基于層次分析法的橋梁檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

兀云飛 陳德權(quán) 沈 俊

(1.中建三局總承包公司路橋分公司，湖北武漢 430000;2.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010;3.浙江公路技師學(xué)院，浙江 杭州 310023)

0 引言

橋梁在現(xiàn)代城市建設(shè)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中扮演了越來越重要的角色。橋梁長(zhǎng)年累月的高負(fù)荷運(yùn)載使得一些橋梁的功能開始衰退，各種病害開始顯現(xiàn)，基本的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的交通需求得不到滿足。合理的、定期的檢測(cè)養(yǎng)護(hù)是保證橋梁正常運(yùn)營(yíng)的重要手段，橋梁檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁的基本狀況和病害，可以推斷出橋梁的承載能力，為橋梁的運(yùn)營(yíng)提供依據(jù)［1］。檢測(cè)項(xiàng)目中建北橋等13座橋分別為建北橋、豐潭橋、城東橋、中北橋、清泰立交橋、潮王橋、西塘橋、輕紡橋、上閘首公路橋、老德勝橋、新塘路運(yùn)河橋、袁富立交和康橋路運(yùn)河橋，橋梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且位于城市主干道，交通量巨大，進(jìn)行荷載試驗(yàn)和常規(guī)檢測(cè)都面臨各式各樣的風(fēng)險(xiǎn);另一方面，13座橋中的老德勝橋和西塘河橋需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)檢測(cè)，老德勝橋建成于1970年，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，承載能力評(píng)估困難，在檢測(cè)中加載稍有失誤就可能造成不可估量的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)該橋梁檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析很有必要。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)分析的第一步工作［2］，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的準(zhǔn)確性和科學(xué)性為精確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了基礎(chǔ)。目前的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別大多是定性的評(píng)估方法如專家打分，此類識(shí)別方法受專家的個(gè)體性差異影響較大。本文結(jié)合工程實(shí)例和半定量的層次分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，分析出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重，為橋梁檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制提供參考。

1 橋梁檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)層次模型

層次分析法起初是于20世紀(jì)70年代提出用于分析一些決策類的問題［3］。將其應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)分析有以下幾個(gè)主要步驟:首先建立風(fēng)險(xiǎn)源的層次結(jié)構(gòu)模型，然后從下到上分別對(duì)各層風(fēng)險(xiǎn)源兩兩相互比較建立判斷矩陣，最后計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重并判斷一致性［4］。本項(xiàng)目檢測(cè)包括常規(guī)檢測(cè)和荷載試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)過程中涉及到交通控制、試驗(yàn)加載等不確定因素。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源的可能情況將風(fēng)險(xiǎn)分為意外風(fēng)險(xiǎn)和人為失誤。意外風(fēng)險(xiǎn)包括交通失控，地震等自然災(zāi)害以及橋梁承載力不足意外垮塌;人為失誤包括荷載識(shí)別錯(cuò)誤，檢測(cè)模型計(jì)算錯(cuò)誤以及粘貼應(yīng)變片時(shí)的各種失誤等等。具體的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)層次如圖1所示。

2 各風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重計(jì)算

權(quán)重計(jì)算的主要步驟如下:首先建立判斷矩陣:判斷矩陣的各個(gè)元素是同一層的兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源相比較重要性的一個(gè)量化值，用aij表示。a的取值采用目前最為合理的9尺度取值［5］，見表1。假如aij值為5，表示i風(fēng)險(xiǎn)源重要性強(qiáng)于j風(fēng)險(xiǎn)源。顯然aij與aji互為倒數(shù)。對(duì)于a值為2，4，6，8時(shí)，表示意義為兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的重要性介于相鄰量值之間。

表1 9尺度表

然后計(jì)算判斷矩陣的最大特征值和特征向量，對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化處理，歸一化的特征向量值就是各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)占上一層風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重值。

圖1 橋梁檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)層次圖

最后是一致性檢驗(yàn)，一致性比率用CR表示，判斷矩陣一致性合乎要求需要其值小于0.1，計(jì)算式如下:

其中，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值如表2所示;CI為一致性指標(biāo)，可通過式(2)計(jì)算得到;n為相互比較的風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)量，也就是判斷矩陣的階數(shù)。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表

本檢查項(xiàng)目中，通過綜合專家評(píng)判情況橋梁風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，意外事故矩陣以及人為失誤矩陣分別為:

運(yùn)用MATLAB中“eig”命令進(jìn)行矩陣求解，計(jì)算得到各個(gè)判斷矩陣的最大特征根和歸一化的特征向量分別為:

表3 橋梁檢測(cè)總風(fēng)險(xiǎn)排序

3 結(jié)語

層次分析法可以半定量的計(jì)算出橋梁檢測(cè)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重，相比于定性判斷，數(shù)據(jù)更具有說服力。通過層次分析法計(jì)算得到模型的計(jì)算對(duì)于橋梁檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)影響最為重大，合理精確的橋梁檢查模型是下一步的研究重點(diǎn)。

［1］劉沐宇，袁衛(wèi)國(guó).橋梁無損檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中外公路，2002，22(6):34-37.

［2］阮 欣，陳艾榮，石雪飛.橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［M］.北京:人民交通出版社，2008:39-153.

［3］許樹柏.實(shí)用決策方法:層次分析法原理［M］.天津:天津大學(xué)出版社，1988.

［4］鞏春領(lǐng).大跨度斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2006.

［5］常 健，張志軍.基于層次分析法的橋梁安全綜合評(píng)價(jià)研究［J］.山西建筑，2014，40(2):154-156.