基于層次分析法的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)研究

尹永川

(天水建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 天水 741000)

巖土工程勘察、設(shè)計(jì)以及施工等環(huán)節(jié)對(duì)安全要求很高，其中巖土工程勘察屬于基本環(huán)節(jié)，是后期實(shí)施巖土工程設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵，可直接影響到整個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)工期、安全性以及質(zhì)量等[1]。因巖土工程勘察應(yīng)用繁多，且不同工程地質(zhì)條件也有所不同，所以各類巖土工程項(xiàng)目施工前勘察作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)也存在差異。為保障巖土工程勘察作業(yè)的安全性，尤其對(duì)野外等特殊環(huán)境下的巖土工程勘察作業(yè)而言，需在實(shí)際勘察作業(yè)前，實(shí)施科學(xué)可靠的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)[2-4]。科學(xué)可靠的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)有助于相關(guān)人員對(duì)巖土勘察作業(yè)中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)具備一定的提前防范措施，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，為保障作業(yè)人員的安全、提升整體工程項(xiàng)目的安全性奠定基礎(chǔ)[5]。層次分析法屬于當(dāng)前較為常見(jiàn)的一類風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法，該方法可結(jié)合定量與定性分析實(shí)施層級(jí)分化，通過(guò)目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的層級(jí)結(jié)構(gòu)分解決策問(wèn)題的相關(guān)元素，并運(yùn)用各層元素相互制約影響的關(guān)系，獲得各元素針對(duì)上層級(jí)的權(quán)重值[6-7]。該方法的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于其使用過(guò)程簡(jiǎn)單、綜合性較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣且具有較高的系統(tǒng)性等，可通過(guò)僅有的定量信息達(dá)到相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)化的目的，可為有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)[8]。

本文運(yùn)用層次分析法，以所構(gòu)建的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系為依據(jù)，建立巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)，為實(shí)際勘察作業(yè)中有效規(guī)避此類關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)合理的依據(jù)，有效降低整體風(fēng)險(xiǎn)程度，保障勘察作業(yè)人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。

1 巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

1.1 安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析

以巖土工程勘察過(guò)程中將會(huì)遭遇到的各類安全風(fēng)險(xiǎn)為依據(jù)，將巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)與專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)2種。

(1)基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析。在巖土工程勘察過(guò)程中或許會(huì)遭遇到的存在相同特點(diǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)即為基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)，此種安全風(fēng)險(xiǎn)可在巖土工程勘察過(guò)程中的任何環(huán)節(jié)內(nèi)存在，不被具體勘察的領(lǐng)域及任務(wù)限制[9]。巖土工程勘察過(guò)程中的基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)種類見(jiàn)表1。

表1 巖土工程勘察基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)種類Tab.1 Types of basic safety risks of geotechnical engineering investigation

(2)專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析。在巖土工程勘察過(guò)程中，遇到的具有特殊特征的安全風(fēng)險(xiǎn)即為：專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，此種安全風(fēng)險(xiǎn)僅存在于巖土工程專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，同勘察內(nèi)容具有緊密的關(guān)聯(lián)性[10-11]。巖土工程勘察過(guò)程中的專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)種類及存在環(huán)節(jié)，詳見(jiàn)表2。

表2 巖土工程勘察專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)種類及存在環(huán)節(jié)Tab.2 Types and existing links of safety risks in geotechnical engineering investigation

1.2 基于風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)的預(yù)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

結(jié)合表1與表2所分析的巖土工程勘察基礎(chǔ)安全風(fēng)險(xiǎn)與專業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)相關(guān)專家投票的方式，由2種安全風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)選取出對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)影響較大的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，實(shí)施編碼，實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系的構(gòu)建，詳見(jiàn)表3。

表3 巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系Tab.3 Safety risk prediction index system of geotechnical engineering investigation

1.3 巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

層次分析法的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)過(guò)程包括：建立巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型、專家賦值創(chuàng)建判斷矩陣、逐層一致性檢驗(yàn)、綜合指標(biāo)權(quán)重運(yùn)算以及整體排序等，如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)過(guò)程Fig.1 Safety risk prediction process of geotechnical engineering investigation

(1) 創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)模型。依據(jù)所構(gòu)建的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系與分解法的基礎(chǔ)理念，結(jié)合層次分析法創(chuàng)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層(方案層)的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)分解。其中目標(biāo)層即為預(yù)測(cè)的最終目標(biāo)；準(zhǔn)則層通常包含數(shù)個(gè)準(zhǔn)則，屬于預(yù)測(cè)所遵循的規(guī)范準(zhǔn)則；指標(biāo)層以上2層為約束，包含數(shù)個(gè)詳細(xì)預(yù)測(cè)指標(biāo)[12]。巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。層次結(jié)構(gòu)模型中的目標(biāo)層為巖土工程勘察整體安全風(fēng)險(xiǎn)，準(zhǔn)則層由環(huán)境、材料、設(shè)備以及技術(shù)4種風(fēng)險(xiǎn)元素構(gòu)成；指標(biāo)層為對(duì)應(yīng)準(zhǔn)則層各風(fēng)險(xiǎn)元素的各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

圖2 巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Hierarchical structure model of geotechnical engineering investigation safety risk

(2)建立判斷矩陣。以上層的某個(gè)元素為約束，兩兩對(duì)比相同層次內(nèi)不同元素間的相對(duì)關(guān)鍵程度，此即為判斷矩陣的任務(wù)[13]。在運(yùn)用層次分析法測(cè)量預(yù)測(cè)指標(biāo)的相對(duì)關(guān)鍵程度時(shí)，可通過(guò)將“1—9”標(biāo)度法融入，并結(jié)合專家賦值的方式實(shí)現(xiàn)判斷矩陣的建立[14]。“1—9”標(biāo)度法的定義見(jiàn)表4。為檢驗(yàn)判斷矩陣的科學(xué)性，需對(duì)判斷矩陣實(shí)施一致性檢驗(yàn)，通過(guò)一致性檢驗(yàn)判別專家賦值的一致性。其中對(duì)判斷矩陣實(shí)施一致性檢驗(yàn)時(shí)，可采用對(duì)判斷矩陣最大特征根和其對(duì)應(yīng)的特征向量實(shí)施運(yùn)算實(shí)現(xiàn)[15]。以逐層一致性檢驗(yàn)的方式實(shí)施檢驗(yàn)，若未通過(guò)檢驗(yàn)則返回至專家賦值，重新建立此層判斷矩陣；若通過(guò)檢驗(yàn)，則此層判斷矩陣建立完成。直至各層判斷矩陣均完成建立之后，對(duì)每一層元素對(duì)目標(biāo)的合成權(quán)重實(shí)施運(yùn)算，獲取到綜合指標(biāo)權(quán)重實(shí)現(xiàn)綜合判斷后，完成整體排序，將最終整體目標(biāo)內(nèi)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型指標(biāo)層中不同元素的關(guān)鍵程度確準(zhǔn)，尋找到對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)影響較高的元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)。

表4 “1—9”標(biāo)度法定義Tab.4 Definition of "1-9" scaling method

2 實(shí)際應(yīng)用結(jié)果分析

以某地公路邊坡滑塌巖土工程為例，運(yùn)用本文方法預(yù)測(cè)此巖土工程勘察的安全風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)測(cè)出對(duì)其整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)影響最高的風(fēng)險(xiǎn)元素，并與此工程勘察作業(yè)的實(shí)際狀況相比較，檢驗(yàn)本文方法的預(yù)測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)巖土工程的邊坡高度與坡率分別為27.52 m和1.0∶0.8，表面設(shè)有網(wǎng)狀防護(hù)，因突發(fā)暴雨天氣導(dǎo)致此邊坡出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，造成部分道路堵塞無(wú)法通行。實(shí)驗(yàn)巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場(chǎng)情況Fig.3 Site condition of slope collapse in experimental geotechnical engineering

通過(guò)本文方法對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施預(yù)測(cè)，得出各層次指標(biāo)元素針對(duì)上層指標(biāo)元素的相對(duì)權(quán)重，所得結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 各層次指標(biāo)元素的相對(duì)權(quán)重Tab.5 Relative weight of each level index element

依據(jù)表5中的相對(duì)權(quán)重獲得各指標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的合成權(quán)重值，同時(shí)以合成權(quán)重值為依據(jù)實(shí)施整體指標(biāo)排序，運(yùn)用所得結(jié)果分析各指標(biāo)元素對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。各指標(biāo)合成權(quán)重值及排序情況見(jiàn)表6。結(jié)合表5與表6可以得出，對(duì)于實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)而言，4種風(fēng)險(xiǎn)元素的影響程度由高到低依次為E4、E1、E3、E2，即技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)元素對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度最高，材料風(fēng)險(xiǎn)元素的影響程度最低；從各指標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)影響程度的整體排序可看出，F(xiàn)12、F11及F2排在前3位，也就是槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查，地基土堆混凝土板的抗滑試驗(yàn)以及大風(fēng)和雷雨天氣的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度相對(duì)更高。

表6 各指標(biāo)合成權(quán)重值及排序情況Tab.6 Composite weight value and ranking of each index

為檢驗(yàn)本文方法所得排序結(jié)果的有效性，現(xiàn)運(yùn)用CR指標(biāo)對(duì)本文方法預(yù)測(cè)結(jié)果實(shí)施一致性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)中若CR指標(biāo)值低于0.1，則判定為通過(guò)一致性檢驗(yàn)；若CR指標(biāo)值高于或等于0.1，則判定為未通過(guò)一致性檢驗(yàn)；當(dāng)CR指標(biāo)值為0時(shí)，則判定為預(yù)測(cè)結(jié)果符合完全一致性。一致性檢驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表7。通過(guò)表7可得出，本文方法所得預(yù)測(cè)結(jié)果的CR值均小于0.1，可見(jiàn)，本文方法預(yù)測(cè)結(jié)果均能夠通過(guò)一致性檢驗(yàn)，具有較好的一致性，預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性較高。

表7 預(yù)測(cè)結(jié)果的一致性檢驗(yàn)Tab.7 Consistency test of prediction results

3 結(jié)論

巖土工程施工前需派遣相關(guān)人員實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)勘察，而現(xiàn)場(chǎng)勘察作業(yè)中因各類因素影響導(dǎo)致存在不同程度的安全風(fēng)險(xiǎn)，為此需在實(shí)際勘察作業(yè)前實(shí)施相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，提升勘察的安全性。

本文針對(duì)一種基于層次分析法的巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法展開(kāi)研究，通過(guò)分析巖土工程勘察過(guò)程中所存在的各類安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合專家投票選出主要風(fēng)險(xiǎn)因素，構(gòu)建巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法依據(jù)該指標(biāo)體系建立巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)專家賦值創(chuàng)建各層次判斷矩陣，并經(jīng)由逐層一致性檢驗(yàn)后，運(yùn)算出綜合指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行整體排序，獲取巖土工程勘察整體安全風(fēng)險(xiǎn)影響最高的各指標(biāo)元素，完成對(duì)巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)。將本文方法應(yīng)用于某巖土工程勘察安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中，預(yù)測(cè)結(jié)果表明，槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度高達(dá)0.293，是全部風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中影響程度最高的一項(xiàng)指標(biāo)；其次為地基土堆混凝土板抗滑試驗(yàn)與雷雨天氣作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)兩項(xiàng)指標(biāo)，二者對(duì)實(shí)驗(yàn)巖土工程整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度分別為0.195和0.151。在實(shí)驗(yàn)巖土工程的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)勘察作業(yè)中，需重點(diǎn)關(guān)注以上3方面風(fēng)險(xiǎn)，有效規(guī)避防范此類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，最大限度地降低實(shí)驗(yàn)巖土工程的整體勘察安全風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)檢驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法所得預(yù)測(cè)結(jié)果的一致性與可靠性，可用于實(shí)際巖土工程勘察的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中。