綜合管廊韌性評價研究

張一帆 李 雪 李 燦 馮 晨 張書銘

(北方工業大學土木工程學院，北京 100144)

0 引言

近年來，綜合管廊在地下空間、居民建筑、橋梁建筑等方面越來越受到重視。而管廊的韌性評價在基礎設施建設工程中有重要作用。

有諸多學者對于社區及城市的韌性領域進行了研究。方東平等[1]將城市及其各子系統應對不利事件的抗干擾能力和不確定性能力稱為城市韌性。李亞等[2]從經濟韌性、社會韌性、環境韌性、社區韌性、基礎設施韌性及組織韌性6個方面構建我國城市災害韌性評價指標體系進行評價。李彤玥[3]對于城市韌性的研究視角或內容主要有成災害應對、自然氣候變化、區域經濟發展、基礎設施建設和城市空間規劃等方面。同時，注重城市韌性評價和城市韌性塑造。李在上[4]認為城市韌性強調全過程表現，并非靜態描述，應著眼于全局、全過程，以集成的思想和系統的手段通盤考慮城市系統，全面地理解城市的運轉，從而使得研究成果能在實踐中更好地指導城市韌性的規劃與建設。

目前國內對管廊韌性的評價研究不多，上述文獻中以城市潛在風險和韌性的研究相對較多。本文通過建立評價指標體系和評價模型來確定韌性等級，以期對評價管廊韌性工作有所借鑒。

1 工程概況

建筑規模大約381萬m2，工程采用靈活多變的結構斷面形式，具備了供水、供電、燃氣、通信、供冷/供熱、地源熱泵、再生水、有線電視等，在全國范圍內入廊管線種類最多，共計八大類18種管線入廊。此項目的綜合管廊工程是行政辦公區核心區域三橫四縱區域的網狀工程，且與緊鄰的行政辦公區市級機關辦公樓等，周邊有小區和學校，環境較為復雜。同時利用BIM技術高精度地完成了復雜節點的建設任務，安全順利的完成了北京首次近距離上穿地鐵既有線。

2 韌性指標體系的建立

2.1 指標因素的選取

1)抗災能力。工程結構在災害面前容易造成毀傷，管廊結構設計使用壽命長達百年，地震、火災、洪災等潛在威脅都會對管廊安全造成重大的影響，因此，選取抗震、泄洪、防水、抗塌陷作為抗災能力的子指標。

2)監測與預警能力。韌性管廊內部具有水、電、燃氣、通信等眾多管線，而且管廊自身運行的動力、照明、排水等設備繁多，如果出現故障，就可能造成沿線城市功能的癱瘓，所以管廊的監測與預警意義重大，檢測與預警要通過感知儀器、電力綜合檢測、人防檢測、智能監管和管線防護這些指標表現。

3)災后功能恢復能力。在重大災難發生后，基礎設施的功能快速恢復是保障城市恢復的關鍵，需要以最快速度啟動應急響應，重建破損的管線，對結構進行修復，及時調動人力及救災物資設施。此外，在災后重建結束后，還需要進行災后核查，明確災難點，以防再出現由于同種因素導致的災難。以上概括為應急響應、災后結構修復、受災管線重建、救災設施搭建、災后核查這5個方面，皆為韌性管廊建設災后重建中的重要指標。

4)運營與維護水平。管廊的安全運行離不開合理的經營管理制度，在日常管理中，重視全面巡檢及按工程需要酌情加強巡視。綜合管廊控制中心是一個自動化監控平臺，是管廊安全運行的關鍵，其安全運行是管廊安全運行的重要保障。附屬設施雖然從重要性而言不及管廊結構及管線，但其作用主要是保障管廊結構及管線的運行安全，是安全運營的重要保障。管廊的安全運營需要持續不斷的資金投入，所以管廊運營費收入及國家對管廊運營的投入及到位程度，將對管廊運營安全造成較大的影響。

2.2 指標體系的構建

如前所述，針對管廊的韌性評價研究，選取抗災、監測與預警、災后重建、運營與維護這4個指標為一級指標，抗震、防火、智能監管、廊體維護、附屬設施搭建等20個二級指標，從而完成韌性管廊建設指標體系的構建。具體如圖1所示。

3 評價模型的構建及應用

3.1 模型建立過程

1)評價指標集建立。根據指標體系的層級建立各層級指標集。

2)利用評分法進行兩兩比較，得到各層級指標權重計算，并進行一致性檢驗。

3)利用專家打分法得到各指標韌性隸屬程度。

4)利用得到的隸屬度矩陣和各指標權重得到韌性評價結果。

3.2 模型應用過程

1)根據上節模型建立過程，結合圖1，建立指標體系并編號，具體如表1所示。

表1 綜合韌性管廊建設指標表

2)指標體系權重的確定。

本節采用1～9評分法，通過專家打分，建立比較判斷矩陣，進行加權平均得到了各級指標體系的權重值，具體如表2所示。

表2 各級指標體系的權重值

3)隸屬度分析。

將韌性等級分為差、較差、中、良好、優秀5個等級，然后采用專家打分法，聘請專家對子基準層因素按照表3進行打分，得分越高韌性等級越高。針對各個專家對各項情況打分占比情況，得到如表3～表7所示的隸屬關系矩陣，再采用模糊數學法，得到各種情況發生的概率。

表3 子基準層打分方法

表4 抗災模糊矩陣統計表

表5 檢測與預警模糊矩陣統計表

表6 災后重建模糊矩陣統計表

表7 運行與維護模糊矩陣統計表

根據上述數據，將各個子基準層指標的權重和其模糊關系矩陣，利用MMULT函數計算，如式(1)，式中Ri為第i個模糊矩陣。再將所得行向量疊加，如式(2)，得到基準層模糊矩陣統計表，見表8。最后一步，將基準層的權重進行MMULT函數計算，得到韌性管廊最終評判向量，如式(3)所示。

bi=wi×Ri

(1)

(2)

(3)

表8 基準層模糊矩陣統計表

在通過基準層權重與基準層模糊矩陣統計表中MMULT函數的具體數值計算，如式(4)得到評判結果B=(0.103 1，0.105 6，0.282 8，0.297 2，0.243 4)，總體來說評價結果是中等韌性與良好韌性之間，且傾向于中等韌性。

(4)

4 結論

基于現有的管廊韌性評價研究，通過建立管廊韌性指標體系，運用層級分析法和模糊數學的方法對各項指標的韌性進行了初步評價，得出如下結論：

1)對綜合管廊的韌性指標，可以分為一二級指標，一級指標有抗災、檢測與預警、災后重建、運營與維護4個指標，二級指標有防火、人防檢測、災后重建、廊體維護等20個指標。

2)應用結果顯示該管廊的韌性指標總體來說評價結果是中等韌性與良好韌性之間，且傾向于中等韌性。