基于层次分析和可拓学的公路爆破安全性评价

杨波　黎永健

摘要：文章以某公路爆破施工工程为例，分析了该工程周边环境、地质岩性、爆破方案，提出了利用层次分析法与可拓学相结合的方法，综合地对该公路爆破施工工程进行了安全性评价。结果表明该方法为爆破施工的安全进行提供了科学依据和指导，提高了安全防护的有效性。

关键词：层次分析法;可拓学;安全性等级;公路爆破

中国分类号：U416.1+13文章标识码：A100384

0 引言

随着我国基础建设的深入，在建设过程中经常性地会采用爆破施工的方法进行施工。爆破施工在保障施工进度、成本控制等方面有着巨大优势，但是爆破施工因其特殊性也附带了许多的危害，如爆破振动、爆破飞石、爆炸冲击波、有毒气体等，因此在进行爆破施工时也需要采取严格的防护措施保证施工安全。为了使得防护措施更有针对性，在节约成本的同时提高保护效果，并促进施工单位的技术水平和安全意识水平的整体提升，在爆破施工前，提前进行安全性评价和对策研究对爆破施工工作有着重要指导意义和经济价值。通过对公路爆破的特点及规律的总结研究，能够为同类型的爆破施工作业提供参考依据和工程经验，对我国基础建设工程的推进也有着积极的意义。

公路工程建设中的露天爆破往往会因为环境的特殊性而产生新的问题，因此公路露天爆破的安全性评价和对策研究一直以来都是爆破施工的重要研究方向。虽然安全评价的方法有很多种，但是过去较为普遍的研究方法都是提前选定能够影响露天爆破安全的评价指标，再利用量化评价的方法构造出该次评价的评价体系。事实上露天爆破安全性的影响因素是多种多样且相互作用的，它们当中有些是能定量的指标而有些是只能定性的指标，同时它们之间有相互加强也有相互削弱的情况出现，并且根据现场实际情况需要进行重点防护的有害因素并不相同，即影响因素具有不确定性和复杂性等特性，这就要求对爆破进行安全性评价时需要采用动态的方法进行评价。过去，相关学者对此进行了大量的研究，采用的方法有层次分析法（AHP）[1]、未确知测度模型[2]、事故树分析法[3]、模糊数学法[4-5]等。虽然所采用的方法并不相同，但所采用的评价指标都是静态的，与爆破现场的动态变化并不完全相符，存在着一定的误差和局限性，有待更进一步地完善。为了能够更好地处理评价指标中存在的不相容甚至矛盾的情况以及不同类型指标（定性与定量）的问题，本文采用我国学者蔡文[6]、杨春燕等人创立的可拓学对此类问题进行研究分析。

1 公路爆破评价指标的确定

本文将层次分析法与可拓学相结合用于公路路基爆破的安全性评价当中，以工程地质条件、周边环境因素、施工过程这三个类型的因素三位一体地考虑其对爆破施工安全性的影响，并结合《爆破安全评估规范》（T/CSEB0009-2019）选出评价指标（见表1），建立一个较为全面的综合评价模型，对爆破施工的安全性进行综合评价。以融水至河池高速公路二分部工程為例，项目跨越1县3镇和数个村屯，沿线地方关系和情况错综复杂，主线全长28 km。为保证项目安全高效有序推进，项目部邀请专家对工程地质条件、周边环境因素、施工阶段这三类因素进行了安全评估。

1.1 评价等级标准

专家根据地勘资料及土工实验对岩体特性采用十分制进行定量打分，根据各自经验对周边环境因素以及施工阶段进行定性打分，打分结果如表2所示。

根据专家多年行业经验将安全性等级分为1、2、3、4、5五个等级，分别对应安全性高、较高、一般、较差以及不安全。则对应评价指标的分级标准见表3。

1.3 层次分析法确定权重

层次分析法通过将多个指标进行定性和定量的描述，实现较为科学合理的优选方法，通过建立指标结构模型和构造，判断矩阵进行排序和一次性检验得出的最终比选结果[7]。

按照制定的指标模型，将指标层中的指标进行两两比较，比较标度选择常用的1～9标度法，则比较标准如表5所示。

通过以上步骤构建判断矩阵B，求解其特征向量W与其最大特征根λ。

层次分析法中将一致性指标定义为CI=[SX（][WTBX]λ-n[]n-1[SX）]，其中n代表判断矩阵阶数，CI=0时具有完全一致性，CI的取值越小则说明其效果越好，反之则越差。当CI的取值符合要求时，便能够确定各层次中评价指标的权向量从而得出指标权重W。

针对本工程进行层次分析法分析后，得出指标C1-C9对应的权重为：[0.017 7，0.032 3，0.017 7，0.258 4，0.118 8，0.059 1，0.118 8，0.258 4，0.118 8]。

2 可拓学模型的建立与运用

可拓学是建立在基元理论和可拓论的基础上的，其基本单位为物元。将事物N作为对象，C作为其特征，同时规定N关于C的量值为V，则可用R={N，C，V}为基本元对事物进行描述，N、C、V即是构成物元M的三要素。

2.1 构造物元

3 评价结果

根据层次分析法所得出的指标权重向量W=[0.017 7，0.032 3，0.017 7，0.258 4，0.118 8，0.059 1，0.118 8，0.258 4，0.118 8]，利用式（8）可计算出待评物元的单因素关联度，结果见表6，为更好地得出公路爆破安全性评价结果，利用式（9）求得综合关联度，结果见表7。

只从单因素关联度来分析，当以不同因素作为考虑对象时，其安全性是完全不同的，例如以爆破方案作为考虑对象那么其属于安全性较高的等级，不难看出单因素关联度因只考虑了单个指标的影响而不能全面反映出整个项目的安全性问题，而通过综合评价就能更科学直观地评定本次爆破工程项目的安全性，这也符合现场实际情况。

4 结语

（1）将层次分析法与可拓理论相结合，在作公路爆破安全评价时是科学有用的，且能够避免单用层次分析法进行评价导致结果过于主观的缺陷。

（2）根据本次进行的安全性评价结果，本次公路爆破工程的安全性为第5级（差），即本次爆破工程的风险性较高。

（3）本次对爆破施工作业安全性影响的主要因素是周边环境过于复杂，因此建议在环境情况严峻的地方，能不采用爆破施工的就不采用爆破施工，对于特殊情况一定要爆破施工的，在施工作业过程中必须进行严格监管、全程监控、实时反馈，严格把控爆破施工设计，严格要求施工作业人员，爆区覆盖炮被的同时压上沙石袋，确保施工过程的规范合理，严格防护，以保证施工安全顺利进行。

参考文献：

[1]周 强，庙延钢，张智宇，等.基于AHP的爆破安全评价指标体系及权重赋值研究[J].云南冶金，2008（2）：17-21.

[2]陶铁军，蔡建德，张光权，等.未确知测度模型在爆破工程安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2011，7（12）：108-111.

[3]王丹丹，池恩安，詹振锵，等.爆破飞石产生原因事故树分析[J].爆破，2012，29（2）：119-122.

[4]叶海旺，常 剑.基于模糊决策和层次分析法的采矿方法选择[J].武汉理工大学学报，2009，31（8）：145-148，153.

[5]Li LI，Yong-Ming L I.The Design and Stability Analysis of an Adaptive System Based on Linear T-S Fuzzy System[J].Acta Automatica Sinica，2003，29（6）：815-820.

[6]蔡 文.可拓工程方法[M].北京：科学出版社，1997.

[7]毛金龙.层次分析法在多目标投标决策中的应用[J].技术经济与管理研究，2000（5）：58.

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