隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中層次分析法的應(yīng)用范文

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摘要：本文通過應(yīng)用層次分析法對(duì)鐘鳴一號(hào)隧道施工安全方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將無法量化的隧道風(fēng)險(xiǎn)因素通過分析計(jì)算，以權(quán)重比的形式區(qū)分每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，并得出每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)隧道施工安全的影響程度。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的影響程度，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制建設(shè)措施，探討層次分析過程的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：層次分析法；隧道；風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)估

1層次分析法

1.1概述

層次分析法在上世紀(jì)70年代被提出，是一種對(duì)定性問題轉(zhuǎn)化為量化計(jì)計(jì)算的一種運(yùn)籌學(xué)范疇數(shù)學(xué)方法，用于多準(zhǔn)則的事件決策。它把復(fù)雜事件的影響因素進(jìn)行劃分，并分成多個(gè)層次，每個(gè)層次之間具有相互聯(lián)系，通過對(duì)各級(jí)影響因素的定量比較，通過數(shù)學(xué)計(jì)算得出各級(jí)影響因素的重要性權(quán)重。再通過所有層次計(jì)算得到全部影響因素的權(quán)重，從而得出每個(gè)因素對(duì)整個(gè)事件的影響輕重。

1.2風(fēng)險(xiǎn)層次分析流程

層次分析法提出了一種多種因素影響下、多個(gè)不同層次的綜合分析方法，細(xì)化了工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和權(quán)重體系，使其更加符合實(shí)際。層次分析法計(jì)算的具體流程：基本風(fēng)險(xiǎn)分類→建立風(fēng)險(xiǎn)因素多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)→構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)因素判別矩陣→計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重→一致性檢驗(yàn)→計(jì)算綜合權(quán)重。

2鐘鳴一號(hào)隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1基本風(fēng)險(xiǎn)分類

鐘鳴一號(hào)隧道全程屬淺埋偏壓的鐵路雙線隧道，局部超淺埋（最淺埋深8m），全程屬Ⅴ級(jí)圍巖。隧道以粉質(zhì)黏土、粗圓礫土為主，裂隙水發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較差，易發(fā)生塌方冒頂?shù)葹?zāi)害。明洞段兩側(cè)邊坡以粉質(zhì)黏土為主，遇水松軟易發(fā)生溜塌。因此，通過對(duì)項(xiàng)目經(jīng)理、總工程師、技術(shù)員、作業(yè)工人等不同層次，不同工齡的人群進(jìn)行問卷調(diào)查，得出鐘鳴一號(hào)隧道在施工安全方面的風(fēng)險(xiǎn)因素分類。

2.2建立風(fēng)險(xiǎn)因素多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)

層次分析法將隧道風(fēng)險(xiǎn)按照考慮問題角度不同進(jìn)行層次性劃分，通過數(shù)學(xué)手段對(duì)最底層各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行重要性兩兩對(duì)比進(jìn)行權(quán)值確定，然后將計(jì)算的權(quán)值傳遞到上一層進(jìn)行綜合對(duì)比排行。整體結(jié)構(gòu)以樹形結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分層分支。本文僅對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)中最為突出的施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，旨在淺析層次分析法的應(yīng)用。

2.3構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)因素判別矩陣

在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素的遞階層次結(jié)構(gòu)劃分后，開始對(duì)兩兩因素進(jìn)行量化對(duì)比，得出對(duì)比矩陣。

2.3.1量化標(biāo)度量化標(biāo)度是指同層的n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素（F1，F(xiàn)2，．．．，F(xiàn)n），兩兩相比（Fi，F(xiàn)j相比）對(duì)上一層因素（A1）相對(duì)重要的數(shù)值標(biāo)度，如Fi與Fj比較，使用1~9的比例標(biāo)度fij來反映它們的相對(duì)重要性，標(biāo)度標(biāo)度fij的含義：1表示兩個(gè)元素相比，具有同樣作用；3、5、7、9分別表示兩個(gè)元素相比，前者比后者稍重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要；2、4、6、8表示兩因素重要性對(duì)比介于上述結(jié)果之間；倒數(shù)表示j與i兩因素重要性比較結(jié)果是i與j兩因素比較結(jié)果的倒數(shù)。

2.3.2得出判別矩陣判別矩陣是將上層因素A作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)，因此獲得了F層兩兩因素相對(duì)A層重要性之間的比較值。若Fi與Fj相比得fij，則Fi與Fj相比記為fji=1/fij，進(jìn)而得到一個(gè)n×n的判斷矩陣A=(fij)n×n。對(duì)于鐘鳴一號(hào)隧道各層風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)于上一層的重要性評(píng)分，是通過地質(zhì)勘查，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理以及對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)管理具有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行會(huì)議研討所得，得到以下評(píng)判矩陣:

2.4計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重

特征值方法是用于計(jì)算判斷矩陣的權(quán)重的常用方法。中國(guó)系統(tǒng)管理學(xué)鼻祖汪應(yīng)洛在2003年提出，在層次分析法中計(jì)算判別矩陣的最大特征值與特征向量。它不需要太高的精度，因此可以使用近似方法來滿足精度要求。該近似方法通常用于計(jì)算。計(jì)算過程如下：式中(AW)i是向量(AW)第i個(gè)元素。根據(jù)以上過程，可得鐘鳴一號(hào)隧道各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重計(jì)算如下：0.081+0.727/0.130）=5.286

2.5一致性檢驗(yàn)

層次分析法進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，主要是用于判斷構(gòu)造的矩陣是否可以接受，否則必須進(jìn)行矩陣調(diào)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較所判斷的結(jié)果總是不盡相同，因此在層次分析法中我們用一致性指標(biāo)來判斷矩陣的一致性：其中RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，它是重復(fù)隨機(jī)判斷矩陣的特征值的算術(shù)平均值，是在給定的統(tǒng)計(jì)意義上是一個(gè)常數(shù)；當(dāng)CR＜0.1時(shí)，不一致性判斷矩陣是可接受的。因此可以得出結(jié)論，判斷矩陣的一致性應(yīng)隨著CR值越小越好；當(dāng)CR=0時(shí)，可得出判斷矩陣是完全一致的。根據(jù)GongMusen和XuShubai在1~15階重復(fù)計(jì)算的1000次的平均隨機(jī)一致性指數(shù)表，根據(jù)式（2-4）得出說明判斷矩陣符合一致性要求，是可接受的，權(quán)重向量W亦可接受。由計(jì)算結(jié)果得知在鐘鳴一號(hào)隧道中施工安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度可得出結(jié)論：鐘鳴一號(hào)隧道的施工安全風(fēng)險(xiǎn)中，各因素影響程度：不良地段引起塌方（0.51）>掌子面土體擠出（0.26）>邊坡垮塌（0.13）>洞頂塌陷房屋受損（0.08）>地表向洞內(nèi)滲水（0.03）。

3結(jié)論

在鐘鳴一號(hào)隧道施工過程中，上述風(fēng)險(xiǎn)均在不同程度上發(fā)生，而對(duì)隧道施工安全的影響程度與通過層次分析法得出的結(jié)論基本符合。我們根據(jù)分析結(jié)果，超前對(duì)幾種可能的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行側(cè)重防護(hù)，大大減少了上述風(fēng)險(xiǎn)對(duì)隧道施工安全的影響，取得了良好的效果。

4看法及設(shè)想

傳統(tǒng)層次分析法采用1-9作為量化標(biāo)度來構(gòu)造矩陣，屬于心理學(xué)范疇。但在復(fù)雜條件下，這種人為分級(jí)的重要性對(duì)比指標(biāo)劃分的精度不夠，人為拉大了因素之間的聯(lián)系，割裂了兩種因素間在特定條件下相互影響的關(guān)系，這種做法將人為因素的影響偏差概率放大。筆者設(shè)想，在層析分析法系統(tǒng)中不限于一種標(biāo)度形式，通過根據(jù)解決問題的復(fù)雜程度以及判斷需求采用不同的標(biāo)度形式，但這種方法是否可行，能夠在量化標(biāo)度的精度上和聯(lián)系性上有所改進(jìn)，還需要我們進(jìn)一步的探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]金菊良,魏一鳴,付強(qiáng)等.計(jì)算層次分析法中排序權(quán)值的加速遺傳算法[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2002(11):39~43

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[3]張炳江.層次分析法及其應(yīng)用案例[M].電子工業(yè)出版社,2014.

作者：陳勇華 單位：同濟(jì)大學(xué)