基于改進(jìn)未確知測(cè)度優(yōu)化模型的建筑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

孟英輝　朱利晴　榮　耀　袁　曉

(1.中國(guó)核電工程有限公司;2.江西省交通科學(xué)研究院;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

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基于改進(jìn)未確知測(cè)度優(yōu)化模型的建筑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

孟英輝1朱利晴2榮耀2袁曉3

(1.中國(guó)核電工程有限公司;2.江西省交通科學(xué)研究院;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

摘要為了判定建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，運(yùn)用優(yōu)化的未確知測(cè)度理論，從人、建筑施工設(shè)備、管理、環(huán)境4個(gè)方面選取了13個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立建筑安全評(píng)價(jià)的未確知測(cè)度優(yōu)化模型，進(jìn)行定性、定量分析，并引入博弈論，計(jì)算各因素的綜合指標(biāo)權(quán)重，既可降低主觀性的評(píng)價(jià)結(jié)果，又考慮了專家的經(jīng)驗(yàn)因素；根據(jù)參考置信度識(shí)別準(zhǔn)則，最后得出建筑安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。結(jié)合湖南某建筑實(shí)例，運(yùn)用優(yōu)化模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，建筑安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一般安全，與實(shí)際相符。未確知測(cè)度理論與博弈論相結(jié)合的方法為決策者提供了一條科學(xué)可行的判定途徑。

關(guān)鍵詞建筑施工安全未確知測(cè)度理論博弈論評(píng)價(jià)指標(biāo)

建筑業(yè)在世界各國(guó)都是關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，國(guó)家越來(lái)越重視基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建筑業(yè)得到了空前的發(fā)展機(jī)會(huì)。建筑安全是建筑行業(yè)的基石，是施工企業(yè)各項(xiàng)工作的前提[1]。近些年來(lái)，各類事故不斷增加，尤其是施工類事故發(fā)生的頻率明顯增加。建筑業(yè)中安全管理是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，安全評(píng)價(jià)能提高企業(yè)的安全管理水平，保障企業(yè)施工項(xiàng)目的正常運(yùn)行，提高施工現(xiàn)場(chǎng)事故預(yù)防能力。如今已有很多學(xué)者對(duì)建筑施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作做了許多研究，但是其中缺乏主觀性或客觀性，考慮未確知度理論有效判定不確定因素的方法存在客觀性較強(qiáng)的問(wèn)題，故將專家打分評(píng)判的主觀權(quán)重確定方法與熵權(quán)法的客觀權(quán)重確定方法相結(jié)合，運(yùn)用博弈論方法得出更加科學(xué)的綜合權(quán)重，得到更貼近實(shí)際的判定結(jié)論，為建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定提供了一種科學(xué)的思路[2-6]。

1未確知測(cè)度優(yōu)化模型

設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象空間Q={Q1,Q2,…,Qn}，其中Q1,Q2…Qn表示n項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于相應(yīng)評(píng)價(jià)對(duì)象Qi分別存在m個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，稱X={X1,X2,…,Xm}為指標(biāo)空間，則Qi可表示為m維向量，Qi={xi1,xi2,…,xim}，用xij表示對(duì)象Qi對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)Xj的觀測(cè)值。設(shè)C={C1,C2,…,Cp}為評(píng)價(jià)空間，其中，Cp(1≤p≤K)為第p個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)。

1.1單指標(biāo)測(cè)度

對(duì)象xij關(guān)于指標(biāo)Qi的觀測(cè)值發(fā)生變化時(shí)，該指標(biāo)使得xij處于不同的評(píng)語(yǔ)等級(jí)。令測(cè)量值xij處于第k個(gè)等級(jí)Cp的程度為

(1)

且滿足0≤μ(xij∈Cp)≤1，i=1,2,…，n，j=1,2,…,m，p=1,2，…,k,則

(2)

1.2基于博弈論的指標(biāo)權(quán)重集化模型

指標(biāo)權(quán)重值的確定直接影響最終結(jié)論的判定，而常用的權(quán)重值分配方法有信息熵權(quán)重法和層次分析法等，但這些方法往往難以避免片面性，因此，采用2種權(quán)重判定方法結(jié)合的方式得到一個(gè)權(quán)重集合，運(yùn)用博弈論方法對(duì)權(quán)重集進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題，以非線性組合的方式構(gòu)建一個(gè)新的權(quán)重向量集：

(3)

為降低所得優(yōu)化權(quán)重向量與基本權(quán)重向量之間的偏差，須對(duì)線性組合系數(shù)ak進(jìn)行優(yōu)化，使w與每個(gè)wk之間的離差極小化，權(quán)重集優(yōu)化模型為

(4)

式(4)的最優(yōu)化一階導(dǎo)數(shù)構(gòu)成的線性方程組為

(5)

求解出ak后運(yùn)用式(3)得到優(yōu)化權(quán)重向量w。

1.3多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量

令μk=μ(Q∈Cp) ，表示某評(píng)價(jià)對(duì)象隸屬于第p個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Cp的程度，則有

(6)

1.4置信度識(shí)別準(zhǔn)則

需要給出評(píng)價(jià)對(duì)象的最后評(píng)價(jià)結(jié)果，引入評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)樣本信息進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。當(dāng)評(píng)價(jià)空間Q分割有序時(shí)，以最大隸屬度作為置信度的識(shí)別準(zhǔn)則。設(shè)λ為置信度(λ≥0.5)，若C1

(7)

則認(rèn)為評(píng)價(jià)樣本Q屬于第k0個(gè)評(píng)價(jià)類Cp。

2建筑安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)，選取的指標(biāo)是否合適，將直接影響建筑安全的綜合評(píng)價(jià)結(jié)論。影響建筑安全的因素頗多，無(wú)論是技術(shù)因素，還是非技術(shù)因素，綜合起來(lái)就是人的因素、建筑施工設(shè)備的因素、管理方面的因素、環(huán)境因素4個(gè)方面。四大因素包括：現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全意識(shí)、管理層的安全管理能力、領(lǐng)導(dǎo)層的安全理念、安全用品佩戴情況、施工現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)措施、施工現(xiàn)場(chǎng)安全標(biāo)志的設(shè)置、安全生產(chǎn)責(zé)任制度、安全檢查制度、安全教育及培訓(xùn)、事故預(yù)防及應(yīng)急處理、自然環(huán)境、施工作業(yè)環(huán)境、周?chē)h(huán)境共13項(xiàng)[7-12]，以此作為建筑安全評(píng)價(jià)的主要影響因素，并對(duì)這些因素通過(guò)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)指標(biāo)分為5級(jí)，評(píng)判集為{C1,C2,C3,C4,C5}，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)，分別表示很安全、安全、一般安全、不安全、非常不安全。建筑安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)見(jiàn)表1。

3實(shí)例應(yīng)用

以湖南某建筑區(qū)17#、18#樓施工為例，該工程建筑面積為13 480.12 m2，剪力墻結(jié)構(gòu)，其中17#樓建筑地面以上共12層樓，地下僅有1層；18#樓建筑地面以上共10層樓，地下也僅有1層。該項(xiàng)目至2014年12月1日正式開(kāi)工，計(jì)劃在2015年11月8日竣工。對(duì)于該建筑的安全問(wèn)題，統(tǒng)籌考慮建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全情況，并對(duì)各二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)際取值，見(jiàn)表2。

表1　建筑安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

表2　某建筑施工現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)取值統(tǒng)計(jì)

3.1單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)構(gòu)造

依據(jù)表1、表2構(gòu)建單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)，并求出各因素的測(cè)度值。其中Z1～Z3、Z10～Z13的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)見(jiàn)圖1，Z4～Z9的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)見(jiàn)圖2。

根據(jù)表2各影響評(píng)價(jià)因素的實(shí)際取值，結(jié)合圖1、圖2單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)，將各個(gè)取值代入其中，可以計(jì)算出該建筑安全影響因素的單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣：

圖1　Z1～Z3、Z10～Z13的未確知測(cè)度函數(shù)

圖2　Z4～Z9的未確知測(cè)度函數(shù)

3.2影響因素權(quán)重確定3.2.1主觀權(quán)重

運(yùn)用層次分析法確定該建筑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)優(yōu)選模型中各影響因素的權(quán)重值。依據(jù)專家打分結(jié)果，計(jì)算得出各影響因素指標(biāo)權(quán)重，見(jiàn)表3。

因此,可以求出主觀權(quán)重向量w1=[0.129 6,0.111 6,0.103 3,0.072 8,0.127 4,0.086 5,0.059 4,0.050 3,0.046 4,0.042 4,0.060 7,0.074 5，0.035 1]。

3.2.2客觀權(quán)重

運(yùn)用熵權(quán)法評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合影響因素單指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，計(jì)算得出建筑安全影響因素的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量w2=[0.089 6,0.073 1,0.069 6,0.063 9,0.112 3,0.077 4,0.089 6,0.069 7,0.063 9,0.063 9,0.073 1,0.089 6，0.039 6]。

3.2.3綜合權(quán)重

基于博弈論,依據(jù)2種方法確定的主觀權(quán)重集、

表3　建筑安全評(píng)價(jià)影響因素主觀指標(biāo)權(quán)重

客觀權(quán)重集，利用計(jì)算軟件，根據(jù)式(5)求出兩線性組合系數(shù)值a1=0.622 3，a2=0.406 4，進(jìn)而運(yùn)用式(3)對(duì)基本權(quán)重集進(jìn)行優(yōu)化，得到影響因素的最優(yōu)綜合權(quán)重向量w=[0.121 6,0.103 0,0.038 0,0.074 0,0.129 8,0.088 6,0.076 2,0.061 9,0.057 0,0.054 4,0.070 1,0.086 0,0.039 4]。

3.3多指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算

3.4置信度識(shí)別

取置信度λ為0.5，根據(jù)式(6)和式(7)，從大到小可以得出k0=0+0.373 4+0.383 3=0.756 7>λ,即該建筑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判等級(jí)為Ⅲ級(jí);從小到大可得出k0=0+0.243 3+0.383 3=0.626 6>λ,即該建筑安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也為Ⅲ級(jí);2次判別結(jié)果一致，可以判定該建筑安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，即該建筑為一般安全。

4結(jié)論

綜合考慮人、物、管理、環(huán)境四大因素，通過(guò)定性及定量分析，為了確保安全風(fēng)險(xiǎn)較為有效的控制，采用專家打分法與熵權(quán)法得到影響因素主、客觀權(quán)重，存在差異且不完善，又運(yùn)用博弈論模型對(duì)權(quán)重進(jìn)行處理，進(jìn)而得出多指標(biāo)綜合權(quán)重；同時(shí)引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則，最終得出項(xiàng)目在施工階段不存在特別突出的安全問(wèn)題，與實(shí)際相符，但是由于其安全等級(jí)為一般安全，還需要制定相關(guān)的較為完善的應(yīng)急方案和安全管理制度，進(jìn)一步控制建筑安全的風(fēng)險(xiǎn)概率。改進(jìn)未確知測(cè)度優(yōu)化模型為現(xiàn)場(chǎng)安全施工提供了一種有效的評(píng)價(jià)方法。

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(收稿日期2015-12-14)

*“軟弱巖土體與結(jié)構(gòu)相互作用效應(yīng)研究”科研項(xiàng)目(編號(hào)：2015C0067)。

孟英輝(1972—)，男，高級(jí)工程師，100840 北京市海淀區(qū)西三環(huán)北路117號(hào)。