基于熵權法的泵站金屬結構安全性評估方法

王文彬

(武漢水電測試中心有限公司，湖北 武漢 430060)

0 引言

近年來，隨著我國社會的發展以及相關領域的進一步創新，國內工程數量猛增，一定程度上推動了建筑施工行業轉型升級[1]。而在這樣的背景條件之下，人們對于工程的內部框架以及結構的要求也越來越高。其中，最為典型的是泵站工程建設。通常情況下，為了在預設的年限中確保泵站的穩定運行，會選擇構建半金屬材質的內部結構，在實施初期，取得了相對較好的效果[2]。但目前階段，隨著業務量的增加，傳統的半金屬材質雖然可以達到預期的承接效果，但在實際應用過程中，時常會出現部分問題和缺陷，最終影響日常工作，造成一定的經濟損失[3]。

面對這種情況，在結構建設完成初期，需要增加安全性評估的環節[4]。現階段最為常用的安全性評估方法主要是依據獲取的施工數據以及測定標準，得出評估效果。由于多為人工測算，所以，產生評估誤差的概率相對較高[5]。但熵權法的出現極大地改變了這一現狀，與傳統評估方式對比，熵權法更擅長處理龐大的數據群，并可以在較短的時間內得出精確的數據，更具穩定性和可靠性。泵站本身日常的業務量和數據量極大，熵權法的應用可以最大程度降低安全評估誤差的出現，提升整體的評估效果，強化泵站金屬結構的承壓能力，具有實際的應用價值與社會意義[6]。

1 熵權法下泵站金屬結構安全性評估方法

1.1 安全評估技術參數獲取

在對熵權法下泵站金屬結構安全性評估方法的實際應用效果進行驗證之前，需要先獲取相應的安全評估技術參數，奠定基礎[7]。通常情況下，對于泵站的金屬結構，需要在初始的評估范圍之內進行擴展，一般是對主梁、側閘和側門框有滑動機構、起升機構等組成，在合理范圍內進行技術指標以及參數的調整與更改。具體如表1所示。

根據表1，可以完成對安全評估技術參數的設定與調整，劃定具體的安全評估范圍，隨后形成初始的評估結構，對泵站內部的金屬結構進行宏觀處理與檢查，為后續的安全評估工作奠定基礎條件。

表1 安全評估技術參數設定表

1.2 安全性評估指標體系建立

在完成對安全評估技術參數的獲取后，需要進行評估指標體系的建立。一般情況下，泵站的金屬結構在實際應用過程中，需要承受較大的壓力，長期受到氣動載荷、機械振動以及動態交互過載等多方面的影響，這也會使得金屬材料在高壓作用下，逐漸出現疲勞裂紋、變形、斷裂等問題[8]。

同時隨著結構使用年限的增加，自然環境對于金屬的累計作用也越來越嚴重，腐蝕明顯。因此，結合上述問題，需要加強日常的維護和評估工作，結合實際應用情況，在初始評估結構基礎上，進行體系創新與優化，具體如圖1所示。

圖1 安全性評估指標體系結構圖示

根據圖1，可以完成對安全性評估指標體系結構的設計與展示。將所獲取的技術性參數添加在評估體系中，可以獲取到實時數據，隨后，排除外界載荷因素等的影響，最終完成評估調節和安全性評估指標體系的建立。

1.3 模糊安全評估模型構建

即使是鄰近的金屬結構，在應用過程中也會時常出現摩擦或者碰撞，這種情況會對最終的安全性評估結果造成消極影響。因此，在評估模型的設計過程中，需要增加整體的可變更性和修改性，結合模糊理論集進行可分辨安全評估模型的構建。并結合實際評估需求，設定具體的評估范圍，計算出離散評估系數，其公式為：

(1)

式中：R表示離散評估系數，m表示二維評估距離，n表示屬性特征，c表示信息函數。通過上述計算，最終可以得出實際的離散評估系數。將所設定的安全性評估體系添加到模型中，調整實際的評估目標，排除不確定性評估數據后，獲取具體的安全屬性值，結合離散等級，進一步優化完善模型的整體評估能力，確保最終評估結果的穩定與可靠。

1.4 熵權權重比照法實現泵站金屬結構安全性評估

在完成模糊安全評估模型的構建后，根據熵權權重比照法實現泵站金屬結構的安全性評估。熵權權重比照指將泵站金屬結構內部的不安全因素進行排除，結合評估模型，核定整體的安全性評定標準，得出的熵權權重與初始的權重進行比照，差異值在合理范圍內，表明最終得出的評估效果有效。

在此過程中，需要劃定具體的評估范圍，不可隨意更改，這樣可以確保結果的穩定精準，同時對于內部結構的損壞也可以控制在最低的范圍內。熵權權重比照得出的差異值并不固定，而是根據金屬結構內部壓力的變化隨之發生相應的變化，是動態的。因此，在安全性評估過程中也需要消除存在的誤差，結合熵權權重比照法實現泵站金屬結構安全性評估，得出最為精準的評估結果。

2 方法測試

本次主要是對熵權法下泵站金屬結構安全性評估的實際效果進行驗證與分析。考慮到最終測試結果的真實性和可靠性，需要以對比的形式來完成測試。選取A泵站作為測試的主要目標對象。劃定A泵站的金屬結構為4個小組，每一個小組的測試環境均相同。對3種測試方法分析，第一組為傳統的模糊集成判斷安全性評估方法，將其設定為傳統模糊集成判斷安全性評估測試組；第二組為傳統的靜載應力安全性評估方法，將其設定為傳統靜載應力安全性評估測試組；第三組為本文所設計的安全性評估方法，將其設定為熵權法安全評估測試組。最終得出的結果會以對比的形式分析。

2.1 測試準備

在對熵權法下泵站金屬結構安全性評估的實際效果進行驗證與分析之前，需要先搭建相關的測試環境。一般來說，對于金屬結構內部進行安全性評估是一項十分重要且關鍵的工作，對于后續的發展會產生深遠的影響。選取P泵站作為本次測試的主要目標對象，對內部的結構進行處理和研究，并利用專業的設備儀器獲取相應的建設數據。與此同時，進行靜載應力的計算，其公式為

H=(5k+1.05)-4u

(2)

式中：H表示靜載應力，k表示轉臺距離，u表示浮吊動態應力。通過計算，最終可以得出實際的靜載應力。根據得出的靜載應力，劃定具體的應力覆蓋范圍，同時，對P泵站內部金屬結構的相關建設參數還需要進行調整與更改，具體如表2所示。

表2 P泵站參數調整設定表

根據表2，可以完成對P泵站參數調整的設定。隨后，結合上述所設定的具體參數，進行內部結構的部分調整。當承接點在極限峰值狀態下時，金屬結構的安全系數相對較小，反之，當承接點在極限峰值狀態之內時，金屬結構的安全系數相對較大。

在上述基礎上，還需要劃定具體的浮吊安全荷載范圍。通常情況下，浮吊安全荷載的最大幅度設定在17.25～25.66 t，雙向動載結構承壓作用下，可以在泵站的結構中選擇1個核心安全浮吊節點，將其與每一個單元結構相連，形成初始的安全區域，在這個區域內，可以無限調整、修改內部結構。大應力峰值通常會安裝在圓筒的下部，設定具體的測點，確保安全荷載應力峰值為-43.0 MPa。此時，在結構的臂架處安裝力壓分化裝置，平衡整體結構所承受的壓力，轉移對應的承壓點。起升的額定載荷值為初始的1.4倍，保證在安全評估過程中可以靈活實現上升、下降、制動等回轉動作。核定測試相關設備以及裝置是否處于穩定的運行狀態，并確保不存在影響最終測試結果的外部因素，核定無誤后，開始具體的安全評估測試。

2.2 測試過程及結果分析

根據P泵站的實際執行情況，同時也為了確保最終測試結果的穩定性與可靠性，劃定具體的位置作為測試的主要區域。結合熵權法，進行安全穩態值的計算，其公式為：

(3)

式中：G表示安全穩態值，d表示權值穩態距離，y表示預估安全差值。通過上述計算，最終可以得出實際的安全穩態值。結合得出數值，核定劃定的范圍之內是否處于預設的穩態情況。在范圍內，對金屬結構的余厚比進行計算，其公式為：

(4)

式中：N表示余厚比，W表示動態熵權自重應力，v表示負載系數。通過上述計算，最終可以得出實際的余厚比。余厚比的獲取可以更好地獲取金屬結構的穩定狀態以及數據信息，并結合余厚比，計算P泵站金屬結構的安全系數，并以對比的形式分析驗證，具體如表3所示。

表3 安全評估測試結果對比分析表

根據表3，可以完成對測試結果的分析與驗證：與傳統模糊集成判斷安全性評估測試組和傳統靜載應力安全性評估測試組相對比，本文所設計的熵權法安全評估測試組最終得出的安全系數相對較高，這也表明在實際應用過程中，對P泵站金屬結構的安全評估結果更加穩定、可靠，具有實際的應用價值與社會意義。

3 結語

基于熵權法的泵站金屬結構安全性評估方法的設計與分析，本文從多個角度構建了安全性的方法，在熵權法的輔助與支持下，結合實際工程建設情況，建立更加靈活、多變的評估體系，在獲取處理數據的同時，整理存在的問題，設計具有針對性的處置方案。不僅如此，在初始泵站金屬結構評估的設計方案中，添加了評測模型，構建了熵權法數值測算矩陣，進一步完善了整體的評估架構，在提升安全性評估工作效率與質量的同時，為后續的施工奠定了更為堅實的參考依據，增強了現實指導意義，推動相關行業邁入新的發展臺階。