基于模糊綜合評價法的高大模板支撐體系安全性評估

夏 進，余 峰

（武漢建工集團股份有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

隨著社會的發(fā)展，越來越多的大跨度、超高度結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)主流特點，因而高大模板支撐體系也被廣泛應(yīng)用，但高大模版支撐體系一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故，極容易造成特別重大安全事故，給企業(yè)和國家造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失［1］。高大模板支撐體系影響因素具有復(fù)雜性、模糊性和不確定性，給現(xiàn)場安全質(zhì)量檢查造成很大困擾［2］。本文以武漢航空企業(yè)總部區(qū)項目高支模工程作為研究對象，采用模糊綜合評價法對高支模架體安全性做出估算，為現(xiàn)場施工人員及管理人員提供參考。

1 模糊綜合評價基本理論

模糊綜合評價法是依據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論，選擇評價對象的因素集及評語集，并確定各因素對評價對象影響程度的權(quán)重值，再利用模糊關(guān)系合成原理，求得受多種復(fù)雜因素影響的評價對象評語等級的一種綜合評價方法［3］。基本步驟如下：

1）設(shè)評價集X={x1，x2，x3，…，xn}，影響因素集Y={y1，y2，y3，…，ym}，U是由X到Y(jié)的模糊關(guān)系，則隸屬度函數(shù)fU（xi，yi）=uij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m），描述了f與y之間關(guān)于U的相關(guān)程度。可得模糊矩陣，如式（1）所示。

2）對論域X上的模糊集A，a0∈A，采用 Delphi 法確定隸屬度函數(shù)fA（a0），設(shè)有n位學(xué)術(shù)水平不同的專家，分別獨立給出fA（a0）的估計值mi（i=1，2，…，n），計算mi的算術(shù)平均值和離差d，如式（2）所示。

式中：αi為權(quán)重，應(yīng)滿足αi＞0 且為離差，應(yīng)滿足精度要求。

3）采用層次分析法（AHP）確定權(quán)重向量W，W=根據(jù)判斷矩陣，求出U的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，即權(quán)重向量W。

4）對判斷矩陣一致性檢驗。由矩陣U求出的W是否合理，需根據(jù)式（3）進行隨機一致性檢驗。

式中：CR為一致性比率，當CR＜0.1 時，認為判斷矩陣通過一致性，否則重新分配判斷矩陣元素取值，直至達到一致性；RI為同階判斷矩陣的隨機一致性指標（見表1）；CI為一致性指標；由式（4）計算：

式中：n為R的階數(shù)；λmax為判斷矩陣最大特征值，見式（5）：

表1 1～10 階判斷矩陣的隨機一致性指標

5）進行模糊綜合評價，綜合評價模型如式（6）、式（7）所示。

由于本工程考慮的因素比較綜合復(fù)雜，并且每個因素對整體的影響程度不能確定，所以采用M（·，）算子，如式（8）所示。

2 高大模板支撐體系綜合評價模型

以武漢航空企業(yè)總部區(qū)項目高大模板支撐體系為例，建立高大模板支撐體系安全性模糊綜合評價模型。該項目由武漢建工集團股份有限公司承建，總建筑面積 37 542.61 m2，由行政辦公樓、體能訓(xùn)練中心及食堂、倒班用房等組成。體能訓(xùn)練中心及食堂支模高度 14.1 m，梁截面尺寸為 400 mm×1 800 mm，根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于實施《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》有關(guān)問題的通知（建辦質(zhì)［2018］31 號），以上均為超過一定規(guī)模的危險性較大的高大模板支撐體系，如果發(fā)生安全事故，將造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失［4-6］。

2.1 建立安全性評價集

根據(jù)高大模板支撐體系安全性的特點，一般將其評價劃分為 4 個等級：優(yōu)秀、良好、合格、不合格，對應(yīng)點評價集，如式（9）所示。

設(shè)定vi={優(yōu)秀［100，80）、良好［80，60），合格［60，40），不合格［40，0）}，其中i為第i個等級，以分數(shù)區(qū)間的上限值組成評價集，如式（10）所示。

2.2 建立評價因素集

本工程邀請了高大模板支撐體系方面的10位專家組成的專家組，根據(jù)專家組意見及現(xiàn)場實際施工情況，確定了對該工程安全性影響較大三個主要因素施工安全管理、專項施工方案及現(xiàn)場施工情況，并按式（2）對各因素進行了打分。建立評價因素集，如表2所示。

表2 評價因素集

2.3 層次分析法確定各因素權(quán)重

1）第1 級因素集權(quán)向量。

第1 級因素集為：

W={W1，W2，W3}={施工安全管理，專項施工方案，現(xiàn)場施工情況}

根據(jù)專家意見得出判斷矩陣B，并進行權(quán)重值計算和一致性檢驗，如表3所示。

表3 判斷矩陣 B 及權(quán)重值

表中CR＜0.1，判斷矩陣B一致性良好，權(quán)數(shù)分配合理。

2）第2 級因素集權(quán)向量。

W1={W11，W12，W13，W14}={施工安全管理規(guī)章制度，管理人員素質(zhì)，現(xiàn)場安全保障措施，安全教育培訓(xùn)及技術(shù)交底}

根據(jù)專家意見得出判斷矩陣B1，并進行權(quán)重值計算和一致性檢驗，如表4所示。

表4 判斷矩陣 B1 及權(quán)重值

表中CR＜0.1，判斷矩陣B1一致性良好，權(quán)數(shù)分配合理。

W2={W21，W22，W23}={高大模板支撐體系設(shè)計，專家論證，理論計算}

根據(jù)專家意見得出判斷矩陣B2，并進行權(quán)重值計算和一致性檢驗，如表5所示。

表5 判斷矩陣 B2 及權(quán)重值

表中CR＜0.1，判斷矩陣B2一致性良好，權(quán)數(shù)分配合理。

W3={W31，W32，W33，W34}={高大模板支撐體系材料，現(xiàn)場搭設(shè)質(zhì)量，混凝土澆筑順序，高大模板支撐體系拆除}

根據(jù)專家意見得出判斷矩陣B3，并進行權(quán)重值計算和一致性檢驗，如表6所示。

表6 判斷矩陣 B3 及權(quán)重值

表中CR＜0.1，判斷矩陣B3一致性良好，權(quán)數(shù)分配合理。

根據(jù)以上內(nèi)容得到評價因素權(quán)重，如表7所示。

2.4 建立隸屬度函數(shù)并計算各因素隸屬度

采用半梯形分布與梯形分布可以實現(xiàn)得分較高表示狀態(tài)較好，因此本文采用半梯形分布與梯形分布建立的各級別評語對應(yīng)的隸屬度函數(shù)，見式（11）～（14）。

表7 評價因素權(quán)重值及得分

1）優(yōu)秀。

2）良好。

3）合格。

4）不合格。

以施工安全管理規(guī)章制度為例，其得分為：90.8 分，根據(jù)式（11）～（14）計算各隸屬度。

“優(yōu)秀”的隸屬度為：u11=0.72；

“良好”的隸屬度為：u12=0.28；

“合格”的隸屬度為：u13=0；

“不合格”的隸屬度為：u14=0。

以此類推，可得第2 級因素的隸屬度，如表8所示。

表8 第2 級因素隸屬度

2.5 模糊綜合評價

2.5.1 一級模糊綜合評價

1）W1因素集模糊綜合評價：

2）W2因素集模糊綜合評價：

3）W3因素集模糊綜合評價：

從而得出一級模糊評價結(jié)果，如表9所示。

表9 一級模糊評價結(jié)果

2.5.2 二級模糊綜合評價

由二級模糊矩陣U及權(quán)向量W可計算得出二級模糊評價結(jié)果B。

對該結(jié)果進行歸一化處理得：

由以上結(jié)果可知，該工程高大模板支撐體系安全性評價結(jié)果優(yōu)秀，與該工程實際施工相符，施工過程中沒有發(fā)生安全事故，施工圓滿完成。

3 結(jié) 語

采用模糊綜合評價法對影響高大模板體系安全性的因素進行評估，對現(xiàn)場施工人員檢查高大模板支撐體系具有一定借鑒意義，在有完善的施工安全管理規(guī)章制度前提下，應(yīng)嚴格按照專項施工方案實施，并實時監(jiān)測現(xiàn)場施工情況，這樣才能確保高支模施工安全和混凝土觀感質(zhì)量滿足要求。