基于證據(jù)理論的灌注樁外掛直墻施工風(fēng)險評估

暴 坡，趙旺峰，胡建森，古 向

(1.中國水電十五局第三工程公司，陜西 咸陽 712000；2.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450046)

0 引言

灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻主要用于城市內(nèi)河道疏浚工程。該工程可解決河道兩岸居民區(qū)、道路密集問題，減少占地和工程開挖對道路、房屋的破壞影響。其工程施工流程為：灌注樁施工、灌注樁化學(xué)植筋、外掛面板鋼筋制做安裝、模板安裝、分層澆筑混凝土、混凝土養(yǎng)護?，F(xiàn)其施工風(fēng)險已嚴(yán)重影響了工程施工安全管理工作，如何準(zhǔn)確評判和預(yù)估灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險已成為工程施工亟需解決的關(guān)鍵問題。

目前國內(nèi)外學(xué)者對施工風(fēng)險進行了大量的研究，并取得了豐富的研究成果。盧鑫月等[1]基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了地鐵隧道施工風(fēng)險模型，并利用模糊綜合評價法對施工動態(tài)風(fēng)險值進行了評估。李海文等[2]采用風(fēng)險概率和發(fā)生后果為基礎(chǔ)變量構(gòu)建二維云模型，通過動態(tài)權(quán)重為指標(biāo)賦權(quán)，實現(xiàn)了對川藏鐵路特殊環(huán)境下橋梁施工的風(fēng)險評估。魏道江等[3]將證據(jù)推理與模糊集理論結(jié)合提出了深基坑施工風(fēng)險評估模型，解決了現(xiàn)有方法無法對風(fēng)險評估結(jié)果進行信度評價的問題。喬建剛等[4]從技術(shù)、人員、組織管理等方面構(gòu)建了高速公路施工風(fēng)險因素評估指標(biāo)表，并通過相對差異函數(shù)構(gòu)建了綜合相對隸屬度矩陣，進而得到工程風(fēng)險評估等級。黃建華等[5]利用故障樹法對鉆孔灌注樁等基坑圍護結(jié)構(gòu)進行風(fēng)險識別，并采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和模糊綜合評價法對基坑維護工程施工風(fēng)險進行評估，評估結(jié)果顯示圍護結(jié)構(gòu)滲流破壞、鉆孔灌注樁破壞等因素風(fēng)險等級較高，為避免風(fēng)險事故發(fā)生提供了理論基礎(chǔ)。

現(xiàn)有風(fēng)險評估研究已經(jīng)較為完善，但針對灌注樁外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評估的研究卻較為匱乏，本文將從灌注樁施工風(fēng)險、直墻模板施工風(fēng)險、直墻混凝土工程施工風(fēng)險、施工環(huán)境風(fēng)險4個角度構(gòu)建灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系，利用將層次分析法與D-S證據(jù)結(jié)合的評估方法，進行灌注樁外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評估。旨在為該工程項目施工安全管理提供理論參考，為類似工程風(fēng)險評估提供借鑒。

1 評估體系構(gòu)建

1.1 構(gòu)建灌注樁直墻施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系

灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工是一種新型施工方法，現(xiàn)有研究并沒有構(gòu)建過其施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系。本文將理論研究與施工過程相結(jié)合，從灌注樁施工風(fēng)險、直墻模板施工風(fēng)險、直墻混凝土工程施工風(fēng)險、施工環(huán)境風(fēng)險4個方面構(gòu)建灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系[6-11]。具體選取的評估指標(biāo)見表1。

表1 施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)權(quán)重確定

本文采用層次分析法[12-14]確定評價指標(biāo)權(quán)重，其主要內(nèi)容和步驟包括：

(1)構(gòu)建判斷矩陣A=(aij)n×n

(1)

式中，aij>0，aij=1/aji，且aii=1，即此矩陣為判斷矩陣。

(2)將判斷矩陣A每列向量歸一化處理，得到：

(2)

(3)

(4)

(5)近似計算判斷矩陣最大特征值

(5)

(6)判斷矩陣一致性檢驗[15]

(6)

表2 平均隨機一致性指標(biāo)

1.3 基于D-S證據(jù)理論的風(fēng)險評估

1.3.1構(gòu)建基本概率分配函數(shù)

(1)建立風(fēng)險評價集

評價集是由對評價對象可能的評價結(jié)果所組成的集合V={v1，v2，…，vN}，評價集中各等級標(biāo)準(zhǔn)值記為S1，S2，…，SN，其中，vj是評價結(jié)果，N是等級數(shù)或者評語檔次數(shù)[16]。本文將評價的風(fēng)險劃分為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險5個等級[17]，即本文的評價集為V={低風(fēng)險，較低風(fēng)險，中等風(fēng)險，中高風(fēng)險、高風(fēng)險}。各等級標(biāo)準(zhǔn)值為S1，S2，S3，S4，S5。

(2)基本概率分配函數(shù)

記xij為指標(biāo)Cij的實測值。計算xij與等級N標(biāo)準(zhǔn)值的歐式距離，公式如下：

(7)

并通過以下公式得到基本概率分配函數(shù)。

(8)

(9)

(10)

1.3.2風(fēng)險評估

(1)證據(jù)融合

將指標(biāo)Xij對各個等級的基本概率分配函數(shù)值進行加權(quán)計算[18-19]，得出各指標(biāo)mass值，公式如下：

(11)

式中，wj—指標(biāo)Xj的權(quán)重；wmax—該指標(biāo)所在的準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重最大值。

根據(jù)合成規(guī)則，對各指標(biāo)mass值依次進行證據(jù)融合，分別得出上一層各指標(biāo)因素的mass值，直至得出灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險的基本信任分配值，合成規(guī)則如下：

D-S證據(jù)理論中，若辨識框架Θ上有n組獨立的證據(jù){m1，m2，…，mn}，對應(yīng)的焦元為{A1，A2，…，Ak}，則利用Dempster合成規(guī)則進行證據(jù)融合[20-21]，可表達(dá)為：

(12)

(2)風(fēng)險綜合評估

根據(jù)D-S證據(jù)理論合成規(guī)則，計算得出灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工各個風(fēng)險等級的基本信任分配值，并根據(jù)最大隸屬度原則確定風(fēng)險等級，即基本信任配置值越大，此種風(fēng)險等級發(fā)生的概率越大。

2 實例分析

2.1 工程項目簡介

本文以引江濟淮工程江淮溝通段J002-1標(biāo)的灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工為例進行風(fēng)險評估，該工程的肥西縣主城區(qū)段，由于河道兩岸現(xiàn)有、規(guī)劃沿河交通干道，居民小區(qū)密集，故對該段河道斷面8.6m高程以上建混凝土掛板式直立擋墻結(jié)構(gòu)，在灌注樁連續(xù)墻外立面植筋襯掛30cm厚的鋼筋混凝土面板。該工程采用的灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工具有創(chuàng)新性，可以為相關(guān)工程提供借鑒，但對該工程的施工風(fēng)險并無相應(yīng)研究。故本文選用該工程為案例，對其施工風(fēng)險進行評估，為以后相關(guān)工程施工提供參考。

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)本文構(gòu)建的灌注樁直墻施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系，邀請現(xiàn)場施工施工員、技術(shù)員、管理人員共10位，采用標(biāo)度1-9及其倒數(shù)對各指標(biāo)重要程度進行打分，將收集到的評分?jǐn)?shù)據(jù)計算得出平均值，最終形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)一數(shù)據(jù)得出的灌注樁施工風(fēng)險評判矩陣如下：

將判斷矩陣代入式(1)，式(2)和式(3)中計算得出灌注樁施工風(fēng)險中各指標(biāo)權(quán)重行列式如下：

Wi=(0.1421，0.5251，0.2743，0.0585)

隨后，利用文中公式對灌注樁施工風(fēng)險評判矩陣進行一致性檢驗，得出CR=0.0879<0.1，通過矩陣一致性檢驗。

同理可對其他指標(biāo)的專家評分?jǐn)?shù)據(jù)整理得出評判矩陣，利用文中公式得出各指標(biāo)權(quán)重與準(zhǔn)則層權(quán)重，并通過一致性檢驗。由于文章篇幅有限，故省略大部分重復(fù)計算過程，為更直觀和簡便的表現(xiàn)出灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評價各指標(biāo)權(quán)重，可將風(fēng)險評價指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層權(quán)重和二級指標(biāo)權(quán)重的乘積作為最終的指標(biāo)權(quán)重。最終得出各項指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 風(fēng)險評估指標(biāo)權(quán)重

2.3 施工風(fēng)險評估

2.3.1評價集的建立

本文構(gòu)建評判集為V={V1，V2，V3，V4，V5}={低風(fēng)險，較低風(fēng)險，中等風(fēng)險，較高風(fēng)險、高風(fēng)險}，各風(fēng)險等級標(biāo)準(zhǔn)值為0.5，1.5，2.5，3.5，4.5，見表4。

表4 風(fēng)險等級評分區(qū)間

2.3.2基本信任分配函數(shù)的計算

為準(zhǔn)確評價風(fēng)險，邀請現(xiàn)場施工技術(shù)人員10名按照評價集評分標(biāo)準(zhǔn)對本工程灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險評判因素的風(fēng)險發(fā)生概率、風(fēng)險嚴(yán)重程度即風(fēng)險損失和風(fēng)險不可控程度等進行評價打分。并進行統(tǒng)計，打分結(jié)果見表5。

通過式(6)計算各指標(biāo)評分與風(fēng)險等級的歐式距離，利用各指標(biāo)歐氏距離通過式(7)與式(8)計算得出各指標(biāo)的基本信任分配函數(shù)，并通過式(9)進行標(biāo)準(zhǔn)化。各指標(biāo)基本信任分配函數(shù)計算結(jié)果見表6。

表6 基本信任分配函數(shù)值

2.3.3證據(jù)融合

通過式(10)結(jié)合指標(biāo)權(quán)重對表6中各指標(biāo)基本信任分配函數(shù)進行修證，得到各指標(biāo)的mass值，見表7。

表7 mass值

根據(jù)合成規(guī)則，對各指標(biāo)的mass值依次進行證據(jù)融合，分別得出上一層各指標(biāo)因素的mass值，直至得出準(zhǔn)則層與灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險的基本信任分配值，見表8。

表8 施工風(fēng)險基本信任分配值

2.3.4風(fēng)險評估結(jié)果

由表6可知，引江濟淮工程江淮溝通段J002-1標(biāo)的灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險情況為：屬于低風(fēng)險的信任度為0.000023，屬于較低風(fēng)險的信任度為0.815275，屬于中風(fēng)險的信任度0.178709，屬于較高風(fēng)險的信任度為0.005992，屬于高風(fēng)險的信任度為0.000001。故該工程整體施工風(fēng)險為結(jié)果表明該工程灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工屬于較低風(fēng)險。

P=0.000023×0.5+0.815275×1.5

+0.178709×2.5+0.005992×3.5

+0.000001×4.5=1.3333

綜上所述，直墻混凝土施工風(fēng)險處于中風(fēng)險等級，實際施工過程中應(yīng)通過嚴(yán)格控制混凝土配合比，平整施工道路等措施降低直墻混凝土施工風(fēng)險。灌注樁施工風(fēng)險處于較低風(fēng)險，但其在較低風(fēng)險等級與中風(fēng)險等級的基本信任分配值較為接近，因此應(yīng)提高對灌注樁施工風(fēng)險的重視，進行嚴(yán)格監(jiān)管，防止其風(fēng)險等級提高。

3 結(jié)語

(1)本文通過層次分析法對灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險各項指標(biāo)的重要程度進行了區(qū)分。利用D-S證據(jù)理論對各風(fēng)險因素信息進行有效數(shù)據(jù)融合，進而得出了灌注樁連續(xù)墻外掛混凝土直墻施工風(fēng)險等級，篩選出了該風(fēng)險的關(guān)鍵影響因素，可為安全管理決策提供理論支持。

(2)本文可為工程施工風(fēng)險評估提供借鑒，但本文依據(jù)實際施工流程建立評價指標(biāo)體系，故評價指標(biāo)具有針對性，不能直接用于其他工程風(fēng)險評估，可根據(jù)具體工程特點建立指標(biāo)體系，采用本文所建立的方法體系進行評估。