模糊綜合評價法在橋梁工程評判中的應用

張 旭

（重慶交通大學土木建筑學院重慶400074）

模糊綜合評價法在橋梁工程評判中的應用

張 旭

（重慶交通大學土木建筑學院重慶400074）

本文闡述了用模糊綜合評價法對橋梁工程的技術狀況和運行狀態評判的基本原理和方法步驟，并通過一個實際例子詳細介紹了模糊綜合評價方法在橋梁工程評判中的應用，進一步說明綜合利用多種評價方法的優點應用于橋梁工程評判的重要性，對橋梁工程的評判頗有現實意義。

模糊數學模型；評判體系；橋梁工程

引言

評價方法發展到目前已有數十種之多，按評價結果的量化程度分類分為定性和定量兩類；按所采用的理論分類分為基于經驗的、基于數值和統計的和基于決策和智能的評價方法[1]。這些方法由于來源于不同的行業和專業，因而各有特色，各有其適用對象，各有其優缺點，各有其局限性。如BP（NNs）神經網絡評價法是模仿生物神經網絡功能，根據輸入的信息建立神經元，通過對給定樣本模式的學習或自組織等過程建立相應的非線性數學模型，找出輸入與輸出之間的內在聯系，從而求取問題的解決?；疑P聯度評價法GRA是根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度，即“灰色關聯度”，來描述因素間關系的強弱、大小和次序的一種方法[9]。

怎樣利用這些評價方法的優點，滲入于建設工程的技術狀況和運行狀態的評判之中，考慮到安全與危險其實是模糊概念，是相對和辨證統一的；所謂危險性的大小實則是對安全的隸屬度（即取[0，1]區間作定量判斷），當危險性降至人們可以接受或社會允許的安全標準時，就認為是安全的[2]。由此出發，本文擬應用模糊綜合評價法對橋梁工程的技術狀況和運行狀態進行評判介紹。

1 模糊綜合評價基本原理

1.1 模糊綜合評價的概念

就是通過一定的模糊數學模型，或者說以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將多個評價指標值“合成”為一個整體性的綜合評價值[3]。它是對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合性評判的一種方法，也是一種以模糊推理為主的定性與定量相結合、精確與非精確相統一的分析評價方法。

1.2 模糊綜合評價的基本原理

從影響問題的諸因素出發，首先確定被評判對象的因素（指標）集和評價等級集；再分別確定各個因素的權重及它們的隸屬度向量，獲得模糊評判矩陣；最后把模糊評判矩陣與因素的權向量進行模糊合成運算，得到模糊評價綜合結果[4]。

1.3 模糊綜合評價的特征

（1）模糊性。模糊子集的隸屬度函數的確定通常是根據經驗或統計[5]，常常帶有主觀性，但模糊性是可以度量的。模糊綜合評價的結果是一個集合，而不是一個點值。

（2）定量性。在定性與定量相結合方面，通過一定的模糊數學模型將多個評價指標值“合成”為一個整體性的綜合評價值[6]。在精確與非精確相結合方面，經驗性評價指標屬于宏觀評價指標，缺少具體的可量化測量工具，只能根據相關管理者或專家經驗評分。

（3）多目標性、多層次性。建立指標分級體系，是對多指標、多層次進行綜合處理。

2 模糊綜合評價模型

2.1 單層次(一級)評價的模型

2.2 多層次(多級)評價的模型

從最低層次的因素開始，分別進行初級、二級、三級……評判。

3 模糊綜合評價步驟

確定因素集（指標體系集）U={u1，u2，…，un}。

確定評語集V={v1，v2，…，vn}={好，較好，中等，較差，差}或V={10分，8分，6分，4分，2分}。

確定各指標ui中隸屬于V中評語的隸屬度rij，構造準則層B的各級評判分矩陣Ri。

確定各級評判權重ak，并對每一個ui，分別作出綜合決策（歸一化處理）。

系統分級和系統總的綜合評判，選擇評價適宜的合成算子，將A與R合成。

對模糊綜合評價結論進行分析處理，并作結果說明。

4 模糊綜合評價舉例

用模糊綜合評價法對某鋼筋混凝土與預應力混凝土梁式橋的技術狀況和運行狀態進行二級評判，過程如下：

4.1 分析該梁式橋的評判體系

圖1 橋梁評價體系

由圖1得到該橋梁技術狀況和運行狀態評判的因素集U= {U1，U2，U3，U4}；U1={u11，u12，u13，u14}；U2={u21，u22，u23，u24}；U3= {u31，u32}；U4={u41，u42，u43，u44}。

4.2 確定評判等級集

V={v1，v2，v3，v4，v5}={優，良，中，差，很差}

4.3 確定Ui中隸屬于V中的隸屬度rij，構造準則層B的分矩陣Ri

采用10位專家評委評分法確定U1隸屬度rij，歸一化處理后結果如表1。

表1 不同因素的隸屬度

按10位專家評委評分法同樣可以確定U2、U3、U4隸屬度rij。據上表得到因素Ui與評語Vi間的模糊關系Ri，即模糊關系矩陣如下：

4.4 參照橋梁評判有關技術規程，建立評判因素權重集

4.5 選擇評判適宜的合成算子，將Ai與Ri合成，作系統分級和系統總的綜合評判

取M(●,⊕)算子

歸一化處理后得：

其和為1，無須歸一化處理。

其和為1，無須歸一化處理。

4.6 作出結論，說明結果

上述計算說明專家評委對該橋梁技術狀況和運行狀態評價為優、良、中等、差和很差，分別為23.6﹪、42﹪、22.3﹪、10.5﹪和1.6﹪。

若賦值優為95分，良為85分，中等為65分，差為45分，很差為35分，該橋梁技術狀況和運行狀態得分。

E=95×23.6﹪+85×42﹪+65×22.3﹪+45×10.5﹪+ 35×1.6﹪=77.9分,按優≥95，95＞良≥85，85＞中≥65，65＞差≥45，很差＜30等級標準，評定為中等水平。

若參照DB29-147-2005《天津市城市橋梁養護技術規程》[8]規定的BFI和BCI評定標準所劃分的5個狀態等級和養護規定，如表2、表3所示：

表2 橋梁功能適應性評定標準

表3 橋梁技術狀態評定標準

A級：完好狀態90≤BCI技術狀況和運行狀態≤100，日常保養；

B級：良好狀態80≤BCI技術狀況和運行狀態＜90，日常保養和小修；

C級：合格狀態65≤BCI技術狀況和運行狀態＜80，專項檢測后保養、小修或中修；

D級：不合格狀態50≤BCI技術狀況和運行狀態＜65，檢測評估后，進行中修或大修；

E級：危險狀態BCI技術狀況和運行狀態＜50，檢測評估后，進行大修、加固或改建。

則該橋梁應予以中修。

5 結束語

綜合評價技術已經廣泛應用于我國建設工程領域，并且發揮著巨大的作用與效益。雖然模糊綜合評價是一種理論性和實踐性很強的活動，用專家評委評分法確定隸屬度,要求專業齊全，對評價者的綜合素質要求較高，具體操作過程較為復雜，但借助于計算機程序既可以簡單化計算，又可以避免專家評分人為因素，利用計算機程序開發適合不同用途的綜合評價系統，將多種評價方法滲入于建設工程評判中來具有重要的現實意義。

[1]胡永宏,賀思輝.綜合評價方法[M].北京：科學出版社,2000∶1-18.

[2]張躍,鄒壽平,宿芬編著.模糊數學方法及其應用[M].北京∶煤炭工業出版社,1992∶10-34.

[3]李寶山.管理系統工程[M].北京∶中國人民大學出版社,2004∶1-13.

[4]孫日瑤，宋憲華.綜合評價——理論、模型、應用[M].銀川∶寧夏人民出版社,1993∶1-11.

[5]陳守煜.工程模糊集理論及其應用[M].北京∶國防工業出版社,1999∶12-25.

[6]張自煌.基于模糊數學的城市綠化工程質量綜合評價[J].科技信息,2007(16)∶30-36.

[7]郭齊勝等.系統建模原理與方法[M].長沙∶國防科技大學出版社,2003.26-38.

[8]天津市建設委員會.DB29-147-2005天津市城市橋梁養護操作技術規程[S],2005.8.1.

[9]鄧聚龍.灰色系統理論教程[M].武漢∶華中理工大學出版社,1990.3-12.

Application of Fuzzy Comprehensive Evaluation in Bridge Engineering Estimation

Based on fuzzy comprehensive evaluation,according to an example of the method of evaluating bridge technical condition and running condition,the author of this paper first introduced the application of fuzzy comprehensive evaluation method in assessment of bridge engineering,and then further explained the advantages of the application of multi-type evaluation method in evaluation of bridge engineering.The effective method supported by case studies in evaluation of bridge engineering has been demonstrated for the references of the potential readers.

fuzzy mathematical model;evaluation system;bridge engineering

U447

A

1671-9107（2011）10-0012-04

重慶交通大學研究生教育創新基金項目(2010(上)第6號)

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.10.012

2011-05-29

張旭（1984-），男，湖北荊門人，碩士研究生，主要從事工程力學和結構工程方面的研究。