模糊評(píng)價(jià)法在公路隧道洞門(mén)效果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

韓 劍

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)公路網(wǎng)的建設(shè),公路隧道數(shù)量不斷增加,隧道洞門(mén)形式更是趨于變化多樣,但是現(xiàn)在還沒(méi)有一套成熟、合理的隧道洞門(mén)形式評(píng)價(jià)方法,給隧道洞門(mén)的發(fā)展造成了障礙。

在我們進(jìn)行洞門(mén)形式的評(píng)價(jià)時(shí),不能僅僅依據(jù)眼前的洞門(mén)形式就草率作出評(píng)判,一個(gè)好的洞門(mén)形式不僅要有令人賞心悅目的洞口景觀,良好的進(jìn)入條件,而且還得設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)安全,與周圍地質(zhì)、地形條件相適應(yīng),同時(shí)還得在相應(yīng)預(yù)算的情況下,適應(yīng)一定施工隊(duì)伍的施工水平,另外,隨著“零開(kāi)挖”理念的深入人心,洞口開(kāi)挖量的多少也逐漸成為了洞門(mén)評(píng)判的條件之一。

面對(duì)如此復(fù)雜的洞門(mén)評(píng)判條件,尋找一套合理簡(jiǎn)便的操作方法成為當(dāng)務(wù)之急。本文推薦一種方法——模糊層次分析法(FAHP)和模糊綜合評(píng)價(jià)法。

1 模糊評(píng)價(jià)方法

1.1 模糊層次分析法

模糊層次分析法(FAHP)是從層次分析法(AHP)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的,AHP是美國(guó)運(yùn)籌專家,匹茲堡大學(xué)的A.L.Saaty教授于20世紀(jì)70年代提出的一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法,這種分析方法是目前系統(tǒng)工程用于處理定性與定量結(jié)合的一種比較簡(jiǎn)便易行且行之有效的系統(tǒng)分析方法[1]。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)判方法,該綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià),即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰,系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn),其評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)地肯定或否定,而是以一個(gè)模糊集合來(lái)表示[2]。

2 評(píng)價(jià)步驟

1)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。

2)得出兩兩因素比較的隸屬度,構(gòu)造模糊互補(bǔ)矩陣,再利用模糊互補(bǔ)矩陣與模糊一致矩陣的關(guān)系,構(gòu)造模糊一致矩陣。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]模糊一致矩陣的定義為:

若模糊矩陣 R=(rij)n×n滿足rij=rik-rjk+0.5(i,j,k∈Ω),R是模糊一致矩陣。

到目前為止,已經(jīng)有多種構(gòu)造模糊一致矩陣的方法,這些方法大致可分為兩類:一類是基于模糊互補(bǔ)矩陣,一類是基于一致判斷矩陣的方法[4]。本文采用基于模糊互補(bǔ)矩陣方法。

首先對(duì)模糊互補(bǔ)矩陣 R=(rij)n×n按行求和,i=1,2,3,…,n 。

再施之如下數(shù)學(xué)變換構(gòu)造模糊一致矩陣:

b的取值存在爭(zhēng)議,本文參考文獻(xiàn)[5]選取 b=2n。

3)層次單排序——根據(jù)模糊一致矩陣的性質(zhì),可求得各層元素的權(quán)重值 wi。

4)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),設(shè)定這些因素所能選取的評(píng)審等級(jí),組成評(píng)語(yǔ)的模糊集合,即建立評(píng)價(jià)集 V[8]。評(píng)價(jià)集可取 V={優(yōu)(v1),良(v2),中(v3),差(v4)},分別求出各單一因素對(duì)各個(gè)評(píng)審等級(jí)的隸屬程度,以各因素評(píng)判集的隸屬度為行組成單因素評(píng)價(jià)矩陣R。

5)根據(jù)各個(gè)因素在評(píng)價(jià)目標(biāo)中的權(quán)重分配,通過(guò)模糊矩陣運(yùn)算,求出模糊評(píng)價(jià)集 B=A0R,其中,“0”表示某種合成運(yùn)算[9];B為U中所有因素的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,它表示評(píng)價(jià)對(duì)象按所有各類因素評(píng)價(jià)時(shí),對(duì)評(píng)價(jià)集中第 k級(jí)的隸屬度,再由對(duì)最大隸屬度原則或加權(quán)平均法定出最終評(píng)價(jià)結(jié)論[10]。

3 洞門(mén)形式評(píng)價(jià)實(shí)例

3.1 工程概況

某隧道穿行于六盤(pán)山中山地貌中,地形起伏較大,地面高程變化在1 534.0 m～1 898.5 m之間,隧道與橋梁直接相接,屬于典型的山區(qū)隧道。洞口仰坡坡度40°左右,邊坡表層為風(fēng)化坡積土層,圍巖以Ⅴ級(jí)為主。隧道洞門(mén)結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)情況選定,左右線進(jìn)出口均采用直切式,洞門(mén)修建完成后邊仰坡擬采用低矮灌木綠化恢復(fù)。隧道地處甘肅東部,屬于典型漢族地區(qū),區(qū)域特色并不明顯。

3.2 模糊評(píng)價(jià)

1)建立層次結(jié)構(gòu)模型,考慮到洞門(mén)評(píng)價(jià)的指標(biāo)繁多,為了更客觀的反映洞門(mén)的綜合效果,本文選取了設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)與景觀三個(gè)主要因素作為準(zhǔn)則層(見(jiàn)圖1)。

2)用FAHP求解評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)圖1層次結(jié)構(gòu)模型,并參照對(duì)各因素的定性分析,對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較其相對(duì)重要性,構(gòu)造模型的模糊互補(bǔ)矩陣如表1所示,然后利用基于模糊互補(bǔ)矩陣構(gòu)造模糊一致矩陣的方法構(gòu)造模糊一致矩陣,見(jiàn)表2。然后進(jìn)行層次單排序。在排序公式中,取a =。

表1 準(zhǔn)則層之間的模糊互補(bǔ)矩陣

表1中B1與B2比較是0.45,表明隧道洞門(mén)施工比設(shè)計(jì)稍微重要一些,之所以基于這樣的考慮,主要是從當(dāng)今環(huán)保的理念出發(fā),即在施工中要盡量的做到少開(kāi)挖,甚至零開(kāi)挖,以達(dá)到對(duì)自然生態(tài)的最大保護(hù),所以這里將施工考慮的比設(shè)計(jì)更重要一些。另外由于次洞門(mén)沒(méi)有人文景觀等方面的要求,所以景觀要求相對(duì)于設(shè)計(jì)與施工所占的比重要小一些。

表2 準(zhǔn)則層之間的模糊一致矩陣及權(quán)重

通過(guò)表2得出準(zhǔn)則層的相對(duì)權(quán)重分別是:0.341 7,0.358 3,0.300 0。

下面可用同樣的方法計(jì)算各子準(zhǔn)則層(方案層)指標(biāo)之間的相對(duì)權(quán)重,見(jiàn)表3～表5。

表3 準(zhǔn)則B1的模糊一致矩陣及權(quán)重

表4 準(zhǔn)則B2的模糊一致矩陣及權(quán)重

表5 準(zhǔn)則B3的模糊一致矩陣及權(quán)重

3)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)隧道洞門(mén)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。FAHP算法可以定量地計(jì)算出影響隧道洞門(mén)各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程度,但是不能定量地計(jì)算。為此,采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)隧道洞門(mén)形式進(jìn)行評(píng)價(jià)。

由專家組成的評(píng)判小組根據(jù)各指標(biāo)包含的具體評(píng)價(jià)要求,給定評(píng)語(yǔ) V={優(yōu)(v1),良(v2),中(v3),差(v4)}。其中設(shè)計(jì)中各指標(biāo)打分見(jiàn)表6。

表6 設(shè)計(jì)各指標(biāo)專家打分表

從表6可知,對(duì)于隧道洞門(mén)結(jié)構(gòu)安全度該組專家認(rèn)為優(yōu)秀的有35%,認(rèn)為良好的有 50%,另外有15%的人評(píng)定為中等,沒(méi)有人認(rèn)為洞門(mén)結(jié)構(gòu)安全度較差。

根據(jù)最大隸屬度原則可知,該隧道洞門(mén)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為良好,這也和我們常規(guī)判斷相吻合。

4 結(jié)語(yǔ)

1)模糊層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法是定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法,可以用于隧道洞門(mén)的評(píng)價(jià);2)在確定各指標(biāo)權(quán)重時(shí)要因地制宜,根據(jù)隧道洞門(mén)所處的地形、地質(zhì)條件、施工情況、運(yùn)營(yíng)景觀要求等進(jìn)行綜合比較與權(quán)衡之后確定;3)對(duì)隧道洞門(mén)能夠進(jìn)行評(píng)價(jià)本身就是一種決策的過(guò)程,希望模糊層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法能夠在隧道洞門(mén)的決策中起到一定的作用。

[1] 許樹(shù)柏.層次分析法原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,1988.

[2] 曹志剛,柴春紅.模糊綜合評(píng)價(jià)方法在科研項(xiàng)目評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].航空計(jì)算技術(shù),2007,37(1):35-36.

[3] 張 英,馮艷芳.基于模糊層次分析法的大學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,20(5):18-19.

[4] 張燕姑.基于模糊一致矩陣的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2005,26(6):72-73.

[5] 姚 敏.模糊決策方法研究[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,1999(11):41-42.

[6] 張吉軍.模糊層次分析法(FAHP)[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),2000,14(2):123-124.

[7] 呂躍進(jìn).基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的排序[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),2002,16(2):89-90.

[8] 唐劍鋒.公路環(huán)境景觀模糊綜合評(píng)價(jià)方法[J].公路與汽運(yùn),2007(121):135-137.

[9] 高 虹.AHP及多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法在交通規(guī)劃評(píng)價(jià)上的應(yīng)用[J].華東公路,2007(4):33-34.

[10] 張霖波,馮長(zhǎng)林,劉志強(qiáng).公路路線方案比選的模糊綜合評(píng)

價(jià)法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(2):11-12.