基于FAHP的地连墙施工技术风险评价研究
2015-06-07周蕾
周 蕾
(华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌 330013)
基于FAHP的地连墙施工技术风险评价研究
周 蕾
(华东交通大学土木建筑学院，江西 南昌 330013)
利用风险分析结构法对地连墙施工进行风险识别，结合层次分析法、Delphi法和模糊数学理论，建立了风险因素集，确定各因素权重和评判矩阵，构建出模糊评价模型，并以武汉地铁车站地连墙工程为例，验证了该风险评价方法的实用性。
模糊层次分析法，地连墙施工，技术风险，风险评价
0 引言
地连墙因其刚度大，能承受作用于墙面上的侧压力、具有挡水防渗功能，施工振动小、噪声小、占地少，对邻近建筑物和地下管线的影响相对较少，且可以兼作地下车站结构的一部分，成为地铁施工过程中常用的深基坑作业的围护结构，而其施工一般场地狭小、工程技术要求高、施工工序复杂等不确定性风险因素多，因此有必要对地铁车站地连墙施工过程进行风险识别、分析和评价。
目前国内对基坑工程风险多是进行整体宏观性研究，龙小梅、陈龙珠[1]用故障树法对基坑排桩支护结构、放坡开挖进行研究，找出其潜在风险因素，证实该法在基坑工程中的可行性。谢雄耀、杜军[2]提出基于层次分析树的概率估价方法用于定量风险的分析。杜修力、高云昊等[3]把网络分析法应用到地下工程风险评估中，运用MATLAB对各风险因素的判断矩阵及加权矩阵进行分析和运算。虽然许多学者针对基坑工程的风险研究得出了许多成果，但对基坑工程施工技术风险控制的研究并不多，徐志发[4]探讨在富水、软土、含砂土层条件下超深地连墙的施工风险控制，但没有定量与定性结合分析标准体系层间的非序列关系。因此，本文从实际出发，结合地连墙工艺特点，运用层次分析法、Delphi法和模糊数学理论，对地连墙施工的主要技术风险进行综合评价。
1 地下连续墙施工风险评价体系的构建
1.1 建立风险因素集
由于车站地质状况的差异、开挖深度及墙体厚度的不同，地连墙施工风险存在差异。根据模糊层次分析法构建层次结构模型，将施工技术风险分为三个层次：影响地连墙质量的风险评估层为目标层(A)，影响因素作为准则层(B)，施工中事故层为(C)，如图1所示。
1.2 确定评语集
评语集是对评判对象做出的各种评价结果组成的集合，记为：
V={V1,V2,V3,V4,V5}[5]。
其中，V={风险极大，风险较大，风险一般，风险较小，风险很小}。
1.3 构建模糊互补判断矩阵
建立风险因素层次模型后，要构造各层次元素的模糊矩阵。本文采用一个因素与另一个因素相比的重要程度的定量比较，从而得到模糊判断矩阵。用九标度法做出因素间的数量标度，如表1所示。
表1 因素间的数量标度
依据表1因素间的数量标度，设风险因素为a1,a2，…，an，将其两两相互进行比较并组合构成模糊判断矩阵：
A=(aij)n×n
(1)
矩阵A满足模糊互补矩阵的条件：(aij)+(aji)=1，因此，判断矩阵A是模糊互补判断矩阵。
对A矩阵的各行求和：
(2)
引入数学变换：
(3)
将式(2)代入式(3)得模糊一致性矩阵R：
R=(rij)n×n
(4)
对矩阵R进行和归一处理，得到因素排序向量W：
W=(W1,W2,…,Wn)T
(5)
W矩阵是模糊判断矩阵A的重要性权重向量，W满足：
(6)
(7)
其中,i=1,2,…，n且Wi≥0。
则判断矩阵A的特征矩阵为W*：
W*=(Wij)n×n
(8)
1.4 模糊互补判断矩阵一致性检验
在实际工程应用中，某一层次的风险因素较多，模糊判断矩阵会出现不一致的情况，这就需要专家给出判断信息，直至模糊互补判断矩阵达到一致性为止。本文选用的检验标准是模糊判断矩阵和其他特性矩阵的相容性指标。设模糊判断矩阵A和B，则有A与B的相容性指标I(A,B)：
(9)
当相容性指标I(A,W)≤α时(α为决策者的态度)，则认为判断矩阵满足一致性。决策者的态度α取值越来越小，表明决策者的一致性要求越来越高。一般取α=0.1。
1.5 计算组合权重排序
上一层A包含n个风险因素A1,A2,…，An，其在本层所占的权重分别为a1,a2，…,an，下一层B包含m个风险因素B1，B2，…，Bn，它们对于因素Aj的层次单排序重要权重分别为bj1，bj2，…，bjm(假如在实际工程中，Bk与Aj无联系，那么bjk=0)。B层总权重向量(b1，b2，…，bn)可按照式(10)来计算：
(10)
其余层的权重也按照这样的方法逐层计算，直到最底层为止，可以得到所有风险因素相对于目标层的权重排序，实现所有影响因素的重要性排序。
1.6 模糊综合评价
根据模糊层次分析模型，由低层向高层确定权重分配并进行高层的综合评价，最后将评价结果具体量化，作为最终的评价结果，用W*1表示。
W*1=W×VT
(11)
一般认为，当W*1<0.3时，风险较低；当0.3
2 工程实例分析
2.1 工程概况
武汉市轨道交通6号线武胜路站位于汉口区中山大道与武胜路交叉路口，采用整体式钢筋混凝土箱形框架结构，采用地下连续墙+内支撑系统支护，明挖法施工。基坑总长144 m，车站标准段基坑宽22.5 m、基坑深度约为23.99 m，基坑开挖面积约3 350 m2。
2.2 地下连续墙施工风险评价
对类似项目的专家进行问卷调查，分析比较准则层各因素的重要性程度，判断出模糊互补判断矩阵，并将各因素间模糊互补矩阵转化为模糊一致性矩阵，如表2所示。
根据计算结果可看出，组合权重值W=(0.369，0.24，0.227，0.174)，即为钢筋混凝土风险B2，地面沉降B3，坍塌鼓包B4，渗透漏水B1。
目标层评价指标对于评语集及权重值计算可得:
W*1=W×VT=(0.369 0.24 0.227 0.174)×(9 7 5 3)T=5.749 8。则地连墙施工过程的技术风险值介于5～7之间，风险程度为中等风险。因此在地连墙的整个施工过程中，应按照上述排序来进行重点控制，预防质量偏差的产生，从而实现对基坑工程风险的控制。
表2 模糊互补判断矩阵与模糊一致性矩阵
3 结语
1)模糊层次分析法在分析目标重要性程度时，减少了主观因素的影响，有效地保证了结果的可靠性，工程实例分析结果表明了该模型的适用性；本实例工程评价结果表明：影响地连墙的风险因素主要是浇筑混凝土和吊放钢筋笼的风险。
2)由于地下连续墙工程施工过程工序极为复杂，涉及风险因子极多，获得全面、完整、准确的工程客观数据难度较大，使得风险分析评价主要依靠主观估计。本文在风险识别的基础上提出了一种基于层次分析法、Delpli法和模糊理论相结合的风险评价方法，偏于实际的角度建立的风险模型，理论的系统科学性还有待进一步完善。
[1] 龙小梅，陈龙珠.基坑工程安全的故障树分析方法研究[J].防灾减灾工程学报,2005,25(4)：363-368.
[2] 谢雄耀,杜 军.非开挖施工中风险概率估价方法分析[J].地下空间与工程学报，2006,2(1)：70-73.
[3] 杜修力，高云昊，张明聚，等.网络分析法及地下工程分析中的应用[J].土木工程学报，2010(43):353-357.
[4] 徐志发.超深地下连续墙施工关键技术及风险控制[J].隧道与地下工程，2010,28(5)：95-98.
[5] Dorota Kuchta.项目风险评估中模糊数的应用研究[J].项目管理国际学报，2001,19(5)：305-310.
[6] 李伯勋，欧 莉.模糊层次分析法在高速公路特许经营项目风险评价中的应用研究[J].2006，31(6)：96-98.
Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) to connect the wall construction risk assessment research
Zhou Lei
(InstituteofCivilEngineeringandConstruction，EastJiaotongUniversity，Nanchang330013，China)
This paper using the method of risk analysis of the structure on the risk identification, combined with Analytic Hierarchy Process (AHP), Delphi method and fuzzy mathematics theory, establish risk factors set, determine the factor weights and evaluation matrix, build a fuzzy evaluation model. Paper in Wuhan subway station to the wall, for example, the risk assessment method was verified according to the results for the risk response measures in the process of underground continuous wall construction.
Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP), wall construction, technical risk, risk assessment
2015-01-06
周 蕾(1988- )，女，在读硕士
1009-6825(2015)08-0241-03
TU712
A
