基于區間直覺模糊集的城市軌道交通施工風險評價

顏 猛

( 河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000)

0 引 言

近些年來，隨著我國城鎮化進程不斷加快，城市人口急劇膨脹，高峰時段城市交通需求日益增大，傳統出行方式已很難滿足人們的需求，迫切需要大力發展城市軌道交通項目[1]。城市軌道交通項目具有占地少、效率高、能耗低、污染小、受干擾小、準時性高等優點，對緩解城市交通壓力、節約人們出行時間發揮了重要作用[2-3]。因此，許多城市相繼開展了規模龐大的城市軌道交通建設[4]。然而，由于城市軌道交通工程投資大，施工周期長，施工工藝和施工環境極為復雜，施工過程面臨巨大風險。近些年來城市軌道交通項目建設事故頻發，造成了較為不好的社會影響，且損失巨大。因此，城市軌道交通項目施工風險的評估顯得至關重要，也越來越為人們所關注。

關于城市軌道交通項目施工風險管理的研究，H. C. HYUN等[5]結合大量地鐵項目詳細信息，通過識別評價地鐵項目關鍵性風險，提出了簡化的地鐵項目風險評估模型；S. S. HYU等[6]建立了隧道坍塌風險評估模型，并通過與實際隧道坍塌數據的比對，驗證了模型的可靠性，可為隧道坍塌風險預測提供支撐；A. JURADO等[7]基于數據庫數據分析，依靠專家判斷來計算風險發生的概率，總結出了一種能夠定量分析地下水風險的評估方法；沈尉[8]結合工程實踐經驗，提出城市軌道交通超深基坑施工風險控制的“5步控制法”，該方法強調參建各方密切合作，從而大幅提高工程安全度；谷昀[2]基于層次分析及模糊綜合評判法建立了基于地鐵施工風險評價模型，并運用該模型對北京地鐵14號線03標段的施工風險水平進行了評價；莊晶晶[9]基于可靠性評價的失效模式、后果與嚴重度分析技術建立了城市軌道交通項目施工風險評價；張宇[10]基于直覺模糊距離與直覺模糊層次分析法構建了城市軌道交通工程施工風險評估方法；梁宏浩[11]運用BP人工神經網絡，結合模糊數學理論，分別建立了地鐵施工過程中盾構法、明挖法和礦山法3種施工方法的風險評估模型。

綜上所述，總體來看，當下城市軌道交通項目施工風險評估日益為大家所關注，有關軌道交通項目施工風險評估的方法或模型也相繼被提出。然而，依然存在風險評價指標體系建立不完善，評估方法不科學等問題。筆者首先基于文獻分析及實際調研建立起城市軌道交通項目施工風險評價指標體系，并基于區間直覺模糊集理論建立城市軌道交通項目施工風險評價模型，能夠較好考慮指標評價時的模糊性和不確定性，以期為城市軌道交通項目建設提供支持。

1 評價指標體系構建

城市軌道交通工程施工風險的評估不僅過程十分復雜，而且涉及到的因素非常多。根據軌道交通工程建設目標，基于文獻分析及實際調研，筆者從質量、成本、工期及安全4個方面，選取15個指標因子，構建城市軌道交通項目施工風險評價指標體系。具體城市軌道交通工程的指標選取如表1。

表1 城市軌道交通工程施工風險評估指標體系Table 1 Construction risk assessment index system of urban railtransit project

2 區間直覺模糊集及算法

由上述指標體系可以看出，指標評價有很強的模糊性和不確定性。為科學有效的對城市軌道交通工程施工風險進行評價，筆者擬采用區間直覺模糊集理論建立相應的評價模型。直覺模糊集可同時考慮指標評價時的隸屬度、非隸屬度和猶豫度3個方面的信息，能夠有效描述非此非彼的模糊概念，進而能夠更加細膩地刻畫客觀世界的模糊本質[12-14]。區間直覺模糊集是對其進行的進一步擴展，評價效果更為優越。本節將對區間直覺模糊集及其相關算法做簡單介紹。

2.1 區間直覺模糊集

|x∈X}

(1)

2.2 加權平均算子

(2)

2.3 距離測度公式

(3)

2.4 信息集結

評價值rij與值均值mij的相似度可用s(rij,mij)表示，有：

(4)

則評判專家Ei關于指標Cj給出的評價信息rij的權重可以定義為：

(5)

獲得權重之后我們可以集結所有專家給出的評價值，得：

(6)

從而也可得到集結所有專家評判信息的綜合評價矩陣R0=(rj)15×1。

2.5 得分函數

(7)

依據得分函數值，對照相應評價標準可得出相應評價結果。設五級評價標準：小、較小、中、較大、大，所對應的得分函數值為小(0.7)、較小(0.6)、中(0.5)、較大(0.4)、大(0.3)。

3 案例分析

3.1 案例一

基于建立的評價指標體系及計算方法，以A市城市軌道交通建設施工方案的風險情況進行評估。基于軌道交通建設基本情況，邀請3位相關領域專家參與此次評價，評價專家集P=(P1,P2,P3)，評價語言采用區間直覺模糊集。具體評價步驟如下：

1)指標權重確定

依據層次分析法計算各層級權重，權重計算結果如表2。

表2 評價指標權重值Table 2 Weight of evaluation index

2)專家評價

在詳細介紹工程基本情況的基礎上，邀請各專家依據所建立的評價指標體系對各指標給出評價結果，評價結果以區間直覺模糊集形式給出，如表3。

表3 評價結果矩陣Table 3 Evaluation result matrix

3)計算分析

計算各評價指標均值mij以及評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)，根據式(6)可求得各專家給出的評價值權重，各專家給出的評價值權重如表4。

表4 各專家給出的評價值權重Table 4 Weights of evaluation values given by experts

依據式(2)，由各專家給出的評價值及求得的對應權重將各專家給出的評價值進行集結，可得集結后的評價值如表5。

表5 綜合評價矩陣Table 5 Comprehensive evaluation matrix

依據各指標權重及綜合評價值進行集結，可得最終評價值：

依據式(8)計算各層級得分函數值：S(B1)=0.601 ，S(B2)=0.573，S(B3)=0.563，S(B4)=0.598，S=0.585。

4)評價結果分析

從得分函數計算結果可以看出，綜合評價值為0.585。根據評價標準可知，評價結果屬于中，說明該城市軌道交通項目施工風險中等。

從分項指標來看，質量風險指標評價值為0.601，評價結果屬于較小；成本風險指標評價值為0.573，評價結果屬于中；工期風險指標評價值為0.563，評價結果屬于中；安全風險指標評價值為0.598，評價結果屬于中。

3.2 案例二

對B市城市軌道交通建設施工方案風險情況進行評估。基于軌道交通建設基本情況，邀請4位相關領域專家參與此次評價，評價專家集E=(E1,E2,E3,E4)，評價語言采用區間直覺模糊集。具體評價步驟如下：

1)專家評價

在詳細介紹工程基本情況的基礎上，邀請各專家依據所建立的評價指標體系對各指標給出評價結果，評價結果以區間直覺模糊集形式給出。結果如表6。

表6 評價結果矩陣Table 6 Evaluation result matrix

(2)計算分析

計算各評價指標均值mij，及評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)，根據式(6)可求得各專家給出的評價值的權重，各專家給出的評價值權重如表7。

表7 各專家給出的評價值權重Table 7 Weights of evaluation values given by experts

依據式(2)，利用各專家給出的評價值及求得的對應權重，將各專家給出的評價值進行集結，集結后的評價值如表8。

表8 綜合評價矩陣Table 8 Comprehensive evaluation matrix

依據表2中各指標權重及綜合評價值進行集結，可得最終評價值：

依據式(7)計算各層級得分函數值：S(B1)=0.745，S(B2)=0.753，S(B3)=0.646，S(B4)=0.593，S=0.688。

(3)評價結果分析

從得分函數計算結果可以看出該水體旅游項目可持續性綜合評價值為0.688，評價結果屬于較小，說明該城市軌道交通項目施工風險較小。

從分項指標來看，質量風險指標評價值為0.745，評價結果屬于小；成本風險指標評價值為0.753，評價結果屬于小；工期風險指標評價值為0.646，評價結果屬于較小；安全風險指標評價值為0.593，評價結果屬于中。可以看出該施工方案在質量及成本方面風險小，依據該方案施工，工程的質量和成本應該是有保證的；在工期風險評價中屬于較小，如果依據該方案施工，施工過程中需要加強工期風險的管控力度，以保證工程可以按期完工。但該方案安全風險評價結果屬于中，說明該方案存在安全風險，需要有針對性的進行調整，以保證施工安全。

4 結 語

城市軌道交通項目建設可有效解決城市擁堵的問題。城市軌道交通項目一般投資較大，施工條件復雜，施工過程中容易出現問題，且一旦發生問題后果往往非常嚴重。因此必須對城市軌道交通項目施工風險進行評估，以確保施工方案的可靠性，保證城市軌道交通項目建設又好又快進行。基于城市軌道交通項目建設目標，筆者首先從質量、工期、成本及安全4個方面建立起水城市軌道交通項目施工風險評估指標體系，指標體系共包含15個二級評價指標。鑒于指標評價具有較強的模糊性和不確定性，筆者又基于區間直覺模糊集理論建立了城市軌道交通項目施工風險評估模型。通過實際案例分析表明，筆者構建的城市軌道交通項目施工風險評估方法具有良好的效果，可操作性強。