浅埋暗挖大跨度隧道机电系统安全性模糊评价

侯小鹏

(玉林高速公路运营有限公司，广西 玉林 537000)

0 引言

随着我国隧道施工技术的提高与城市化基础设施建设进程的加快[1-2]，浅埋暗挖大跨度隧道在当前的工程施工中越来越多。浅埋暗挖大跨度隧道是一个相对比较封闭的空间，内部通风、照明等条件较差，内部噪音也较大，隧道较封闭的空间在运营过程中一旦发生交通事故，如不能及时处理，后果不堪设想。

保证隧道安全运营的关键是机电系统。浅埋暗挖大跨度隧道机电系统复杂且庞大，牵涉到照明、监控、通风等多方面，因而其安全性也受多因素影响，不同因素之间的关系模糊且难以量化。选择一个科学合理的方法对浅埋暗挖大跨度隧道机电系统的安全运营状态进行评价至关重要[3-4]。本文考虑机电设备本身、运营管理、大跨度隧道特点这三个大的方面，利用AHP层次分析法与模糊数学理论[5]，建立隧道机电系统的安全评价指标体系，将该评价体系运用到某浅埋暗挖大跨度隧道机电系统的安全性评价，得到了各个评价指标的权重，证明了该评价体系的有效性，相关结果可为类似工程的安全性评价提供参考与借鉴。

1 评价体系的建立

本文首先根据目的性、实用科学性、可操作性、定量指标和定性指标相结合等原则选择具体的评价指标，同时考虑到浅埋暗挖大跨度隧道运营管理的复杂性，对隧道专家、隧道施工管理人员等进行了现场调查，他们丰富的现场管理与运营经验对于评价指标的选择具有很强的话语权。

通过上述方法，本文确定了一个三层次、多指标的浅埋暗挖大跨度隧道机电系统综合评价体系，第一个层次为目标层，即浅埋暗挖大跨度隧道机电系统安全运营管理状态；第二个层次为评价准则层，主要包括三个方面，即隧道机电设备本身、运营管理体制、运营环境；第三个层次为细化后的评价指标层，共包括23项具体的指标，具体的评价体系如下图1所示。

图1 评价指标体系图

2 实例分析

本文以某浅埋暗挖大跨度隧道为例，对该隧道的机电系统安全运营管理状态情况进行评价和模型验证。

2.1 模糊评价矩阵的建立

通过对该浅埋暗挖大跨度隧道工程10名现场管理运营人员的调查，让他们对每一评价指标进行打分，满分为100，各指标的分值见表1。

表1 各指标分值表

根据模糊数学理论，利用隶属函数计算各指标隶属度，对被评价对象的每个指标进行量化，进而构成评价准则层的模糊关系矩阵。本文选择相对来说简单且易量化的三角形作为隶属函数，其关系具体如图2所示。

图2 评价指标与隶属函数示意图

由图2可以得到各等级隶属函数解析式如下：

上述公式中，y1、y2、y3、y4、y5分别表示评价指标属于“很差”“较差”“一般”“较好”“很好”的隶属函数。由上述公式，容易求得每一评价指标属于各等级的隶属度rij，进而可求出每个单因素评价指标的一级评判关系矩阵R。

可求得隧道机电设备本身状况的一级评判关系矩阵R1如下：

可求得运营管理体制的一级评判关系矩阵R2如下：

可求得运营环境的一级评判关系矩阵R3如下：

2.2 影响因素权重计算

影响因素权重的计算遵循以下步骤：

2.2.1 建立判断矩阵

以上B1、B2、B3…Bk作为准则，对其下一层次的元素Ck1，…，Ckn通过两两比较来确定判断矩阵元素值，具体形式如表2所示。

表2 判断矩阵组成表

上述元素cij表示从评价准则Bk角度考虑元素Cki对Ckj的相对重要度。用Wi和Wj分别表示Cki、Ckj的重要度，可得出Cij的计算公式为Cij=Wi/Wj。本文通过采用九标度法，对该隧道机电设备运营环境指标、自身状况指标、运营管理体制指标进行重要度取值，便可求得各评价准则层指标的判断矩阵。

2.2.2 计算指标权重

求解判断矩阵Bk的特征向量W和特征根λ，判断矩阵Bk、最大特征根λ及特征向量W符合如下关系：BkW=λW。

2.2.3 进行一致性检验

计算一致性指标CI值、平均随机一致性指标RI值、随机一致性比率CR值，其中CR=CI/RI。

通过对20名专家的调查打分，按九标度法进行两两对比打分，在因素权重集A和评判矩阵R确定后，可计算得到包括准则层指标相对于目标层(浅埋暗挖大跨度隧道机电系统安全运营管理状态)的权重分配大小，以及各指标的重要度，结果如表3所示。

表3 评价准则层权重分配表

表4 隧道机电设备本身状况(B1)下各指标相对权重分配表

由表4可得到隧道机电设备本身状况下各指标相对权重A1=(0.048 6 0.010 2 0.035 1 0.021 2 0.113 6 0.078 5 0.032 1 0.009 9 0.025 5 0.027 1 0.176 5 0.215 5 0.207 4)。

表5 运营管理体制(B2)下各指标相对权重分配表

由表5可得到运营管理体制各指标相对权重A2=(0.241 6 0.603 1 0.113 2 0.042 1)。

表6 运营环境(B3)下各指标相对权重分配表

由表6可得到运营环境各指标相对权重A3=(0.046 0.111 1 0.255 0.176 6 0.443 0.197 8)。

2.3 评价结果分析

将一级评判关系矩阵R与相对权重矩阵作运算，即B=ATR，得到浅埋暗挖大跨度隧道的机电系统安全性的单因素评价结果，同时将以上各单因素评价结果组成二级评判矩阵R，即：

式中：B1、B2、B3分别表示隧道机电设备本身状况、运营管理、运营环境评价结果。使用模糊集合直接表示评价结果，那么隧道机电设备本身状况、运营管理体制、运营环境三项单因素评价和综合评价的隶属情况如表7所示。

表7 评价结果对各等级的隶属度表

采用加权平均法对评价结果做归一化处理，加权平均法公式为：

表8 加权平均法评价表

使用加权平均法时，隧道机电设备本身状况评价结果v=3.418 5，安全状况一般；运营管理体制评价结果v=2.863 1，管理体制情况处于较差水平；运营环境评价结果v=3.785 2，说明效果一般，且接近较好水平，是三者中最好的；最后综合评价结果v=3.497 6，总体情况一般，接近较好。

3 结语

运用AHP层次分析法对浅埋暗挖大跨度隧道机电系统的安全性进行评价，考虑了隧道机电设备本身、运营管理、运营环境3个方面，细化成23项对浅埋暗挖大跨度隧道机电系统安全影响较大的评价指标，利用AHP层次分析法与模糊数学理论，建立了具体的安全评价指标体系，并将该评价体系运用到某浅埋暗挖大跨度隧道机电系统的安全性评价，证明了该评价体系的有效性，同时得到了该浅埋暗挖大跨度隧道的机电系统总体安全性状态一般且接近良好水平的结果。相关经验与方法可为类似工程提供借鉴。

[1]吴顺刚.高速公路隧道机电工程施工管理与检测探析[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(10)：152.

[2]郝立勇.高速公路隧道机电设施状况评价现状分析[J].公路交通科技(应用技术版)，2015，11(12)：210-211.

[3]林 志，王少飞.基于风险分析的公路隧道防火安全等级划分[J].消防科学与技术，2010，29(5)：394-398.

[4]顾 吟，杨建宏，梁之坚.城市隧道运行管理模糊综合评价方法[J].市政技术，2006(5)：311-313，316.

[5]夏永旭，王永东，邓念兵，等.公路隧道安全等级研究[J].安全与环境学报，2006(3)：44-46.