基于模糊綜合評(píng)判法的地鐵車站施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估摘 要:針對(duì)地鐵車站工程施工影響因素的隨機(jī)性和模糊性特點(diǎn),作者提出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模糊綜合評(píng)判法,其中采用了層次分析法確定影響因素的權(quán)重。文中通過(guò)算例來(lái)驗(yàn)證所提方法的實(shí)用性,分析結(jié)果基本反映了實(shí)際情況。關(guān)鍵詞:地鐵車站;施工;風(fēng)險(xiǎn)分析;失效模式;模糊綜合評(píng)判法1引 言 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快,城市面臨的首要問(wèn)題便是人口膨脹,交通擁擠等。很多大中型城市人均道路面積日漸減少[1],如上海人均面積已降至僅2.2ｍ2,而要增加地面道路面積是非常困難的。依據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn),建設(shè)地鐵是一種比較好的解決途徑。在地鐵建設(shè)的過(guò)程中,地鐵車站施工是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。地鐵車站一般設(shè)置在客流量大的地點(diǎn),如商業(yè)中心、文化娛樂(lè)中心及地面交通樞紐等地方,以便最大限度地吸引客流和方便乘客。因此,其施工條件相對(duì)復(fù)雜、困難,而且對(duì)地面環(huán)境及周圍建筑物容易產(chǎn)生較大的影響。 在城市中心地區(qū)地鐵車站施工的過(guò)程中,為避免大量拆遷,減少對(duì)周圍環(huán)境的粉塵污染和噪聲影響,在對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等方面評(píng)估的基礎(chǔ)上,一般采用淺埋暗挖法施工[2]。由于淺埋暗挖法施工在地下內(nèi)部進(jìn)行,相對(duì)于地面施工來(lái)說(shuō)主要有以下幾個(gè)特性:隱蔽性大,作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng),作業(yè)空間有限,作業(yè)的綜合性高,施工過(guò)程中周圍土體的物理力學(xué)狀態(tài)是變化的,作業(yè)環(huán)境惡劣且危險(xiǎn)性大。因此,對(duì)地鐵車站工程施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估是很有必要的。2 地鐵車站施工失效模式及其評(píng)估方法選擇2.1施工中失效模式的分析 在用淺埋暗挖法對(duì)地鐵車站施工過(guò)程中,可能會(huì)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的影響因素。工程技術(shù)與管理人員應(yīng)該對(duì)這些影響因素產(chǎn)生的失效模式進(jìn)行分析,確定其相對(duì)重要度,然后合理地分配資源對(duì)其進(jìn)行不同程度的監(jiān)控和防范。 依據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)和類似工程歷史記錄,在地鐵車站施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的危險(xiǎn)部位如下:在修兩邊跨時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)拱頂開(kāi)裂,這主要是由于兩邊跨成拱后,開(kāi)挖中跨臨時(shí)支護(hù)失效,兩邊跨擠向中跨,引起邊跨拱頂開(kāi)裂;在修中跨時(shí),可能出現(xiàn)中跨中柱基礎(chǔ)下沉,這主要是由于仰拱未及時(shí)修筑,中柱基礎(chǔ)承載力不足,繼而導(dǎo)致拱部襯砌開(kāi)裂;在對(duì)拱部施工時(shí),可能出現(xiàn)拱圈防水層質(zhì)量失效,主要原因是鋪設(shè)拱部防水層工藝失當(dāng),接縫不良,從而引起拱部漏水;對(duì)立柱施工時(shí),可能出現(xiàn)仰拱開(kāi)裂,主要是由于仰拱施工未清底及混凝土質(zhì)量不佳,這也會(huì)引起底部翻漿冒泥;另外,在整個(gè)施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)地表地層下沉,主要是由于施工工序展開(kāi)過(guò)長(zhǎng),地層未作預(yù)加固而導(dǎo)致的后果是直接危及地下管線。可見(jiàn),影響地鐵車站施工安全的因素很多,不僅取決于地層內(nèi)部地質(zhì)條件,還取決于外部環(huán)境因素的影響。2.2 風(fēng)險(xiǎn)研究方法的選取 地鐵車站工程處于地層之中,而地層的復(fù)雜性使得在地下施工過(guò)程中出現(xiàn)的一些風(fēng)險(xiǎn)難以用非常準(zhǔn)確的、量化的數(shù)據(jù)加以表達(dá)。顯然,施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)是不確定性的,不僅具有隨機(jī)性,還具有模糊性。目前已有的工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法如風(fēng)險(xiǎn)乘數(shù)法[3]、故障樹(shù)法[4]等難以對(duì)此予以準(zhǔn)確地表達(dá)。此外,風(fēng)險(xiǎn)乘數(shù)法沒(méi)有考慮失效指標(biāo)之間的相互關(guān)系,而故障樹(shù)的建立是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,對(duì)其進(jìn)行定量分析也比較困難。 對(duì)于具有不確定性和模糊性事件,其分析可以采用模糊數(shù)學(xué)的方法。模糊綜合評(píng)判法就是從多目標(biāo)決策中劃分出來(lái)的一種新的數(shù)學(xué)方法,當(dāng)影響事物因素較多又有很強(qiáng)的不確定性和模糊性時(shí),采用此方法進(jìn)行量化分析具有明顯的優(yōu)越性[5,6,7]。3建立模糊綜合評(píng)判法模型 模糊綜合評(píng)判法用于評(píng)估工程的風(fēng)險(xiǎn)性時(shí),一般包括如下四項(xiàng)工作[8,9]。3.1建立綜合評(píng)價(jià)集合 設(shè)著眼因素集為Ｕ={ｕ1 ｕ2 … ｕｍ},抉擇評(píng)語(yǔ)集為Ｖ={ｖ1 ｖ2 … ｖｎ},它們均為有限集。 在地鐵車站工程施工過(guò)程中,本文暫只考慮3種失效指標(biāo)因素:ｕ1為各因素失效發(fā)生的頻率,ｕ2為各因素失效后果的嚴(yán)重程度,ｕ3為各因素失效原因被檢測(cè)出的程度(簡(jiǎn)稱檢測(cè)度)。考慮的抉擇評(píng)語(yǔ)集合即為本文前面失效模式分析中提到的5種失效因素:拱頂開(kāi)裂,中柱沉降,防水層漏水,仰拱開(kāi)裂以及地層下沉等。3.2確定被評(píng)價(jià)事物相關(guān)各因素的隸屬度 隸屬函數(shù)是模糊綜合評(píng)判方法的關(guān)鍵之一,它是一種對(duì)不能精確定量表述的事物現(xiàn)象、規(guī)律及進(jìn)程的模糊陳述的表達(dá)式,由此確定的隸屬度是對(duì)模糊概念貼近程度的度量。因此,隸屬函數(shù)確定得是否符合實(shí)際情況,會(huì)直接影響到分析結(jié)果的正確性。目前,確定隸屬函數(shù)的方法通常用模糊統(tǒng)計(jì)方法或者是憑實(shí)際經(jīng)驗(yàn),而本文后續(xù)算例將針對(duì)地鐵車站施工過(guò)程中所考慮的幾個(gè)影響因素,依據(jù)隸屬函數(shù)構(gòu)造方法及原則[10],取定本文所需要的隸屬函數(shù)。 為對(duì)著眼因素集Ｕ中的ｕｉ(ｉ=1,2,…,ｍ)作單因素評(píng)判,從因素ｕｉ著眼確定該事物對(duì)抉擇等級(jí)ｖｊ(ｊ=1,2,…,ｎ)的隸屬度ｒｉｊ,并由此得出ｕｉ的單因素評(píng)判集ｒｉ={ｒｉ1 ｒｉ2 … ｒｉｎ},它是抉擇評(píng)語(yǔ)集合Ｖ上的模糊子集。由ｍ個(gè)著眼因素的評(píng)價(jià)集可構(gòu)造出模糊關(guān)系矩陣Ｒ:
它反映了集合Ｕ與Ｖ之間存在的相關(guān)關(guān)系,其中ｒｉｊ表示因素ｕｉ對(duì)抉擇等級(jí)ｖｊ的隸屬程度。3.3 確定各評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的權(quán)重 對(duì)于被評(píng)判的事物,由于從不同的著眼因素可能會(huì)得出絕然不同的結(jié)論,而且在諸多著眼因素ｕｉ中,對(duì)總評(píng)價(jià)的影響程度不一,存在著模糊擇優(yōu)因素。因此,評(píng)價(jià)的著眼點(diǎn)可看成著眼因素集Ｕ上的一個(gè)模糊子集Ａ。在模型中,Ａ稱為輸入模糊向量,記成Ａ={ａ1 ａ2 … ａｍ}。式中ａｉ(0≤ａｉ≤ 1)為ｕｉ對(duì)Ａ的隸屬度且規(guī)定它是單因素ｕｉ在總評(píng)價(jià)中影響程度的一種度量。Ａ中的分向量稱為因素ｕｉ的重要程度系數(shù),或稱權(quán)重。 目前有多種方法用于確定權(quán)重值。為獲得合理的結(jié)果,本文后續(xù)算例將先模擬專家打分,然后采用求層次分析法(ＡＨＰ)中正互反矩陣特征向量的方法來(lái)確定權(quán)值。3.4綜合評(píng)價(jià) 在確定了模糊矩陣Ｒ和模糊向量Ａ后,可作如下模糊變換來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)判:Ｂ=ＡＲ={ｂ1 ｂ2 … ｂｎ} (2) 式中Ｂ稱為輸出模糊向量,ｂｊ= ∑ａｋｒｋｊ,ｊ=1,2,…,ｎ。由此得到評(píng)價(jià)集Ｖ的模糊子集,即輸出模糊向量Ｂ,其分向量的數(shù)值大小將相對(duì)地反映了在地下工程施工中有關(guān)因素的風(fēng)險(xiǎn)程度。4工程應(yīng)用算例 某暗挖地鐵車站[3]是雙層三跨二柱連拱結(jié)構(gòu)(如圖1)。施工方法采用先修兩邊跨,后修中跨的方案,施工中在拱部、立柱、地基等處。在施工中,有可能出現(xiàn)開(kāi)裂,下沉、防水層失效等風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)該地鐵車站施工中的潛在風(fēng)險(xiǎn),文獻(xiàn)[3]已按風(fēng)險(xiǎn)乘數(shù)法做過(guò)分析,本文在此擬采用其基本資料按上述模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行評(píng)估和比較。4.1選定失效分析指標(biāo) 在施工風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí),要考慮工程系統(tǒng)中存在哪些隱患,并確定其失效模式,進(jìn)行失效機(jī)理分析。為此,本文設(shè)定三個(gè)指標(biāo)加以表征,即失效發(fā)生頻率的程度(Ｏ)、失效后果的嚴(yán)重程度(Ｓ)、失效原因被檢查出的程度(Ｄ)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)與所考察對(duì)象相似的系統(tǒng)失效記錄[3],用1到10數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)失效評(píng)判指標(biāo)(表1),該工程失效模式、機(jī)理和后果以及量化指標(biāo)打分結(jié)果等見(jiàn)表2。4.2 選定各失效分析指標(biāo)的隸屬函數(shù)4.2.1 失效發(fā)生頻率程度的隸屬函數(shù) 根據(jù)表1,當(dāng)失效發(fā)生頻率程度不大于1時(shí),可以看成失效可能性等級(jí)很小;當(dāng)失效發(fā)生頻率程度大于8時(shí),可以看成失效可能性等級(jí)達(dá)到最高。由此特點(diǎn),本文將其隸屬函數(shù)ｕＯ(χ)取為:4.2.2 失效后果嚴(yán)重程度的隸屬函數(shù) 由表1可知,失效后果嚴(yán)重程度和失效發(fā)生頻率程度的評(píng)判標(biāo)度的變化規(guī)律類似,故其隸屬函數(shù)ｕＳ(χ)取成與ｕＯ(χ)相同。4.2.3失效原因被檢查出程度的隸屬函數(shù) 由表1可知,失效原因檢測(cè)度越高,其失效可能性等級(jí)越低。依據(jù)這種規(guī)律,該隸屬函數(shù)是檢測(cè)度的一個(gè)減函數(shù)。本文假定,當(dāng)失效原因檢測(cè)度大于8時(shí)ｕＤ(χ)=0,當(dāng)失效原因檢測(cè)度不大于2時(shí)ｕＤ(χ)=1,中間區(qū)域采用Γ形分布函數(shù)來(lái)分析其研究對(duì)象的變化。因此,失效原因檢測(cè)度的隸屬函數(shù)ｕＤ(ｘ)可表達(dá)為:4.3確定各因素權(quán)重 為確定三個(gè)指標(biāo)因素的權(quán)重,先模擬打分并按層次分析法建立反映它們之間相對(duì)重要性的正互反矩陣Ｑ如下: 容易求得矩陣Ｑ的最大特征值為λｍａｘ=3.0735。根據(jù)層次分析理論,與Ｑ矩陣階數(shù)ｍ=3對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)ＲＩ=0.58,而一致性指標(biāo)ＣＩ=(λｍａｘ-ｍ)/(ｍ-1),于是有ＣＲ=ＣＩ/ＲＩ=0.06<0.1。可見(jiàn),Ｑ矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)而可以被后續(xù)的分析采用。 正互反矩陣Ｑ與λｍａｘ對(duì)應(yīng)的特征向量α={0.2762 0.6323 0.7238}。對(duì)它進(jìn)行歸一化并用于確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重,即取輸入模糊向量矩陣Ａ={0.1692 0.3874 0.4413}。4.4計(jì)算各失效模式的隸屬度 將表2中的Ｏ、Ｓ和Ｄ數(shù)值代入隸屬函數(shù)式(3)或式(4),所得隸屬度列入表3。這樣失效模式的模糊關(guān)系矩陣為:4.5求輸出模糊向量并評(píng)估施工風(fēng)險(xiǎn) 在具體確定了矩陣Ｒ和Ａ后,利用式(2)可以求出輸出模糊向量: Ｂ=Ａ·Ｒ={ｂ1 ｂ2 … ｂｎ}={0.5464 0.3294 0.3337 0.36460.6763}。 由Ｂ元素的相對(duì)大小排列原則可知:對(duì)本算例工程,其首要風(fēng)險(xiǎn)是因施工工序展開(kāi)過(guò)長(zhǎng)、地層未預(yù)加固,造成地表地層下沉;其次是在中柱柱頂開(kāi)挖中跨時(shí),兩邊跨擠向中跨,引起邊跨拱頂開(kāi)裂;然后是仰拱施工未清底及混凝土質(zhì)量不佳,造成仰拱開(kāi)裂引起的風(fēng)險(xiǎn);接下來(lái)是鋪設(shè)拱部防水層工藝失當(dāng),接縫不良,造成拱部漏水引起的風(fēng)險(xiǎn);最后是仰拱未及時(shí)修筑,中柱基礎(chǔ)承載力不足,造成拱部襯砌開(kāi)裂引起的風(fēng)險(xiǎn)。可見(jiàn),本文方法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與文獻(xiàn)[3]是有差異的。4.6 討論 本文失效因素風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)程度是層次分析和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合而推斷出的結(jié)果,其中不但考慮了5種失效部位在三個(gè)評(píng)判指標(biāo)下對(duì)地鐵車站工程施工風(fēng)險(xiǎn)的影響,而且也綜合考慮了這三種評(píng)判指標(biāo)之間的相對(duì)關(guān)系,與文獻(xiàn)[3]相比顯得更為合理。一方面,文獻(xiàn)[3]僅僅只是考慮5種失效模式在失效發(fā)生頻率的程度、失效后果嚴(yán)重程度、失效原因被檢測(cè)出的程度三個(gè)評(píng)判指標(biāo)下發(fā)生的結(jié)果,而對(duì)于這三者本身之間的相互關(guān)系并沒(méi)有考慮(即對(duì)三者給予了同等的權(quán)重)。另一方面,對(duì)于所考慮的評(píng)判指標(biāo)“失效原因被檢測(cè)出的程度”,應(yīng)該理解是:失效原因被檢測(cè)出的程度越高,對(duì)工程而言,風(fēng)險(xiǎn)是越小的;反之,風(fēng)險(xiǎn)是越大。但對(duì)文獻(xiàn)[3]來(lái)說(shuō),ＯＳＤ之積越大,對(duì)應(yīng)的影響因素就越危險(xiǎn),風(fēng)險(xiǎn)就越大。顯然,文獻(xiàn)[3]用ＯＳＤ之積作為決策的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是值得商榷的。具體來(lái)說(shuō),對(duì)5種失效部位,按文獻(xiàn)[3]的方法,“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”和“地表地層下沉”的ＯＳ積值均為42,但對(duì)評(píng)判指標(biāo)“失效原因被檢測(cè)出的程度”,“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”和“地表地層下沉”對(duì)應(yīng)的Ｄ分別是4和3,相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是“地表地層下沉”風(fēng)險(xiǎn)大,而文獻(xiàn)[3]按ＯＳＤ之積大小卻判定是“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”的風(fēng)險(xiǎn)更大,這顯然不合理。5結(jié)束語(yǔ) 本文初步研究表明,模糊綜合評(píng)判法可用于地鐵車站工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)分析。對(duì)地下工程施工這一本身帶有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng),這種分析可以在一定程度上加深對(duì)可能失效事件的認(rèn)識(shí),并通過(guò)采取合理的措施而盡可能地將風(fēng)險(xiǎn)或失效降低到最小的程度。本文研究的算例只是抽取影響地鐵車站施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的5種失效模式和三個(gè)主要的量化評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行了模糊綜合分析。事實(shí)上,地鐵車站施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)來(lái)源于方方面面,還可能有影響風(fēng)險(xiǎn)的一些偶然因素未被考慮進(jìn)去。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)針對(duì)具體工程情況適當(dāng)?shù)剡x取因素集和權(quán)重,同時(shí)參加基本失效因素評(píng)價(jià)的人員最好是該行業(yè)具有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的專家,評(píng)價(jià)人數(shù)不能太少且應(yīng)具有代表性。參考文獻(xiàn):[1] 陶龍光,巴肇倫.城市地下工程[Ｍ].北京:科學(xué)出版社,2002[2] 張慶賀,朱合華,莊榮等.地鐵與輕軌[Ｍ].北京:人民交通出版社,2002[3] 張國(guó)亮,張振剛.地下工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)分析[Ｊ]. 西部探礦工程,2005,(3):214-216[4] 張樹(shù)義,白繼承.鐵路隧道施工人員傷亡事故樹(shù)分析[Ｊ].世界隧道,2000,(3):57-61[5] 馮保成.模糊數(shù)學(xué)實(shí)用集粹[Ｍ].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1991[6] 許傳文,任青文.地下工程圍巖穩(wěn)定性的模糊綜合評(píng)價(jià)[Ｊ].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(11):1852-1855[7] ＫａｎｄｅｌＡ,ＢｙａｔｔＷＪ.Ｆｕｚｚｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＦｕｚｚｙＳｅｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ,1980,4(2):117-152[8] 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它反映了集合Ｕ與Ｖ之間存在的相關(guān)關(guān)系,其中ｒｉｊ表示因素ｕｉ對(duì)抉擇等級(jí)ｖｊ的隸屬程度。3.3 確定各評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的權(quán)重 對(duì)于被評(píng)判的事物,由于從不同的著眼因素可能會(huì)得出絕然不同的結(jié)論,而且在諸多著眼因素ｕｉ中,對(duì)總評(píng)價(jià)的影響程度不一,存在著模糊擇優(yōu)因素。因此,評(píng)價(jià)的著眼點(diǎn)可看成著眼因素集Ｕ上的一個(gè)模糊子集Ａ。在模型中,Ａ稱為輸入模糊向量,記成Ａ={ａ1 ａ2 … ａｍ}。式中ａｉ(0≤ａｉ≤ 1)為ｕｉ對(duì)Ａ的隸屬度且規(guī)定它是單因素ｕｉ在總評(píng)價(jià)中影響程度的一種度量。Ａ中的分向量稱為因素ｕｉ的重要程度系數(shù),或稱權(quán)重。 目前有多種方法用于確定權(quán)重值。為獲得合理的結(jié)果,本文后續(xù)算例將先模擬專家打分,然后采用求層次分析法(ＡＨＰ)中正互反矩陣特征向量的方法來(lái)確定權(quán)值。3.4綜合評(píng)價(jià) 在確定了模糊矩陣Ｒ和模糊向量Ａ后,可作如下模糊變換來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)判:Ｂ=ＡＲ={ｂ1 ｂ2 … ｂｎ} (2) 式中Ｂ稱為輸出模糊向量,ｂｊ= ∑ａｋｒｋｊ,ｊ=1,2,…,ｎ。由此得到評(píng)價(jià)集Ｖ的模糊子集,即輸出模糊向量Ｂ,其分向量的數(shù)值大小將相對(duì)地反映了在地下工程施工中有關(guān)因素的風(fēng)險(xiǎn)程度。4工程應(yīng)用算例 某暗挖地鐵車站[3]是雙層三跨二柱連拱結(jié)構(gòu)(如圖1)。施工方法采用先修兩邊跨,后修中跨的方案,施工中在拱部、立柱、地基等處。在施工中,有可能出現(xiàn)開(kāi)裂,下沉、防水層失效等風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)該地鐵車站施工中的潛在風(fēng)險(xiǎn),文獻(xiàn)[3]已按風(fēng)險(xiǎn)乘數(shù)法做過(guò)分析,本文在此擬采用其基本資料按上述模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行評(píng)估和比較。4.1選定失效分析指標(biāo) 在施工風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí),要考慮工程系統(tǒng)中存在哪些隱患,并確定其失效模式,進(jìn)行失效機(jī)理分析。為此,本文設(shè)定三個(gè)指標(biāo)加以表征,即失效發(fā)生頻率的程度(Ｏ)、失效后果的嚴(yán)重程度(Ｓ)、失效原因被檢查出的程度(Ｄ)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)與所考察對(duì)象相似的系統(tǒng)失效記錄[3],用1到10數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)失效評(píng)判指標(biāo)(表1),該工程失效模式、機(jī)理和后果以及量化指標(biāo)打分結(jié)果等見(jiàn)表2。4.2 選定各失效分析指標(biāo)的隸屬函數(shù)4.2.1 失效發(fā)生頻率程度的隸屬函數(shù) 根據(jù)表1,當(dāng)失效發(fā)生頻率程度不大于1時(shí),可以看成失效可能性等級(jí)很小;當(dāng)失效發(fā)生頻率程度大于8時(shí),可以看成失效可能性等級(jí)達(dá)到最高。由此特點(diǎn),本文將其隸屬函數(shù)ｕＯ(χ)取為:4.2.2 失效后果嚴(yán)重程度的隸屬函數(shù) 由表1可知,失效后果嚴(yán)重程度和失效發(fā)生頻率程度的評(píng)判標(biāo)度的變化規(guī)律類似,故其隸屬函數(shù)ｕＳ(χ)取成與ｕＯ(χ)相同。4.2.3失效原因被檢查出程度的隸屬函數(shù) 由表1可知,失效原因檢測(cè)度越高,其失效可能性等級(jí)越低。依據(jù)這種規(guī)律,該隸屬函數(shù)是檢測(cè)度的一個(gè)減函數(shù)。本文假定,當(dāng)失效原因檢測(cè)度大于8時(shí)ｕＤ(χ)=0,當(dāng)失效原因檢測(cè)度不大于2時(shí)ｕＤ(χ)=1,中間區(qū)域采用Γ形分布函數(shù)來(lái)分析其研究對(duì)象的變化。因此,失效原因檢測(cè)度的隸屬函數(shù)ｕＤ(ｘ)可表達(dá)為:4.3確定各因素權(quán)重 為確定三個(gè)指標(biāo)因素的權(quán)重,先模擬打分并按層次分析法建立反映它們之間相對(duì)重要性的正互反矩陣Ｑ如下: 容易求得矩陣Ｑ的最大特征值為λｍａｘ=3.0735。根據(jù)層次分析理論,與Ｑ矩陣階數(shù)ｍ=3對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)ＲＩ=0.58,而一致性指標(biāo)ＣＩ=(λｍａｘ-ｍ)/(ｍ-1),于是有ＣＲ=ＣＩ/ＲＩ=0.06<0.1。可見(jiàn),Ｑ矩陣通過(guò)了一致性檢驗(yàn)而可以被后續(xù)的分析采用。 正互反矩陣Ｑ與λｍａｘ對(duì)應(yīng)的特征向量α={0.2762 0.6323 0.7238}。對(duì)它進(jìn)行歸一化并用于確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重,即取輸入模糊向量矩陣Ａ={0.1692 0.3874 0.4413}。4.4計(jì)算各失效模式的隸屬度 將表2中的Ｏ、Ｓ和Ｄ數(shù)值代入隸屬函數(shù)式(3)或式(4),所得隸屬度列入表3。這樣失效模式的模糊關(guān)系矩陣為:4.5求輸出模糊向量并評(píng)估施工風(fēng)險(xiǎn) 在具體確定了矩陣Ｒ和Ａ后,利用式(2)可以求出輸出模糊向量: Ｂ=Ａ·Ｒ={ｂ1 ｂ2 … ｂｎ}={0.5464 0.3294 0.3337 0.36460.6763}。 由Ｂ元素的相對(duì)大小排列原則可知:對(duì)本算例工程,其首要風(fēng)險(xiǎn)是因施工工序展開(kāi)過(guò)長(zhǎng)、地層未預(yù)加固,造成地表地層下沉;其次是在中柱柱頂開(kāi)挖中跨時(shí),兩邊跨擠向中跨,引起邊跨拱頂開(kāi)裂;然后是仰拱施工未清底及混凝土質(zhì)量不佳,造成仰拱開(kāi)裂引起的風(fēng)險(xiǎn);接下來(lái)是鋪設(shè)拱部防水層工藝失當(dāng),接縫不良,造成拱部漏水引起的風(fēng)險(xiǎn);最后是仰拱未及時(shí)修筑,中柱基礎(chǔ)承載力不足,造成拱部襯砌開(kāi)裂引起的風(fēng)險(xiǎn)。可見(jiàn),本文方法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與文獻(xiàn)[3]是有差異的。4.6 討論 本文失效因素風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)程度是層次分析和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合而推斷出的結(jié)果,其中不但考慮了5種失效部位在三個(gè)評(píng)判指標(biāo)下對(duì)地鐵車站工程施工風(fēng)險(xiǎn)的影響,而且也綜合考慮了這三種評(píng)判指標(biāo)之間的相對(duì)關(guān)系,與文獻(xiàn)[3]相比顯得更為合理。一方面,文獻(xiàn)[3]僅僅只是考慮5種失效模式在失效發(fā)生頻率的程度、失效后果嚴(yán)重程度、失效原因被檢測(cè)出的程度三個(gè)評(píng)判指標(biāo)下發(fā)生的結(jié)果,而對(duì)于這三者本身之間的相互關(guān)系并沒(méi)有考慮(即對(duì)三者給予了同等的權(quán)重)。另一方面,對(duì)于所考慮的評(píng)判指標(biāo)“失效原因被檢測(cè)出的程度”,應(yīng)該理解是:失效原因被檢測(cè)出的程度越高,對(duì)工程而言,風(fēng)險(xiǎn)是越小的;反之,風(fēng)險(xiǎn)是越大。但對(duì)文獻(xiàn)[3]來(lái)說(shuō),ＯＳＤ之積越大,對(duì)應(yīng)的影響因素就越危險(xiǎn),風(fēng)險(xiǎn)就越大。顯然,文獻(xiàn)[3]用ＯＳＤ之積作為決策的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是值得商榷的。具體來(lái)說(shuō),對(duì)5種失效部位,按文獻(xiàn)[3]的方法,“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”和“地表地層下沉”的ＯＳ積值均為42,但對(duì)評(píng)判指標(biāo)“失效原因被檢測(cè)出的程度”,“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”和“地表地層下沉”對(duì)應(yīng)的Ｄ分別是4和3,相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是“地表地層下沉”風(fēng)險(xiǎn)大,而文獻(xiàn)[3]按ＯＳＤ之積大小卻判定是“兩邊跨拱頂開(kāi)裂”的風(fēng)險(xiǎn)更大,這顯然不合理。5結(jié)束語(yǔ) 本文初步研究表明,模糊綜合評(píng)判法可用于地鐵車站工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)分析。對(duì)地下工程施工這一本身帶有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng),這種分析可以在一定程度上加深對(duì)可能失效事件的認(rèn)識(shí),并通過(guò)采取合理的措施而盡可能地將風(fēng)險(xiǎn)或失效降低到最小的程度。本文研究的算例只是抽取影響地鐵車站施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的5種失效模式和三個(gè)主要的量化評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行了模糊綜合分析。事實(shí)上,地鐵車站施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)來(lái)源于方方面面,還可能有影響風(fēng)險(xiǎn)的一些偶然因素未被考慮進(jìn)去。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)針對(duì)具體工程情況適當(dāng)?shù)剡x取因素集和權(quán)重,同時(shí)參加基本失效因素評(píng)價(jià)的人員最好是該行業(yè)具有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的專家,評(píng)價(jià)人數(shù)不能太少且應(yīng)具有代表性。參考文獻(xiàn):[1] 陶龍光,巴肇倫.城市地下工程[Ｍ].北京:科學(xué)出版社,2002[2] 張慶賀,朱合華,莊榮等.地鐵與輕軌[Ｍ].北京:人民交通出版社,2002[3] 張國(guó)亮,張振剛.地下工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)分析[Ｊ]. 西部探礦工程,2005,(3):214-216[4] 張樹(shù)義,白繼承.鐵路隧道施工人員傷亡事故樹(shù)分析[Ｊ].世界隧道,2000,(3):57-61[5] 馮保成.模糊數(shù)學(xué)實(shí)用集粹[Ｍ].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1991[6] 許傳文,任青文.地下工程圍巖穩(wěn)定性的模糊綜合評(píng)價(jià)[Ｊ].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(11):1852-1855[7] ＫａｎｄｅｌＡ,ＢｙａｔｔＷＪ.Ｆｕｚｚｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＦｕｚｚｙＳｅｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ,1980,4(2):117-152[8] 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