基于未確知測度理論的土石壩施工安全風險評價

傅小孫，張秀琴，王會學

(1.新余市水利電力建筑工程有限公司，江西 新余 338000；2.江西國利工程項目管理有限責任公司，江西 南昌 330038；3.中國安能三局成都分公司，四川 成都 641000)

當前我國大壩總數約有10萬座，其中土石壩約占大壩總數的90%[1-2]。土石壩作為大壩的一種重要壩型，無論數量還是分布范圍都是最多的大壩。由于土石壩施工工期一般較長，并對上下游的社會經濟穩定、民生發展、移民安排具有一定的影響。因此，為了保障土石壩的施工安全，對土石壩的施工風險進行評估則十分必要。目前，土石壩的風險評價主要集中在運行期，相關土石壩的安全風險評價的研究較多，如韓立煒等人采用FBWM-灰色聚類構建了土石壩安全評價模型[3]；羅日洪等人基于改進AHP-熵權法和群組決策對土石壩安全進行綜合評價[4]；王亮等人則應用組合賦權-云模型完成了中小型土石壩的安全評價[5]。對土石壩施工期則主要集中在施工質量的控制和管理，如宗克強采用了組合賦權法分析計算各屬性指標的權重，構建了安全風險-成本風險的綜合評價模型，實現了度汛方案的決策優選目標[6]；黃龍等人從施工質量為切入點研究了碾壓式土石壩的施工質量預警與決策體系[7]；葛巍基于WBS-RBS矩陣從知識維、邏輯維和時間維3個角度構建了土石壩風險動態評價指標體系[8]。

由上可知，土石壩的施工安全風險評價的工作涉及的因素比較多而且復雜，需要進一步深入研究。由于不同層級的土石壩安全評價指標比較難以統一刻畫賦值，特別是定性指標。為了提高土石壩施工階段的安全風險評價的結果精度，本文引入了未確知測度理論對評價指標進行賦值[9]。該理論可以較好地刻畫評價指標的量值，已經較為廣泛地應用在工程的風險評價[10]。如陳志強等人采用組合賦權和未確知測度理論研究了金礦采空區的安全性評價[11]；吳波等人基于未確知測度理論構建了公路隧道塌方風險評價模型[12]；王杰等人運用未確知測度理論提出了礦山邊坡穩定性評價方法[13]。這些研究案例說明未確知測度理論具有較高的工程可靠度和適應性。特別地，在施工階段不同層級下的各評價指標的權重較難確定。為了滿足施工管理的快速變化的動態屬性，需要一種高效快速確定權重的方法。在眾多主客觀權重的方法，專家打分法是較為簡潔高效的方法，而且該方法在大壩評價中應用較多[14]。因此，本文采用多位專家進行打分綜合確定指標的權重。綜上所述，本文采用未測度理論對影響施工安全的定性指標和定量指標進行賦值；根據土石壩的施工性態，構建土石壩施工安全評價體系，采用專家打分法確定各指標的權重，從而可以計算土石壩施工安全風險等級，并對風險評價結果進行置信判定。該評價模型可以給類似工程提供新的研究思路。

1 建立土石壩施工安全風險評價模型

1.1 未確知測度理論

為了解決工程中對不同變量的描述和賦值的難題，王光遠提出了未確知測度理論[9]。該理論能夠較好地對定性指標進行刻畫。由于土石壩施工是一個較為復雜的體系，需要對各個影響因素進行賦值。因此，可以采用未確知測度理論對影響土石壩施工安全的指標進行賦值。

(1)

(2)

1.2 土石壩的施工安全評價指標體系

綜合考慮影響土石施工安全的風險因素，建立土石壩施工安全的評價指標體系及其對應的風險等級，見表1。

1.3 土石壩施工的安全評價風險等級

對土石壩施工安全的風險等級取5個等級，各風險等級及其取值范圍見表2。

對于影響土石壩施工安全的二級指標的權重，采用專家打分法進行確定。由于專家打分法具有一定的主觀性，為了提高專家打分法的準確度，邀請多位專家分別對各指標的權重進行打分，對專家打分的結果進行歸一化取平均值后為各指標的權重。

1.4 評價等級的置信判別方法

1.5 土石壩安全風險評價的基本流程

綜上所述，土石壩施工的等級評價的實現基本流程為：

步驟①：收集土石壩施工的基本資料，根據現場施工情況，確定施工安全的評價指標；

步驟②：構建土石壩安全施工的評價體系；

步驟③：應用未確知測度理論，對評價指標進行賦值；

步驟④：多位專家對評價指標進行綜合打分，確定指標權重；

步驟⑤：判別施工安全的風險評價結果的置信度；

步驟⑥：判定土石壩施工安全的風險等級。

2 工程實例

2.1 工程概況

某土石壩處于施工階段，該工程位于華南地區，工程等級為三等，水庫大小為中型，壩體結構為瀝青混凝土心墻土石壩。上下游圍堰采用土石壩方式，防滲方式采用土工膜，大壩的施工進度已經到最大壩高的40%。

2.2 未確知測度函數及指標賦值

由未確知測度函數理論可知，土石壩施工安全的風險評價指標的測度函數如圖1所示。

圖1 土石壩施工安全評價指標的測度函數

根據土石壩施工的現場報告和情況，土石壩施工安全評價指標的量值見表3。

表3 土石壩施工安全各評價指標的量值

將表3中的評價指標的量值代入對應的測度函數，可以得到該土石壩施工安全的風險評價矩陣：

由3位專家根據該壩的運行情況和監測資料對各項影響指標進行打分，取3位專家的權重的平均值得到各評價指標的平均權值，再進行歸一化得到指標權重，具體結果見表4。

表4 大壩各評價指標的平均權值及權重

2.3 土石壩施工風險等級的評價結果

由3.2的評價矩陣和表4土石壩施工安全的各評價指標的權重，能夠得到大壩風險等級的評價矩陣{0.238，0.475，0.275，0.012，0}，各風險等級的概率見表5。

表5 土石壩安全風險評價結果

根據置信準則對該土石壩施工安全的風險等級進行校核。本文取λ=0.5，由此風險等級從低到高0.238+0.475=0.713>λ=0.5，該壩的施工安全風險的等級定為Ⅱ級；風險等級從高到低為0+0.012+0.275+0.475=0.762>λ=0.5；故該壩的施工安全風險的等級確定為Ⅱ級。此外，現場該大壩的施工質量及安全鑒定結果為施工質量合格，總體安全，和本文的風險等級評價結果相一致，說明該評價方法的結果能夠滿足工程的需要。

3 結語

本文結合未確知測度理論構建了土石壩施工安全風險的定級方法，結論如下。

(1)未知測度理論能夠對土石壩施工安全的因素指標進行刻畫和賦值，土石壩施工安全風險評價體系能夠較為全面地描述大壩的施工狀況，可以進一步提高土石壩施工安全評價的準確度。

(2)由工程案例可知，該土石壩施工安全風險評價結構與大壩安全鑒定的結論相一致，說明該評價方法具有較好的工程應用價值，可以對同類土石壩施工安全進行風險評價。

(3)由于監測數值可以直接表征大壩的安全水平，在大壩建設后期可以根據監測儀器的數據設定客觀權重，使評價結果更貼合大壩實際情況。