以AHP-RBFNN评估建筑工程项目的风险

于伟杰 陈大伟

首都经济贸易大学 安全与环境工程学院

以AHP-RBFNN评估建筑工程项目的风险

于伟杰 陈大伟

首都经济贸易大学 安全与环境工程学院

针对我国建筑工程风险评估技术在工程项目应用较少的现状，需建立一个合理的风险评价指标体系与一个有效的风险评估模型。本文首先分析了一般的风险评价模型的优缺点，确定了以层次分析法与径向基函数（RBF）神经网络相结合的AHP-RBFNN风险评估模型，其次根据现代化建筑工程项目的特点构建出合理的风险评价指标体系，并且运用层次分析法确定各指标的综合权重，然后将各指标作为RBF神经网络的输入，利用RBF神经网络的无线逼近能力和快速收敛的特点，建立了新型建筑工程风险评价模型。MATLAB仿真结果表明，此方法能较准确的对建筑工程项目安全进行评估，为全面评价建筑施工安全状况提供了新的方法与思路。

建筑工程项目；风险评估；AHP-RBFNN；评价指标体系；风险评价模型

建筑业依托于新技术的开发与应用解决了很多项目施工技术上的难题，使得开展的建设项目的规模愈来愈大，可以完成的建设施工的难度愈来愈高。与此同时，影响建设工程的众多因素互相交叉，造成施工过程中容易出现事故，安全形势十分严峻，所以进行有效的建筑工程项目风险评估非常必要。风险的评价显得尤为重要[1]。但是以何种工具来评价最为合适，已成为一个迫切需要解决的课题。

建筑工程项目风险评价指标多、层次复杂，所涉及到的内容和目标众多，并且建筑工程项目各评价指标之间以及与评价结果间是一种复杂非线性关系，因此线性评价方法应用范围受限[2]。RBFNN（径向基函数神经网络）是一种性能优良的前馈型神经网络，借助于RBF网络，可以任意精度逼近任意的非线性函数，且具有全局逼近能力[3]。将RBF网络与建筑工程安全风险评价工作结合起来，可以为全面评价建筑施工安全状况提供一种新的方法与思路。

1 RBF神经网络评价法应用原理

与传统的评价模型相比，RBF神经网络具有以下优点。

RBF神经网络可以实现复杂度较高的建模，而且可以根据训练层与层之间的权重的反向计算，得到每个评价指标的重要性参数；再次，RBF神经网络可以模仿大脑的信息处理功能，整个评价过程因此而具有“智能型”[4]；最后RBF神经网络具有简单的拓扑结构和强大的逼近能力的典型三层前馈网络[5]。结构，如图1。

图1 RBF反馈网络

在图1中，RBF神经网络的输出可表示为以下形式

式中：

y∈R和x∈RQ—网络的输出和输入，在建筑工程安全评估模型中分别代表安全值和风险因素指标；

Q—风险因素指标个数；

gi（x,σ,ci）—神经网络第i个隐含层节点的输出，ci∈RQ和σ∈R分别为中心和宽度；

wi∈R—线性输出权值；

P—隐含层节点个数。RBF神经网络的隐单元基函数

其中‖·‖表示欧式范数。从式（1）可以看出RBF神经网络从隐含层到输出层是线性传递。

2 建筑工程项目风险评价指标体系的建立

2.1 指标体系的建立

根据事故致因理论，建筑工程风险可以分为以下6个方面：技术因素、人的风险、施工设备因素、管理因素、环境因素、其它因素[6]。建立的建筑工程项目风险因素指标体系，如图2。

图2 建筑施工项目风险综合评价指标体系

2.2 评价指标权重的确定

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[7]。将每一层次的各要素进行两两比较判断，按照一定的标度理论，见表1，得到其相对重要程度的比较标度，建立判断矩阵。

3 RBF神经网络评价模型的建立与分析

3.1 输入层单元数的确定

RBF神经网络输入的确定实际上就是特征向量的提取[8]，在本文中，特征向量就是各个风险因素，主要综合考虑各个风险因子和风险高低之间的确定关系。

3.2 样本数据的选取

本文RBF神经网络模型的训练和检测样本选取的是某地区一年内完成的10个建筑项目。采用专家评分法得到指标体系的样本数据。向项目经理、生产经理、安全总监、项目工程师、项目技术员和安全员各1人（共6人）通过评分表的形式调查打分，并根据其职位将权重分别确定为0.15、0.15、0.15、0.15、0.2、0.2。通过评分表的形式向专家调查打分，每一指标均分为五个等级：非常不安全、不安全、一般安全、较安全、非常安全。这五个安全等级分别对应于（0.8,1]（0.6,0.8]（0.4,0.6]（0.2,0.4][0,0.2]五个区间内的数值。通过统计后得到了10个样本的评价指标体系指标值。分别用差、低、中、良、优来表示，见表2、3。

表1 综合权重向量分析结果

表2 建筑工程项目安全评估样本数据

表3 建筑工程项目整体安全性

3.3 模型的训练

本文用MATLAB的newrb函数生成RBF神经网络，此函数的工作过程是先设定目标误差，比如这里设goal=0.001，按照误差减小的方向逐渐增加隐含层神经元个数，即初始隐含层节点个数为0，后每次增加一个，直到误差达到设定值。这里经过5步训练达到误差设定值，隐含层节点个数为5，充分体现了RBF神经网络结构简单，收敛速度快的特点。

样本数据中的前8组样本数据作为训练样本，样本中的评价指标体系指标只作为输入节点，与之对应的由专家组打分确定的施工现场总体安全值作为输出期望值，并通过软件编写神经网络仿真程序，创建神经网络并进行训练。

训练输出样本数据：

T=[0.291;0.353;0.339;0.229;0.165;0.256;0.302;0.182]；

以上建立的RBF神经网络通过训练后，可以得出的训练结果，如图3。

图3 RBF神经网络训练的误差变化曲线

由图3可知，在网络的训练达到第5步时，神经网络能够达到理想水平，实际输出与理想结果，见表4。

表4 RBF神经网络实际输出与理想输出值

3.4 模型的检测

9-10项目数据作为检测样本，检测结果，见表5。

表5 RBF神经网络检测结果

4 结论

针对非线性的建筑工程项目风险评估问题，提出一种基于AHP-RBFNN的风险评估方法，并通过仿真实验进行性能测试。MATLAB结果表明，AHPRBFNN采用层次分析法对指标进行重要性排序，可以帮助工程项目有针对性的采取相应的安全措施，同时采用非线性逼近能力的RBF神经网络对复杂的建筑工程项目进行评价可以提高工程项目评价精度，有助于对施工安全进行科学的测评认证，得到的评价结果更具科学性和准确性，有利于管理者及时发现在建筑工程项目安全上存在的薄弱环节，调整施工方案与安全策略，提高建筑施工的安全水平及总体效益。

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