組織模糊評(píng)價(jià)法在深埋鐵路隧道施工管理中的應(yīng)用

■ 中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司 蔣斌

施工進(jìn)度管理的核心是對(duì)施工項(xiàng)目的進(jìn)度進(jìn)行嚴(yán)格控制，將實(shí)際進(jìn)度情況與原計(jì)劃要求的進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，針對(duì)進(jìn)度偏差，分析偏差根源并采取一定的管理措施。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)深埋鐵路隧道施工的管理大多繼承傳統(tǒng)的施工管理方法，然而深埋鐵路隧道施工項(xiàng)目施工環(huán)境復(fù)雜、施工期長(zhǎng)、建設(shè)難度大、不確定因素多，傳統(tǒng)的施工管理方法缺乏靈活的應(yīng)變性，難以解決復(fù)雜的施工問題，延長(zhǎng)施工日期，導(dǎo)致進(jìn)度緩慢?；诖?，本文提出一種基于組織模糊評(píng)價(jià)法的深埋鐵路隧道施工進(jìn)度管理措施，從施工進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理三方面詳細(xì)論述組織模糊評(píng)價(jià)法的計(jì)算過程，以堡鎮(zhèn)鐵路隧道施工項(xiàng)目作為研究對(duì)象，對(duì)比轉(zhuǎn)嫁到評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證組織模糊評(píng)價(jià)法在深埋鐵路隧道管理中發(fā)揮的作用，在拓展組織模糊評(píng)價(jià)法應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，促進(jìn)我國(guó)深埋鐵路隧道施工管理的進(jìn)一步發(fā)展。

1.施工進(jìn)度管理

組織模糊評(píng)價(jià)法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以隸屬度理論為原則，采用定量評(píng)價(jià)法對(duì)受到多個(gè)因素影響的對(duì)象作出準(zhǔn)確的整體評(píng)價(jià)，從而將非確定性問題清晰化，提升評(píng)價(jià)精度。首先，通過層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重；其次，采用熵權(quán)系數(shù)法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重；最后，利用多因素組織模糊評(píng)價(jià)模型生成評(píng)價(jià)結(jié)果，從而掌握施工進(jìn)度情況，以增強(qiáng)對(duì)施工進(jìn)度的管理力度。

1.1 層次分析法

層次分析法是將一個(gè)復(fù)雜的問題按照某一邏輯劃分成多個(gè)層次，從而將復(fù)雜問題劃分成多個(gè)簡(jiǎn)單問題進(jìn)行運(yùn)算。通過對(duì)比兩兩評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，判斷出各施工進(jìn)度影響因素的相對(duì)重要性。

利用層次分析法進(jìn)行施工進(jìn)度影響因素的權(quán)重計(jì)算，方根法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重向量計(jì)算如下：

其中，W表示一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)；j表示二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

所得的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果，即為該評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，權(quán)重值越大，對(duì)深埋鐵路隧道進(jìn)度的影響也就越明顯。

1.2 熵權(quán)系數(shù)法

利用熵值客觀反映評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重大小，其影響程度大小，熵權(quán)系數(shù)法的計(jì)算步驟如下：

（1）指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

將原始評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量化處理，及將其原始數(shù)值轉(zhuǎn)化為[0,1]區(qū)間上的實(shí)數(shù)，指標(biāo)熵值的計(jì)算公式如下：

式（2）中，f為修正系數(shù)，其作用在于使熵值具有意義。

（2）計(jì)算熵值向量

熵值向量的計(jì)算公式如下：

熵值向量能夠反映出評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重，但不能作為對(duì)象唯一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 多因素組織模糊評(píng)價(jià)模型

綜合兩種權(quán)重，對(duì)深埋鐵路隧道的施工進(jìn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，分類統(tǒng)計(jì)影響施工進(jìn)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)定性分類原則，將27個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為人員、材料、機(jī)械等在內(nèi)的六大類，計(jì)算每一類中每一評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量。構(gòu)建多因素組織模糊評(píng)價(jià)模型如下：

式（4）中，k為待定系數(shù)（取值為自然數(shù)），目的是平均評(píng)價(jià)向量值，避免向量值過大或過小。

2.施工質(zhì)量管理

2.1 組織模糊評(píng)價(jià)法的定量化處理

通過組織模糊評(píng)價(jià)模型，對(duì)人、機(jī)械設(shè)備、施工材料、施工技術(shù)以及施工環(huán)境依次進(jìn)行定量化處理，因?yàn)檫@五種因素的影響程度各不相同且呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，模糊施工質(zhì)量評(píng)估等級(jí)如圖1所示?？蓪⑸鲜鏊姆N因子歸納為因子集合A，針對(duì)因子集合A的具體計(jì)算公式為：

圖1 模糊施工質(zhì)量評(píng)估等級(jí)

由于施工環(huán)境中并不存在人為不定向因素，反而受地理因素、天氣因素、物質(zhì)因素的影響，所以本文單獨(dú)將施工環(huán)境因素所提取的因子進(jìn)行了單獨(dú)集合形成了因子集合B，針對(duì)因子集合B的具體計(jì)算公式為：

在上述計(jì)算公式中，本文根據(jù)相關(guān)理念在計(jì)算中加入了地理因素、天氣因素、物質(zhì)因素的應(yīng)用，而它們?cè)诠降木唧w表達(dá)分別為T、D與W，若計(jì)算結(jié)果得到的結(jié)論符合上述公式要求，則證明合理。

3.施工安全評(píng)估

深埋鐵路隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)是深埋鐵路隧道相關(guān)數(shù)據(jù)的精度，因此，對(duì)于數(shù)據(jù)的測(cè)量以及計(jì)算精度要求十分嚴(yán)格。為了降低深埋鐵路隧道施工安全評(píng)估計(jì)算的誤差，本文首先引入定量矩陣對(duì)采集測(cè)量到的施工安全數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除不具有意義的數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)語法和公式精確各種測(cè)量數(shù)據(jù)，提高評(píng)估計(jì)算的精度，然后利用模糊證據(jù)推理算法將深埋鐵路隧道施工安全評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分配，最后結(jié)合實(shí)際深埋鐵路隧道的具體標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行鐵路隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。

3.1 施工安全數(shù)據(jù)預(yù)處理

在施工安全管理計(jì)算中，即使一個(gè)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，最終的計(jì)算數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)很大的誤差。對(duì)于深埋鐵路隧道施工安全的相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)處理，本文在定量的信息和數(shù)據(jù)兩方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理操作。深埋鐵路隧道施工管理數(shù)據(jù)定量信息處理的依據(jù)是利用模糊信度結(jié)構(gòu)評(píng)估出各個(gè)數(shù)據(jù)的信度，轉(zhuǎn)化公式如下所示：

其中，當(dāng)N≠N1時(shí)，當(dāng)計(jì)算出的定量數(shù)據(jù)的信度大于規(guī)定值，那么此數(shù)據(jù)則屬于正常數(shù)據(jù)，不需要預(yù)處理，如果數(shù)據(jù)信度小于規(guī)定值，那么需要進(jìn)行模糊處理，處理公式如下所示：

具體數(shù)據(jù)模糊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與數(shù)據(jù)隸屬度的關(guān)系示意圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)模糊風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與數(shù)據(jù)隸屬度的關(guān)系示意圖

3.2 模糊交集信度分配

將預(yù)處理完成后深埋鐵路隧道施工管理預(yù)處理的數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)信度和置信度進(jìn)行等級(jí)分配，模糊交集信度分配處理的本質(zhì)是設(shè)定分配的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)模糊置信度和待分配的風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)估等級(jí)不相交。在此條件下，需要分配的數(shù)據(jù)利用輔助公式完成模糊交集的分析，公式如下所示：

具體的模糊交集信度分配關(guān)系圖如圖3所示。

圖3 模糊交際信度分配關(guān)系

其中，當(dāng)深埋鐵路隧道施工分配的兩個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)的置信度匹配算子的和為1時(shí)，那么待分配的兩個(gè)施工安全管理數(shù)據(jù)會(huì)成功實(shí)現(xiàn)模糊交集信度的分配。

3.3 施工安全管理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

安全管理是深埋鐵路隧道施工的重點(diǎn)，針對(duì)施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更是安全管理的關(guān)鍵，一般施工管理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟如圖4所示。

圖4 一般施工管理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟

結(jié)合一般的施工管理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟，融合本文研究的基于組織模糊評(píng)價(jià)法的深埋鐵路隧道施工安全管理，具體的融合評(píng)估步驟如下。

首先，利用儀器將采集到需要評(píng)估深埋隧道施工的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除冗雜數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，結(jié)合近幾年來對(duì)深埋鐵路隧道施工安全案例的研究結(jié)果，提取影響施工安全的重要風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)需要評(píng)估的深埋鐵路隧道施工安全管理進(jìn)行初次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，降低本文評(píng)估的復(fù)雜度。

其次，通過模糊算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交集信度分析，利用mass算法將帶有風(fēng)險(xiǎn)因素的信息進(jìn)行融合，帶入計(jì)算矩陣內(nèi)，輸出施工安全管理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

最后，對(duì)最終的輸出施工安全管理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行分析，對(duì)施工的安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分危險(xiǎn)區(qū)域，采取相應(yīng)的管理措施針對(duì)不安全區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排除，生成安全管理報(bào)告，將報(bào)告上傳至管理中心作為備份。

4.實(shí)例分析

為驗(yàn)證組織模糊評(píng)價(jià)法在深埋鐵路隧道施工管理中的實(shí)際應(yīng)用效果，本文以湖北省堡鎮(zhèn)鐵路隧道的建設(shè)為研究對(duì)象，通過實(shí)例分析驗(yàn)證組織模糊技術(shù)的實(shí)用性。

堡鎮(zhèn)鐵路隧道地處中山區(qū)，巖層侵蝕程度較大，經(jīng)過地質(zhì)探測(cè)，其巖層的主要構(gòu)造為頁巖、灰?guī)r等，巖層斷裂情況不明顯，節(jié)理裂縫分布范圍廣且數(shù)量大，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，地下水類型為裂隙水，深埋鐵路隧道最大埋深為630m，地應(yīng)力強(qiáng)，隧道圍巖相對(duì)較弱，存在圍巖變形現(xiàn)象。

參考專家打分情況應(yīng)用層次分析法，構(gòu)建判斷矩陣（規(guī)范及專家評(píng)分影響因素權(quán)值確定表如表1所示）。

表1 規(guī)范及專家評(píng)分影響因素權(quán)值確定表

根據(jù)以上判斷矩陣，求出T對(duì)應(yīng)的最大特征向量，求出深埋鐵路隧道施工安全等級(jí)評(píng)估的各影響因子權(quán)重向量，遵循最大隸屬度原則，判斷該段施工隧道的安全等級(jí)，并與施工期間專家的施工安全評(píng)價(jià)結(jié)果的進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果顯示，兩者基本吻合，可以得出結(jié)論：組織模糊評(píng)價(jià)法具有較高的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率，對(duì)于深埋鐵路隧道的施工設(shè)計(jì)和施工管理具有一定的指導(dǎo)意義。

5.結(jié)語

本文從施工進(jìn)度管理、質(zhì)量管理以及安全管理等三個(gè)方面，論述了組織模糊評(píng)價(jià)法在深埋鐵路隧道施工管理中的應(yīng)用，詳細(xì)論述了組織模糊評(píng)價(jià)法的運(yùn)算過程，并加以實(shí)例研究，驗(yàn)證組織模糊評(píng)價(jià)法的實(shí)際應(yīng)用效果。本文研究為深埋隧道施工管理提供了一定的理論支持，對(duì)隧道施工管理技術(shù)具有一定的推進(jìn)作用。