模糊層次分析法在建筑平移工程中的應(yīng)用研究*

黃 超，陳蕃鴻，許祎斌，徐林箏，盧浩星

(中建一局華江建設(shè)有限公司，北京 100161)

0 引言

我國正處于城鎮(zhèn)化推進(jìn)的關(guān)鍵期，舊城區(qū)改造、新道路規(guī)劃、新鐵路建設(shè)往往會和一些具有保護(hù)價值或是較高使用價值的建筑沖突。若是將這些建筑拆除，帶來的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。尤其是歷史保護(hù)建筑，其作為文物的價值無法估量。因此，如今在規(guī)劃中越來越多的工程選用將建筑物平移代替拆除重建，這也給建筑物平移技術(shù)發(fā)展帶來了機(jī)遇。因此，將平移中存在的風(fēng)險進(jìn)行有效的評估和控制至關(guān)重要。

1 國內(nèi)相關(guān)研究綜述

關(guān)于建筑平移安全和風(fēng)險評估國內(nèi)已有諸多學(xué)者進(jìn)行研究。吳二軍[1]對建筑托換結(jié)構(gòu)的隔震加固技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了柱托換節(jié)點(diǎn)等處的構(gòu)造設(shè)計(jì)；徐章雄等[2]針對移位中連接節(jié)點(diǎn)加固抗震和施工方法給出改進(jìn)建議；李國雄等[3]在平移托換結(jié)構(gòu)和軌道體系的質(zhì)量與安全方面給出了工程應(yīng)用實(shí)例；周廣東等[4]對平移施工中的應(yīng)變監(jiān)測、振動、加速度響應(yīng)進(jìn)行分析，確定了一部分施工中保證結(jié)構(gòu)安全性的控制指標(biāo)；梁峰等[5]對移位技術(shù)安全問題及產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并給出了相應(yīng)的解決措施；在模糊層次分析上，蘭繼斌等[ 6]提出了確定模糊互補(bǔ)矩陣的方法，給出了傳統(tǒng)標(biāo)度和模糊標(biāo)度的區(qū)分；張吉軍[7]分析了層次分析法的不足，并給出模糊層次分析法的原理和步驟；黃緒勇等[8]運(yùn)用模糊層次分析云南電網(wǎng)鳥害風(fēng)險評估實(shí)例。

2 風(fēng)險指標(biāo)體系

一般來說，建筑平移施工可分為加固托換階段、切割分離階段、整體平移階段和就位后新舊結(jié)構(gòu)連接階段。本文以廈門后溪長途汽車站為例，就平移過程中的4個階段提取風(fēng)險指標(biāo)，構(gòu)建風(fēng)險指標(biāo)體系。

2.1 加固托換階段

加固托換是平移工程的準(zhǔn)備階段。若加固工程實(shí)施不到位，在平移時結(jié)構(gòu)剛度無法抵抗加速度帶來的力，就會造成結(jié)構(gòu)損壞。加固階段的風(fēng)險影響因素主要有加固后結(jié)構(gòu)剛度、構(gòu)件局部穩(wěn)定性、建筑整體穩(wěn)定性三方面。托換階段的主要風(fēng)險影響因素有施工造成的原有結(jié)構(gòu)承載力降低、下滑道梁施工質(zhì)量問題和托盤梁與舊結(jié)構(gòu)連接問題。

2.2 切割分離階段

切割分離階段是將舊結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)分離，準(zhǔn)備平移的階段。此階段中主要風(fēng)險影響因素有切割時對原有結(jié)構(gòu)的損傷、荷載轉(zhuǎn)移時基礎(chǔ)不均勻沉降、托盤梁強(qiáng)度不足三方面。

2.3 整體平移階段

不同于一般平移項(xiàng)目，本項(xiàng)目平移工程使用的是步履行走器而非千斤頂頂升器。在平移過程中步履行走器上的懸浮千斤頂可自動伸長和收縮，降低對軌道面平整度的要求。該行走器只在啟動和平移結(jié)束減速時產(chǎn)生切向加速度。在此階段主要風(fēng)險影響因素有PLC系統(tǒng)出錯、步履行走器故障、非永久段基礎(chǔ)沉降過大、啟動和結(jié)束段加速度過大、托盤梁強(qiáng)度不足等。

2.4 新舊結(jié)構(gòu)連接階段

建筑平移結(jié)束后，舊結(jié)構(gòu)需要與新建基礎(chǔ)連接形成永久結(jié)構(gòu)。在此階段主要風(fēng)險影響因素有拆除托盤梁時對舊結(jié)構(gòu)的損傷、新舊結(jié)構(gòu)連接整體性和新基礎(chǔ)沉降三方面，如表1所示。

表1 風(fēng)險影響因素

3 建立綜合評價模型

建立風(fēng)險指標(biāo)體系首先需要構(gòu)建因素集與評價集，結(jié)合模糊層次分析和專家調(diào)查法計(jì)算各因素權(quán)重，建立評價矩陣。綜合二者給出二級模糊綜合評價矩陣和一級模糊綜合評價矩陣，最后給出工程具體風(fēng)險等級。

3.1 因素集建立

由表1中的各平移階段施工風(fēng)險影響因素，建立兩級因素集。設(shè)一級評價指標(biāo)為Ui，其因素集合為U，集合中子因素用Ui(i=1,2,3,…，n)表示。在后溪車站平移工程中一級評價指標(biāo)因素集U=(U1，U2，U3，U4)。二級風(fēng)險因素的集合用Uij表示，例如U1=(U11,U12,U13,U14,U15,U16)。

3.2 評價集建立

3.3 各因素權(quán)重確定

上文中各影響因素對施工風(fēng)險的影響效力是不同的，故需賦予每個影響因素權(quán)重。本文采用模糊評價分析法確定各因素權(quán)重。

3.3.1模糊互補(bǔ)矩陣構(gòu)造

本文采用專家評分法，構(gòu)建各個因素集合的模糊互補(bǔ)判斷矩陣。設(shè)施工中二級風(fēng)險因素集Ui的模糊互補(bǔ)判斷矩陣為a：

(1)

式中：aij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)采用0.1～0.9標(biāo)度法取值。aij的取值代表ai元素與aj元素之間的模糊關(guān)系，同等重要取0.5，稍微重要取0.6，具體如表2所示。

表2 標(biāo)度法取值

3.3.2構(gòu)造模糊一致判斷矩陣

模糊一致判斷矩陣具有較高的容錯性。使用模糊一致判斷矩陣可以避免主觀影響。由矩陣a可得模糊一致判斷矩陣A=(Aij)n×n：

(2)

(3)

3.3.3計(jì)算因素權(quán)重

采用基于模糊一致矩陣元素和權(quán)重關(guān)系排序方法計(jì)算權(quán)重，得到二級影響因素集合Ui的權(quán)重集Wi=(wi1,wi2,…,win)，其中：

(4)

式中：j=1,2,…,n；a≥2(n-1)/5，參數(shù)a取最小值保證各因素權(quán)重值差異性。同理可得一級影響因素U權(quán)重集W。

3.3.4建立評判矩陣

(5)

式中：rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,n)表示因素集合中第i個元素對應(yīng)評價集中j元素的隸屬度。

3.4 多級模糊綜合評價

建立多級模糊綜合評價需要將已求得的二級因素集合的權(quán)重和評判矩陣對上一級因素評判，再利用評判結(jié)果對一級因素進(jìn)行綜合評判，最終得到目標(biāo)指標(biāo)綜合評判結(jié)果。

通過模糊算子對因素權(quán)重Wi和評價矩陣Ri進(jìn)行模糊變換，得到結(jié)果Bi。將Bi作為上一級因素的評判結(jié)果。

(6)

式中：°表示M(+，· )算子，M(+，·)表示加權(quán)平均模型。加權(quán)平均模型為：

(7)

得到二級綜合評價結(jié)果Bi后，類似的，利用因素權(quán)重W，通過模糊運(yùn)算得到一級綜合評價結(jié)果B：

(8)

(9)

4 風(fēng)險等級評定

得到風(fēng)險概率和風(fēng)險損失后，需要確定風(fēng)險等級。通過風(fēng)險等級評判矩陣確定風(fēng)險等級，得到風(fēng)險等級后提出風(fēng)險控制準(zhǔn)則，如表3所示。

表3 風(fēng)險等級判斷矩陣

風(fēng)險控制細(xì)則如下：一級風(fēng)險可不采取具體措施，屬可接受范圍；二級風(fēng)險需采取適當(dāng)管控措施，進(jìn)行必要的風(fēng)險監(jiān)測，屬可接受范圍；三級風(fēng)險必須采取有效措施進(jìn)行防范，使其風(fēng)險等級降低，同時嚴(yán)加監(jiān)測，屬不可接受范圍；四級風(fēng)險是極高風(fēng)險，必須采取措施規(guī)避，且實(shí)施措施后風(fēng)險等級必須下降，屬于極不可接受水平。

5 風(fēng)險評估實(shí)例

根據(jù)福廈高鐵總體規(guī)劃，廈門北高鐵站確定與既有廈門北站并站建設(shè)，福廈客專新高鐵線路建設(shè)用地將直接占用后溪長途汽車站主站房。鑒于既有后溪長途汽車站位于規(guī)劃福廈客專高鐵主線上，為避免拆除和重復(fù)建設(shè)，經(jīng)廈門市政府專題會議研究明確采用平移方式，將后溪長途汽車站主站房移至新址。

項(xiàng)目建筑面積6.82萬m2，地下建筑面積2.28萬m2，平移面積21 000m2，平移總量30 180t。平移方式為旋轉(zhuǎn)平移，最遠(yuǎn)平移距離288.3m，是國內(nèi)目前為止建筑規(guī)模最大，單體最重的建筑旋轉(zhuǎn)平移項(xiàng)目。車站從地下2層切斷，一次性平移到新址。平移如此大體量的建筑需要做好風(fēng)險評估工作。

5.1 各因素權(quán)重確定

根據(jù)工程實(shí)況專家調(diào)查法建立模糊互補(bǔ)矩陣，計(jì)算各因素權(quán)重，一級因素集U權(quán)重如表4,5所示。

表4 一級因素集權(quán)重

表5 二級因素集權(quán)重Ui權(quán)重矩陣Wij

5.2 建立評價矩陣

根據(jù)專家對各因素風(fēng)險評價結(jié)果，建立二級風(fēng)險概率評價如表6所示。

表6 風(fēng)險概率評價

5.3 風(fēng)險評價結(jié)果及風(fēng)險應(yīng)對措施

對已有的因素權(quán)重和因素評判矩陣進(jìn)行模糊層次綜合評判，得到已獲得的風(fēng)險概率評價值Gp=4.028 36，施工損失風(fēng)險Gc=5.037 57，根據(jù)風(fēng)險等級判定矩陣，后溪車站平移工程施工風(fēng)險為三級。

三級風(fēng)險必須采取針對性措施進(jìn)行防范，使其風(fēng)險等級降低，應(yīng)在全過程嚴(yán)加監(jiān)測，并從不同方面嚴(yán)加防控。加固托換階段需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，采用成熟工藝；平移施工時應(yīng)配備專項(xiàng)技術(shù)員管理平移PLC系統(tǒng)，對系統(tǒng)計(jì)算機(jī)單獨(dú)配備電源。對機(jī)械設(shè)備安裝、使用全過程管理和控制，指定責(zé)任師專門負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)備管理、收集整理機(jī)械安全管理資料。對于步履行走器設(shè)置冗余元件，設(shè)置專人觀察情況。

6 結(jié)語

1)本文分析了廈門后溪長途汽車站平移工程中4個主要階段的風(fēng)險影響因素，并建立了完備的風(fēng)險評價指標(biāo)體系。

2)運(yùn)用模糊層次分析法對平移工程中施工風(fēng)險概率和施工風(fēng)險損失兩方面建立風(fēng)險評估模型，并借此得到后溪平移工程施工風(fēng)險評價指標(biāo)。

3)經(jīng)模型評估，廈門后溪車站平移工程施工風(fēng)險為三級，根據(jù)處理原則，項(xiàng)目采取相應(yīng)措施防范相關(guān)風(fēng)險發(fā)生。