基于D-S 證據理論的高樁碼頭施工風險評估

吳景泰，張強

（沈陽航空航天大學安全工程學院，遼寧 沈陽 110136）

高樁碼頭施工過程是較為復雜的系統工程，具有較強不確定性和復雜性，對高樁碼頭施工中風險評估的研究具有重要意義。D-S 證據理論是研究不確定性的理論，是決策層融合中最常用的人工智能方法，它在識別不確定性和準確反映證據收集過程方面具有很大的靈活性。綜合運用AHP 法對指標體系中各指標進行賦權，利用D-S 證據理論建立了高樁碼頭風險評估模型，降低了施工風險評估的不確定性，為更加科學合理地評估高樁碼頭施工風險。

1 高樁碼頭施工風險評估指標體系

高樁碼頭施工風險是由諸多風險因素構成的，包括施工技術、自然條件以及管理缺陷等眾多因素，識別難度較大而且整理不易。為了科學評估其施工風險，本文通過專家調查法和文獻綜述等方式進行風險識別，在此基礎上，根據“MMEM”理論，從影響施工風險的“人機環管”四個要素出發，根據指標建立的科學性和系統性的原則對施工的風險因素進行科學篩選和歸納分類建立三層指標的風險評價體系（見表1）。

2 基于D-S 證據理論的高樁碼頭施工風險評價模型的構建

2.1 評價標準的確定

根據高樁碼頭施工風險評價指標體系，將評價標準按安全情況劃分為4 個等級。邀請專家對評價指標因素進行打分，設置如下安全等級評價標準（見表2）。

取中間值建立評語等級參數集D=（0.15,0.45,0.7,0.9）

2.2 指標權重的確定

層次分析法簡單并容易操作且判斷結果相對客觀，是進行指標權重計算的一種有效途徑。通過此方法計算高樁碼頭施工風險的權重結果（見表1）。

2.3 基本概率分配函數的確定

（1）各指標的基本確信度的確定。在評判因素集 R中，由專家打分法得到底層因素Rijz隸屬于等級Pi的確信度βPi(Rijz)，則單因素評判集為

（2）基本概率分配計算。在D-S 證據理論中，a 表示決策者對整個證據的似真度，其中0 ≤a ≤1，參數α 的含義大致上反映決策者對指標評價結果所給出的折扣率，一般取a=0.9。以下根據指標間的相對權重確定相應的折扣率，并結合專家評語構造基本概率分配函數(即mass 函數)：

其中，Wijk是關鍵因素的權重即各因素集中權重最大的因素；Wijz是非關鍵因素的權重；也可記作mθ，表示未被分配到的概率，主要對不確定性程度作出闡述。

表1 沿海高樁碼頭施工風險指標體系及權重

（3）證據融合。基本概率的分配是根據有經驗的專家打分計算得出，具有一定的主觀性，評價結果存在一定的偏差。因此，在通過證據理論分析時，需要對數據進行證據處理和數據融合。利用公式對各因素的mass 值進行數據合成，可逐步得到各指標層的合成基本概率值，最后，求出整個系統的基本概率分配函數。其遞推合成算法如下：

表2 安全等級評價表

式中，K 為各證據間沖突程度的大小，K 越大則沖突程度越大，當K ＞1 時則m1與m2矛盾,即說明兩個基本概率分布函數的正交和不存在，無法證據融合。

（4）綜合評價。高樁碼頭施工過程是具有眾多風險影響因素的復雜的工程系統，為了使評價結果更加直觀，本文采用線性模型作為高樁碼頭風險評價函數，由此得到基于證據理論的高樁碼頭工程的風險評價量化值，計算公式為：

3 實例分析

某碼頭位于洋山深水港區東部，所在水域比較開闊，建有防波堤，風浪掩護措施相對完善。工程施工工序復雜，因此對該工程進行科學的的風險評估。

mass 函數的計算。通過上文所給的基本概率計算公式對專家評分進行處理，將其與各指標體系權重結合，進行證據融合。

以R11為例，說明構造mass 函數的具體過程，以下是專家對R11進行評分得到其風險狀態概率值（見表3）。

表3 R11 的風險狀態概率值

因為R112為關鍵因素，則R111、R112、R113折扣率分別為根據基本概率計算公式得出其mass 函數：

根據遞推合成算法進行合成得到R11的mass 函數

同理可得M(R111＆R112)=（0.418,0.30,0.101,0.087.0.087）

將其與m（R113）繼續融合得到

同理可以依次計算得出各二級指標層所處各風險評估等級的概率，結合權重可計算出一級指標的可信度分配值為：

利用同樣的方法對一級指標數據進行處理，可以最終計算出系統的總的可信度分配。

表4 高樁碼頭工程項目的可信度分配

（2）評價結果及分析。通過對各項指標進行證據融合計算，得到最終證據信息融合的結果為Bel=0.942，Pl=1，因此，不確定度為0.058。根據公式，可以得到項目工程施工階段的評估分數為：

其中，指標R1、R2、R3、R4的評價分數為：S1=0.6767，S2=0.7109，S3=0.6235，S4=0.6919

根據以上信息可知，經過證據信息融合后，該碼頭工程施工風險評價結果為一般風險。而且經過證據信息融合后，信任函數逐漸增大，其不確定性逐漸降低，評價結果更準確。具體來說，技術及設備風險與其他因素相比較高，雖然處于一般風險級別，但分值較接近較高風險，是該碼頭施工項目管理中的薄弱環節，應該加強其管控。隨后是人員風險和管理風險，環境風險相對較小，施工方可根據風險排序對高樁碼頭施工進行有針對性的風險管理。

4 結語

本文從人員風險、技術及機械設備風險、自然風險、管理風險四個方面分析，在構建風險評價指標體系的基礎上，結合高樁碼頭施工的特點，提出基于D-S 證據理論的高樁碼頭施工風險評價模型。引入折扣系數對mass 函數進行調整，通過證據融合的方法將數據合成，使評價結果更準確更客觀，評價模型更加完善。從理論上分析，應用D-S 證據理論進行高樁碼頭風險評估是可行的，而且更符合風險本身的不確定性和人為判斷問題的主觀性，為高樁碼頭施工過程中的風險管理提供新的理論依據。