采用ISM(解释结构模型)方法对侧式站房结构体系与工程投资关系的研究

宋喜顺

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

采用ISM(解释结构模型)方法对侧式站房结构体系与工程投资关系的研究

宋喜顺

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

针对侧式站房结构体系对工程投资影响因素繁多复杂的问题,应用解释结构模型方法,分析得到影响结构体系工程投资的敏感因素,并从经济性角度出发,依托大量新建铁路客站站房工程及造价资料,采用多元回归分析方法得到主要敏感因素对站房结构体系工程投资的影响程度,为今后侧式站房结构体系设计优化提供有益参考。关键词:侧式站房;结构体系;ISM;敏感因素

目前,我国已建成北京南站、广州南站、上海虹桥站,以及京沪、武广、郑西等高速铁路沿线一批现代化的大中型铁路客站。在铁路客站设计和建设过程中,不同结构体系的工程造价有较大差异,对同一结构形式,由于受抗震设防烈度、结构选型及柱距等因素的影响,其造价也存在较大差异。按照中长期铁路网规划,尚未建设的铁路客站数量和投资规模较大。结构体系对工程投资的影响比较大,但结构体系对工程投资的影响因素比较多,采用何种方法,分析其复杂的关系,从而找到主要因素来指导设计是需要解决的问题。

本文拟选取在铁路客站站房总量中占40%以上的侧式站房结构体系作为研究对象,采用ISM(解释结构模型)的方法,分析得到影响结构体系经济性的敏感因素,并依托所收集到的大量工程造价数据,对主要敏感因素对工程投资的影响程度进行分析研究。

1 解释结构模型

描述复杂系统内部纷杂关系时会用到结构模型,也就是用有向连接图来描述系统各要素间的两两关系,以建立一个作为要素几何体的系统模型。解释结构模型ISM(Interpretative Structural Model)是一种较为常用的建立结构模型的方法,其特点是把复杂系统分解成若干子系统(或要素),利用已有专家经验并通过计算机的帮助,将系统构造成一个多级递阶的结构模型,从而给出系统各要素的逻辑关系[1]。

通常,应用ISM建立结构模型,需要设定问题、选择构成系统的要素、建立邻接矩阵和可达矩阵。邻接矩阵A表示系统中各要素两两之间相互影响、相互制约关系初步分析的结果,其元素aij定义为

式中,R表示要素Si与要素Sj有关;¯R表示要素Si与要素Sj无关。

可达矩阵用邻接矩阵经过一定的运算后得到。可达矩阵表示了各元素之间内在全部的直接与间接关系,可根据其制定多级有向连接图即结构模型逻辑关系,并据此分析系统。

在研究铁路客站结构体系设计技术参数与经济指标之间的关系时,由于各参数之间相互制约、相互影响的关系错综复杂,且各参数的变化对最终的工程造价的影响程度也不同,应用ISM对设计技术参数影响站房工程投资这一系统进行分析研究,可以使错综复杂的设计参数影响经济指标的关系结构化,使对工程投资影响程度不同的设计参数处在其相应的层级上,从而找出各要素的逻辑关系,深入分析参数的变化对工程投资的影响。

2 影响侧式站房结构体系工程投资敏感因素的确定

铁路客站侧式站房结构体系主要由楼盖结构及屋盖结构组成,下面以楼盖结构体系为例应用ISM模型对设计参数进行分析,得到影响工程投资的敏感因素。

构建和运用ISM模型对楼盖体系各设计参数分析的步骤如下。

(1)确立所研究的系统,梳理系统中各元素之间的关系。以楼盖体系水平构件(梁板体系)为例,首先确立设计参数与工程用量为所要研究的系统,选取8项设计参数来梳理各参数之间相互影响、相互制约的关系,具体分析如表1所示。

表1 各参数之间相互影响、相互制约的关系

(2)绘制各元素之间的关系网络图。在此模型中,定义各元素之间的关系为:若C1受C2的制约或影响,则称C1到C2有“关系”存在,计为“C1→C2”。由此可以得到Cl～C8之间的关系图(图1)。

元素之间关系网络图中,逻辑关系的建立较为关键,所得的关系网络图也并不是唯一的。绘制各元素之间关系网络图的基础是对设计参数之间影响关系的分析,而这种分析又需要综合运用建筑学、结构工程学及建筑楼宇配套工程学等相关专业的理论与知识,需要较为丰富的工程实践经验。

图1 元素之间的有向连接图

(3)根据元素之间的关系网络图建立系统要素的邻接矩阵。若元素C1到C2有关系(C1→C2)则计为l,没有关系计为0,C1到C1计为0。可将C1与C2～C8的关系通过向量的形式表现出来,从而得到邻接矩阵A。

(4)根据ISM模型的定义和算法,通过邻接矩阵计算得到可达矩阵M。

(5)对可达矩阵M进行整理后,并划分层级,得到矩阵M1。

(6)划分各元素之间的层级关系及相互影响、制约关系,由此得各元素之间的逻辑关系结构图(图2)。

图2 层级逻辑关系图

由图2可以看出,影响楼盖水平构件(梁板体系)工程投资的主控因素为楼层结构类型、站房规模(面积)、基本柱网、材料强度、楼盖投影面积。

通过同样的方法得出楼盖抗侧构件(柱、支撑等)工程投资的主控因素为站房规模(面积)、房屋高度、基本柱网、材料强度、层高。

综合以上分析,通过ISM模型得到的站房楼盖结构体系工程投资的主控因素如下:楼层结构类型、站房规模(面积)、房屋高度、基本柱网、材料强度、楼盖投影面积、层高。

同样也可得到影响侧式站房屋盖结构体系工程投资的主控因素。具体如表2所示。

表2 楼盖及屋盖结构体系工程投资影响敏感因素

3 主要敏感因素对工程投资的影响

通过结合工程实际分析发现,影响楼盖结构体系的主要敏感因素为站房规模(面积)和基本柱网,而影响屋盖结构体系工程投资主要敏感因素为站房规模(面积)、基本柱网、最大柱距。

依托所收集到的铁路客站工程及造价资料筛选得到数据分析样本(表3、表4),采用多元回归分析法得到主要敏感因素对铁路客站侧式站房结构体系工程投资的影响程度如表5所示。

表3 侧式站房楼盖结构数据样本

表4 侧式站房屋盖结构数据样本

表5 _主要敏感因素对工程投资影响程度_

从表5中可以看出,当影响侧式站房结构体系工程投资的主要敏感因素分别变化10%时,对于楼盖结构体系,站房规模(面积)对工程投资有显著的影响,工程投资显著变化达到11.47%,基本柱网影响相对较小。对于屋盖结构体系,最大柱距对于工程投资的影响最大,达到18.05%,站房规模及基本柱网的影响依次递减。总体来看,站房规模同柱网选择对侧式站房结构体系工程投资敏感程度较高。

4 结论

本文从经济性角度出发,对影响铁路客站侧式站房结构体系工程投资繁多复杂的因素进行了分析研究,得到了影响结构体系工程投资的敏感因素。并结合工程实际分析,研究得到了主要敏感因素对侧式站房结构体系工程投资的影响程度。研究证明,采用ISM(解释结构模型)方法对侧式站房结构体系与工程投资之间关系的研究是可行的,其方法和结论可为今后铁路客站站房结构设计优化提供有益的参考。

[1] 陈小龙,王立光.基于建筑设计参数分析模型的工程造价估算[J].同济大学学报:自然科学版,2009(8):1115-1121.

[2] 中华人民共和国铁道部.GB50226—95铁路旅客车站建筑设计规范[S].北京:中国计划出版社,1996.

[3] 铁道部第三勘察设计院,铁道部第四勘察设计院,中南设计院,等.大型铁路客站工程数据信息[Z].2010.

[4] 朱琳,吕本富.解释结构模型的简便方法[J].系统工程与电子技术,2004,24(12):15-18.

[5] 郑健.空间结构在大型铁路客站中的应用[J].空间结构,2009 (9):52-65.

Research on Relationship between Structure System of Side-type Station Building and Project Investment by Interpretive Structural Modeling(ISM)

SONG Xi-shun
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300142,China)

Directing at the complex problem that the structure system of side-type station building has various influences on the project investment,the ISM method(interpretive structural modeling)is used to analyze the sensitivity factors which control the costs of structure system of railway-station buildings. Afterwards,in light of economical efficiency,and based on large numbers of project cost data of new railway-station buildings,the multiple regression analysis method is used to obtain the influence degree of the main sensitivity factors upon project cost of station-building structure system.This research can serve as useful reference for the design optimization of side-type station building in future.

side-type station building;construction structure;ISM;sensitivity factor

F530.31

A

1004-2954(2013)03-0112-03

2012-12-06

宋喜顺(1963—),男,高级工程师,E-mail:songxishun@ tsdig.com。