采用ISM(解釋結構模型)方法對側式站房結構體系與工程投資關系的研究

宋喜順

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

采用ISM(解釋結構模型)方法對側式站房結構體系與工程投資關系的研究

宋喜順

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

針對側式站房結構體系對工程投資影響因素繁多復雜的問題,應用解釋結構模型方法,分析得到影響結構體系工程投資的敏感因素,并從經濟性角度出發,依托大量新建鐵路客站站房工程及造價資料,采用多元回歸分析方法得到主要敏感因素對站房結構體系工程投資的影響程度,為今后側式站房結構體系設計優化提供有益參考。關鍵詞:側式站房;結構體系;ISM;敏感因素

目前,我國已建成北京南站、廣州南站、上海虹橋站,以及京滬、武廣、鄭西等高速鐵路沿線一批現代化的大中型鐵路客站。在鐵路客站設計和建設過程中,不同結構體系的工程造價有較大差異,對同一結構形式,由于受抗震設防烈度、結構選型及柱距等因素的影響,其造價也存在較大差異。按照中長期鐵路網規劃,尚未建設的鐵路客站數量和投資規模較大。結構體系對工程投資的影響比較大,但結構體系對工程投資的影響因素比較多,采用何種方法,分析其復雜的關系,從而找到主要因素來指導設計是需要解決的問題。

本文擬選取在鐵路客站站房總量中占40%以上的側式站房結構體系作為研究對象,采用ISM(解釋結構模型)的方法,分析得到影響結構體系經濟性的敏感因素,并依托所收集到的大量工程造價數據,對主要敏感因素對工程投資的影響程度進行分析研究。

1 解釋結構模型

描述復雜系統內部紛雜關系時會用到結構模型,也就是用有向連接圖來描述系統各要素間的兩兩關系,以建立一個作為要素幾何體的系統模型。解釋結構模型ISM(Interpretative Structural Model)是一種較為常用的建立結構模型的方法,其特點是把復雜系統分解成若干子系統(或要素),利用已有專家經驗并通過計算機的幫助,將系統構造成一個多級遞階的結構模型,從而給出系統各要素的邏輯關系[1]。

通常,應用ISM建立結構模型,需要設定問題、選擇構成系統的要素、建立鄰接矩陣和可達矩陣。鄰接矩陣A表示系統中各要素兩兩之間相互影響、相互制約關系初步分析的結果,其元素aij定義為

式中,R表示要素Si與要素Sj有關;ˉR表示要素Si與要素Sj無關。

可達矩陣用鄰接矩陣經過一定的運算后得到。可達矩陣表示了各元素之間內在全部的直接與間接關系,可根據其制定多級有向連接圖即結構模型邏輯關系,并據此分析系統。

在研究鐵路客站結構體系設計技術參數與經濟指標之間的關系時,由于各參數之間相互制約、相互影響的關系錯綜復雜,且各參數的變化對最終的工程造價的影響程度也不同,應用ISM對設計技術參數影響站房工程投資這一系統進行分析研究,可以使錯綜復雜的設計參數影響經濟指標的關系結構化,使對工程投資影響程度不同的設計參數處在其相應的層級上,從而找出各要素的邏輯關系,深入分析參數的變化對工程投資的影響。

2 影響側式站房結構體系工程投資敏感因素的確定

鐵路客站側式站房結構體系主要由樓蓋結構及屋蓋結構組成,下面以樓蓋結構體系為例應用ISM模型對設計參數進行分析,得到影響工程投資的敏感因素。

構建和運用ISM模型對樓蓋體系各設計參數分析的步驟如下。

(1)確立所研究的系統,梳理系統中各元素之間的關系。以樓蓋體系水平構件(梁板體系)為例,首先確立設計參數與工程用量為所要研究的系統,選取8項設計參數來梳理各參數之間相互影響、相互制約的關系,具體分析如表1所示。

表1 各參數之間相互影響、相互制約的關系

(2)繪制各元素之間的關系網絡圖。在此模型中,定義各元素之間的關系為:若C1受C2的制約或影響,則稱C1到C2有“關系”存在,計為“C1→C2”。由此可以得到Cl～C8之間的關系圖(圖1)。

元素之間關系網絡圖中,邏輯關系的建立較為關鍵,所得的關系網絡圖也并不是唯一的。繪制各元素之間關系網絡圖的基礎是對設計參數之間影響關系的分析,而這種分析又需要綜合運用建筑學、結構工程學及建筑樓宇配套工程學等相關專業的理論與知識,需要較為豐富的工程實踐經驗。

圖1 元素之間的有向連接圖

(3)根據元素之間的關系網絡圖建立系統要素的鄰接矩陣。若元素C1到C2有關系(C1→C2)則計為l,沒有關系計為0,C1到C1計為0。可將C1與C2～C8的關系通過向量的形式表現出來,從而得到鄰接矩陣A。

(4)根據ISM模型的定義和算法,通過鄰接矩陣計算得到可達矩陣M。

(5)對可達矩陣M進行整理后,并劃分層級,得到矩陣M1。

(6)劃分各元素之間的層級關系及相互影響、制約關系,由此得各元素之間的邏輯關系結構圖(圖2)。

圖2 層級邏輯關系圖

由圖2可以看出,影響樓蓋水平構件(梁板體系)工程投資的主控因素為樓層結構類型、站房規模(面積)、基本柱網、材料強度、樓蓋投影面積。

通過同樣的方法得出樓蓋抗側構件(柱、支撐等)工程投資的主控因素為站房規模(面積)、房屋高度、基本柱網、材料強度、層高。

綜合以上分析,通過ISM模型得到的站房樓蓋結構體系工程投資的主控因素如下:樓層結構類型、站房規模(面積)、房屋高度、基本柱網、材料強度、樓蓋投影面積、層高。

同樣也可得到影響側式站房屋蓋結構體系工程投資的主控因素。具體如表2所示。

表2 樓蓋及屋蓋結構體系工程投資影響敏感因素

3 主要敏感因素對工程投資的影響

通過結合工程實際分析發現,影響樓蓋結構體系的主要敏感因素為站房規模(面積)和基本柱網,而影響屋蓋結構體系工程投資主要敏感因素為站房規模(面積)、基本柱網、最大柱距。

依托所收集到的鐵路客站工程及造價資料篩選得到數據分析樣本(表3、表4),采用多元回歸分析法得到主要敏感因素對鐵路客站側式站房結構體系工程投資的影響程度如表5所示。

表3 側式站房樓蓋結構數據樣本

表4 側式站房屋蓋結構數據樣本

表5 _主要敏感因素對工程投資影響程度_

從表5中可以看出,當影響側式站房結構體系工程投資的主要敏感因素分別變化10%時,對于樓蓋結構體系,站房規模(面積)對工程投資有顯著的影響,工程投資顯著變化達到11.47%,基本柱網影響相對較小。對于屋蓋結構體系,最大柱距對于工程投資的影響最大,達到18.05%,站房規模及基本柱網的影響依次遞減。總體來看,站房規模同柱網選擇對側式站房結構體系工程投資敏感程度較高。

4 結論

本文從經濟性角度出發,對影響鐵路客站側式站房結構體系工程投資繁多復雜的因素進行了分析研究,得到了影響結構體系工程投資的敏感因素。并結合工程實際分析,研究得到了主要敏感因素對側式站房結構體系工程投資的影響程度。研究證明,采用ISM(解釋結構模型)方法對側式站房結構體系與工程投資之間關系的研究是可行的,其方法和結論可為今后鐵路客站站房結構設計優化提供有益的參考。

[1] 陳小龍,王立光.基于建筑設計參數分析模型的工程造價估算[J].同濟大學學報:自然科學版,2009(8):1115-1121.

[2] 中華人民共和國鐵道部.GB50226—95鐵路旅客車站建筑設計規范[S].北京:中國計劃出版社,1996.

[3] 鐵道部第三勘察設計院,鐵道部第四勘察設計院,中南設計院,等.大型鐵路客站工程數據信息[Z].2010.

[4] 朱琳,呂本富.解釋結構模型的簡便方法[J].系統工程與電子技術,2004,24(12):15-18.

[5] 鄭健.空間結構在大型鐵路客站中的應用[J].空間結構,2009 (9):52-65.

Research on Relationship between Structure System of Side-type Station Building and Project Investment by Interpretive Structural Modeling(ISM)

SONG Xi-shun
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China)

Directing at the complex problem that the structure system of side-type station building has various influences on the project investment,the ISM method(interpretive structural modeling)is used to analyze the sensitivity factors which control the costs of structure system of railway-station buildings. Afterwards,in light of economical efficiency,and based on large numbers of project cost data of new railway-station buildings,the multiple regression analysis method is used to obtain the influence degree of the main sensitivity factors upon project cost of station-building structure system.This research can serve as useful reference for the design optimization of side-type station building in future.

side-type station building;construction structure;ISM;sensitivity factor

F530.31

A

1004-2954(2013)03-0112-03

2012-12-06

宋喜順(1963—),男,高級工程師,E-mail:songxishun@ tsdig.com。