基于改進(jìn)層次分析法的山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響評價

趙夢蘭

(湖南恒利建筑工程有限公司， 湖南 長沙 410007)

中國西部幅員遼闊，山地眾多，基建施工難度較大，以橋梁為例，其作業(yè)強(qiáng)度大、建設(shè)周期長、施工難度大、環(huán)境條件惡劣。如何有效分析各因素對山區(qū)橋梁建設(shè)的影響，找出主要建設(shè)風(fēng)險因素以保證山區(qū)橋梁建設(shè)的安全性具有重要意義。該文在總結(jié)前期研究成果的基礎(chǔ)上，從材料與機(jī)械、工程環(huán)境、施工技術(shù)方案、工程現(xiàn)場管理四方面提取影響山區(qū)橋梁安全性的15個主要因素，采用三標(biāo)度改進(jìn)的層次分析法確定各因素的影響權(quán)重，分析影響山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險的主要因素。

1 改進(jìn)的層次分析法

傳統(tǒng)層次分析法(AHP)采用九標(biāo)度法形成各因素比較結(jié)果的比較矩陣，通過定性與定量相結(jié)合的方式得到各因素的權(quán)重，在影響因素較多時，其計算量較大，且分析結(jié)果受主觀影響較大，無法有效保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性。改進(jìn)的層次分析法(IAHP)采用三標(biāo)度法對影響因素之間的重要性進(jìn)行相互比較，能降低九標(biāo)度分析法在比較矩陣構(gòu)建時的模糊性，使比較矩陣更可靠、合理，同時運(yùn)用數(shù)學(xué)手段對比較矩陣中的相關(guān)影響因素進(jìn)行優(yōu)化，將比較矩陣優(yōu)化后轉(zhuǎn)換成一致性矩陣，避免進(jìn)行一致性檢驗等復(fù)雜計算。其主要步驟：

(1) 基于層次分析法原理，將各影響因素指標(biāo)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層，并對各層次因素之間的重要性程度進(jìn)行區(qū)分，據(jù)此確定各因素之間的影響關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型。

(2) 采用三標(biāo)度法對相同層次影響因素的重要性進(jìn)行比較，構(gòu)造比較矩陣，比較矩陣U的表達(dá)式見式(1)。根據(jù)三標(biāo)度法，得到式(2)，其中：uij=0表示影響因素j比影響因素i重要，uij=0.5表示影響因素j與影響因素i同等重要，uij=1表示影響因素i比影響因素j重要。

(1)

(2)

(3) 通過比較矩陣U構(gòu)造判斷矩陣V，令V=(vij)n×n，對矩陣U=(uij)n×n按行求和，得到式(3)。計算比較因子cm，計算公式見式(4)。通過相關(guān)變換，將比較矩陣U變換成間接矩陣V，V=(vij)n×n，其中vij按式(5)計算。由式(5)可知，變換后的矩陣V中元素vij滿足vii=1,vij=1/vji。

(3)

(4)

(5)

(4) 將間接矩陣轉(zhuǎn)化為一致性矩陣A，A=(aij)n×n，并有aij=aik×akj,aii=1,aij=1/aji。

(5) 計算相對權(quán)重。引入特征向量W，其滿足以下關(guān)系式：

(6)

(6) 計算各影響因素指標(biāo)的權(quán)重。準(zhǔn)則層影響因素指標(biāo)的相對權(quán)重為W1,W2,W3,…,Wn，指標(biāo)層影響因素的相對權(quán)重為w1,w3,w3,…,wn，則每個因素指標(biāo)相對于目標(biāo)層的綜合排序為：

Rj=[W1w1,W2w2,W3w3,…,Wnwn]T

(7)

由式(7)可計算各影響因素的權(quán)重，據(jù)此對影響因素指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序，得到其權(quán)重總排序。

2 山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響評價

2.1 影響因素指標(biāo)的確定

以西部山區(qū)某高速公路橋梁為例，采用IAHP法對該橋梁建設(shè)風(fēng)險進(jìn)行評估。在總結(jié)大量類似工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家調(diào)查結(jié)果，建立一個三層級、多指標(biāo)的山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響因素指標(biāo)體系。其首層為目標(biāo)層，即山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響因素；第2層為準(zhǔn)則層，包括材料與機(jī)械、工程環(huán)境、工程現(xiàn)場管理、施工技術(shù)方案4個方面；第3層為指標(biāo)層，包括15項細(xì)分的影響因素指標(biāo)(見圖1)。

2.2 影響因素指標(biāo)的相對權(quán)重

基于IAHP法構(gòu)建比較矩陣，圖1中15個因素的兩兩比較矩陣如下：

圖1 山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響因素指標(biāo)體系

通過對上述比較矩陣A按行求和，計算基點比較標(biāo)度，得:

smax=3.5,smin=0.5,cm=7

將比較矩陣A轉(zhuǎn)換成間接矩陣V：

將間接矩陣V轉(zhuǎn)換成一致性矩陣K：

按式(6)求解一致性矩陣K的特征向量，其結(jié)果即為準(zhǔn)則層影響因素對目標(biāo)層的單排序的優(yōu)先權(quán)重向量。一致性矩陣K的特征向量如下：

W=[0.100 2 0.223 8 0.034 9 0.641 1]T

同理，可計算得到各指標(biāo)層影響因素對準(zhǔn)則層的單排序的優(yōu)先權(quán)重向量：

w1=[0.636 8 0.104 6 0.258 4]T

w2=[0.263 4 0.117 7 0.563 7 0.055 2]T

w3=[0.104 8 0.258 1 0.637 1]T

w4=[0.477 2 0.096 1 0.283 1 0.034 5

0.109 1]T

2.3 相對權(quán)重綜合排序與評價

根據(jù)式(7)計算各因素指標(biāo)相對于目標(biāo)層的綜合排序：

R1=W1w1=[0.023 7 0.010 4 0.026 1]T

R2=W2w2=

[0.109 1 0.096 3 0.106 3 0.082 2]T

R3=W3w3=[0.003 5 0.009 2 0.022 1]T

R4=W4w4=

[0.105 8 0.091 6 0.101 7 0.102 2 0.109 9]T

根據(jù)上述計算結(jié)果，可得到山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響因素指標(biāo)的權(quán)重及排序(見表1)。

由表1可知：山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險因素權(quán)重由大到小為懸臂施工方案、山區(qū)冰凍、滑坡和泥石流、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工方案、砼澆筑方案、模板與腳手架施工方案、大風(fēng)和強(qiáng)降雨等惡劣天氣、承臺與橋墩施工方案、不良地質(zhì)、材料與機(jī)械質(zhì)量、機(jī)械設(shè)備精度、施工人員技能、材料與機(jī)械到位情況、項目部人力資源配置、施工管理相關(guān)制度與考核機(jī)制。風(fēng)險因素主要集中在工程環(huán)境和施工技術(shù)方案上，工程環(huán)境風(fēng)險總權(quán)重為0.393 9，施工技術(shù)方案風(fēng)險總權(quán)重為0.511 2，且工程環(huán)境風(fēng)險與施工技術(shù)方案風(fēng)險這兩個準(zhǔn)則層下面指標(biāo)層風(fēng)險權(quán)重較接近，說明這兩個準(zhǔn)則層下面指標(biāo)層影響因素都是山區(qū)橋梁建設(shè)的主要風(fēng)險來源，在橋梁建設(shè)中應(yīng)著重考慮這些因素的影響，優(yōu)化建設(shè)方案，有效控制風(fēng)險。

表1 山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險影響因素指標(biāo)的權(quán)重及排序

3 結(jié)語

采用IAHP法對山區(qū)橋梁工程建設(shè)安全性影響因素進(jìn)行評價，通過資料收集整理并考慮山區(qū)橋梁工程建設(shè)的復(fù)雜性，構(gòu)建包含材料與機(jī)械、工程環(huán)境、施工技術(shù)方案、工程現(xiàn)場管理4個準(zhǔn)則層，機(jī)械設(shè)備精度、材料與機(jī)械到位情況等15個主要因素的山區(qū)橋梁工程建設(shè)風(fēng)險影響因素指標(biāo)體系，采用IAHP法確定各因素的影響權(quán)重。實例分析結(jié)果表明，山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險因素主要集中在工程環(huán)境和施工技術(shù)方案上，在山區(qū)橋梁建設(shè)中應(yīng)著重考慮工程環(huán)境風(fēng)險與施工技術(shù)方案的影響，優(yōu)化建設(shè)方案，有效控制山區(qū)橋梁建設(shè)風(fēng)險。