洪等人基于改進(jìn)AHP-熵權(quán)法和群組決策對(duì)土石壩安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[4]；王亮等人則應(yīng)用組合賦權(quán)-云模型完成了中小型土石壩的安全評(píng)價(jià)[5]。對(duì)土石壩施工期則主要集中在施工質(zhì)量的控制和管理，如宗克強(qiáng)采用了組合賦權(quán)法分析計(jì)算各屬性指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建了安全風(fēng)險(xiǎn)-成本風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了度汛方案的決策優(yōu)選目標(biāo)[6]；黃龍等人從施工質(zhì)量為切入點(diǎn)研究了碾壓式土石壩的施工質(zhì)量預(yù)警與決策體系[7]；葛巍基于WBS-RBS矩陣從知識(shí)維、邏輯維和時(shí)間維3個(gè)角度構(gòu)建了土石壩風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[8]。

由上可知，土石壩的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的工作涉及的因素比較多而且復(fù)雜，需要進(jìn)一步深入研究。由于不同層級(jí)的土石壩安全評(píng)價(jià)指標(biāo)比較難以統(tǒng)一刻畫(huà)賦值，特別是定性指標(biāo)。為了提高土石壩施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果精度，本文引入了未確知測(cè)度理論對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦值[9]。該理論可以較好地刻畫(huà)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值，已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用在工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[10]。如陳志強(qiáng)等人采用組合賦權(quán)和未確知測(cè)度理論研究了金礦采空區(qū)的安全性評(píng)價(jià)[11]；吳波等人基于未確知測(cè)度理論構(gòu)建了公路隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[12]；王杰等人運(yùn)用未確知測(cè)度理論提出了礦山邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法[13]。這些研究案例說(shuō)明未確知測(cè)度理論具有較高的工程可靠度和適應(yīng)性。特別地，在施工階段不同層級(jí)下的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重較難確定。為了滿足施工管理的快速變化的動(dòng)態(tài)屬性，需要一種高效快速確定權(quán)重的方法。在眾多主客觀權(quán)重的方法，專家打分法是較為簡(jiǎn)潔高效的方法，而且該方法在大壩評(píng)價(jià)中應(yīng)用較多[14]。因此，本文采用多位專家進(jìn)行打分綜合確定指標(biāo)的權(quán)重。綜上所述，本文采用未測(cè)度理論對(duì)影響施工安全的定性指標(biāo)和定量指標(biāo)進(jìn)行賦值；根據(jù)土石壩的施工性態(tài)，構(gòu)建土石壩施工安全評(píng)價(jià)體系，采用專家打分法確定各指標(biāo)的權(quán)重，從而可以計(jì)算土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行置信判定。該評(píng)價(jià)模型可以給類(lèi)似工程提供新的研究思路。

1 建立土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

1.1 未確知測(cè)度理論

為了解決工程中對(duì)不同變量的描述和賦值的難題，王光遠(yuǎn)提出了未確知測(cè)度理論[9]。該理論能夠較好地對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行刻畫(huà)。由于土石壩施工是一個(gè)較為復(fù)雜的體系，需要對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行賦值。因此，可以采用未確知測(cè)度理論對(duì)影響土石壩施工安全的指標(biāo)進(jìn)行賦值。

(1)

(2)

1.2 土石壩的施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綜合考慮影響土石施工安全的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立土石壩施工安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，見(jiàn)表1。

1.3 土石壩施工的安全評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

對(duì)土石壩施工安全的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)取5個(gè)等級(jí)，各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其取值范圍見(jiàn)表2。

對(duì)于影響土石壩施工安全的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，采用專家打分法進(jìn)行確定。由于專家打分法具有一定的主觀性，為了提高專家打分法的準(zhǔn)確度，邀請(qǐng)多位專家分別對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行打分，對(duì)專家打分的結(jié)果進(jìn)行歸一化取平均值后為各指標(biāo)的權(quán)重。

1.4 評(píng)價(jià)等級(jí)的置信判別方法

1.5 土石壩安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基本流程

綜上所述，土石壩施工的等級(jí)評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)基本流程為：

步驟①：收集土石壩施工的基本資料，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，確定施工安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)；

步驟②：構(gòu)建土石壩安全施工的評(píng)價(jià)體系；

步驟③：應(yīng)用未確知測(cè)度理論，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦值；

步驟④：多位專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合打分，確定指標(biāo)權(quán)重；

步驟⑤：判別施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度；

步驟⑥：判定土石壩施工安全的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某土石壩處于施工階段，該工程位于華南地區(qū)，工程等級(jí)為三等，水庫(kù)大小為中型，壩體結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土心墻土石壩。上下游圍堰采用土石壩方式，防滲方式采用土工膜，大壩的施工進(jìn)度已經(jīng)到最大壩高的40%。

2.2 未確知測(cè)度函數(shù)及指標(biāo)賦值

由未確知測(cè)度函數(shù)理論可知，土石壩施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)如圖1所示。

圖1 土石壩施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)

根據(jù)土石壩施工的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告和情況，土石壩施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值見(jiàn)表3。

表3 土石壩施工安全各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值

將表3中的評(píng)價(jià)指標(biāo)的量值代入對(duì)應(yīng)的測(cè)度函數(shù)，可以得到該土石壩施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣：

由3位專家根據(jù)該壩的運(yùn)行情況和監(jiān)測(cè)資料對(duì)各項(xiàng)影響指標(biāo)進(jìn)行打分，取3位專家的權(quán)重的平均值得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均權(quán)值，再進(jìn)行歸一化得到指標(biāo)權(quán)重，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 大壩各評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均權(quán)值及權(quán)重

2.3 土石壩施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果

由3.2的評(píng)價(jià)矩陣和表4土石壩施工安全的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，能夠得到大壩風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)矩陣{0.238，0.475，0.275，0.012，0}，各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的概率見(jiàn)表5。

表5 土石壩安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)置信準(zhǔn)則對(duì)該土石壩施工安全的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行校核。本文取λ=0.5，由此風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從低到高0.238+0.475=0.713>λ=0.5，該壩的施工安全風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)定為Ⅱ級(jí)；風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從高到低為0+0.012+0.275+0.475=0.762>λ=0.5；故該壩的施工安全風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)確定為Ⅱ級(jí)。此外，現(xiàn)場(chǎng)該大壩的施工質(zhì)量及安全鑒定結(jié)果為施工質(zhì)量合格，總體安全，和本文的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，說(shuō)明該評(píng)價(jià)方法的結(jié)果能夠滿足工程的需要。

3 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合未確知測(cè)度理論構(gòu)建了土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)的定級(jí)方法，結(jié)論如下。

(1)未知測(cè)度理論能夠?qū)ν潦瘔问┕ぐ踩囊蛩刂笜?biāo)進(jìn)行刻畫(huà)和賦值，土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系能夠較為全面地描述大壩的施工狀況，可以進(jìn)一步提高土石壩施工安全評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。

(2)由工程案例可知，該土石壩施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)與大壩安全鑒定的結(jié)論相一致，說(shuō)明該評(píng)價(jià)方法具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值，可以對(duì)同類(lèi)土石壩施工安全進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

(3)由于監(jiān)測(cè)數(shù)值可以直接表征大壩的安全水平，在大壩建設(shè)后期可以根據(jù)監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)設(shè)定客觀權(quán)重，使評(píng)價(jià)結(jié)果更貼合大壩實(shí)際情況。