基于改進未確知測度優(yōu)化模型的建筑安全風險評價*

孟英輝　朱利晴　榮　耀　袁　曉

(1.中國核電工程有限公司;2.江西省交通科學研究院;3.中南大學資源與安全工程學院)

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基于改進未確知測度優(yōu)化模型的建筑安全風險評價*

孟英輝1朱利晴2榮耀2袁曉3

(1.中國核電工程有限公司;2.江西省交通科學研究院;3.中南大學資源與安全工程學院)

摘要為了判定建筑施工安全風險等級，運用優(yōu)化的未確知測度理論，從人、建筑施工設備、管理、環(huán)境4個方面選取了13個二級評價指標，建立建筑安全評價的未確知測度優(yōu)化模型，進行定性、定量分析，并引入博弈論，計算各因素的綜合指標權重，既可降低主觀性的評價結果，又考慮了專家的經(jīng)驗因素；根據(jù)參考置信度識別準則，最后得出建筑安全風險等級評價結果。結合湖南某建筑實例，運用優(yōu)化模型進行風險等級評價，結果表明，建筑安全風險等級為一般安全，與實際相符。未確知測度理論與博弈論相結合的方法為決策者提供了一條科學可行的判定途徑。

關鍵詞建筑施工安全未確知測度理論博弈論評價指標

建筑業(yè)在世界各國都是關乎國民經(jīng)濟的重要行業(yè)。隨著社會的不斷發(fā)展，國家越來越重視基礎設施建設，建筑業(yè)得到了空前的發(fā)展機會。建筑安全是建筑行業(yè)的基石，是施工企業(yè)各項工作的前提[1]。近些年來，各類事故不斷增加，尤其是施工類事故發(fā)生的頻率明顯增加。建筑業(yè)中安全管理是一項重要的內容，安全評價能提高企業(yè)的安全管理水平，保障企業(yè)施工項目的正常運行，提高施工現(xiàn)場事故預防能力。如今已有很多學者對建筑施工安全的風險評價工作做了許多研究，但是其中缺乏主觀性或客觀性，考慮未確知度理論有效判定不確定因素的方法存在客觀性較強的問題，故將專家打分評判的主觀權重確定方法與熵權法的客觀權重確定方法相結合，運用博弈論方法得出更加科學的綜合權重，得到更貼近實際的判定結論，為建筑施工安全風險等級判定提供了一種科學的思路[2-6]。

1未確知測度優(yōu)化模型

設評價對象空間Q={Q1,Q2,…,Qn}，其中Q1,Q2…Qn表示n項安全風險評價指標。對于相應評價對象Qi分別存在m個單項評價指標，稱X={X1,X2,…,Xm}為指標空間，則Qi可表示為m維向量，Qi={xi1,xi2,…,xim}，用xij表示對象Qi對應評價指標Xj的觀測值。設C={C1,C2,…,Cp}為評價空間，其中，Cp(1≤p≤K)為第p個評語等級。

1.1單指標測度

對象xij關于指標Qi的觀測值發(fā)生變化時，該指標使得xij處于不同的評語等級。令測量值xij處于第k個等級Cp的程度為

(1)

且滿足0≤μ(xij∈Cp)≤1，i=1,2,…，n，j=1,2,…,m，p=1,2，…,k,則

(2)

1.2基于博弈論的指標權重集化模型

指標權重值的確定直接影響最終結論的判定，而常用的權重值分配方法有信息熵權重法和層次分析法等，但這些方法往往難以避免片面性，因此，采用2種權重判定方法結合的方式得到一個權重集合，運用博弈論方法對權重集進行處理，將其轉化為優(yōu)化問題，以非線性組合的方式構建一個新的權重向量集：

(3)

為降低所得優(yōu)化權重向量與基本權重向量之間的偏差，須對線性組合系數(shù)ak進行優(yōu)化，使w與每個wk之間的離差極小化，權重集優(yōu)化模型為

(4)

式(4)的最優(yōu)化一階導數(shù)構成的線性方程組為

(5)

求解出ak后運用式(3)得到優(yōu)化權重向量w。

1.3多指標綜合測度評價向量

令μk=μ(Q∈Cp) ，表示某評價對象隸屬于第p個評價等級Cp的程度，則有

(6)

1.4置信度識別準則

需要給出評價對象的最后評價結果，引入評價準則對樣本信息進行合理的評價。當評價空間Q分割有序時，以最大隸屬度作為置信度的識別準則。設λ為置信度(λ≥0.5)，若C1

(7)

則認為評價樣本Q屬于第k0個評價類Cp。

2建筑安全評價指標體系

安全風險評價指標體系是安全風險等級評價工作的基礎，選取的指標是否合適，將直接影響建筑安全的綜合評價結論。影響建筑安全的因素頗多，無論是技術因素，還是非技術因素，綜合起來就是人的因素、建筑施工設備的因素、管理方面的因素、環(huán)境因素4個方面。四大因素包括：現(xiàn)場施工人員的安全意識、管理層的安全管理能力、領導層的安全理念、安全用品佩戴情況、施工現(xiàn)場安全防護措施、施工現(xiàn)場安全標志的設置、安全生產責任制度、安全檢查制度、安全教育及培訓、事故預防及應急處理、自然環(huán)境、施工作業(yè)環(huán)境、周圍環(huán)境共13項[7-12]，以此作為建筑安全評價的主要影響因素，并對這些因素通過分級標準化，每個指標分為5級，評判集為{C1,C2,C3,C4,C5}，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，分別表示很安全、安全、一般安全、不安全、非常不安全。建筑安全綜合評價指標分級見表1。

3實例應用

以湖南某建筑區(qū)17#、18#樓施工為例，該工程建筑面積為13 480.12 m2，剪力墻結構，其中17#樓建筑地面以上共12層樓，地下僅有1層；18#樓建筑地面以上共10層樓，地下也僅有1層。該項目至2014年12月1日正式開工，計劃在2015年11月8日竣工。對于該建筑的安全問題，統(tǒng)籌考慮建筑施工現(xiàn)場安全情況，并對各二級指標進行實際取值，見表2。

表1　建筑安全綜合評價指標分級

表2　某建筑施工現(xiàn)場指標取值統(tǒng)計

3.1單指標測度函數(shù)構造

依據(jù)表1、表2構建單指標測度函數(shù)，并求出各因素的測度值。其中Z1～Z3、Z10～Z13的單指標測度函數(shù)見圖1，Z4～Z9的單指標測度函數(shù)見圖2。

根據(jù)表2各影響評價因素的實際取值，結合圖1、圖2單指標測度函數(shù)，將各個取值代入其中，可以計算出該建筑安全影響因素的單指標評價矩陣：

圖1　Z1～Z3、Z10～Z13的未確知測度函數(shù)

圖2　Z4～Z9的未確知測度函數(shù)

3.2影響因素權重確定3.2.1主觀權重

運用層次分析法確定該建筑安全風險評價優(yōu)選模型中各影響因素的權重值。依據(jù)專家打分結果，計算得出各影響因素指標權重，見表3。

因此,可以求出主觀權重向量w1=[0.129 6,0.111 6,0.103 3,0.072 8,0.127 4,0.086 5,0.059 4,0.050 3,0.046 4,0.042 4,0.060 7,0.074 5，0.035 1]。

3.2.2客觀權重

運用熵權法評價指標權重，結合影響因素單指標評價矩陣，計算得出建筑安全影響因素的客觀評價指標權重向量w2=[0.089 6,0.073 1,0.069 6,0.063 9,0.112 3,0.077 4,0.089 6,0.069 7,0.063 9,0.063 9,0.073 1,0.089 6，0.039 6]。

3.2.3綜合權重

基于博弈論,依據(jù)2種方法確定的主觀權重集、

表3　建筑安全評價影響因素主觀指標權重

客觀權重集，利用計算軟件，根據(jù)式(5)求出兩線性組合系數(shù)值a1=0.622 3，a2=0.406 4，進而運用式(3)對基本權重集進行優(yōu)化，得到影響因素的最優(yōu)綜合權重向量w=[0.121 6,0.103 0,0.038 0,0.074 0,0.129 8,0.088 6,0.076 2,0.061 9,0.057 0,0.054 4,0.070 1,0.086 0,0.039 4]。

3.3多指標測度評價矩陣計算

3.4置信度識別

取置信度λ為0.5，根據(jù)式(6)和式(7)，從大到小可以得出k0=0+0.373 4+0.383 3=0.756 7>λ,即該建筑安全風險評判等級為Ⅲ級;從小到大可得出k0=0+0.243 3+0.383 3=0.626 6>λ,即該建筑安全風險等級也為Ⅲ級;2次判別結果一致，可以判定該建筑安全風險等級為Ⅲ級，即該建筑為一般安全。

4結論

綜合考慮人、物、管理、環(huán)境四大因素，通過定性及定量分析，為了確保安全風險較為有效的控制，采用專家打分法與熵權法得到影響因素主、客觀權重，存在差異且不完善，又運用博弈論模型對權重進行處理，進而得出多指標綜合權重；同時引入置信度識別準則，最終得出項目在施工階段不存在特別突出的安全問題，與實際相符，但是由于其安全等級為一般安全，還需要制定相關的較為完善的應急方案和安全管理制度，進一步控制建筑安全的風險概率。改進未確知測度優(yōu)化模型為現(xiàn)場安全施工提供了一種有效的評價方法。

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(收稿日期2015-12-14)

*“軟弱巖土體與結構相互作用效應研究”科研項目(編號：2015C0067)。

孟英輝(1972—)，男，高級工程師，100840 北京市海淀區(qū)西三環(huán)北路117號。