基于Euclid理論的震后恢復(fù)重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

黃建文，王　東，張　瑞，石　春，楊青青

(1. 三峽大學(xué) 水電工程施工與管理湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；2. 三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

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基于Euclid理論的震后恢復(fù)重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

黃建文，王東，張瑞，石春，楊青青

(1. 三峽大學(xué) 水電工程施工與管理湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443002；2. 三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

摘要:為給我國(guó)震后災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建的民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)提供一個(gè)更合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，首先采用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和問卷調(diào)查法選取5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和23個(gè)二級(jí)指標(biāo)來構(gòu)建質(zhì)量評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，然后運(yùn)用區(qū)間特征根法求出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。最后選擇四川省蘆山縣某汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建小區(qū)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，采用灰色相對(duì)歐幾里德方法進(jìn)行工程質(zhì)量評(píng)價(jià)分析，計(jì)算出與不同評(píng)估等級(jí)相對(duì)應(yīng)的灰色Euclid加權(quán)關(guān)聯(lián)度，根據(jù)該模型雖然得出該小區(qū)重建質(zhì)量為優(yōu)，但是還存在一些影響工程質(zhì)量的因素。該結(jié)論與恢復(fù)重建實(shí)踐過程相符，說明了該指標(biāo)體系具有一定的合理性，同時(shí)該模型存在一定的有效性。

關(guān)鍵詞:重建；質(zhì)量評(píng)價(jià)；區(qū)間層次分析法；灰色歐幾里德評(píng)價(jià)

自2008年以來，我國(guó)特大地震災(zāi)害頻發(fā)，相繼發(fā)生了汶川8.0級(jí)地震、玉樹7.1級(jí)地震、盈江5.8級(jí)地震、蘆山7.0級(jí)地震、魯?shù)?.5級(jí)地震，地震的破壞力強(qiáng)，給受災(zāi)人群造成了極大的財(cái)產(chǎn)損失和精神傷害。我國(guó)西南地區(qū)地震頻發(fā)，而且同一地區(qū)多次發(fā)生地震。地震破壞造成人員死亡主要原因是房屋的快速坍塌，蘆山7.0級(jí)地震受損房屋中，有很多是2008年汶川8.0級(jí)地震后重建的民用建筑。因此，把我國(guó)多震地區(qū)如云南、四川、西藏等地區(qū)獨(dú)立劃分出來，對(duì)當(dāng)?shù)氐拿裼媒ㄖ?shí)行一套獨(dú)有的切實(shí)可行的房屋建筑質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是有必要的。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在震后重建方面做了相關(guān)的研究，并取得了一定的成果。楊月巧等[1]主要從工程項(xiàng)目、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性和應(yīng)急能力建設(shè)等角度提出了災(zāi)后重建后評(píng)價(jià)的框架體系，徐玖平等[2]用綜合集成理論和方法來指導(dǎo)災(zāi)后重建工程。高建國(guó)等[3]提出重建建筑選址不當(dāng)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等因素應(yīng)得到重視。Mousavi Shahab等[4]致力于開發(fā)結(jié)構(gòu)防火系統(tǒng)阻止震后火災(zāi)的蔓延。Opricovic,Serafim等[5]提出建立重建的多目標(biāo)模型，綜合考慮安全、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)之間的沖突影響，馮啟民等[6]提出社區(qū)的抗震能力強(qiáng)弱不僅與社區(qū)的建筑物本身的抗震能力有關(guān),而且與社區(qū)的空間因素有關(guān)，為開展城市抗震防災(zāi)規(guī)劃提供了新思路。常志朋[7]利用模糊測(cè)度和Choquet模糊積分算子構(gòu)建模糊積分綜合評(píng)價(jià)模型，常龍生等[8]從改進(jìn)震后民用建筑重建質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制的角度建立質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

然而，國(guó)內(nèi)學(xué)者在震后恢復(fù)重建方面的研究尚未形成成熟的理論體系，不能滿足恢復(fù)重建指導(dǎo)工作的需求，而且多數(shù)學(xué)者對(duì)于震后重建的研究大多集中于對(duì)重建工作指導(dǎo)提出宏觀定性的建議上，著重考慮震后災(zāi)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的完善、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、資源配置的有效性等，定量評(píng)價(jià)恢復(fù)重建建筑工程質(zhì)量的文章較少，評(píng)價(jià)方法研究不足，不能體現(xiàn)重建建筑質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)等級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。鑒于此，本文擬使用區(qū)間層次分析法求解各指標(biāo)權(quán)重，然后結(jié)合灰色歐幾里德理論評(píng)價(jià)方法，分析待評(píng)估項(xiàng)目與不同評(píng)估等級(jí)的貼近程度來確定重建建筑的質(zhì)量等級(jí)，以期為以后的震后重建建筑質(zhì)量評(píng)估工作提供參考。

圖1　震后災(zāi)區(qū)民用建筑重建工程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1震后重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則

(1)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的可靠性原則。在震后民用建筑重建的過程中，必須把加強(qiáng)民用建筑抗震能力放在首要位置，重建的房屋能否經(jīng)得住當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)地震烈度的破壞，是廣大受災(zāi)群眾關(guān)心的問題。

(2)面向?qū)ο蠹皩?shí)用性原則。選用的指標(biāo)既要能切實(shí)反映工程的質(zhì)量，又要便于普通居民理解。在對(duì)專業(yè)性強(qiáng)的指標(biāo)打分時(shí)可咨詢專家打分，在對(duì)專業(yè)性不強(qiáng)而和使用者息息相關(guān)的指標(biāo)時(shí)，可采取問卷調(diào)查的方式。

(3)節(jié)能環(huán)保型原則。自從生態(tài)城鎮(zhèn)的概念提出以來，生態(tài)節(jié)能型建筑越來越受到國(guó)家的重視。因此，構(gòu)建災(zāi)后重建民用建筑的質(zhì)量評(píng)估體系時(shí)，可將節(jié)能目標(biāo)納入其中。

1.2　指標(biāo)體系

通過閱讀與震后災(zāi)區(qū)重建建筑質(zhì)量評(píng)價(jià)有關(guān)的文獻(xiàn)，查找相關(guān)規(guī)范如《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)》[9]、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB50016-2014)》[10]，咨詢從事建筑抗震方面工作的人員以及征詢當(dāng)?shù)鼐用竦囊庠福Y選出如下震后重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖1)。指標(biāo)體系建立步驟如下所示。

(1)結(jié)構(gòu)選型：就民用建筑而言，框架剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)于框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)優(yōu)于底框架結(jié)構(gòu)，底框架結(jié)構(gòu)優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)，“強(qiáng)柱弱梁”型框架優(yōu)于“弱柱強(qiáng)梁”型框架。

(2)結(jié)構(gòu)的整體性：包括構(gòu)件間的可靠連接和房屋的豎向剛度。

(3)填充墻的性能：在建筑物的抗震能力中往往忽略了填充墻的作用，但填充墻有利于增加結(jié)構(gòu)的整體承載能力和抗側(cè)剛度。此外，以往地震中樓梯間填充墻坍塌阻礙逃生的現(xiàn)象均有發(fā)生，將填充墻的性能納入到抗震指標(biāo)體系中具有現(xiàn)實(shí)意義。

(4)場(chǎng)地選址條件：應(yīng)選擇穩(wěn)定的基巖或平坦開闊的有利地段，要與活動(dòng)斷裂帶保持一定的安全距離。在汶川地震中有很多房屋本身沒有倒塌但毀于地震后引發(fā)的泥石流、滑坡、滾石等次生地質(zhì)災(zāi)害，所以選址條件是影響抗震能力的關(guān)鍵因素。

(5)人口密度和建筑密度：民用建筑的抗震能力不僅與建筑物本身的抗震能力有關(guān)，也要考慮建筑的分布密度和人口密度，這在很大程度了小區(qū)居民的疏散速度。

(6)阻火與排煙：由于地震可能會(huì)導(dǎo)致通電線路、變壓器的破壞從而引起火災(zāi)。因此，本文將阻火與排煙作為指標(biāo)體系的一個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)，并根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》選擇防火門、防火分區(qū)大小、樓梯間的防排煙系統(tǒng)三個(gè)具有代表性的指標(biāo)作為阻火與排煙的子指標(biāo)。

(7)震后應(yīng)急疏散：發(fā)生地震時(shí)，人群能否及時(shí)疏散直接影響傷亡率的大小。同時(shí)考慮火災(zāi)疏散的要求將消防疏散能力作為指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)中的一個(gè)準(zhǔn)則層元素。參考《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》選擇幾個(gè)主要的指標(biāo)如建筑周圍的消防車道、消防栓系統(tǒng)、安全通道寬度作為評(píng)價(jià)消防疏救能力的子指標(biāo)。

(8)建筑節(jié)能：根據(jù)《汶川地震災(zāi)后重建總體規(guī)劃》中生態(tài)重建的要求，響應(yīng)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的號(hào)召，重建建筑應(yīng)充分利用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，本文實(shí)地調(diào)查重建社區(qū)節(jié)能灶、節(jié)能燈、節(jié)水器以及太陽能熱水器使用情況判斷該建筑的節(jié)能水平。

(9)建筑環(huán)境與心理:地震給災(zāi)民造成了一定的身體和心靈創(chuàng)傷，為了讓他們盡快地走出心理陰影，更好地適應(yīng)日常生活，應(yīng)重視無障礙設(shè)計(jì)和健身休閑設(shè)施的配備。

表1　震后重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

1.3　權(quán)重的確定

在上述指標(biāo)體系研究的基礎(chǔ)上，采用區(qū)間層次分析法求解權(quán)重向量，具體步驟如下。

(1)建立震后重建民用建筑質(zhì)量評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)模型，如表1所示。

(2)采用互反性1～9標(biāo)度法建立區(qū)間判斷矩陣[11]。依次建立目標(biāo)層與準(zhǔn)則層、各準(zhǔn)則層與指標(biāo)層元素間的判斷矩陣，此處限于篇幅，只列出了目標(biāo)層與準(zhǔn)則層的區(qū)間判斷矩陣見表2。

(1)

(2)

表2　S-B區(qū)間判斷矩陣

2建立灰色Euclid理論評(píng)價(jià)模型

2.1　確定參考序列和樣本序列

對(duì)于k種因素i個(gè)評(píng)估等級(jí)的評(píng)估序列(i=1,2,3,…,6)，即參考序列，如式(3)所示[16]：

Xi={Xi(1),Xi(2),…,Xi(k)}。

(3)

式中：Xi(k)是第i個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)中第k個(gè)因素的參考標(biāo)準(zhǔn)值。然后確定樣本序列，如式(4)所示：

表3　不同評(píng)價(jià)等級(jí)得分標(biāo)準(zhǔn)值

X0={X0(1),X0(2),…,X0(k)}。

(4)

式中：X0(k)是第k個(gè)因素的樣本值。

2.2　原始數(shù)據(jù)變換

(5)

樣本序列與參考序列中各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)[17-18]按式(6)計(jì)算：

ξi(k)=

(6)

式中：ρ為各個(gè)指標(biāo)因素的分辨系數(shù)，0<ρ<1，ρ一般取0.5。

2.3　灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度

第k個(gè)評(píng)估等級(jí)序列與樣本的關(guān)聯(lián)度ri可按式(7)計(jì)算：

(7)

式中：wi(k)為與關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)對(duì)應(yīng)的綜合權(quán)重。

2.4　灰色歐幾里德關(guān)聯(lián)度

灰色歐幾里德貼近度綜合考慮了比較數(shù)列與參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值以及波動(dòng)值對(duì)關(guān)聯(lián)度的影響,從而比灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度更具有科學(xué)性和實(shí)用性。

(8)

2.5　判定重建建筑的質(zhì)量等級(jí)及關(guān)鍵影響因素

c(k)=(7-x0(k))·w(k)。

(9)

3實(shí)例分析

3.1　工程背景

在2008年汶川8.0級(jí)地震中蘆山縣屬位于重災(zāi)區(qū)，在《汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建條例》[19]中劃為生態(tài)重建區(qū)，蘆山縣用3年時(shí)間基本完成了汶川地震的恢復(fù)重建任務(wù)，2013年蘆山7.0級(jí)地震正好是對(duì)汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建效果的檢驗(yàn)，使該重建質(zhì)量評(píng)價(jià)具有了可參照性。本文選取蘆山縣的蘆陽鎮(zhèn)某社區(qū)的居民建筑質(zhì)量作為評(píng)價(jià)對(duì)象，這個(gè)社區(qū)是汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建的社區(qū)，邀請(qǐng)專家對(duì)專業(yè)能力要求強(qiáng)的指標(biāo)進(jìn)行打分，對(duì)小區(qū)建筑的抗震能力、阻火與防排煙、震后應(yīng)急疏散指標(biāo)進(jìn)行打分；對(duì)貼近居民生活的指標(biāo)采取問卷調(diào)查方式，如表一準(zhǔn)則層中的節(jié)能指標(biāo)、建筑環(huán)境與心理所屬的子指標(biāo)。該社區(qū)在2008年以前房屋多為私人磚木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)房屋，共計(jì)85戶，戶籍人口3 480人，在經(jīng)歷汶川地震后，倒塌25戶，嚴(yán)重破壞40戶，中等破壞20戶，汶川地震后重建65戶，修復(fù)20戶，重建建筑均為框架結(jié)構(gòu)，修復(fù)建筑加強(qiáng)了配筋處理；為了對(duì)恢復(fù)重建建筑的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，在小區(qū)內(nèi)來往行人隨機(jī)攔訪的方式向?yàn)?zāi)區(qū)居民發(fā)出調(diào)查問卷500份，回收480份，有效率96%，邀請(qǐng)居民參照表3列出的評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)圖1中各二級(jí)指標(biāo)因素進(jìn)行評(píng)分，然后將評(píng)分取平均值得表4。

表4　樣本序列和參考序列

3.2　計(jì)算處理

表5　量綱歸一化處理后關(guān)聯(lián)系數(shù)

3.3　結(jié)果分析

具體分析如下：蘆山縣蘆陽鎮(zhèn)在汶川地震中的地震烈度為VII度，汶川地震后重建的設(shè)防烈度為VII度，蘆山縣蘆陽鎮(zhèn)在蘆山地震中的地震烈度為VIII度，超過了設(shè)防烈度，但重建小區(qū)并未出現(xiàn)房屋倒塌現(xiàn)象，究其原因一是小區(qū)建筑采用了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，二是小區(qū)建筑的地質(zhì)條件較好，無軟弱巖層。但重建社區(qū)中有些樓棟門窗洞口的填充墻墻面出現(xiàn)裂縫，建議以后選用強(qiáng)度較高的填充墻材質(zhì)。小區(qū)的防火排煙能力較強(qiáng)，機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)和可開啟外窗的自然排煙設(shè)施同時(shí)設(shè)置，效果較好。可重建小區(qū)的節(jié)能指標(biāo)得分普遍較低，節(jié)能灶和太陽能熱水器的使用率不高，原因一是市場(chǎng)上節(jié)能產(chǎn)品種類繁多居民不知怎么挑選，二是價(jià)格太貴，希望有關(guān)部門加以重視給予一定的幫扶政策。

4結(jié)語

(1)本文在咨詢有關(guān)專家和調(diào)查居民意愿的基礎(chǔ)上，針對(duì)災(zāi)后重建民用建筑的特點(diǎn)，從抗震能力、阻火與排煙、消防疏救能力、建筑節(jié)能、建筑環(huán)境與心理五個(gè)方面系統(tǒng)的建立了震后重建民用建筑工程質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并在梳理相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)加入了對(duì)抗震能力有較大影響且容易被忽略的因素，如場(chǎng)地選址條件、填充墻的材質(zhì)、人口密度指標(biāo)等，指標(biāo)體系全面、實(shí)用、便于理解。

(2)將區(qū)間層次分析法與灰色Euclid評(píng)價(jià)有效的結(jié)合，更符合評(píng)價(jià)系統(tǒng)模糊性的特點(diǎn)。采用區(qū)間特征根法求解建立的區(qū)間判斷矩陣，方法簡(jiǎn)單適用。選取蘆山縣蘆陽鎮(zhèn)某重建小區(qū)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，計(jì)算其質(zhì)量等級(jí)與參考序列給出的各評(píng)估等級(jí)的關(guān)聯(lián)度系數(shù)，得到了符合實(shí)際的評(píng)價(jià)結(jié)果，并找出了影響其質(zhì)量等級(jí)的關(guān)鍵因素，系統(tǒng)的分析了重建工作的優(yōu)勢(shì)和不足，為以后的震后重建工作提供了一定的參考價(jià)值。

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Quality Evaluation for Post-earthquake Civil Building Reconstruction Based on Gray Euclid Theory

Huang Jianwen, Wang Dong, Zhang Rui, Shi Chun and Yang Qingqing

(1.HubeiKeyLaboratoryofConstructionandManagementinHydropowerEngineering,

ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 2.CollegeofHydraulicandEnvironmental

Engineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

Abstract:In order to provide a more reasonable evaluation standard of the quality evaluation for post-earthquake civil building reconstruction, 4 first grade indexes and 23 second grade indexes are firstly selected through some literature databases and questionnaire method to set up the hierarchy model of quality evaluation. Finally, a typical civil buildings reconstruction community in Lushan county of Sichuan province which are reconstructed after Wenchuan earthquake is selected as evaluation target, gray relative Euclid weighted correlation degree adapting to different rating grades. According to the model while it is concluded that the quality of reconstructed community is best, but there are some factors affecting the quality of engineering. The conclusion is consistent with the actual situation, to verify the validity of the model and indicate the reasonableness of the index system. Engineering quality evaluation and analysis are done by using grey relative Euclidean method and Grey Euclid weighted correlation degree is calculated with different assessment levels, According to the model, the reconstruction quality is excellent, but there are some factors that affect the quality of the project. This conclusion is consistent with the practice of restoration and reconstruction, which shows that the index system is reasonable, and the model has some validity.

Key words:reconstruction; quality evaluation; interval analytic hierarchy process; gray Euclid

作者簡(jiǎn)介：黃建文(1977-)，男，湖北黃陂人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗娛┕す芾?E-mail：jwhuang@ctgu.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51379109)；湖北省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2014CFB670)；水電工程施工與管理湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2014KSD01)

收稿日期：2015-07-01修回日期：2015-08-20

中圖分類號(hào)：X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)01-0011-06

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.003