基于模糊可拓方法的公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的應(yīng)用

吳 杰，陳 強(qiáng)，陳 爭，鄧 航

(1．中交路橋華東工程有限公司，上海 200120;2．中安廣源檢測評(píng)價(jià)技術(shù)服務(wù)股份有限公司，天津 300000)

目前，我國的公路建設(shè)已與國外持衡，市場調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)在我國公路建設(shè)的10年內(nèi)，我國公路建設(shè)已進(jìn)入快速發(fā)展階段。與此同時(shí)，現(xiàn)階段可看到道路交通普遍存在擁擠現(xiàn)象，這將預(yù)示著新建高速公路會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，為避免人群聚集地帶對(duì)施工難度大的山區(qū)隧道地帶開挖尤為重要。在保證公路施工安全的前提下，保證施工進(jìn)度，顯然對(duì)山區(qū)隧道施工建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定十分必要。

近年來，對(duì)山區(qū)隧道施工建設(shè)的研究還有待完善，特別針對(duì)山區(qū)地帶隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法值得深討。蘇觀男等［1］從傳統(tǒng)可拓模糊理論中對(duì)大壩變形形態(tài)給出評(píng)價(jià)，并避免了傳統(tǒng)人為定權(quán)值的誤差。鄒飛等［2］將可拓理論應(yīng)用在爆破風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域并得到了很好的效果。張雅娜等［3］將可拓區(qū)間判斷矩陣與模糊綜合評(píng)價(jià)方法結(jié)合用于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能力的評(píng)估。可見，模糊可拓方法應(yīng)用于工程領(lǐng)域有一定實(shí)用性，現(xiàn)將其應(yīng)用于公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析中并驗(yàn)證其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)合理性。

1 公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1．1 模糊可拓評(píng)價(jià)方法

為了驗(yàn)證模糊可拓在山區(qū)高速公路隧道施工中遇到風(fēng)險(xiǎn)大小，借助模糊可拓評(píng)價(jià)方法［1，4］評(píng)估，下面簡要介紹該方法。

(1)將原始數(shù)據(jù)格式化。將公路隧道施工中遇到風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的參評(píng)原始數(shù)據(jù)用規(guī)格化方法化為［0，1］區(qū)間上的模糊隸屬度值。

(2)確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工程實(shí)際需求，將評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)定為5級(jí)，即N=［低風(fēng)險(xiǎn) N1，一般風(fēng)險(xiǎn) N2，顯著異常 N3，高度風(fēng)險(xiǎn)N4，極高風(fēng)險(xiǎn)N5］，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定量化依此表征為:

(3)確定公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)中的經(jīng)典域和節(jié)域。

式中，R0－同征物元Ri(i=1，2，…，m)的同征物元體;Nj－物元系統(tǒng)中施工過程中的第j個(gè)評(píng)價(jià)級(jí)別;Ci－施工指標(biāo)中的第i個(gè)特征;Vij=＜aij，bij＞為Nj關(guān)于Ci規(guī)格化的值域，表示隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的經(jīng)典域。

式中，Rp－物元的節(jié)域;Np－物元系統(tǒng)中公路隧道施工等級(jí)的全體;Vip=＜aip，bip＞為特征C1的值域，也為Np的節(jié)域且在［0，1］區(qū)間內(nèi)。

(4)確定公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)中的待評(píng)物元。

(5)求取風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度。

式中，wi－權(quán)重系數(shù)，滿足∑i=1nwi=1。

(7)評(píng)級(jí)。若 Kj0=maxKj(Q)，j∈{1，2，…，m}，則 Q 為等級(jí)j0，稱j*為Q的等級(jí)變量特征值，即:

(6)確定山區(qū)公路隧道風(fēng)險(xiǎn)Q的關(guān)聯(lián)度。

因此，利用式(1)～(8)可確定山區(qū)高速公路在隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定。

1．2 確定權(quán)重系數(shù)

在1．1可知權(quán)重在求解中很重要，權(quán)重是衡量隧道施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)重要性的所占分量的比例。這里采用經(jīng)典的AHP法，該方法有助于將少量的定量化處理得到復(fù)雜模糊系統(tǒng)的權(quán)重［5－6］。如圖1為AHP法流程圖，當(dāng)檢驗(yàn)系數(shù) CR ＜0．1時(shí)，則認(rèn)為AHP法求得的權(quán)重達(dá)到一致性檢驗(yàn)，否則重新檢驗(yàn)。目前基于AHP法的aahp軟件可有效提高一致性驗(yàn)算效率［7］。

圖1 AHP法求解流程圖

2 實(shí)例分析

為驗(yàn)證研究方法的可靠性及可比性，參考文獻(xiàn)［8］中實(shí)例概況對(duì)山區(qū)高速公路施工風(fēng)險(xiǎn)分析。

2．1 評(píng)估指標(biāo)

結(jié)合該施工隧道建設(shè)過程，選擇2位現(xiàn)場安全管理員，1位安全監(jiān)理，7位資質(zhì)、能力相當(dāng)?shù)膶＜覍?duì)實(shí)例資料中隧道建設(shè)進(jìn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)，從工程地質(zhì)條件、山區(qū)隧道開挖斷面、隧洞施工技術(shù)現(xiàn)狀、洞口工程難易程度及其一一對(duì)應(yīng)的12個(gè)指標(biāo)集，并采用專家打分法對(duì)建設(shè)過程中風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度打分，并采用專家經(jīng)驗(yàn)法求出12個(gè)指標(biāo)層分值規(guī)劃化成模糊隸屬度，隨后利用aahp軟件中AHP法求出各指標(biāo)層的權(quán)重值，最終構(gòu)建出如表1所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2．2 施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)工程實(shí)況及表1整理數(shù)據(jù)，現(xiàn)以“工程地質(zhì)條件”評(píng)價(jià)為例，說明計(jì)算過程。

(1)建立模糊物元。

(2)根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)典域R0，進(jìn)而確定節(jié)域物元Rp，由模糊隸屬度值構(gòu)建待評(píng)物元RQ。

(3)求得工程地質(zhì)條件指標(biāo)層指標(biāo)關(guān)聯(lián)度為:

用軟件求得的特征權(quán)重為:w1k=［0．082，0．368，0．550］

(4)由式(6)最終求得“工程地質(zhì)條件”的關(guān)聯(lián)度矩陣:

綜上，按照以上步驟，可求得其他準(zhǔn)則層指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而得到準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的關(guān)聯(lián)度集合矩陣:

(5)由式(6)結(jié)合準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重，最終求得山區(qū)公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)度為:

(6)通過式(7)、(8)山區(qū)公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的級(jí)別變量特征值為:j*=1．501。

由計(jì)算結(jié)果可知，j*=1．501，介于基本低風(fēng)險(xiǎn)與一般風(fēng)險(xiǎn)之間，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)，屬低風(fēng)險(xiǎn)。與文獻(xiàn)［8］實(shí)際情況基本相符，區(qū)別在于分檔級(jí)別不同。由現(xiàn)場實(shí)地資料可知，勘察設(shè)計(jì)單位提供資料與現(xiàn)場實(shí)際相符，同時(shí)施工前期該工程項(xiàng)目已做好了專項(xiàng)施工方案，且工程地質(zhì)類型為中等，從業(yè)人員風(fēng)險(xiǎn)安全意識(shí)較強(qiáng)。因此，進(jìn)一步驗(yàn)證了此評(píng)價(jià)體系合理，可為現(xiàn)場管理決策人員提供參考。

3 結(jié)語

為了保障山區(qū)公路隧道施工安全，提前對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)大小給予評(píng)估，通過實(shí)例分析，從工程地質(zhì)條件、山區(qū)隧道開挖斷面、隧洞施工技術(shù)現(xiàn)狀、洞口工程難易程度及其12個(gè)指標(biāo)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，研究將模糊可拓評(píng)價(jià)方法與AHP法結(jié)合對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)，隸屬低風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果與實(shí)際情況相符，表明該評(píng)估方法可應(yīng)用于山區(qū)高速公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域，有助于決策者做決斷。