云模型理論在攔水壩工程施工實體質量風險評價中的應用

趙嘉偉

(陜西省西咸新區工程質量安全監督站，陜西 西咸新區 712000)

1 基本理論

1.1 云模型理論

云模型是基于概率統計學和模糊數學的基本運算原理結合而生的一種定性和定量的交換模型，能夠充分結合兩者的特性表現出定性與定量的轉換，同時又能將隨機性和模糊性統一表現出來。利用“不確定性”來刻畫和描述“不確定性”，云模型能夠反映出隸屬函數的非確定性，在一定程度上客觀呈現了難以刻畫的漸變過渡性，從而更加接近人類真實思維的過程和通用自然語言的描述。

1.2 云模型數字特征值

期望值Ex、熵En和超熵He是云模型的三個數字特征值。利用它們可以構建定性概念與定量表示之間的映射關系。期望值(Ex)是將定性概念量化最典型的值；熵(En)是用來反映定性概念的模糊度，熵越大則概念越模糊；云滴的離散程度用超熵(He)來表示，云滴的超熵越大，則云滴離散程度越大，其隸屬度的隨機性也越大，則表示該云就越厚。

1.3 云的基本算法

云模型有正向云發生器和逆向云發生器兩種算法。

通過已知的三個數字特征值生成云滴的算法即為正向云發生器，其算法過程如下：首先生成一正態隨機數En′，其期望為En，標準差為He；其次生成隨機數x，其期望為Ex，標準差為En；然后生成云滴，即設定某定性概念的一次的具體量化數值為x；然后把y定義為x隸屬于該定性概念的確定度，且y=e-(x-Ex)2/2(En′)2；最后把定性定量之間轉換的所有內容利用(x,y)進行完整反映；重復以上多個步驟直至產生N個云滴。

2 工程概況

攔水壩壩基及兩岸灌注砼連續防滲墻，并與堤防銜接；灘面鋪設格賓石籠護灘，回水區兩岸加設防護欄桿。攔水壩回水長度5 km，蓄水面積1980畝。施工工期15個月，核定工程概算總投資8142.53萬元。

黑河金盆水庫平時下泄水量較小，河床裸露，該項目的建設可進一步恢復西安黑河下游生態環境和阻止回水區河道的進一步下切；攔水壩工程建設也是響應陜西省委省政府“聚集水、留住水、涵養水”的柔性治水方略，實施河湖水系一體化治理方略的重大舉措。

3 云模型理論在施工實體質量風險評價中的應用實例

3.1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險的識別

表1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險評價指標權重表

3.2 基于云模型的周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險評價

3.2.1 評語集和風險評價等級標準云的確定

(1)

通過式(1)將[0，25]、(25，50]、(50，75]、(75，90]和(90，100]這5個區間值進行運算，得到相應的云模型數字特征值和評價標準云模型，并結合MATLAB軟件生成各個風險等級的標準云圖。風險等級表見表2。

表2 標準云論域劃分及對應云模型表

圖1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險評價標準云圖

3.2.2 風險評價指標云和綜合云的確定

表3 專家調查打分結果匯總表

根據調查打分表中的得分情況，通過逆向云發生器計算各風險指標云模型的數字特征值，見表4。

表4 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險因素的云模型數字特征參數

然后將二級評價指標的特征參數以及表1中各項風險指標的綜合權重代入式(2)，從而計算出一級指標的云數字特征值，再進一步計算出目標層的云數字特征值。

(2)

圖2 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質量風險評價綜合云與評價標準云對比

3.2.3 風險等級的確定

3.2.4 評價結果分析

4 結論與展望

本文結合工程實例，采用云模型理論將定性的語言描述與定量的計算相結合，實現定性和定量之間的轉換，能夠將文字語言形容的定性信息集合轉換成為具有閾值和分部規律的定量的數學模型，結合云模型理論具有可視化的特點，生成的云圖能夠很清晰地反映攔水壩工程施工實體質量風險的等級，對于工程管理人員能夠迅速理解評價結果并且針對性地進行攔水壩工程施工實體質量風險管控有著很重要的作用，實際應用性很強。