基于AHP與德爾菲法下韌性管廊評價(jià)

李 智 張書銘 李 雪 李 燦 張一帆

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144)

0 引言

為了解決地下管線直埋產(chǎn)生的頻繁開挖道路，提出了綜合管廊的建設(shè)。綜合管廊的優(yōu)越性是：不需頻繁開挖道路也能對管線進(jìn)行維修；充分的利用城市地下空間；保證管線安全運(yùn)營；城市環(huán)境美觀完整；使用壽命長。

針對韌性評價(jià)研究已經(jīng)取得的研究成果如下：陳煉等[1]通過分析山地城市災(zāi)害，建立了包含風(fēng)險(xiǎn)識別、韌性評估、導(dǎo)向規(guī)劃以及策略制定四個部分的“韌性防災(zāi)”體系，并提出了不同防災(zāi)策略。許兆豐等[2]從防災(zāi)角度出發(fā)，運(yùn)用層次分析法與云物元理論建立了城市災(zāi)害韌性綜合評價(jià)模型。尤勇[3]對比分析了日、美、中綜合防災(zāi)現(xiàn)狀，總結(jié)了我國城市綜合抗災(zāi)的不足。李在上[4]認(rèn)為韌性城市的研究對城市的防災(zāi)減災(zāi)起到重要的指導(dǎo)作用。劉李[5]認(rèn)為城市綜合防災(zāi)能力的提高，需要從規(guī)劃、組織、媒體宣傳等方面入手。李亞等[7]通過韌性基線模型與專家咨詢，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社區(qū)、基礎(chǔ)設(shè)施、社會與組織6個方面建立韌性評價(jià)指標(biāo)體系。李祺[9]認(rèn)為綜合管廊能夠消除城市“拉鏈”，有效使用土地資源，減小地下管線運(yùn)營成本。

前人在研究城市韌性和綜合管廊的同時，缺乏對綜合管廊韌性體系的探索。本文采用層次分析法構(gòu)建韌性評價(jià)指標(biāo)體系，德爾菲法建立韌性評價(jià)模型，通過實(shí)例應(yīng)用，說明該模型對綜合管廊韌性評價(jià)具有較好的適用性。

1 管廊韌性評價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1 指標(biāo)選取步驟

1)評價(jià)指標(biāo)的選定。選定的評價(jià)指標(biāo)主要是指影響綜合管廊韌性的影響因素。2)評價(jià)指標(biāo)的獲取。以調(diào)查問卷為主，理論研究和文獻(xiàn)搜索為輔來獲取評價(jià)指標(biāo)。3)評價(jià)指標(biāo)的提取。按照評價(jià)指標(biāo)的不同屬性構(gòu)建初始評價(jià)指標(biāo)體系。4)專家補(bǔ)充完善。通過征求專家意見，對遺漏的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充或者刪除。5)最終確定綜合評價(jià)指標(biāo)體系。

1.2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

為確保綜合管廊韌性評價(jià)指標(biāo)體系條理清晰，基于層次分析法，結(jié)合工程背景及相關(guān)文獻(xiàn)提出4個一級指標(biāo)，分別是適宜性、冗余性、魯棒性、快速性。

1)適宜性。要求建設(shè)綜合管廊要因地制宜，根據(jù)管廊所在地頻繁發(fā)生的重點(diǎn)災(zāi)害來設(shè)計(jì)自身需要的綜合管廊，并且與時俱進(jìn)，積極采用現(xiàn)代化技術(shù)運(yùn)用到管廊建設(shè)和運(yùn)營中。其包括防災(zāi)資本投入程度、智能化水平、四新使用程度。2)冗余性。是指對系統(tǒng)安全性與可靠性的考慮，為了防止災(zāi)害導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰無法使用而設(shè)置的備用系統(tǒng)，其包括緊急保護(hù)設(shè)施，緊急服務(wù)系統(tǒng)。3)魯棒性。是指整個管廊體系承受災(zāi)害的能力，當(dāng)遭受災(zāi)害時不會立刻出現(xiàn)毀滅性破壞的狀況，是管廊韌性能夠得到保證的前提和基礎(chǔ)。其包括附屬體系、管廊本體。4)快速性。是指系統(tǒng)對災(zāi)害來臨前、中及災(zāi)后反應(yīng)的能力，是韌性的具體表現(xiàn)形式之一。其包括災(zāi)害搶修速度、緊急設(shè)施反應(yīng)速度。依據(jù)上述四個一級指標(biāo)的分析，綜合考慮獲取的各個指標(biāo)，構(gòu)建了綜合管廊韌性指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 韌性評價(jià)指標(biāo)體系

2 評價(jià)模型的建立

為了實(shí)現(xiàn)管廊韌性的定量評價(jià)，各個指標(biāo)的重要程度有所不同，同時管廊各個指標(biāo)韌性等級也不同，所以選用層次分析法進(jìn)行權(quán)重的確定，采用德爾菲法進(jìn)行韌性等級的確認(rèn)。

1)構(gòu)造判斷矩陣，判斷矩陣可以將各層次的評價(jià)指標(biāo)建立起定量關(guān)系。利用“1-X標(biāo)度法”(X=3,5,7,9)建立判斷矩陣。其中1表示同樣重要，3表示稍微重要，5表示比較重要，7表示十分重要，9表示絕對重要，2,4,6,8表示介于兩者之間。兩兩指標(biāo)進(jìn)行重要性對比所得值為aij。其假設(shè)該因子層存在m個評價(jià)指標(biāo)，將判斷矩陣列為：A={aij}，其中aij>0,aij=1/aji,i,j=1,2,3,4,…，m。

3)一致性檢驗(yàn)。專家打分是主觀判斷，容易產(chǎn)生不理想的結(jié)果，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若一致性不滿足CR<0.1要求，必須重新評價(jià)。具體CR計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[6]。

Ri=Qi∑[Qij(∑Qijk·Wijk)]

(1)

(2)

式中：Q——權(quán)重；

W——評價(jià)值；

i——基準(zhǔn)層所對應(yīng)的編號；

j——子基準(zhǔn)層所對應(yīng)的編號；

k——指標(biāo)層所對應(yīng)的編號。

3 模型應(yīng)用

3.1 北京某管廊工程概況

北京城市副中心行政辦公區(qū)啟動區(qū)的城市地下綜合管廊工程建設(shè)在北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)北京城市副中心行政辦公區(qū)內(nèi)，工程涵蓋9條道路下的市政綜合管廊，管廊總長11.3 km，引入了三維仿真技術(shù)、智能巡檢系統(tǒng)、綜合管理信息平臺等先進(jìn)的技術(shù)和理念，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理智慧化。按8度采取抗震措施，抗震設(shè)防等級為丙，設(shè)計(jì)使用壽命100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。

3.2 模型應(yīng)用過程及結(jié)果分析

通過德爾菲法本文得到北京某綜合管廊韌性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重及評分表如表2所示。

表2 北京某綜合管廊韌性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重及評分表

以R1為例，R1=0.13×{0.1(0.08×80+0.84×78.91+0.08×66.73)+0.64×(0.06×90+0.17×87.97+0.66×81.1+0.11×78.51)+0.26×(0.31×74.79+83.74×0.31+81.84×0.31+0.06×78.91)}=10.85。

同理可得R2=31.61；R3=10.60;R4=31.26。

R=R1+R2+R3+R4=84.32。

得到韌性評價(jià)指數(shù)R=84.32。分析得到北京某綜合管廊在防災(zāi)視角下綜合韌性水平表現(xiàn)良好，在應(yīng)對各種災(zāi)害時具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，較強(qiáng)的災(zāi)害適應(yīng)能力，較好的抗災(zāi)減災(zāi)反應(yīng)能力，從而得出該段綜合管廊的建設(shè)可以為其他綜合管廊建設(shè)提供一定程度上的依據(jù)的結(jié)論。

4 結(jié)語

本文基于建立的韌性指標(biāo)體系，構(gòu)建AHP—德爾菲綜合管廊韌性評價(jià)模型，最后通過對北京某綜合管廊進(jìn)行驗(yàn)證，從而得出以下結(jié)論：

1)實(shí)例表明了綜合管廊韌性是可以根據(jù)韌性指標(biāo)體系進(jìn)行量化研究，從而達(dá)到綜合管廊韌性評價(jià)的目的。同時表明適宜性、冗余性、魯棒性、快速性所對應(yīng)的指標(biāo)能較好的表現(xiàn)綜合管廊的韌性。

2)采用層次分析法和德爾菲法相結(jié)合的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對管廊韌性評價(jià)的定性和定量的結(jié)合，評價(jià)結(jié)果與實(shí)際基本吻合，能為其他管廊韌性評價(jià)提供參考。