模糊層次分析法在建筑平移工程中的應用研究*

黃 超，陳蕃鴻，許祎斌，徐林箏，盧浩星

(中建一局華江建設有限公司，北京 100161)

0 引言

我國正處于城鎮化推進的關鍵期，舊城區改造、新道路規劃、新鐵路建設往往會和一些具有保護價值或是較高使用價值的建筑沖突。若是將這些建筑拆除，帶來的資源浪費和經濟損失十分巨大。尤其是歷史保護建筑，其作為文物的價值無法估量。因此，如今在規劃中越來越多的工程選用將建筑物平移代替拆除重建，這也給建筑物平移技術發展帶來了機遇。因此，將平移中存在的風險進行有效的評估和控制至關重要。

1 國內相關研究綜述

關于建筑平移安全和風險評估國內已有諸多學者進行研究。吳二軍[1]對建筑托換結構的隔震加固技術進行了研究，提出了柱托換節點等處的構造設計；徐章雄等[2]針對移位中連接節點加固抗震和施工方法給出改進建議；李國雄等[3]在平移托換結構和軌道體系的質量與安全方面給出了工程應用實例；周廣東等[4]對平移施工中的應變監測、振動、加速度響應進行分析，確定了一部分施工中保證結構安全性的控制指標；梁峰等[5]對移位技術安全問題及產生原因進行分析，并給出了相應的解決措施；在模糊層次分析上，蘭繼斌等[ 6]提出了確定模糊互補矩陣的方法，給出了傳統標度和模糊標度的區分；張吉軍[7]分析了層次分析法的不足，并給出模糊層次分析法的原理和步驟；黃緒勇等[8]運用模糊層次分析云南電網鳥害風險評估實例。

2 風險指標體系

一般來說，建筑平移施工可分為加固托換階段、切割分離階段、整體平移階段和就位后新舊結構連接階段。本文以廈門后溪長途汽車站為例，就平移過程中的4個階段提取風險指標，構建風險指標體系。

2.1 加固托換階段

加固托換是平移工程的準備階段。若加固工程實施不到位，在平移時結構剛度無法抵抗加速度帶來的力，就會造成結構損壞。加固階段的風險影響因素主要有加固后結構剛度、構件局部穩定性、建筑整體穩定性三方面。托換階段的主要風險影響因素有施工造成的原有結構承載力降低、下滑道梁施工質量問題和托盤梁與舊結構連接問題。

2.2 切割分離階段

切割分離階段是將舊結構與基礎分離，準備平移的階段。此階段中主要風險影響因素有切割時對原有結構的損傷、荷載轉移時基礎不均勻沉降、托盤梁強度不足三方面。

2.3 整體平移階段

不同于一般平移項目，本項目平移工程使用的是步履行走器而非千斤頂頂升器。在平移過程中步履行走器上的懸浮千斤頂可自動伸長和收縮，降低對軌道面平整度的要求。該行走器只在啟動和平移結束減速時產生切向加速度。在此階段主要風險影響因素有PLC系統出錯、步履行走器故障、非永久段基礎沉降過大、啟動和結束段加速度過大、托盤梁強度不足等。

2.4 新舊結構連接階段

建筑平移結束后，舊結構需要與新建基礎連接形成永久結構。在此階段主要風險影響因素有拆除托盤梁時對舊結構的損傷、新舊結構連接整體性和新基礎沉降三方面，如表1所示。

表1 風險影響因素

3 建立綜合評價模型

建立風險指標體系首先需要構建因素集與評價集，結合模糊層次分析和專家調查法計算各因素權重，建立評價矩陣。綜合二者給出二級模糊綜合評價矩陣和一級模糊綜合評價矩陣，最后給出工程具體風險等級。

3.1 因素集建立

由表1中的各平移階段施工風險影響因素，建立兩級因素集。設一級評價指標為Ui，其因素集合為U，集合中子因素用Ui(i=1,2,3,…，n)表示。在后溪車站平移工程中一級評價指標因素集U=(U1，U2，U3，U4)。二級風險因素的集合用Uij表示，例如U1=(U11,U12,U13,U14,U15,U16)。

3.2 評價集建立

3.3 各因素權重確定

上文中各影響因素對施工風險的影響效力是不同的，故需賦予每個影響因素權重。本文采用模糊評價分析法確定各因素權重。

3.3.1模糊互補矩陣構造

本文采用專家評分法，構建各個因素集合的模糊互補判斷矩陣。設施工中二級風險因素集Ui的模糊互補判斷矩陣為a：

(1)

式中：aij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)采用0.1～0.9標度法取值。aij的取值代表ai元素與aj元素之間的模糊關系，同等重要取0.5，稍微重要取0.6，具體如表2所示。

表2 標度法取值

3.3.2構造模糊一致判斷矩陣

模糊一致判斷矩陣具有較高的容錯性。使用模糊一致判斷矩陣可以避免主觀影響。由矩陣a可得模糊一致判斷矩陣A=(Aij)n×n：

(2)

(3)

3.3.3計算因素權重

采用基于模糊一致矩陣元素和權重關系排序方法計算權重，得到二級影響因素集合Ui的權重集Wi=(wi1,wi2,…,win)，其中：

(4)

式中：j=1,2,…,n；a≥2(n-1)/5，參數a取最小值保證各因素權重值差異性。同理可得一級影響因素U權重集W。

3.3.4建立評判矩陣

(5)

式中：rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)表示因素集合中第i個元素對應評價集中j元素的隸屬度。

3.4 多級模糊綜合評價

建立多級模糊綜合評價需要將已求得的二級因素集合的權重和評判矩陣對上一級因素評判，再利用評判結果對一級因素進行綜合評判，最終得到目標指標綜合評判結果。

通過模糊算子對因素權重Wi和評價矩陣Ri進行模糊變換，得到結果Bi。將Bi作為上一級因素的評判結果。

(6)

式中：°表示M(+，· )算子，M(+，·)表示加權平均模型。加權平均模型為：

(7)

得到二級綜合評價結果Bi后，類似的，利用因素權重W，通過模糊運算得到一級綜合評價結果B：

(8)

(9)

4 風險等級評定

得到風險概率和風險損失后，需要確定風險等級。通過風險等級評判矩陣確定風險等級，得到風險等級后提出風險控制準則，如表3所示。

表3 風險等級判斷矩陣

風險控制細則如下：一級風險可不采取具體措施，屬可接受范圍；二級風險需采取適當管控措施，進行必要的風險監測，屬可接受范圍；三級風險必須采取有效措施進行防范，使其風險等級降低，同時嚴加監測，屬不可接受范圍；四級風險是極高風險，必須采取措施規避，且實施措施后風險等級必須下降，屬于極不可接受水平。

5 風險評估實例

根據福廈高鐵總體規劃，廈門北高鐵站確定與既有廈門北站并站建設，福廈客專新高鐵線路建設用地將直接占用后溪長途汽車站主站房。鑒于既有后溪長途汽車站位于規劃福廈客專高鐵主線上，為避免拆除和重復建設，經廈門市政府專題會議研究明確采用平移方式，將后溪長途汽車站主站房移至新址。

項目建筑面積6.82萬m2，地下建筑面積2.28萬m2，平移面積21 000m2，平移總量30 180t。平移方式為旋轉平移，最遠平移距離288.3m，是國內目前為止建筑規模最大，單體最重的建筑旋轉平移項目。車站從地下2層切斷，一次性平移到新址。平移如此大體量的建筑需要做好風險評估工作。

5.1 各因素權重確定

根據工程實況專家調查法建立模糊互補矩陣，計算各因素權重，一級因素集U權重如表4,5所示。

表4 一級因素集權重

表5 二級因素集權重Ui權重矩陣Wij

5.2 建立評價矩陣

根據專家對各因素風險評價結果，建立二級風險概率評價如表6所示。

表6 風險概率評價

5.3 風險評價結果及風險應對措施

對已有的因素權重和因素評判矩陣進行模糊層次綜合評判，得到已獲得的風險概率評價值Gp=4.028 36，施工損失風險Gc=5.037 57，根據風險等級判定矩陣，后溪車站平移工程施工風險為三級。

三級風險必須采取針對性措施進行防范，使其風險等級降低，應在全過程嚴加監測，并從不同方面嚴加防控。加固托換階段需嚴格控制施工質量，采用成熟工藝；平移施工時應配備專項技術員管理平移PLC系統，對系統計算機單獨配備電源。對機械設備安裝、使用全過程管理和控制，指定責任師專門負責機械設備管理、收集整理機械安全管理資料。對于步履行走器設置冗余元件，設置專人觀察情況。

6 結語

1)本文分析了廈門后溪長途汽車站平移工程中4個主要階段的風險影響因素，并建立了完備的風險評價指標體系。

2)運用模糊層次分析法對平移工程中施工風險概率和施工風險損失兩方面建立風險評估模型，并借此得到后溪平移工程施工風險評價指標。

3)經模型評估，廈門后溪車站平移工程施工風險為三級，根據處理原則，項目采取相應措施防范相關風險發生。