基于模糊綜合評判的高聳建筑物爆破拆除方案評價

傅光明,任才清,李是良

(國防科技大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410072)

基于模糊綜合評判的高聳建筑物爆破拆除方案評價

傅光明,任才清,李是良

(國防科技大學指揮軍官基礎教育學院, 湖南長沙 410072)

高聳建筑物爆破拆除方案的設計,具有一定的主觀性和經驗性,爆破施工效果不確定性大。本文通過分析高聳建筑物爆破拆除方案設計評價的相關因素,利用模糊綜合評判法,構建了爆破拆除方案評價的模糊綜合評價模型,結合某 80 m磚砌煙囪爆破拆除方案進行了檢驗,實踐證明模糊綜合評判法對高聳建筑物爆破拆除方案的評價具有較高的可信度。

高聳建筑物;爆破方案;模糊理論;綜合評價

隨著我國城市化進程的深入發展,爆破技術在城市建設中得到廣泛應用,利用爆破法拆除煙囪、水塔、碑體等高聳建筑物,成為城市拆除爆破的重要內容之一。各種爆破工程實踐中,爆破方案的設計較大程度上依賴于設計者的主觀經驗。爆破方案設計的科學與否,不僅會影響爆破效果,甚至會產生重大的安全生產事故。對高聳建筑物爆破拆除方案進行評價,是避免安全事故、提高爆破施工效益的重要途徑。

1 高聳建筑物爆破拆除方案評價影響因素分析

爆破法拆除高聳建筑物,是在其預定傾倒方向的一側下部,通過爆破形成切口,造成高聳建筑物整體失穩,使建筑物在傾覆力矩的作用下沿預定方向倒塌的一種控制爆破技術。爆破切口的設計、炮孔裝藥、內襯處理等是高聳建筑物爆破拆除的主要影響因素。因此,高聳建筑物爆破拆除方案的評價影響因素應主要包括:定向設計方案、爆破參數、安全校核與防護、起爆器材與網絡等。

1.1 定向設計方案

定向設計方案包括爆破切口設計、定向窗的開設、預處理,這三項是影響高聳建筑物爆破拆除的最重要因素。其中,爆破切口是炮孔裝藥起爆后在建筑物筒壁上迅速形成的特定形狀的缺口,爆破切口的形狀在建制物初始傾倒階段起到輔助支撐、準確定向、控制前沖后坐的作用,通常有矩形、梯形、倒梯形、八字形、人形等。不同類型的高聳建筑物爆破必須根據各種形狀爆破切口對施工、建筑物倒塌的影響合理選擇;定向窗通過隔斷爆破區與保留支撐,能夠保證支撐區不因爆破而改變對稱性,同時保證切口閉合及建筑傾倒的平穩性能,實現高聳建筑物按設定方向準確和順利倒塌;預處理是在爆破之前采用人工或機械方法對內襯、承重體等底部結構預先拆除的一種處理方法,對高聳建筑物倒塌的準確性、單響最大起爆藥量和簡化爆破施工方案有十分重要的作用。

1.2 爆破參數

爆破參數是指實施爆破的炮孔布置、裝藥結構及爆破最小抵抗線、孔深、炮孔間隔、炮孔排距、單孔藥量等,是評價爆破方案合理性的重要指標。爆破參數的設計應根據建筑物的建筑參數合理設計、精密計算,否則極易出現不能形成爆破切口、建筑物下坐、傾斜不倒、提前倒塌等嚴重后果。爆破參數的計算和擇取目前沒有統一的標準,主要依據爆破方案設計人員的主觀經驗,隨意性較大,在不同的爆破環境和爆破質量要求的情況下,設計者可在不影響爆破定向準確和工程要求的范圍內選取。

1.3 安全校核與防護

爆破方案的設計中必須包括爆破安全校核,這是評價爆破方案的主要指標。爆破安全校核主要有爆破飛石飛散最遠距離校核、爆破的地震震動速度校核、爆破沖擊波大小、爆破次生污染、爆破切口形成后預留部分的支撐能力、定向窗形成后預留部分支撐能力的校核、觸地沖擊振動效應校核等等。通過安全校核利于控制爆破震動、空氣沖擊波、飛石、噪聲和灰塵等,對部分存在安全隱患的事項可采取安全防護措施,爆破校核也較多地依靠經驗公式。此外,在爆破施工過程中,通過理論公式計算的效果往往與實際情況有差距,國外大多數爆破工程的安全校核以經驗為主。防護主要是指對裝藥炮孔的填塞和對爆破缺口加強覆蓋防護,控制爆破飛石的措施,對二次飛石和地面的防護方法,對爆破振動的削減設施,對爆破粉塵的快速處置等,也包括在實施定向爆破工程中炸藥雷管的運輸保管,施工組織實施、安全警戒等。

1.4 起爆器材與網絡

起爆器材與網絡是確保定向爆破中裝藥安全、順利起爆的關鍵,尤其在需要實現一次點火、分區逐段微差起爆、多向折疊爆破等方案中起爆器材與網絡的設計更為重要。在一些特殊環境下,對起爆器材和網絡還有特殊的要求,如在有電磁干擾的爆破環境中嚴禁采用電雷管起爆法。爆破方案設計過程中通常要根據工程綜合特點,選取合適的爆破器材和設計起爆網絡,以提高起爆器材和起爆網絡的可靠程度和安全性。

2 模糊綜合評判法

模糊綜合評判法是利用模糊數學理論,對受多層因素影響的系統進行綜合決策和評估,從設定評語集中選擇出相對精確的評價的數學方法。高聳建筑爆破拆除方案的模糊綜合評判,可以分為 4步進行。

由全部 U中評判對象的單因素對應評語集 V中的評語等級,可以構成 1個總的評價矩陣 R,即:

(3)確定各評價因素的權重。由于高聳建筑物拆除爆破方案的主觀性、模糊性、不確定性,不同條件下各評價因素對爆破效果的影響也具有差異,各因素在爆破拆除方案的綜合評價中具有不同等的地位并占有相應的影響系數,即各因素權重存在差異。但同一事物的各因素構成的權重向量滿足歸一性,即

評價因素的權重確定有多種方法,可通過制定各級評價因素項目權重系數評定表交由專家若干人,讓他們在彼此隔離的情況下,將自己認定的權重系數填入表內,然后收集各專家所填的權重總加平均,得到各級因素權重的專家評判法;也可通過典型實例結果逆推各級因素權重的近似求法,還可以通過問卷調查法等。

(4)綜合評價。確立評價模糊矩陣 R和各級評價因素權重向量 A后,模糊綜合評判結果由下式得出:

3 高聳建筑物定向爆破方案的模糊綜合評價應用

3.1 建立爆破方案評價目標體系

根據高聳建筑物爆破拆除方案的主要構成要素,可以把其評價目標體系分為四項十二目,見表1。

表1 高聳建筑物定向爆破方案評價目標體系

3.2 爆破方案評價和單因素隸屬度

爆破拆除方案評價的模糊性決定了只能對爆破方案進行范圍界定,無法絕對評價,根據評價主要項目,可以將各級項目的評價按照“最佳方案、較好方案、合適方案、一般方案、不合格”評價,評語集為 V={最佳方案,較好方案,合適方案,一般方案,不合格}。

假設共有 n個人對某高聳建筑物爆破拆除方案進行評價,認為 i項目為最佳、較好、合適、一般、不合格的人數分別為 n1,n2,n3,...,ni,可得出該項目的單因素隸屬度為,同理可得其他評價項目的隸屬度,共同組成一級評價矩陣。

3.3 應用算例

本文根據上述指標體系,通過 8人專家評審小組得到的某 80 m高磚砌煙囪定向爆破方案評價結果,見表2。

表2 專家評價結果

通過計算,得出:

且有:

由此可得到該評價組對高聳 80 m磚砌煙囪定向爆破設計方案模糊綜合評價結果:

B=A·R=(0.058,0.609,0.237,0.018,0)

根據最大隸屬原則,定向爆破方案屬“較合適方案”。根據此爆破方案實施的定向爆破,在倒塌方向、安全方面都達到了預定結果,良好的爆破效果與對方案的評價相符。

4 結語

模糊綜合評判方法在高聳建筑物爆破拆除方案的評價過程中,克服了爆破方案設計本身存在的主觀性和模糊性,對較多建立在經驗公式和數據之上的設計方案進行了量化評價。另外,本文在模糊綜合評價的指標項目建立選取了主要因素,在爆破拆除高聳建筑物的實踐中,任何細小環節的忽略都會給爆破結果帶來破壞性的影響,在評價爆破方案時必須給予考慮。

[1] 陳 超.預裂爆破效果的模糊綜合評價研究[J].金屬礦山,2004,11.

[2] 郭學彬,張繼春.論煙囪定向拆除爆破的安全技術[J].爆破,2006,(3).

2011-07-06)

傅光明(1964-),男,教授,長期從事軍事爆破、反恐防爆、爆破拆除等方面的教學與科研工作。