云模型理論在攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險評價中的應(yīng)用

趙嘉偉

(陜西省西咸新區(qū)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，陜西 西咸新區(qū) 712000)

1 基本理論

1.1 云模型理論

云模型是基于概率統(tǒng)計學和模糊數(shù)學的基本運算原理結(jié)合而生的一種定性和定量的交換模型，能夠充分結(jié)合兩者的特性表現(xiàn)出定性與定量的轉(zhuǎn)換，同時又能將隨機性和模糊性統(tǒng)一表現(xiàn)出來。利用“不確定性”來刻畫和描述“不確定性”，云模型能夠反映出隸屬函數(shù)的非確定性，在一定程度上客觀呈現(xiàn)了難以刻畫的漸變過渡性，從而更加接近人類真實思維的過程和通用自然語言的描述。

1.2 云模型數(shù)字特征值

期望值Ex、熵En和超熵He是云模型的三個數(shù)字特征值。利用它們可以構(gòu)建定性概念與定量表示之間的映射關(guān)系。期望值(Ex)是將定性概念量化最典型的值；熵(En)是用來反映定性概念的模糊度，熵越大則概念越模糊；云滴的離散程度用超熵(He)來表示，云滴的超熵越大，則云滴離散程度越大，其隸屬度的隨機性也越大，則表示該云就越厚。

1.3 云的基本算法

云模型有正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器兩種算法。

通過已知的三個數(shù)字特征值生成云滴的算法即為正向云發(fā)生器，其算法過程如下：首先生成一正態(tài)隨機數(shù)En′，其期望為En，標準差為He；其次生成隨機數(shù)x，其期望為Ex，標準差為En；然后生成云滴，即設(shè)定某定性概念的一次的具體量化數(shù)值為x；然后把y定義為x隸屬于該定性概念的確定度，且y=e-(x-Ex)2/2(En′)2；最后把定性定量之間轉(zhuǎn)換的所有內(nèi)容利用(x,y)進行完整反映；重復以上多個步驟直至產(chǎn)生N個云滴。

2 工程概況

攔水壩壩基及兩岸灌注砼連續(xù)防滲墻，并與堤防銜接；灘面鋪設(shè)格賓石籠護灘，回水區(qū)兩岸加設(shè)防護欄桿。攔水壩回水長度5 km，蓄水面積1980畝。施工工期15個月，核定工程概算總投資8142.53萬元。

黑河金盆水庫平時下泄水量較小，河床裸露，該項目的建設(shè)可進一步恢復西安黑河下游生態(tài)環(huán)境和阻止回水區(qū)河道的進一步下切；攔水壩工程建設(shè)也是響應(yīng)陜西省委省政府“聚集水、留住水、涵養(yǎng)水”的柔性治水方略，實施河湖水系一體化治理方略的重大舉措。

3 云模型理論在施工實體質(zhì)量風險評價中的應(yīng)用實例

3.1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險的識別

表1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險評價指標權(quán)重表

3.2 基于云模型的周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險評價

3.2.1 評語集和風險評價等級標準云的確定

(1)

通過式(1)將[0，25]、(25，50]、(50，75]、(75，90]和(90，100]這5個區(qū)間值進行運算，得到相應(yīng)的云模型數(shù)字特征值和評價標準云模型，并結(jié)合MATLAB軟件生成各個風險等級的標準云圖。風險等級表見表2。

表2 標準云論域劃分及對應(yīng)云模型表

圖1 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險評價標準云圖

3.2.2 風險評價指標云和綜合云的確定

表3 專家調(diào)查打分結(jié)果匯總表

根據(jù)調(diào)查打分表中的得分情況，通過逆向云發(fā)生器計算各風險指標云模型的數(shù)字特征值，見表4。

表4 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險因素的云模型數(shù)字特征參數(shù)

然后將二級評價指標的特征參數(shù)以及表1中各項風險指標的綜合權(quán)重代入式(2)，從而計算出一級指標的云數(shù)字特征值，再進一步計算出目標層的云數(shù)字特征值。

(2)

圖2 周至縣峪河入黑口攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險評價綜合云與評價標準云對比

3.2.3 風險等級的確定

3.2.4 評價結(jié)果分析

4 結(jié)論與展望

本文結(jié)合工程實例，采用云模型理論將定性的語言描述與定量的計算相結(jié)合，實現(xiàn)定性和定量之間的轉(zhuǎn)換，能夠?qū)⑽淖终Z言形容的定性信息集合轉(zhuǎn)換成為具有閾值和分部規(guī)律的定量的數(shù)學模型，結(jié)合云模型理論具有可視化的特點，生成的云圖能夠很清晰地反映攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險的等級，對于工程管理人員能夠迅速理解評價結(jié)果并且針對性地進行攔水壩工程施工實體質(zhì)量風險管控有著很重要的作用，實際應(yīng)用性很強。