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隧道风险评估中层次分析法的应用范文

时间:2022-05-22 05:45:15

隧道风险评估中层次分析法的应用

摘要:本文通过应用层次分析法对钟鸣一号隧道施工安全方面进行风险评估,将无法量化的隧道风险因素通过分析计算,以权重比的形式区分每个风险因素,并得出每个风险因素对隧道施工安全的影响程度。根据风险因素的影响程度,制定相应的风险控制建设措施,探讨层次分析过程的改进方向。

关键词:层次分析法;隧道;风险;评估

1层次分析法

1.1概述

层次分析法在上世纪70年代被提出,是一种对定性问题转化为量化计计算的一种运筹学范畴数学方法,用于多准则的事件决策。它把复杂事件的影响因素进行划分,并分成多个层次,每个层次之间具有相互联系,通过对各级影响因素的定量比较,通过数学计算得出各级影响因素的重要性权重。再通过所有层次计算得到全部影响因素的权重,从而得出每个因素对整个事件的影响轻重。

1.2风险层次分析流程

层次分析法提出了一种多种因素影响下、多个不同层次的综合分析方法,细化了工程风险评价和权重体系,使其更加符合实际。层次分析法计算的具体流程:基本风险分类→建立风险因素多级递阶结构→构造风险因素判别矩阵→计算各风险因素的相对权重→一致性检验→计算综合权重。

2钟鸣一号隧道风险评估

2.1基本风险分类

钟鸣一号隧道全程属浅埋偏压的铁路双线隧道,局部超浅埋(最浅埋深8m),全程属Ⅴ级围岩。隧道以粉质黏土、粗圆砾土为主,裂隙水发育,围岩稳定性较差,易发生塌方冒顶等灾害。明洞段两侧边坡以粉质黏土为主,遇水松软易发生溜塌。因此,通过对项目经理、总工程师、技术员、作业工人等不同层次,不同工龄的人群进行问卷调查,得出钟鸣一号隧道在施工安全方面的风险因素分类。

2.2建立风险因素多级递阶结构

层次分析法将隧道风险按照考虑问题角度不同进行层次性划分,通过数学手段对最底层各风险因素进行重要性两两对比进行权值确定,然后将计算的权值传递到上一层进行综合对比排行。整体结构以树形结构形式进行分层分支。本文仅对隧道风险中最为突出的施工安全风险进行分析,旨在浅析层次分析法的应用。

2.3构造风险因素判别矩阵

在进行风险因素的递阶层次结构划分后,开始对两两因素进行量化对比,得出对比矩阵。

2.3.1量化标度量化标度是指同层的n个风险因素(F1,F2,...,Fn),两两相比(Fi,Fj相比)对上一层因素(A1)相对重要的数值标度,如Fi与Fj比较,使用1~9的比例标度fij来反映它们的相对重要性,标度标度fij的含义:1表示两个元素相比,具有同样作用;3、5、7、9分别表示两个元素相比,前者比后者稍重要、明显重要、强烈重要、极端重要;2、4、6、8表示两因素重要性对比介于上述结果之间;倒数表示j与i两因素重要性比较结果是i与j两因素比较结果的倒数。

2.3.2得出判别矩阵判别矩阵是将上层因素A作为判断的标准,因此获得了F层两两因素相对A层重要性之间的比较值。若Fi与Fj相比得fij,则Fi与Fj相比记为fji=1/fij,进而得到一个n×n的判断矩阵A=(fij)n×n。对于钟鸣一号隧道各层风险因素的相对于上一层的重要性评分,是通过地质勘查,经设计、监理以及对隧道风险管理具有经验的专家进行会议研讨所得,得到以下评判矩阵:

2.4计算各风险因素的相对权重

特征值方法是用于计算判断矩阵的权重的常用方法。中国系统管理学鼻祖汪应洛在2003年提出,在层次分析法中计算判别矩阵的最大特征值与特征向量。它不需要太高的精度,因此可以使用近似方法来满足精度要求。该近似方法通常用于计算。计算过程如下:式中(AW)i是向量(AW)第i个元素。根据以上过程,可得钟鸣一号隧道各风险因素的相对权重计算如下:0.081+0.727/0.130)=5.286

2.5一致性检验

层次分析法进行一致性检验,主要是用于判断构造的矩阵是否可以接受,否则必须进行矩阵调整。正是由于事物定性的特殊性,同一事物的在不同人的相互比较所判断的结果总是不尽相同,因此在层次分析法中我们用一致性指标来判断矩阵的一致性:其中RI为平均随机一致性指标,它是重复随机判断矩阵的特征值的算术平均值,是在给定的统计意义上是一个常数;当CR<0.1时,不一致性判断矩阵是可接受的。因此可以得出结论,判断矩阵的一致性应随着CR值越小越好;当CR=0时,可得出判断矩阵是完全一致的。根据GongMusen和XuShubai在1~15阶重复计算的1000次的平均随机一致性指数表,根据式(2-4)得出说明判断矩阵符合一致性要求,是可接受的,权重向量W亦可接受。由计算结果得知在钟鸣一号隧道中施工安全风险的影响程度可得出结论:钟鸣一号隧道的施工安全风险中,各因素影响程度:不良地段引起塌方(0.51)>掌子面土体挤出(0.26)>边坡垮塌(0.13)>洞顶塌陷房屋受损(0.08)>地表向洞内渗水(0.03)。

3结论

在钟鸣一号隧道施工过程中,上述风险均在不同程度上发生,而对隧道施工安全的影响程度与通过层次分析法得出的结论基本符合。我们根据分析结果,超前对几种可能的发生风险因素进行侧重防护,大大减少了上述风险对隧道施工安全的影响,取得了良好的效果。

4看法及设想

传统层次分析法采用1-9作为量化标度来构造矩阵,属于心理学范畴。但在复杂条件下,这种人为分级的重要性对比指标划分的精度不够,人为拉大了因素之间的联系,割裂了两种因素间在特定条件下相互影响的关系,这种做法将人为因素的影响偏差概率放大。笔者设想,在层析分析法系统中不限于一种标度形式,通过根据解决问题的复杂程度以及判断需求采用不同的标度形式,但这种方法是否可行,能够在量化标度的精度上和联系性上有所改进,还需要我们进一步的探讨。

参考文献:

[1]金菊良,魏一鸣,付强等.计算层次分析法中排序权值的加速遗传算法[J].系统工程理论与实践,2002(11):39~43

[2]骆正清,杨善林.层次分析法中集中标度的比较[J].系统工程理论与实践,2004(9):51~60

[3]张炳江.层次分析法及其应用案例[M].电子工业出版社,2014.

作者:陈勇华 单位:同济大学

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