早期人防工程安全评估方法研究

早期人防工程安全评估方法研究
摘要:长期以来,国内外专家学者对重大建筑物的结构隐患病害检测与健康诊断的研究较多,大量的各种大型建筑物的安全评价系统应运而生。

而对早起人防工程等建筑物的安全综合评价系统的研究则较少。

在人防工程评价过程中,既有定性的指标,又有定量的指标,许多指标之间的关系不好确定,因此又具有一定的模糊性。

本文主要运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process)、专家调研法(Delphi法)以及模糊综合评价法(Fuzzy Comprehensive Evaluation Method)的各自优点相结合的多层次模糊综合评价法(Multiple Hierarchy Fuzzy Synthetic Evaluation Method,MHF)来进行人防工程的安全综合评价。

关键词:早期人防工程;安全评估;综合评价
人防工程在运行中,由于受自然和人为因素的长期作用,建筑物各部位结构都逐渐出现老化或局部破损等病害,其安全性下降,使用功能的正常发挥受到影响。

绝大多数人防工程又普遍缺乏必要的维修养护和加固改造,工程已严重老化;尤其是一大批20世纪60年代、70年代修建的人防工程,由于当时以自力更生为主、国家补助为辅,就地取材、因陋就简而建造,又受技术条件的限制,这些人防工程普遍存在设计标准低,质量差等问题,建成伊始就存在不少隐患。

经过几十年的运行,建筑物老化病害严重,虽然有的也经过维修,但基本上都是带病工作,大量病险人防工程已无法充分发挥作用,甚至已成为人防工作的心腹之患。

1早期人防工程概况
所谓早期人防工程,主要是指在1983年之前修建的人防工程,包括公共工程和单位工程。

通过工程安全隐患排查工作,查明早期工程数量。

对早期人防工程安全隐患鉴定评估的主要目的是摸清现状,排查安全隐患,分析确定危害程度,制定分类管理、分期治理的方案和措施,提高工程完好率,减少或避免对城市建设的不利影响,减轻维护管理的工作量,促进人防事业的自我发展。

安全隐患鉴定评估工作是对早期人防工程进行分类管理、分期治理的重要措施和科学依据,是分类治理的前提,必须采取科学的态度,采用定性分析和定量分析相结合的方法,通过技术监测和专家评估,对每一个工程的安全隐患做出客观的鉴定评估。

2评估方法
早期人防工程安全评估总体思路
借助于数学中的多层次模糊综合评判方法来解决这一问题。

总的思路可以分为以下几个步骤:
第一步:建立早期人防工程安全评估指标体系;
第二步:通过现场考察和专家评分即专家调研法(Delphi法)可获得原始数据;
第三步:运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process)、以及模糊综合评估法(Fuzzy Comprehensive Evaluation Method)对数据进行分析、计算,求取权重向量;
第四步:通过多层次模糊综合评估法(Multiple Hierarchy Fuzzy Synthetic Evaluation Method,MHF)求取评价结果,进行早期人防工程的安全评估。

3早期人防工程安全评估指标体系
3.1评估指标体系的拟定原则
要对早期人防工程进行安全评估,首先需要建立一套完整的评估指标体系。

影响早期人防工程安全的因素多而复杂,评估指标的拟定原则是定量研究早期人防工程安全状况的基础,其拟定得是否恰当,将直接关系到研究指标权重的意义和最终评估结论是否合理可靠。

评估指标不是越多越好,也不是越少越好,应将尽量少的、主要的、具有代表性的指标用到早期人防工程的安全评估中去。

因此,需要科学建立早期人防工程安全评估指标体系,其拟定应遵循以下原则:
(1)系统全面性原则
应该尽可能地使评估指标能相对系统全面和完整地反映早期人防工程安全状况方面的重要特征和重要影响因素。

(2)简明科学性原则
评估指标体系必须概念明确、简便易行,具有一定的科学内涵,切忌复杂繁琐。

即指标体系要结构简单明了,要抓住主要有代表性的因素,舍弃次要因素尽可能地突出评估目标的本质。

(3)相对独立性原则
所设立的各评估指标应能相对独立地反映早期人防工程安全状况某一方面的特征,各评估指标之间应尽量排除兼容性。

(4)层次性原则
将早期人防工程安全综合评估这个复杂问题中的一系列评估指标分解为多个层次来考虑,形成一个包含多个子系统的多层次递阶分析系统,从而由粗到细、由表及里、由局部到全面地对早期人防工程安全状况进行逐步深入的研究。

(5)可操作性原则
每个评估指标都必须具有实施的可行性,即每个指标都可以通过己有手段方法或能在评估过程中经研究可获得的手段和方法进行度量和量化。

3.2 评估指标体系的构建
早期人防工程的评估指标以早期人防工程安全状态为总目标,兼顾战备效益、经济效益和社会效益。

根据早期人防工程评估指标体系拟定原则,选定全面、简洁、易于掌握应用的十九项指标组成早期人防工程的评估指标体系,具体如图1。

4早期人防工程安全评估模型
4.1评估模型综述
在工程界许多定性问题的处理中,专家打分法以其操作简单,适用性强等特点而得到了广泛的应用。

当采用专家打分法处理时,如果专家选择合适,专家的经验较为丰富,对情况比较了解,则可取得较高的精度。

而层次分析法因既有效地吸收了定性分析的结果,又发挥了定量分析的优势;既包含了主观的逻辑判断和分析,又依靠客观的精确计算和推演,从而使决策过程具有很强的条理性和科学性,能处理许多传统的最优化技术无法着手的实际问题,应用范围比较广泛。

另外,风险评估涉及的因素大多具有模糊不确定性,上面提到的评价方法均没有考虑此方面原因,本方案引入模糊数学理论,全面地考虑早期人防工程的模糊影响因素,从而避免了不确定性因素造成的风险评价的片面性。

4.2权重的计算和一致性检验
对同一层次的各因素进行两两对比,一般可以用“同等重要”、“稍微重要”、“明显重要”、“十分重要”、“极其重要”等定性语言说明其中一个因素相比另外一个因素对总体而言的重要程度,相应的标度如表1所示。

这样,可以请专家按表1所列各项的意义,对各层次指标的重要性作两两之间对比的判断矩阵A=(aij)n×n,其中aij表示ui比uj的重要性程度。

在由判断矩阵A=(aij)n×n的基础上计算被比较指标各自所占的相对权重,可以求出最大特征值λmax及对应的特征向量W=(ω1,ω2,…,ωn)。

当n5的矩阵在求其最大特征值和特征向量时,计算往往相当麻烦,可以借助MATLAB(数学试验)等数学工具进行计算。

接着,根据求得的最大特征值就可以求得各组评估指标的一致性指标CI,计算方法如下:
(1)
在求得一致性指标的基础上,可按式(2)求出一致性比率:
CR=CI/RI(2)
其中,RI可从表3的随机一致性指标表中查用。

当一致性比率CR<0.1时,认为判断矩阵具有满意的一致性,说明各评估指标的重要性判断是可靠的,否则就需要重新计算判断矩阵,直到具有满意的一致性。

求得的对应特征向量也即为各项指标的权重系数。

表3随机一致性指标表
运用同样的方法可以对二级评估指标的权重分别进行判断计算,经过一致性检验,可以求得二级指标在相应一级指标中所占的权重系数。

需要说明的是,由于每个早期人防工程建设所处的实际情况不同,各个指标的权重大小,甚至指标体系构成可能有所差别,因此需要针对实际情况分别计算,不能一概而论,在任何情况下都使用一套指标系数。

4.3早期人防工程模糊综合评估模型
按确定的标准,对某个或某类对象中的某个因素或某个部分进行评估,称为单一评估,对众多的单一评估中获得对某个或某类对象的整体评估称为综合评估。

综合评估的目的,是希望能对若干对象按一定意义进行排序,从中挑出最优对象,这也称为决策过程。

综合评估也是一类决策过程。

其流程如下(如图2):
图2模糊综合评价流程图
(a)构建评语集V=(v1好,v2较好,v3一般,v4差),假定满分为100分,好=100分,较好=80分,一般=60分,差=40分;
(b)由于评估的指标准则和各自的权重已经建立和计算出来,可以构造矩阵U,记:
Ui=(ui1,ui2,…,uik)(i=1,2,…,k)
(c)邀请众多专家采用模糊评估原理对早期人防工程的各项指标进行评判,并将其结果汇总统计,得到评语矩阵R,先对每个Ui的k个指标按下式做综合评估,可得到对Ui一级准则的评估,即:
Bi=Ai ·Ri(6)
式(6)中Ai为Ui指标准则下各二级指标准则的权重向量,Ri为评语结果矩阵;
(d)对一级评估指标准则再按式(7)做评估计算:
B=A·R (7)
其中,A为一级评估准则,R为一级评语准则的评估矩阵,有R=(B1,B2,…,B5)T。

最后的B为对所有的指标准则的综合评估计算结果如表4。

由于它是以评语向量的形式反映出来的,还需要把评语反映为可以直接理解的分数形式。

对于模糊评估结果,可以有两种计算方法:加权综合法和主要因素突出法。

当然前者比较细致,采用一次,按式(8)就可得到评估的结果总分值S,即:
(8)
上述过程是早期人防工程隐患评估进行的计算,得到该方案的评估总分值,依照同样的原理,可以对早期人防工程的其他方案进行评估计算,最终得到各个方案的评估总分值,这样就能实现对早期人防工程现状作出一个科学的判断。

表4评估指标权重系数和评语表
5结语
早期人防工程的评估是一个比较复杂的系统工程,会受到多方面的影响。

本方案提出的方法把一个大的问题细化为让评委专家可以准确回答的具体指标,并在此基础上构建评价模型,综合运用层次分析法和模糊评价方法对总目标进行评价。

这种方法有以下特点:
(1)可以运用计算机进行计算;
(2)发挥了层次分析法和综合模糊评价法两者的优点,使评价结果更为合理和可靠,同时由于充分考虑了各种因素,避免了决策的片面性和盲目性;
(3)若遇到其他工程可根据实际情况对评价指标体系的构成进行修改,具有更强的灵活性。

如果采用这种方法,可以有效地实现预期效果,故应推广使用。

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