基于層次分析和可拓學的公路爆破安全性評價

楊波　黎永健

摘要：文章以某公路爆破施工工程為例，分析了該工程周邊環(huán)境、地質(zhì)巖性、爆破方案，提出了利用層次分析法與可拓學相結(jié)合的方法，綜合地對該公路爆破施工工程進行了安全性評價。結(jié)果表明該方法為爆破施工的安全進行提供了科學依據(jù)和指導，提高了安全防護的有效性。

關(guān)鍵詞：層次分析法;可拓學;安全性等級;公路爆破

中國分類號：U416.1+13文章標識碼：A100384

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的深入，在建設(shè)過程中經(jīng)常性地會采用爆破施工的方法進行施工。爆破施工在保障施工進度、成本控制等方面有著巨大優(yōu)勢，但是爆破施工因其特殊性也附帶了許多的危害，如爆破振動、爆破飛石、爆炸沖擊波、有毒氣體等，因此在進行爆破施工時也需要采取嚴格的防護措施保證施工安全。為了使得防護措施更有針對性，在節(jié)約成本的同時提高保護效果，并促進施工單位的技術(shù)水平和安全意識水平的整體提升，在爆破施工前，提前進行安全性評價和對策研究對爆破施工工作有著重要指導意義和經(jīng)濟價值。通過對公路爆破的特點及規(guī)律的總結(jié)研究，能夠為同類型的爆破施工作業(yè)提供參考依據(jù)和工程經(jīng)驗，對我國基礎(chǔ)建設(shè)工程的推進也有著積極的意義。

公路工程建設(shè)中的露天爆破往往會因為環(huán)境的特殊性而產(chǎn)生新的問題，因此公路露天爆破的安全性評價和對策研究一直以來都是爆破施工的重要研究方向。雖然安全評價的方法有很多種，但是過去較為普遍的研究方法都是提前選定能夠影響露天爆破安全的評價指標，再利用量化評價的方法構(gòu)造出該次評價的評價體系。事實上露天爆破安全性的影響因素是多種多樣且相互作用的，它們當中有些是能定量的指標而有些是只能定性的指標，同時它們之間有相互加強也有相互削弱的情況出現(xiàn)，并且根據(jù)現(xiàn)場實際情況需要進行重點防護的有害因素并不相同，即影響因素具有不確定性和復雜性等特性，這就要求對爆破進行安全性評價時需要采用動態(tài)的方法進行評價。過去，相關(guān)學者對此進行了大量的研究，采用的方法有層次分析法（AHP）[1]、未確知測度模型[2]、事故樹分析法[3]、模糊數(shù)學法[4-5]等。雖然所采用的方法并不相同，但所采用的評價指標都是靜態(tài)的，與爆破現(xiàn)場的動態(tài)變化并不完全相符，存在著一定的誤差和局限性，有待更進一步地完善。為了能夠更好地處理評價指標中存在的不相容甚至矛盾的情況以及不同類型指標（定性與定量）的問題，本文采用我國學者蔡文[6]、楊春燕等人創(chuàng)立的可拓學對此類問題進行研究分析。

1 公路爆破評價指標的確定

本文將層次分析法與可拓學相結(jié)合用于公路路基爆破的安全性評價當中，以工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境因素、施工過程這三個類型的因素三位一體地考慮其對爆破施工安全性的影響，并結(jié)合《爆破安全評估規(guī)范》（T/CSEB0009-2019）選出評價指標（見表1），建立一個較為全面的綜合評價模型，對爆破施工的安全性進行綜合評價。以融水至河池高速公路二分部工程為例，項目跨越1縣3鎮(zhèn)和數(shù)個村屯，沿線地方關(guān)系和情況錯綜復雜，主線全長28 km。為保證項目安全高效有序推進，項目部邀請專家對工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境因素、施工階段這三類因素進行了安全評估。

1.1 評價等級標準

專家根據(jù)地勘資料及土工實驗對巖體特性采用十分制進行定量打分，根據(jù)各自經(jīng)驗對周邊環(huán)境因素以及施工階段進行定性打分，打分結(jié)果如表2所示。

根據(jù)專家多年行業(yè)經(jīng)驗將安全性等級分為1、2、3、4、5五個等級，分別對應(yīng)安全性高、較高、一般、較差以及不安全。則對應(yīng)評價指標的分級標準見表3。

1.3 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法通過將多個指標進行定性和定量的描述，實現(xiàn)較為科學合理的優(yōu)選方法，通過建立指標結(jié)構(gòu)模型和構(gòu)造，判斷矩陣進行排序和一次性檢驗得出的最終比選結(jié)果[7]。

按照制定的指標模型，將指標層中的指標進行兩兩比較，比較標度選擇常用的1～9標度法，則比較標準如表5所示。

通過以上步驟構(gòu)建判斷矩陣B，求解其特征向量W與其最大特征根λ。

層次分析法中將一致性指標定義為CI=[SX（][WTBX]λ-n[]n-1[SX）]，其中n代表判斷矩陣階數(shù)，CI=0時具有完全一致性，CI的取值越小則說明其效果越好，反之則越差。當CI的取值符合要求時，便能夠確定各層次中評價指標的權(quán)向量從而得出指標權(quán)重W。

針對本工程進行層次分析法分析后，得出指標C1-C9對應(yīng)的權(quán)重為：[0.017 7，0.032 3，0.017 7，0.258 4，0.118 8，0.059 1，0.118 8，0.258 4，0.118 8]。

2 可拓學模型的建立與運用

可拓學是建立在基元理論和可拓論的基礎(chǔ)上的，其基本單位為物元。將事物N作為對象，C作為其特征，同時規(guī)定N關(guān)于C的量值為V，則可用R={N，C，V}為基本元對事物進行描述，N、C、V即是構(gòu)成物元M的三要素。

2.1 構(gòu)造物元

3 評價結(jié)果

根據(jù)層次分析法所得出的指標權(quán)重向量W=[0.017 7，0.032 3，0.017 7，0.258 4，0.118 8，0.059 1，0.118 8，0.258 4，0.118 8]，利用式（8）可計算出待評物元的單因素關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表6，為更好地得出公路爆破安全性評價結(jié)果，利用式（9）求得綜合關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表7。

只從單因素關(guān)聯(lián)度來分析，當以不同因素作為考慮對象時，其安全性是完全不同的，例如以爆破方案作為考慮對象那么其屬于安全性較高的等級，不難看出單因素關(guān)聯(lián)度因只考慮了單個指標的影響而不能全面反映出整個項目的安全性問題，而通過綜合評價就能更科學直觀地評定本次爆破工程項目的安全性，這也符合現(xiàn)場實際情況。

4 結(jié)語

（1）將層次分析法與可拓理論相結(jié)合，在作公路爆破安全評價時是科學有用的，且能夠避免單用層次分析法進行評價導致結(jié)果過于主觀的缺陷。

（2）根據(jù)本次進行的安全性評價結(jié)果，本次公路爆破工程的安全性為第5級（差），即本次爆破工程的風險性較高。

（3）本次對爆破施工作業(yè)安全性影響的主要因素是周邊環(huán)境過于復雜，因此建議在環(huán)境情況嚴峻的地方，能不采用爆破施工的就不采用爆破施工，對于特殊情況一定要爆破施工的，在施工作業(yè)過程中必須進行嚴格監(jiān)管、全程監(jiān)控、實時反饋，嚴格把控爆破施工設(shè)計，嚴格要求施工作業(yè)人員，爆區(qū)覆蓋炮被的同時壓上沙石袋，確保施工過程的規(guī)范合理，嚴格防護，以保證施工安全順利進行。

參考文獻：

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