既有建筑运营期间模糊综合评价模型

四川建筑　第卷5期　1既有建筑运营期间模糊综合评价模型
沈爱国
(江苏南通三建集团有限公司,江苏南通226100)
【摘　要】　基于现有研究成果,把人身安全、财产安全引入到大型建筑结构运营安全评价中,提出了包含建筑结构安全、人身安全、财产安全在内的大型建筑工程评价影响因素。

依托工程设计规范,结合专家调研,确定了评价指标权重,实现了定性与定量的综合,实践证明这种方式能够降低专家评议的主观性,具有一定的应用价值。

采用模糊综合评价模型,完成了大型框架结构的运营安全评价,通过算例对其可行性进行了验证。

【关键词】　建筑工程;　运营安全;　综合评判
【中图分类号】　T U312+13 【文献标识码】　A
原建设部于20世纪80年代的一项调查表明,国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修;处于严酷环境
下的建筑物使用寿命仅15～20年。

民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好,一般可维持50年以上,但室外的阳台、雨罩等露天构件的使用寿命通常仅有30～40年。

海港码头一般使用10年左右就因混凝土顺筋开裂和剥落,需要大修。

京津地区的城市立交桥由于冬天撤除冰盐及冰冻作用,使用十几年后出现问题,有的不得不限载、大修或拆除。

我国铁路隧道用低强度等级的C15混凝土作衬砌材料,密实度和抗渗性差,不耐地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电,影响正常运行。

1　研究现状
目前,西欧、美国和日本等国对已有建筑维修、改造的研究十分重视,并已经制定了相应的法规。

例如,日本在20世纪70年代就制定了“住宅区改造法”、“土木建筑更换标准”等。

国际预应力协会(F I P )于1978年成立了混凝土结构维修与加固工作组,并于1982年提出了“混凝土结构的抽查与维修”及“混凝土结构的维修与加固”报告。

美国于1980年出版了《房屋检查手册》和相应的标准。

另外,国际学术活动也十分活跃,如1988年在丹麦哥本哈根举办了“混凝土结构的重新评价———可靠度和承载力”国际会议。

近几年F IP 组织召开的国际会议和其他国际会议上也都有相当数量的旧房鉴定、加固方面的学术论文发表。

我国对建筑物的维护改造与加固也十分重视,陆续颁布
了:《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:91)、《钢结构加固
技术规范》(CE CS77:96)、《砖混结构房屋加层技术规范》(CECS78:96)、《既有建筑地基基础加固技术规范》(JG J123-2000)、《砌体工程现场检测技术标准》(G B550315-2000)、《钢结构检测评定及加固技术规程》(Y B9257-96)
等。

就现有文献来看,国内外目前对大型建筑工程安全运营方面的研究比较少,建筑安全的研究主要集中于施工管理方
面,而竣工后建筑物是否存在安全隐患往往被忽视,只有部分运营安全问题受到某些专业机构的重视,局部问题进行研究探讨,比如高层建筑的防火问题。

即使某些专著是对某一建筑的安全评价也往往只考虑了譬如结构这样单一的方面进行评估,而忽略了其他一些因素。

通过查阅资料发现,很多安全事故与结构没有直接联系,而发生在一些很容易忽略的因素上,所以进行全面评估显得十分必要。

2　建筑工程运营安全影响因素
建筑工程运营安全包含结构安全、人身安全和财物安全三个方面内容。

其中结构安全是主要考虑内容,人身安全和财物安全为次要考虑内容。

因为大型建筑工程结构发生破坏对社会和经济都会产生一定的影响,相对结构破坏产生的后果,人身和财物安全显得比较次要,但是也应该受到人们重视。

正是由于工程师过多地注重建筑结构本身的安全质量而容易忽视其他方面引起的安全事故。

作为为业主服务的大型建筑工程而言,预防危害人身和财物安全也是十分重要的工作。

结构处于设计年限内:主要考虑人身安全和财物安全影响因素,分析建筑工程在预防人身事故和财物损失方面的安全隐患。

结构超出设计年限后,主要考虑建筑结构安全影响因素,分析建筑结构耐久性问题。

211　建筑结构一般安全影响因素
建筑结构的作用是承受自重和抵抗外力,达到保护建筑物本身的目的。

结构上的作用应包括施加在结构上的集中力和分布力,以及引起结构外加变形和约束变形的原因。

施加在结构上的集中力和分布力,可称为荷载。

结构上的各种作用,当在时间上或空间上可假定为相互随机独立时,每一种作用均可按单独的作用考虑。

当某些作用密切相关,且经常以其最大值同时出现时,可将这些作用
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按一种作用考虑。

结构上的作用按随时间的变异性分为:永久作用,可变作用,偶然作用等;按随空间的变异性可以分为固定作用,自由作用;按结构的反应特点可以划分为静态作用,动态作用。

212　建筑结构人身安全影响因素
人类之所以要建造和发展建筑工程是因为建筑工程已经成为人们日常生活中不可或缺的重要组成部分,为人们提供庇护场所,保证人们正常地生活工作和学习。

所以运营期间的大型建筑工程必须保证人们的人身安全。

人身安全的保障主要从大型建筑工程运营期间的运营管理角度出发,重点考虑和探寻影响人们正常生活、工作、学习等的安全隐患,用管理的手段达到预防危险发生的目的。

影响人身安全的危害程度可以分为:危及生命,致残,重伤,轻伤,危害健康等。

除了建筑结构受危害引起的人身伤害以外,人身安全影响因素还有:触电,中毒,窒息,坠落,烧伤以及一些不可预知的损害方式。

如今由于管理不善而引起的人身危害事故常有发生,由于家长的疏忽,儿童触电、坠楼的事件还时有发生;火灾也是人们并不陌生的杀手之一;中毒和窒息发生的概率虽然很小,但是也应该引起人们的关注。

人身安全隐患不像建筑结构那样存在一定规律性,它是完全无法预知的。

所以需要从管理角度加强预防,采取一定的措施对策来提高安全度。

213　财物安全的影响因素
建筑工程的另一个重要作用就是用来保存财物。

财物都有其一定的保存条件,一旦条件达不到要求,财物的保存就会产生问题,就会发生损害和危险。

一般财物的安全影响因素主要有盗窃、腐蚀侵蚀、火灾以及其他一些不可预知的损坏。

和人身安全一样,财物安全完全依赖人们日常管理,需要妥善安排制定安全对策和措施。

3　模糊综合评价模型
模糊综合评价法是对受多种因素影响的事物作出全面评价的十分有效的多因素决策方法。

模糊综合评价的基本方法和步骤如下。

311　确定因素集
U={u1,u2,…,u m}
式中,u
i
(i=1,2,…,m)表示对此事物有影响的第i个因素。

312　选择评价集
V={v
1,v
2
,…,v n}
式中,V j(j=1,2,…,n)表示评价的第j个等级。

313　建立因素权重集
为了反映各因素不同的重要程度,对各个因素赋于相应的权重数a
i
(i=1,2,…,m),由各权数所组成的集合为:
A=(a1,a2,…,a m)———称为权重集
314　确定单因素评价矩阵
首先对因素集U中的单因素u i(i=1,2,…,m)作单因
素评判,从因素u
i 着眼确定该事物对选择等级v
j
(j=1,2,
…,v
n )的隶属度r
ij
,这样就得出第i个因素u
i
的单因素评判
集为
r
i
=(r
i1
,r
i2
,…,r i n)
它是评价集V上的模糊子集,这样m个因素的评价集就
构造出一个总的评价矩阵R为:
R=
r
11
r
12
…r
1n
r21r22 (2)
…
r
m1
r
m2
…r
m n
式中,r
ij
表示u
i
对选择等级v
j
的隶属度。

315　模糊综合评价
单因素模糊评价,仅反映了一个因素对评价对象的影
响,采用模糊综合评价综合考虑所有因素的影响,才能得出
正确的评价结果。

模糊综合评价可表示为:
B=A R=(a
1
,a
2
,…a m)
r11r12 (1)
r
21
r
22
…r
2n
…
r
m1
r
m2
…r
m n
=
(b
1
,b
2
,…,b n)
其中,b
j
(j=1,2,…n)称为模糊综合评价指标。

316　用等级参数对评价指标作出综合结论
由综合评价模型所得到的结果均是一个等级模糊子集
B=(b1,b2,…,b n)。

通常,对B按照“最大隶属度原则”选择
其最大的b
j
所对应的等级v
j
作为评价结果的,这样,没有充
分利用等级模糊子集B所带来的信息。

在实际应用中,往往
要给各种等级规定某些参数,借以作为评价标准。

为了充分利用等级模糊子集B所带来的信息,可把各种
等级的评级参数和评价结果B进行综合考虑,使得评价结果
更加符合实际。

设相对于各等级v
j
规定的参数列向量为:
C=(c
1
,c
2
,…,c n)T
则得出等级参数评价结果为:
B×C=(b1,b2,……,b n)×
c
1
c
2
…
c
n
=∑n j=1b j v j
式中:p为一个实数,当0≤b j≤1,∑n j=1b j v j=1时,可视
p为以等级模糊子集B为权向量,关于等级参数c1,c2,……,
c
n
的加权平均值。

p反映了等级模糊子集B和等级参数向量C
所带来的综合信息。

4　案例分析
本文以框架结构为例应用上述方法对既有建筑工程运
营期间的安全进行评价。

框架结构分为上部结构和下部结
构,上部结构由承重构件、一般构件和维护系统组成;下部结
构即为地基基础。

411　框架结构非常规影响因素
非常规影响因素意味着建筑物不是在设计荷载下服役,
而是由于一些人为的原因,使建筑物的使用功能或者所处的
环境发生了改变,原本设计的构件可能无法满足发生变化后
的荷载值,过大的荷载极限使建筑物还没超出设计年限就很
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四川建筑　第卷5期　1
四川建筑　第卷5期　1难甚至无法正常使用,导致建筑物运营能力下降甚至发生危险。

非常规影响因素表现方式主要包括:使用功能改变,荷载发生变化;偶然因素作用,荷载突然增大;环境恶劣,结构构件受破坏。

412　人身安全和财物安全影响因素
人身安全影响因素有:火灾、触电、坠落、窒息、中毒、摔倒和其他引起伤害的各种因素。

火灾对人身造成的伤害主要是烧伤、烫伤和窒息,也可能发生火灾造成建筑工程损害而使人身遭到次生损伤。

触电对人身造成伤害主要是电击、电伤等,和火灾一样对人身的伤害比较大。

坠落分人体坠落和物体坠落,人体坠落多是由于防护措施不完善导致人体从高处落下受伤甚至死亡;物体坠落是物体从高处落下,撞击人体导致人体受伤和死亡。

窒息是由于环境等原因引起呼吸困难,无法提供足够的空气满足生命供给导致受伤和死亡。

中毒是由于人体处于有毒有害的建筑工程中致使人体受到毒害。

摔倒发生比较常见,由于地面湿滑等引起伤害事故。

也包括滑倒、倾倒、撞伤等。

其他引起的伤害事故如被夹被卡等,也可能是使用不当引起的各种伤害。

财物安全影响因素有:火灾、盗窃、侵蚀腐蚀和其他一些因素引起的损坏。

火灾不仅造成建筑结构和人体损害,建筑工程中的财物在不防火的情况下也会受到损害损毁。

财物的特殊安全隐患就是被盗窃,由于人们疏忽而引起的财物丢失事件时有发生。

侵蚀腐蚀是建筑工程对财物提供的场所的环境过差造成的,由于环境恶劣而造成的财物损害。

其他一些因素包括人为和非人为,为方便统计统一称为其他因素。

413　框架结构运营安全影响因素权重分析
框架结构影响因素通过以上分析可以看出存在多角度多维度的特点,归类统计存在一定困难,所以运用专家打分的方法确定各影响因素的权重,通过专家们对各指标确定的权重再加权计算结合客观事实分析确定一套比较符合实际的分值。

414　算例与结果
假设某钢筋混凝土框架结构房屋已使用20年,现在对其运营安全进行评价。

假设该建筑物各评价指标得分如表1所示。

表1　某钢筋混凝土框架结构房屋影响因素评分表内　因分值
外因分值
人身安全和财物安全分值
基础0196结构自重
1火灾019框架柱0199土压力
0195触电0191框架主梁0199水位不变的水压力
0199坠落0186框架次梁0198预应力0193窒息0199其他0197地基变形0197中毒0199墙0195混凝土收缩0192摔倒0197楼面板0197钢材焊接变形
0193其他0199楼梯板0196其他0199火灾019屋面板0194人员物件荷载0189盗窃0185其他0199风荷载0196侵蚀腐蚀0192门019雨雪荷载0198其他
0199
窗019常遇地震0199隔栏019温度变化0196其他
0198
其他0199撞击0199爆炸0199罕遇地震0199龙卷风0199火灾019极严重的侵蚀0199罕遇洪水
0199其他
0199
将表1的评分值按照层次分析进行权重值处理,即各指标评分得到的分值乘以各指标对应的权重值,运用模糊综合评价进行数据分析,最终得出该钢筋混凝土框架结构建筑运营安全评价得分为0194。

安全评价等级为二级。

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(上接第107页)　地提高节点的刚度,减小节点竖向位移,
且可提高节点的极限承载力;增大封板厚度对节点极限承载
力影响不大。

(2)节点1、节点2在外加荷载作用下节点域的应力集中有很大缓和,说明在采用此种节点构造时在一定程度上可避免节点的脆性破坏。

(3)采用节点1、节点2形式作为网架节点时,节点的竖向位移有很大减小,容易满足规程中刚度的要求,且用钢量有很大减小,根据文中力学与变形性能分析将其用于网架结构是可行的。

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