既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性評價*

裴興旺，李慧民，孟　海,2 ，黃依莎

(1.西安建筑科技大學 土木工程學院，陜西 西安 710055 ； 2. 中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

0　引言

隨著社會的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，既有建筑結構的安全性能受到了社會各界的廣泛關注。在進行既有建筑結構安全性檢測工作時，諸多因素會影響其檢測過程質量(即檢測結果的可靠性、真實性)，造成檢測質量事故的發(fā)生，其不僅影響了檢測機構的品牌形象，更會擾亂對受檢建筑結構安全性能的真實掌握，造成結構安全及決策失誤。如何保障檢測過程質量是當下最重要的問題之一。

目前，關于建筑結構安全性檢測過程質量管理的研究已取得一定成果，部分研究成果如下：葛興杰等[1]研究了當前工程質量檢測市場存在的諸多問題，梳理并提出了治理相應問題的對策，明確了質量檢查在質量控制及評價中的作用；薛立瑩[2]研究了質量檢測領域建立產品責任管理體系的理論和方法，為我國工程質量檢測領域的質量管理提出了新的思路； 傅瀛等[3]為促進工程質量檢測管理水平質的提升，研究了開展檢測機構能力驗證、檢測行業(yè)要規(guī)范監(jiān)督、完善檢測監(jiān)督系統等方法； 容理強等[4]以某檢測公司為研究對象，提出了實施5S現場管理的方法和步驟；李忠富[5]研究分析了地基基礎分項工程檢測項目服務質量的影響因素，運用模糊綜合評價法研究了工程檢測服務質量水平；張朝暉[6]以某省地基基礎分項檢測工程為例，從5個部分對工程質量檢測行業(yè)及其行為的監(jiān)管進行研究。

但是，從當前的一些研究成果來看，圍繞既有建筑結構安全性檢測過程質量評價的研究相對較少，鮮有強制性的措施和規(guī)范條文標準，亦沒有科學的評估模型和方法。數據包絡分析(DEA)評價法是對多投入與多產出問題進行評價的有效方法，而且不需要預先計算權重，能夠避免主觀因素的影響使評價結果更具說服力。因此，本研究視既有建筑結構安全性檢測過程為一動態(tài)系統，使用DEA對抗交叉評價模型對其檢測過程脆弱性進行定量評價，確保檢測過程的質量等級，提高結構檢測水平，保障建筑結構安全。

1　DEA對抗交叉評價模型介紹

1.1　脆弱性概念

從災害學原理分析[7-8]，既有建筑結構安全性檢測過程質量事故的發(fā)生可看作系統的致災因子、孕災環(huán)境和承災體共同作用的結果。從“投入—產出”角度對檢測過程的質量控制系統進行分析，質量事故后果是致災因子、承災體和孕災環(huán)境相互作用的結果，檢測過程質量脆弱性可認為是質量事故發(fā)生過程中檢測工程項目成災“效率”的反映(圖1所示)。脆弱性越大，檢測工程項目成災“效率”越高，則易導致質量事故或質量事故損失越嚴重；脆弱性越小，檢測工程項目成災“效率”越低，不易導致質量事故或質量事故后果相對較輕。

圖1　檢測過程質量脆弱性DEA評估框架Fig.1　DEA assessment framework of quality vulnerability for testing process

本研究將既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性的概念定義如下：由于人為或自然等狀況下的不利因素導致系統產生異常反應(數據不可靠、影響后續(xù)評定過程、檢測質量驗收不合格)的敏感程度。而影響其脆弱性的主要因素為檢測過程中各個階段、各個部分(現場檢測、數據處理、數據評定等)產生異常事件的發(fā)生概率及影響后果。對于后果的衡量，則主要考察既有建筑結構安全性檢測質量驗收、結構安全性性能評定的準確程度等。

1.2　DEA對抗交叉評價模型

利用決策單元之間自評和他評體系來代替自我評價體系，然后將每個決策單元自評和他評值綜合成最終的評價值[9-11]。

設有n個決策單元(DMUi)(1≤n≤i)，每個DMUi有m項輸入和s項輸出，輸入變量，xi=(x1i,x2i…xmi)T,輸出變量yi=(y1i,y2i…ysi)T(xri,yji>0)。記v=(v1,v2…vm)T，u=(u1,u2…us)T分別是輸入和輸出的權向量(u,v>0)。建立 DEA 對抗交叉評價模型的步驟：

1)用DEA經典C2R模型[12-13](1)對第i0個決策單元進行自我評價( 1≤i0≤n) 。

(1)

(2)

2)給定i∈{1,2,…,n}，k∈{1,2,…,n}，解如下線性規(guī)劃：

(3)

(4)

4)由交叉評價值構成交叉評價矩陣：

式中：主對角元素hii為自我評價值；非主對角元素hik(k≠i)，第j列是各決策單元對DMUi的評價值，值越大說明DMUi越優(yōu)，第i行是DMUi對其他決策單元的評價值，值越小DMUi越優(yōu)。衡量DMUi的優(yōu)劣可用第j列的平均值：

(5)

式中：hj為各決策單元對DMUi的總評價，hj越大說明DMUi越優(yōu)。

在既有建筑結構安全性檢測質量事故系統中，當效率值hj越接近于1，表示既有建筑結構安全性檢測工程成災效率越高，即脆弱性越高；反之，脆弱性越小。當效率值等于1，表示投入產出達到了綜合效率最優(yōu)或最大化，即在質量事故發(fā)生時該工程項目遭受的破壞效應程度達到最大化，脆弱性水平達到最高。

2　指標體系的建立與量化

2.1　指標體系的建立

通過參考《建筑結構檢測技術標準》(GB/T 50344- 2004) 中的相關規(guī)定，遵循指標體系構建的基本原則；建立了既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性評價指標體系，見表1。

表1　既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性評價指標及量化

1)人員因素的脆弱性Z1。Z11：人員技術水平越高，對檢測質量的控制就越有把握。Z12：參考《建筑結構檢測技術標準》(GB/T 50344-2004) 不得少于2人。Z13：敬業(yè)精神越高收集的數據收集的可靠性就越真實、越全面。Z14：文化程度決定著作業(yè)人員的工作方式、工作技巧等，文化程度越高，學歷越高，解決問題的本領就越強。

2)技術因素的脆弱性Z2。Z21：根據既有建筑遭受火災、地震等災害情況的情形不同，檢測項目(內容)不盡相同。Z22：抽樣方案合理與否直接決定結構安全檢測數據的有效性和可靠程度。Z23：不同的檢測內容，檢測方法不盡相同，所采用方法、技術的合理性決定著檢測作業(yè)數據采集的真實性、可靠性。Z24：大量離散的結構安全檢測數據需進行核算、統計，數據計算、分析水平直接決定著數據的可靠程度。Z25：優(yōu)秀的檢測單位、面對疑難項目，擁有雄厚的技術資源，具備解決困難問題的雄厚實力。

3)設備因素脆弱性Z3。Z31：檢測設備選擇不當，影響數據的可靠程度。Z32：儀器和設備應有產品合格證書、計量檢定機構的有效檢定(校準)證書或自校證書。Z33：儀器使用覆蓋率，如，鋼筋雷達掃描對鋼筋配置，覆蓋率越高，數據越真實。

4)環(huán)境因素脆弱性Z4。Z41：惡劣的天氣影響施工進度。此外，大量的高精度檢測設備受環(huán)境溫度、濕度的影響較大。Z42：數據的采集需要一定的工作區(qū)域、環(huán)境，而檢測區(qū)域環(huán)境的適宜程度決定有效工作面積及數據采集的有效數量。

5)管理因素脆弱性Z5。Z51：健全的管理體系有利于檢測過程的順利開展。Z52：有針對性的檢測質量教育、培訓，增強作業(yè)人員對質量的重視程度。Z53：作業(yè)過程的規(guī)范化程度、成熟程度直接影響數據的采集可信度。Z54：檢測質量文化建設則能從工人的意識上營造出“百年大計，質量第一”的價值觀。Z55：第三方質量監(jiān)督、監(jiān)管的有效性直接決定檢測過程的真實性。

6)經濟因素脆弱性Z6。Z61：檢測市場片面追求經濟效益，報價過低，造成工作態(tài)度、工作量上的大大折減。Z62：檢測方案中關于經濟措施的分配合理性直接決定檢測作業(yè)過程的真實性、有效性，分配不合理會導致檢測作業(yè)顧此薄比。Z63：檢測機構的經濟實力決定著檢測機構的技術水平、人員待遇、工作積極性等。

2.2　指標體系的量化

評價指標中有定量指標亦有定性指標，對不同的指標應采用不同的劃分標準，本研究通過參考《建筑結構檢測技術標準》(GB/T 50344-2004) 中的相關規(guī)定以及相關評價指標量化的一般原則，并結合DEA對抗交叉評價模型的評價流程及特點，將定性指標轉化為半定量指標，量化的整體區(qū)間為[0，10], 至此，評價指標量化標準見表1。

3　模型的實例應用

3.1　工程概況

模型中各指標數據源自本人實際參與的諸多工程實例并參與編著成專著：《土木工程安全檢測與鑒定》[14]、《土木工程安全檢測、鑒定、加固修復案例分析》[15]。從中擇選出8個具有代表的工程項目實例進行結構安全性檢測過程質量脆弱性評價，項目分別為A-某鋼混框架結構別墅項目(DMU1) 、B-某剪力墻結構住宅樓項目(DMU2) 、C-某磚混結構住宅樓項目(DMU3) 、D-某磚混結構辦公樓項目(DMU4) 、E-某混凝土框架結構大酒店項目(DMU5) 、F-某混凝土框架結構綜合體項目(DMU6)、G-某混凝土結構辦公樓(DMU7)、H-磚混結構宿舍樓項目(DMU8)。

3.2　實例應用

根據課題組及相關專家意見，本研究將建筑結構檢測過程質量的脆弱性等級分為四類，詳細的脆弱性等級劃分標準及說明見表2。

在既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性DEA對抗交叉評價模型中，8個工程項目分別為8個決策單元(DMUi，i=1，2，3，4，5，6，7，8) 。運用MATLAB R2016a進行編程計算得到8個工程項目交叉評價矩陣(四舍五入，此處保留三位小數)：

表2　檢測質量脆弱性等級劃分標準及說明

(6)

通過式(6)計算各單元的脆弱性值。因此，得到8個既有建筑結構安全性檢測工程項目的脆弱性評價結果，見表3所示。

表3　脆弱性評價結果

3.3　結果分析

導致質量事故或質量事故損失越嚴重高，脆弱性越大，根據表3脆弱性評價結果可看出，8個建筑結構檢測工程項目脆弱性排序為：C-某磚混結構住宅樓>G-某混凝土結構辦公樓>F-某混凝土框架結構綜合體>D-某磚混結構辦公樓>E-某混凝土框架結構大酒店>H-磚混結構宿舍樓>A-某鋼混框架結構別墅>B-某剪力墻結構住宅樓。根據8個工程項目脆弱性等級和優(yōu)劣順序結果，對影響檢測過程質量脆弱性的因素進行如下分析。

這里取E-某混凝土框架結構大酒店結構安全性檢測項目進行詳細分析，該項目脆弱性評價為輕度脆弱，脆弱性為0.195 8。部分項目信息如圖2所示。接受本次檢測任務的檢測單位為央企，該企業(yè)是經政府授權的從事建筑工程及產品、材料檢測、檢查的第三方檢測機構。

E-某混凝土框架結構大酒店的脆弱性比A-某鋼混框架結構別墅(0.131 2)、B-某剪力墻結構住宅樓(0.092 6)略大，評定等級為輕度脆弱，主要原因是該項目現場檢測人員、所使用儀器、儀器精度、天氣狀況、數據處理、旁站監(jiān)理等工作較好，但該項目中標價格不高，影響了現場檢測的覆蓋率，致使現場檢測項目(內容)的完整性略低，包括混凝土密實度、鋼筋配置等檢測項目略低于抽樣比例要求，增大了結構安全檢測過程質量事故的發(fā)生概率，影響了項目的脆弱性評定等級，即“經濟因素”影響了受檢對象檢測設備的使用狀況(使用覆蓋率不高)。而導致C-某磚混結構住宅樓(0.815 4)、G-某混凝土結構辦公樓(0.782 2)脆弱性為強度脆弱等級的主要原因是項目在整個質量保證體系與措施環(huán)節(jié)嚴重缺失，引起了連鎖反應，導致了技術因素、設備因素的脆弱性不良影響。此外，B-某剪力墻結構住宅樓(0.092 6)脆弱性最低的主要原因是，該項目在實際運轉過程中實行了一種稱作“四方管理”模式的脆弱性控制方法如圖3所示。

圖3　基于“四方管理”模式的檢測過程質量控制Fig.3　Quality control of testing process based on "four party management" model

通過現場調查，對比模型分析結果，8個項目實際的結構安全性檢測過程質量脆弱性等級與現場調查結果吻合度較高，而從整個評價過程可以看出，本研究所采用的基于DEA對抗交叉評價理論的既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性評價結果誤差在可接受范圍內，評價結果可靠、可行，且易于操作。

4　結論

1) 本研究借鑒災害學理論，視既有建筑結構安全性檢測過程為一“系統”，從致災因子與承災體角度出發(fā)構建了人員、技術、設備、環(huán)境、管理、經濟因素及質量事故損失為指標的既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性評價指標體系，并提出了各指標的量化方法。

2)所建立的基于DEA對抗交叉理論模型對既有建筑結構安全性檢測過程質量脆弱性進行評價的方法無需人為給定各指標權重，避免了評價過程中主觀因素的影響，克服了傳統評價模型在此類問題的研究中權重計算上的主觀性、局限性，使脆弱性評價更客觀和科學。

3) 將DEA對抗交叉理論與檢測過程質量控制理論結合起來，建立了基于DEA對抗交叉理論的既有建筑結構安全性檢測過程質量評價模型，并將其應用于工程實際，計算結果顯示該方法能夠準確的識別項目檢測質量的脆弱性，量化了質量事故導致的結構安全影響，對影響脆弱性的因素進行了分析。

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