基于證據理論的灌注樁外掛直墻施工風險評估

暴 坡，趙旺峰，胡建森，古 向

(1.中國水電十五局第三工程公司，陜西 咸陽 712000；2.華北水利水電大學 水利學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

灌注樁連續墻外掛混凝土直墻主要用于城市內河道疏浚工程。該工程可解決河道兩岸居民區、道路密集問題，減少占地和工程開挖對道路、房屋的破壞影響。其工程施工流程為：灌注樁施工、灌注樁化學植筋、外掛面板鋼筋制做安裝、模板安裝、分層澆筑混凝土、混凝土養護。現其施工風險已嚴重影響了工程施工安全管理工作，如何準確評判和預估灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險已成為工程施工亟需解決的關鍵問題。

目前國內外學者對施工風險進行了大量的研究，并取得了豐富的研究成果。盧鑫月等[1]基于動態貝葉斯網絡構建了地鐵隧道施工風險模型，并利用模糊綜合評價法對施工動態風險值進行了評估。李海文等[2]采用風險概率和發生后果為基礎變量構建二維云模型，通過動態權重為指標賦權，實現了對川藏鐵路特殊環境下橋梁施工的風險評估。魏道江等[3]將證據推理與模糊集理論結合提出了深基坑施工風險評估模型，解決了現有方法無法對風險評估結果進行信度評價的問題。喬建剛等[4]從技術、人員、組織管理等方面構建了高速公路施工風險因素評估指標表，并通過相對差異函數構建了綜合相對隸屬度矩陣，進而得到工程風險評估等級。黃建華等[5]利用故障樹法對鉆孔灌注樁等基坑圍護結構進行風險識別，并采用貝葉斯網絡和模糊綜合評價法對基坑維護工程施工風險進行評估，評估結果顯示圍護結構滲流破壞、鉆孔灌注樁破壞等因素風險等級較高，為避免風險事故發生提供了理論基礎。

現有風險評估研究已經較為完善，但針對灌注樁外掛混凝土直墻施工風險評估的研究卻較為匱乏，本文將從灌注樁施工風險、直墻模板施工風險、直墻混凝土工程施工風險、施工環境風險4個角度構建灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險評估指標體系，利用將層次分析法與D-S證據結合的評估方法，進行灌注樁外掛混凝土直墻施工風險評估。旨在為該工程項目施工安全管理提供理論參考，為類似工程風險評估提供借鑒。

1 評估體系構建

1.1 構建灌注樁直墻施工風險評估指標體系

灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工是一種新型施工方法，現有研究并沒有構建過其施工風險評估指標體系。本文將理論研究與施工過程相結合，從灌注樁施工風險、直墻模板施工風險、直墻混凝土工程施工風險、施工環境風險4個方面構建灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險評估指標體系[6-11]。具體選取的評估指標見表1。

表1 施工風險評估指標體系

1.2 指標權重確定

本文采用層次分析法[12-14]確定評價指標權重，其主要內容和步驟包括：

(1)構建判斷矩陣A=(aij)n×n

(1)

式中，aij>0，aij=1/aji，且aii=1，即此矩陣為判斷矩陣。

(2)將判斷矩陣A每列向量歸一化處理，得到：

(2)

(3)

(4)

(5)近似計算判斷矩陣最大特征值

(5)

(6)判斷矩陣一致性檢驗[15]

(6)

表2 平均隨機一致性指標

1.3 基于D-S證據理論的風險評估

1.3.1構建基本概率分配函數

(1)建立風險評價集

評價集是由對評價對象可能的評價結果所組成的集合V={v1，v2，…，vN}，評價集中各等級標準值記為S1，S2，…，SN，其中，vj是評價結果，N是等級數或者評語檔次數[16]。本文將評價的風險劃分為低風險、較低風險、中等風險、較高風險、高風險5個等級[17]，即本文的評價集為V={低風險，較低風險，中等風險，中高風險、高風險}。各等級標準值為S1，S2，S3，S4，S5。

(2)基本概率分配函數

記xij為指標Cij的實測值。計算xij與等級N標準值的歐式距離，公式如下：

(7)

并通過以下公式得到基本概率分配函數。

(8)

(9)

(10)

1.3.2風險評估

(1)證據融合

將指標Xij對各個等級的基本概率分配函數值進行加權計算[18-19]，得出各指標mass值，公式如下：

(11)

式中，wj—指標Xj的權重；wmax—該指標所在的準則層指標權重最大值。

根據合成規則，對各指標mass值依次進行證據融合，分別得出上一層各指標因素的mass值，直至得出灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險的基本信任分配值，合成規則如下：

D-S證據理論中，若辨識框架Θ上有n組獨立的證據{m1，m2，…，mn}，對應的焦元為{A1，A2，…，Ak}，則利用Dempster合成規則進行證據融合[20-21]，可表達為：

(12)

(2)風險綜合評估

根據D-S證據理論合成規則，計算得出灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工各個風險等級的基本信任分配值，并根據最大隸屬度原則確定風險等級，即基本信任配置值越大，此種風險等級發生的概率越大。

2 實例分析

2.1 工程項目簡介

本文以引江濟淮工程江淮溝通段J002-1標的灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工為例進行風險評估，該工程的肥西縣主城區段，由于河道兩岸現有、規劃沿河交通干道，居民小區密集，故對該段河道斷面8.6m高程以上建混凝土掛板式直立擋墻結構，在灌注樁連續墻外立面植筋襯掛30cm厚的鋼筋混凝土面板。該工程采用的灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工具有創新性，可以為相關工程提供借鑒，但對該工程的施工風險并無相應研究。故本文選用該工程為案例，對其施工風險進行評估，為以后相關工程施工提供參考。

2.2 指標權重確定

根據本文構建的灌注樁直墻施工風險評估指標體系，邀請現場施工施工員、技術員、管理人員共10位，采用標度1-9及其倒數對各指標重要程度進行打分，將收集到的評分數據計算得出平均值，最終形成統一數據，利用統一數據得出的灌注樁施工風險評判矩陣如下：

將判斷矩陣代入式(1)，式(2)和式(3)中計算得出灌注樁施工風險中各指標權重行列式如下：

Wi=(0.1421，0.5251，0.2743，0.0585)

隨后，利用文中公式對灌注樁施工風險評判矩陣進行一致性檢驗，得出CR=0.0879<0.1，通過矩陣一致性檢驗。

同理可對其他指標的專家評分數據整理得出評判矩陣，利用文中公式得出各指標權重與準則層權重，并通過一致性檢驗。由于文章篇幅有限，故省略大部分重復計算過程，為更直觀和簡便的表現出灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險評價各指標權重，可將風險評價指標體系中準則層權重和二級指標權重的乘積作為最終的指標權重。最終得出各項指標權重見表3。

表3 風險評估指標權重

2.3 施工風險評估

2.3.1評價集的建立

本文構建評判集為V={V1，V2，V3，V4，V5}={低風險，較低風險，中等風險，較高風險、高風險}，各風險等級標準值為0.5，1.5，2.5，3.5，4.5，見表4。

表4 風險等級評分區間

2.3.2基本信任分配函數的計算

為準確評價風險，邀請現場施工技術人員10名按照評價集評分標準對本工程灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險評判因素的風險發生概率、風險嚴重程度即風險損失和風險不可控程度等進行評價打分。并進行統計，打分結果見表5。

通過式(6)計算各指標評分與風險等級的歐式距離，利用各指標歐氏距離通過式(7)與式(8)計算得出各指標的基本信任分配函數，并通過式(9)進行標準化。各指標基本信任分配函數計算結果見表6。

表6 基本信任分配函數值

2.3.3證據融合

通過式(10)結合指標權重對表6中各指標基本信任分配函數進行修證，得到各指標的mass值，見表7。

表7 mass值

根據合成規則，對各指標的mass值依次進行證據融合，分別得出上一層各指標因素的mass值，直至得出準則層與灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險的基本信任分配值，見表8。

表8 施工風險基本信任分配值

2.3.4風險評估結果

由表6可知，引江濟淮工程江淮溝通段J002-1標的灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險情況為：屬于低風險的信任度為0.000023，屬于較低風險的信任度為0.815275，屬于中風險的信任度0.178709，屬于較高風險的信任度為0.005992，屬于高風險的信任度為0.000001。故該工程整體施工風險為結果表明該工程灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工屬于較低風險。

P=0.000023×0.5+0.815275×1.5

+0.178709×2.5+0.005992×3.5

+0.000001×4.5=1.3333

綜上所述，直墻混凝土施工風險處于中風險等級，實際施工過程中應通過嚴格控制混凝土配合比，平整施工道路等措施降低直墻混凝土施工風險。灌注樁施工風險處于較低風險，但其在較低風險等級與中風險等級的基本信任分配值較為接近，因此應提高對灌注樁施工風險的重視，進行嚴格監管，防止其風險等級提高。

3 結語

(1)本文通過層次分析法對灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險各項指標的重要程度進行了區分。利用D-S證據理論對各風險因素信息進行有效數據融合，進而得出了灌注樁連續墻外掛混凝土直墻施工風險等級，篩選出了該風險的關鍵影響因素，可為安全管理決策提供理論支持。

(2)本文可為工程施工風險評估提供借鑒，但本文依據實際施工流程建立評價指標體系，故評價指標具有針對性，不能直接用于其他工程風險評估，可根據具體工程特點建立指標體系，采用本文所建立的方法體系進行評估。