模糊层次分析法在建筑平移工程中的应用研究*

黄 超，陈蕃鸿，许祎斌，徐林筝，卢浩星

(中建一局华江建设有限公司，北京 100161)

0 引言

我国正处于城镇化推进的关键期，旧城区改造、新道路规划、新铁路建设往往会和一些具有保护价值或是较高使用价值的建筑冲突。若是将这些建筑拆除，带来的资源浪费和经济损失十分巨大。尤其是历史保护建筑，其作为文物的价值无法估量。因此，如今在规划中越来越多的工程选用将建筑物平移代替拆除重建，这也给建筑物平移技术发展带来了机遇。因此，将平移中存在的风险进行有效的评估和控制至关重要。

1 国内相关研究综述

关于建筑平移安全和风险评估国内已有诸多学者进行研究。吴二军[1]对建筑托换结构的隔震加固技术进行了研究，提出了柱托换节点等处的构造设计；徐章雄等[2]针对移位中连接节点加固抗震和施工方法给出改进建议；李国雄等[3]在平移托换结构和轨道体系的质量与安全方面给出了工程应用实例；周广东等[4]对平移施工中的应变监测、振动、加速度响应进行分析，确定了一部分施工中保证结构安全性的控制指标；梁峰等[5]对移位技术安全问题及产生原因进行分析，并给出了相应的解决措施；在模糊层次分析上，兰继斌等[ 6]提出了确定模糊互补矩阵的方法，给出了传统标度和模糊标度的区分；张吉军[7]分析了层次分析法的不足，并给出模糊层次分析法的原理和步骤；黄绪勇等[8]运用模糊层次分析云南电网鸟害风险评估实例。

2 风险指标体系

一般来说，建筑平移施工可分为加固托换阶段、切割分离阶段、整体平移阶段和就位后新旧结构连接阶段。本文以厦门后溪长途汽车站为例，就平移过程中的4个阶段提取风险指标，构建风险指标体系。

2.1 加固托换阶段

加固托换是平移工程的准备阶段。若加固工程实施不到位，在平移时结构刚度无法抵抗加速度带来的力，就会造成结构损坏。加固阶段的风险影响因素主要有加固后结构刚度、构件局部稳定性、建筑整体稳定性三方面。托换阶段的主要风险影响因素有施工造成的原有结构承载力降低、下滑道梁施工质量问题和托盘梁与旧结构连接问题。

2.2 切割分离阶段

切割分离阶段是将旧结构与基础分离，准备平移的阶段。此阶段中主要风险影响因素有切割时对原有结构的损伤、荷载转移时基础不均匀沉降、托盘梁强度不足三方面。

2.3 整体平移阶段

不同于一般平移项目，本项目平移工程使用的是步履行走器而非千斤顶顶升器。在平移过程中步履行走器上的悬浮千斤顶可自动伸长和收缩，降低对轨道面平整度的要求。该行走器只在启动和平移结束减速时产生切向加速度。在此阶段主要风险影响因素有PLC系统出错、步履行走器故障、非永久段基础沉降过大、启动和结束段加速度过大、托盘梁强度不足等。

2.4 新旧结构连接阶段

建筑平移结束后，旧结构需要与新建基础连接形成永久结构。在此阶段主要风险影响因素有拆除托盘梁时对旧结构的损伤、新旧结构连接整体性和新基础沉降三方面，如表1所示。

表1 风险影响因素

3 建立综合评价模型

建立风险指标体系首先需要构建因素集与评价集，结合模糊层次分析和专家调查法计算各因素权重，建立评价矩阵。综合二者给出二级模糊综合评价矩阵和一级模糊综合评价矩阵，最后给出工程具体风险等级。

3.1 因素集建立

由表1中的各平移阶段施工风险影响因素，建立两级因素集。设一级评价指标为Ui，其因素集合为U，集合中子因素用Ui(i=1,2,3,…，n)表示。在后溪车站平移工程中一级评价指标因素集U=(U1，U2，U3，U4)。二级风险因素的集合用Uij表示，例如U1=(U11,U12,U13,U14,U15,U16)。

3.2 评价集建立

3.3 各因素权重确定

上文中各影响因素对施工风险的影响效力是不同的，故需赋予每个影响因素权重。本文采用模糊评价分析法确定各因素权重。

3.3.1模糊互补矩阵构造

本文采用专家评分法，构建各个因素集合的模糊互补判断矩阵。设施工中二级风险因素集Ui的模糊互补判断矩阵为a：

(1)

式中：aij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)采用0.1～0.9标度法取值。aij的取值代表ai元素与aj元素之间的模糊关系，同等重要取0.5，稍微重要取0.6，具体如表2所示。

表2 标度法取值

3.3.2构造模糊一致判断矩阵

模糊一致判断矩阵具有较高的容错性。使用模糊一致判断矩阵可以避免主观影响。由矩阵a可得模糊一致判断矩阵A=(Aij)n×n：

(2)

(3)

3.3.3计算因素权重

采用基于模糊一致矩阵元素和权重关系排序方法计算权重，得到二级影响因素集合Ui的权重集Wi=(wi1,wi2,…,win)，其中：

(4)

式中：j=1,2,…,n；a≥2(n-1)/5，参数a取最小值保证各因素权重值差异性。同理可得一级影响因素U权重集W。

3.3.4建立评判矩阵

(5)

式中：rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)表示因素集合中第i个元素对应评价集中j元素的隶属度。

3.4 多级模糊综合评价

建立多级模糊综合评价需要将已求得的二级因素集合的权重和评判矩阵对上一级因素评判，再利用评判结果对一级因素进行综合评判，最终得到目标指标综合评判结果。

通过模糊算子对因素权重Wi和评价矩阵Ri进行模糊变换，得到结果Bi。将Bi作为上一级因素的评判结果。

(6)

式中：∘表示M(+，· )算子，M(+，·)表示加权平均模型。加权平均模型为：

(7)

得到二级综合评价结果Bi后，类似的，利用因素权重W，通过模糊运算得到一级综合评价结果B：

(8)

(9)

4 风险等级评定

得到风险概率和风险损失后，需要确定风险等级。通过风险等级评判矩阵确定风险等级，得到风险等级后提出风险控制准则，如表3所示。

表3 风险等级判断矩阵

风险控制细则如下：一级风险可不采取具体措施，属可接受范围；二级风险需采取适当管控措施，进行必要的风险监测，属可接受范围；三级风险必须采取有效措施进行防范，使其风险等级降低，同时严加监测，属不可接受范围；四级风险是极高风险，必须采取措施规避，且实施措施后风险等级必须下降，属于极不可接受水平。

5 风险评估实例

根据福厦高铁总体规划，厦门北高铁站确定与既有厦门北站并站建设，福厦客专新高铁线路建设用地将直接占用后溪长途汽车站主站房。鉴于既有后溪长途汽车站位于规划福厦客专高铁主线上，为避免拆除和重复建设，经厦门市政府专题会议研究明确采用平移方式，将后溪长途汽车站主站房移至新址。

项目建筑面积6.82万m2，地下建筑面积2.28万m2，平移面积21 000m2，平移总量30 180t。平移方式为旋转平移，最远平移距离288.3m，是国内目前为止建筑规模最大，单体最重的建筑旋转平移项目。车站从地下2层切断，一次性平移到新址。平移如此大体量的建筑需要做好风险评估工作。

5.1 各因素权重确定

根据工程实况专家调查法建立模糊互补矩阵，计算各因素权重，一级因素集U权重如表4,5所示。

表4 一级因素集权重

表5 二级因素集权重Ui权重矩阵Wij

5.2 建立评价矩阵

根据专家对各因素风险评价结果，建立二级风险概率评价如表6所示。

表6 风险概率评价

5.3 风险评价结果及风险应对措施

对已有的因素权重和因素评判矩阵进行模糊层次综合评判，得到已获得的风险概率评价值Gp=4.028 36，施工损失风险Gc=5.037 57，根据风险等级判定矩阵，后溪车站平移工程施工风险为三级。

三级风险必须采取针对性措施进行防范，使其风险等级降低，应在全过程严加监测，并从不同方面严加防控。加固托换阶段需严格控制施工质量，采用成熟工艺；平移施工时应配备专项技术员管理平移PLC系统，对系统计算机单独配备电源。对机械设备安装、使用全过程管理和控制，指定责任师专门负责机械设备管理、收集整理机械安全管理资料。对于步履行走器设置冗余元件，设置专人观察情况。

6 结语

1)本文分析了厦门后溪长途汽车站平移工程中4个主要阶段的风险影响因素，并建立了完备的风险评价指标体系。

2)运用模糊层次分析法对平移工程中施工风险概率和施工风险损失两方面建立风险评估模型，并借此得到后溪平移工程施工风险评价指标。

3)经模型评估，厦门后溪车站平移工程施工风险为三级，根据处理原则，项目采取相应措施防范相关风险发生。