基于區(qū)間直覺模糊集的城市軌道交通施工風(fēng)險評價

顏 猛

( 河南省水利第一工程局，河南 鄭州 450000)

0 引 言

近些年來，隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷加快，城市人口急劇膨脹，高峰時段城市交通需求日益增大，傳統(tǒng)出行方式已很難滿足人們的需求，迫切需要大力發(fā)展城市軌道交通項目[1]。城市軌道交通項目具有占地少、效率高、能耗低、污染小、受干擾小、準(zhǔn)時性高等優(yōu)點，對緩解城市交通壓力、節(jié)約人們出行時間發(fā)揮了重要作用[2-3]。因此，許多城市相繼開展了規(guī)模龐大的城市軌道交通建設(shè)[4]。然而，由于城市軌道交通工程投資大，施工周期長，施工工藝和施工環(huán)境極為復(fù)雜，施工過程面臨巨大風(fēng)險。近些年來城市軌道交通項目建設(shè)事故頻發(fā)，造成了較為不好的社會影響，且損失巨大。因此，城市軌道交通項目施工風(fēng)險的評估顯得至關(guān)重要，也越來越為人們所關(guān)注。

關(guān)于城市軌道交通項目施工風(fēng)險管理的研究，H. C. HYUN等[5]結(jié)合大量地鐵項目詳細信息，通過識別評價地鐵項目關(guān)鍵性風(fēng)險，提出了簡化的地鐵項目風(fēng)險評估模型；S. S. HYU等[6]建立了隧道坍塌風(fēng)險評估模型，并通過與實際隧道坍塌數(shù)據(jù)的比對，驗證了模型的可靠性，可為隧道坍塌風(fēng)險預(yù)測提供支撐；A. JURADO等[7]基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)分析，依靠專家判斷來計算風(fēng)險發(fā)生的概率，總結(jié)出了一種能夠定量分析地下水風(fēng)險的評估方法；沈尉[8]結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，提出城市軌道交通超深基坑施工風(fēng)險控制的“5步控制法”，該方法強調(diào)參建各方密切合作，從而大幅提高工程安全度；谷昀[2]基于層次分析及模糊綜合評判法建立了基于地鐵施工風(fēng)險評價模型，并運用該模型對北京地鐵14號線03標(biāo)段的施工風(fēng)險水平進行了評價；莊晶晶[9]基于可靠性評價的失效模式、后果與嚴(yán)重度分析技術(shù)建立了城市軌道交通項目施工風(fēng)險評價；張宇[10]基于直覺模糊距離與直覺模糊層次分析法構(gòu)建了城市軌道交通工程施工風(fēng)險評估方法；梁宏浩[11]運用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，分別建立了地鐵施工過程中盾構(gòu)法、明挖法和礦山法3種施工方法的風(fēng)險評估模型。

綜上所述，總體來看，當(dāng)下城市軌道交通項目施工風(fēng)險評估日益為大家所關(guān)注，有關(guān)軌道交通項目施工風(fēng)險評估的方法或模型也相繼被提出。然而，依然存在風(fēng)險評價指標(biāo)體系建立不完善，評估方法不科學(xué)等問題。筆者首先基于文獻分析及實際調(diào)研建立起城市軌道交通項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系，并基于區(qū)間直覺模糊集理論建立城市軌道交通項目施工風(fēng)險評價模型，能夠較好考慮指標(biāo)評價時的模糊性和不確定性，以期為城市軌道交通項目建設(shè)提供支持。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

城市軌道交通工程施工風(fēng)險的評估不僅過程十分復(fù)雜，而且涉及到的因素非常多。根據(jù)軌道交通工程建設(shè)目標(biāo)，基于文獻分析及實際調(diào)研，筆者從質(zhì)量、成本、工期及安全4個方面，選取15個指標(biāo)因子，構(gòu)建城市軌道交通項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系。具體城市軌道交通工程的指標(biāo)選取如表1。

表1 城市軌道交通工程施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系Table 1 Construction risk assessment index system of urban railtransit project

2 區(qū)間直覺模糊集及算法

由上述指標(biāo)體系可以看出，指標(biāo)評價有很強的模糊性和不確定性。為科學(xué)有效的對城市軌道交通工程施工風(fēng)險進行評價，筆者擬采用區(qū)間直覺模糊集理論建立相應(yīng)的評價模型。直覺模糊集可同時考慮指標(biāo)評價時的隸屬度、非隸屬度和猶豫度3個方面的信息，能夠有效描述非此非彼的模糊概念，進而能夠更加細膩地刻畫客觀世界的模糊本質(zhì)[12-14]。區(qū)間直覺模糊集是對其進行的進一步擴展，評價效果更為優(yōu)越。本節(jié)將對區(qū)間直覺模糊集及其相關(guān)算法做簡單介紹。

2.1 區(qū)間直覺模糊集

|x∈X}

(1)

2.2 加權(quán)平均算子

(2)

2.3 距離測度公式

(3)

2.4 信息集結(jié)

評價值rij與值均值mij的相似度可用s(rij,mij)表示，有：

(4)

則評判專家Ei關(guān)于指標(biāo)Cj給出的評價信息rij的權(quán)重可以定義為：

(5)

獲得權(quán)重之后我們可以集結(jié)所有專家給出的評價值，得：

(6)

從而也可得到集結(jié)所有專家評判信息的綜合評價矩陣R0=(rj)15×1。

2.5 得分函數(shù)

(7)

依據(jù)得分函數(shù)值，對照相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)可得出相應(yīng)評價結(jié)果。設(shè)五級評價標(biāo)準(zhǔn)：小、較小、中、較大、大，所對應(yīng)的得分函數(shù)值為小(0.7)、較小(0.6)、中(0.5)、較大(0.4)、大(0.3)。

3 案例分析

3.1 案例一

基于建立的評價指標(biāo)體系及計算方法，以A市城市軌道交通建設(shè)施工方案的風(fēng)險情況進行評估。基于軌道交通建設(shè)基本情況，邀請3位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c此次評價，評價專家集P=(P1,P2,P3)，評價語言采用區(qū)間直覺模糊集。具體評價步驟如下：

1)指標(biāo)權(quán)重確定

依據(jù)層次分析法計算各層級權(quán)重，權(quán)重計算結(jié)果如表2。

表2 評價指標(biāo)權(quán)重值Table 2 Weight of evaluation index

2)專家評價

在詳細介紹工程基本情況的基礎(chǔ)上，邀請各專家依據(jù)所建立的評價指標(biāo)體系對各指標(biāo)給出評價結(jié)果，評價結(jié)果以區(qū)間直覺模糊集形式給出，如表3。

表3 評價結(jié)果矩陣Table 3 Evaluation result matrix

3)計算分析

計算各評價指標(biāo)均值mij以及評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)，根據(jù)式(6)可求得各專家給出的評價值權(quán)重，各專家給出的評價值權(quán)重如表4。

表4 各專家給出的評價值權(quán)重Table 4 Weights of evaluation values given by experts

依據(jù)式(2)，由各專家給出的評價值及求得的對應(yīng)權(quán)重將各專家給出的評價值進行集結(jié)，可得集結(jié)后的評價值如表5。

表5 綜合評價矩陣Table 5 Comprehensive evaluation matrix

依據(jù)各指標(biāo)權(quán)重及綜合評價值進行集結(jié)，可得最終評價值：

依據(jù)式(8)計算各層級得分函數(shù)值：S(B1)=0.601 ，S(B2)=0.573，S(B3)=0.563，S(B4)=0.598，S=0.585。

4)評價結(jié)果分析

從得分函數(shù)計算結(jié)果可以看出，綜合評價值為0.585。根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)可知，評價結(jié)果屬于中，說明該城市軌道交通項目施工風(fēng)險中等。

從分項指標(biāo)來看，質(zhì)量風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.601，評價結(jié)果屬于較??；成本風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.573，評價結(jié)果屬于中；工期風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.563，評價結(jié)果屬于中；安全風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.598，評價結(jié)果屬于中。

3.2 案例二

對B市城市軌道交通建設(shè)施工方案風(fēng)險情況進行評估?；谲壍澜煌ńㄔO(shè)基本情況，邀請4位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c此次評價，評價專家集E=(E1,E2,E3,E4)，評價語言采用區(qū)間直覺模糊集。具體評價步驟如下：

1)專家評價

在詳細介紹工程基本情況的基礎(chǔ)上，邀請各專家依據(jù)所建立的評價指標(biāo)體系對各指標(biāo)給出評價結(jié)果，評價結(jié)果以區(qū)間直覺模糊集形式給出。結(jié)果如表6。

表6 評價結(jié)果矩陣Table 6 Evaluation result matrix

(2)計算分析

計算各評價指標(biāo)均值mij，及評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由評價值rij與值均值mij的相似度s(rij,mij)，根據(jù)式(6)可求得各專家給出的評價值的權(quán)重，各專家給出的評價值權(quán)重如表7。

表7 各專家給出的評價值權(quán)重Table 7 Weights of evaluation values given by experts

依據(jù)式(2)，利用各專家給出的評價值及求得的對應(yīng)權(quán)重，將各專家給出的評價值進行集結(jié)，集結(jié)后的評價值如表8。

表8 綜合評價矩陣Table 8 Comprehensive evaluation matrix

依據(jù)表2中各指標(biāo)權(quán)重及綜合評價值進行集結(jié)，可得最終評價值：

依據(jù)式(7)計算各層級得分函數(shù)值：S(B1)=0.745，S(B2)=0.753，S(B3)=0.646，S(B4)=0.593，S=0.688。

(3)評價結(jié)果分析

從得分函數(shù)計算結(jié)果可以看出該水體旅游項目可持續(xù)性綜合評價值為0.688，評價結(jié)果屬于較小，說明該城市軌道交通項目施工風(fēng)險較小。

從分項指標(biāo)來看，質(zhì)量風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.745，評價結(jié)果屬于??；成本風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.753，評價結(jié)果屬于??；工期風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.646，評價結(jié)果屬于較小；安全風(fēng)險指標(biāo)評價值為0.593，評價結(jié)果屬于中。可以看出該施工方案在質(zhì)量及成本方面風(fēng)險小，依據(jù)該方案施工，工程的質(zhì)量和成本應(yīng)該是有保證的；在工期風(fēng)險評價中屬于較小，如果依據(jù)該方案施工，施工過程中需要加強工期風(fēng)險的管控力度，以保證工程可以按期完工。但該方案安全風(fēng)險評價結(jié)果屬于中，說明該方案存在安全風(fēng)險，需要有針對性的進行調(diào)整，以保證施工安全。

4 結(jié) 語

城市軌道交通項目建設(shè)可有效解決城市擁堵的問題。城市軌道交通項目一般投資較大，施工條件復(fù)雜，施工過程中容易出現(xiàn)問題，且一旦發(fā)生問題后果往往非常嚴(yán)重。因此必須對城市軌道交通項目施工風(fēng)險進行評估，以確保施工方案的可靠性，保證城市軌道交通項目建設(shè)又好又快進行。基于城市軌道交通項目建設(shè)目標(biāo)，筆者首先從質(zhì)量、工期、成本及安全4個方面建立起水城市軌道交通項目施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系，指標(biāo)體系共包含15個二級評價指標(biāo)。鑒于指標(biāo)評價具有較強的模糊性和不確定性，筆者又基于區(qū)間直覺模糊集理論建立了城市軌道交通項目施工風(fēng)險評估模型。通過實際案例分析表明，筆者構(gòu)建的城市軌道交通項目施工風(fēng)險評估方法具有良好的效果，可操作性強。