淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)安全性模糊評(píng)價(jià)

侯小鵬

(玉林高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司，廣西 玉林 537000)

0 引言

隨著我國(guó)隧道施工技術(shù)的提高與城市化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的加快[1-2]，淺埋暗挖大跨度隧道在當(dāng)前的工程施工中越來(lái)越多。淺埋暗挖大跨度隧道是一個(gè)相對(duì)比較封閉的空間，內(nèi)部通風(fēng)、照明等條件較差，內(nèi)部噪音也較大，隧道較封閉的空間在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中一旦發(fā)生交通事故，如不能及時(shí)處理，后果不堪設(shè)想。

保證隧道安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵是機(jī)電系統(tǒng)。淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜且龐大，牽涉到照明、監(jiān)控、通風(fēng)等多方面，因而其安全性也受多因素影響，不同因素之間的關(guān)系模糊且難以量化。選擇一個(gè)科學(xué)合理的方法對(duì)淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)至關(guān)重要[3-4]。本文考慮機(jī)電設(shè)備本身、運(yùn)營(yíng)管理、大跨度隧道特點(diǎn)這三個(gè)大的方面，利用AHP層次分析法與模糊數(shù)學(xué)理論[5]，建立隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將該評(píng)價(jià)體系運(yùn)用到某淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)，得到了各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，證明了該評(píng)價(jià)體系的有效性，相關(guān)結(jié)果可為類(lèi)似工程的安全性評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。

1 評(píng)價(jià)體系的建立

本文首先根據(jù)目的性、實(shí)用科學(xué)性、可操作性、定量指標(biāo)和定性指標(biāo)相結(jié)合等原則選擇具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)考慮到淺埋暗挖大跨度隧道運(yùn)營(yíng)管理的復(fù)雜性，對(duì)隧道專(zhuān)家、隧道施工管理人員等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，他們豐富的現(xiàn)場(chǎng)管理與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇具有很強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)。

通過(guò)上述方法，本文確定了一個(gè)三層次、多指標(biāo)的淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)體系，第一個(gè)層次為目標(biāo)層，即淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)管理狀態(tài)；第二個(gè)層次為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層，主要包括三個(gè)方面，即隧道機(jī)電設(shè)備本身、運(yùn)營(yíng)管理體制、運(yùn)營(yíng)環(huán)境；第三個(gè)層次為細(xì)化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)層，共包括23項(xiàng)具體的指標(biāo)，具體的評(píng)價(jià)體系如下圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖

2 實(shí)例分析

本文以某淺埋暗挖大跨度隧道為例，對(duì)該隧道的機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)管理狀態(tài)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和模型驗(yàn)證。

2.1 模糊評(píng)價(jià)矩陣的建立

通過(guò)對(duì)該淺埋暗挖大跨度隧道工程10名現(xiàn)場(chǎng)管理運(yùn)營(yíng)人員的調(diào)查，讓他們對(duì)每一評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，滿分為100，各指標(biāo)的分值見(jiàn)表1。

表1 各指標(biāo)分值表

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論，利用隸屬函數(shù)計(jì)算各指標(biāo)隸屬度，對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化，進(jìn)而構(gòu)成評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層的模糊關(guān)系矩陣。本文選擇相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單且易量化的三角形作為隸屬函數(shù)，其關(guān)系具體如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)指標(biāo)與隸屬函數(shù)示意圖

由圖2可以得到各等級(jí)隸屬函數(shù)解析式如下：

上述公式中，y1、y2、y3、y4、y5分別表示評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于“很差”“較差”“一般”“較好”“很好”的隸屬函數(shù)。由上述公式，容易求得每一評(píng)價(jià)指標(biāo)屬于各等級(jí)的隸屬度rij，進(jìn)而可求出每個(gè)單因素評(píng)價(jià)指標(biāo)的一級(jí)評(píng)判關(guān)系矩陣R。

可求得隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況的一級(jí)評(píng)判關(guān)系矩陣R1如下：

可求得運(yùn)營(yíng)管理體制的一級(jí)評(píng)判關(guān)系矩陣R2如下：

可求得運(yùn)營(yíng)環(huán)境的一級(jí)評(píng)判關(guān)系矩陣R3如下：

2.2 影響因素權(quán)重計(jì)算

影響因素權(quán)重的計(jì)算遵循以下步驟：

2.2.1 建立判斷矩陣

以上B1、B2、B3…Bk作為準(zhǔn)則，對(duì)其下一層次的元素Ck1，…，Ckn通過(guò)兩兩比較來(lái)確定判斷矩陣元素值，具體形式如表2所示。

表2 判斷矩陣組成表

上述元素cij表示從評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Bk角度考慮元素Cki對(duì)Ckj的相對(duì)重要度。用Wi和Wj分別表示Cki、Ckj的重要度，可得出Cij的計(jì)算公式為Cij=Wi/Wj。本文通過(guò)采用九標(biāo)度法，對(duì)該隧道機(jī)電設(shè)備運(yùn)營(yíng)環(huán)境指標(biāo)、自身狀況指標(biāo)、運(yùn)營(yíng)管理體制指標(biāo)進(jìn)行重要度取值，便可求得各評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層指標(biāo)的判斷矩陣。

2.2.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

求解判斷矩陣Bk的特征向量W和特征根λ，判斷矩陣Bk、最大特征根λ及特征向量W符合如下關(guān)系：BkW=λW。

2.2.3 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)CI值、平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值、隨機(jī)一致性比率CR值，其中CR=CI/RI。

通過(guò)對(duì)20名專(zhuān)家的調(diào)查打分，按九標(biāo)度法進(jìn)行兩兩對(duì)比打分，在因素權(quán)重集A和評(píng)判矩陣R確定后，可計(jì)算得到包括準(zhǔn)則層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層(淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)管理狀態(tài))的權(quán)重分配大小，以及各指標(biāo)的重要度，結(jié)果如表3所示。

表3 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層權(quán)重分配表

表4 隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況(B1)下各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重分配表

由表4可得到隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況下各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重A1=(0.048 6 0.010 2 0.035 1 0.021 2 0.113 6 0.078 5 0.032 1 0.009 9 0.025 5 0.027 1 0.176 5 0.215 5 0.207 4)。

表5 運(yùn)營(yíng)管理體制(B2)下各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重分配表

由表5可得到運(yùn)營(yíng)管理體制各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重A2=(0.241 6 0.603 1 0.113 2 0.042 1)。

表6 運(yùn)營(yíng)環(huán)境(B3)下各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重分配表

由表6可得到運(yùn)營(yíng)環(huán)境各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重A3=(0.046 0.111 1 0.255 0.176 6 0.443 0.197 8)。

2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

將一級(jí)評(píng)判關(guān)系矩陣R與相對(duì)權(quán)重矩陣作運(yùn)算，即B=ATR，得到淺埋暗挖大跨度隧道的機(jī)電系統(tǒng)安全性的單因素評(píng)價(jià)結(jié)果，同時(shí)將以上各單因素評(píng)價(jià)結(jié)果組成二級(jí)評(píng)判矩陣R，即：

式中：B1、B2、B3分別表示隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況、運(yùn)營(yíng)管理、運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果。使用模糊集合直接表示評(píng)價(jià)結(jié)果，那么隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況、運(yùn)營(yíng)管理體制、運(yùn)營(yíng)環(huán)境三項(xiàng)單因素評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)的隸屬情況如表7所示。

表7 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)各等級(jí)的隸屬度表

采用加權(quán)平均法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果做歸一化處理，加權(quán)平均法公式為：

表8 加權(quán)平均法評(píng)價(jià)表

使用加權(quán)平均法時(shí)，隧道機(jī)電設(shè)備本身狀況評(píng)價(jià)結(jié)果v=3.418 5，安全狀況一般；運(yùn)營(yíng)管理體制評(píng)價(jià)結(jié)果v=2.863 1，管理體制情況處于較差水平；運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果v=3.785 2，說(shuō)明效果一般，且接近較好水平，是三者中最好的；最后綜合評(píng)價(jià)結(jié)果v=3.497 6，總體情況一般，接近較好。

3 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用AHP層次分析法對(duì)淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮了隧道機(jī)電設(shè)備本身、運(yùn)營(yíng)管理、運(yùn)營(yíng)環(huán)境3個(gè)方面，細(xì)化成23項(xiàng)對(duì)淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)安全影響較大的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用AHP層次分析法與模糊數(shù)學(xué)理論，建立了具體的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將該評(píng)價(jià)體系運(yùn)用到某淺埋暗挖大跨度隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)，證明了該評(píng)價(jià)體系的有效性，同時(shí)得到了該淺埋暗挖大跨度隧道的機(jī)電系統(tǒng)總體安全性狀態(tài)一般且接近良好水平的結(jié)果。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與方法可為類(lèi)似工程提供借鑒。

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