基于改进证据理论的装配式建筑施工安全风险评估.pdf

第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:焦 红()女山东济南人副教授研究方向为工程项目管理(:.)基于改进证据理论的装配式建筑施工安全风险评估焦 红 谢亚慧 王松岩(山东建筑大学 土木工程学院 山东 济南)摘 要:为解决装配式建筑施工风险评价中专家意见的不确定性与风险决策问题提出了一种模糊集 改进证据理论的装配式建筑风险评价模型 首先根据装配式建筑施工特点分别从人、物、技术、管理、环境五个方面建立施工安全风险评价体系采用结构熵权法确定指标权重利用模糊集理论将专家评语带入隶属度函数生成基本概率分配()函数进行定量转化通过基于 概率距离与冲突系数 的改进证据组合方法进行信息融合改进的证据理论合成方法解决了高度冲突证据的融合问题经融合后的证据最后通过线性加权根据最大隶属度的原则进行风险的分析与评价 通过实证分析该方法可有效反映装配式建筑施工风险程度证实了该评价模型的有效性和实用性关键词:装配式建筑 证据理论 模糊集理论 风险评价 施工安全中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.().:装配式建筑是在工厂进行加工预制构件运输至现场进行组装的建筑方式与传统的现浇式建筑相比有施工周期短、劳动力投入低等特点同时避免了大量的现场作业 减少了环境污 土木工程与管理学报 年染 随着经济快速发展、能源资源消耗以及污染问题加重国内对于发展绿色建筑的需求不断加大装配式建筑也得到快速的推广和发展 但由于装配式建筑预制构件采用现场吊装、拼装的方式导致在施工过程中可能存在许多风险问题由于装配式建筑构件是在工厂进行加工要求生产厂家对于构件尺寸以及预留连接孔洞等工艺精准地把控但目前缺乏预制构件的标准化体系生产过程中如厂家没有可靠的工艺做支撑就会对后续安装工作造成严重影响并埋下安全隐患此外因构件在现场进行吊装连接要求施工人员具有较高的专业技术水平并按照相关文件规范操作同时还需保证施工设备具有良好的工作性能然而目前许多施工企业没有规范现场管理没有及时对设备进行保养维护从而导致安全事故及重大经济损失的发生 装配式建筑在我国起步较晚目前缺乏一整套统一的技术标准因此装配式建筑在施工过程中可能出现的风险问题是值得被关注的对于装配式建筑施工过程中可能出现的风险问题国内学者做了大量研究 胡庆国等将组合赋权法与集对理论运用到风险评价中采用五元联系数对其发展趋势进行分析是静态评价与动态评价的有效结合 李文龙等构造了单指标未确知测度函数通过置信度识别对安全风险等级进行评估计算简便为风险的评价提供新的思路 段永辉等通过灰色关联度分析筛选评价指标构建结构方程模型()拟合问卷调查结果利用权重值进行结构模型解析分析各指标风险程度 申建红等构造模糊集与改进证据理论评价模型对投保工程施工风险进行评价有效反映专家评价意见解决了高冲突证据融合问题 吴亚辉等结合现场施工的情况从人、物、管理、技术、环境五个方面出发对装配式建筑中可能出现的风险问题进行分析和研究为防范施工风险问题提供了理论基础 李政道等建立层次分析法 模糊评价法分析模型从生产、运输和建造三个阶段对装配式建筑施工质量问题进行风险识别为分析施工质量风险提供可行性方法 上述学者均以不同的角度和方法对装配式建筑施工过程中的风险进行了研究但由于获取的信息具有不确定性使得对于装配式建筑施工安全风险的分析还有很多不足 鉴于此本文利用模糊集合理论根据专家评语生成 函数对专家的评语进行有效表达并利用改进证据理论进行专家评价证据的融合改进的证据理论没有改变原有证据理论合成规则而是通过修正证据源的方式解决了原有证据合成规则无法进行冲突证据的融合问题有效处理由信息随机性以及模糊性引起的不确定性问题能较快地反映评价结果并提高了专家评价的精确性 装配式建筑施工安全风险评价指标体系的建立 由于装配式建筑建造方式的特殊性引起施工风险的因素也是多方面的本文通过阅读大量相关文献梳理出部分风险指标并结合现场调查情况以及专家意见依据国家相关规范/施工企业安全生产评价标准、/装配式建筑评价标准等充实和完善指标以科学、完备性的原则从人、物、技术、管理、环境 个方面建立装配式建筑施工安全风险评价体系见图 并以此评价体系为基础收集专家评语 为后续指标权重以及风险评价的计?t12t11t13t14t21t22t23t24t25t31t32t33t34t41t42t43t44t51t52t53?t1?t2?t3?t4?t5?图 装配式建筑施工安全风险评价体系 第 期焦 红等:基于改进证据理论的装配式建筑施工安全风险评估算做依据 基于结构熵权法指标权重的确定目前确定指标权重的方法主要有两种分别是主观赋权法和客观赋权法两种方法各有优缺点 主观赋权法能更大程度地反映决策者的意图但专家主观意识较强客观赋权法虽克服主观经验带来的影响但是实际结果可能与现实不符基于此程启月提出了将客观赋权法与主观赋权法相结合的结构熵权法并针对不足进行了改进结构熵权法将德尔菲法和模糊分析法与熵值法结合是一种定性分析与定量分析相结合的指标权重确定方法使得权值计算更加合理 具体步骤如下:采集专家意见形成主观典型排序表 假设有 个评价指标则专家评价指标集可以表示为()则对应第 个专家对于指标集的排序数组可表示为()将专家排序结果进行汇总可以形成 位专家对于各个指标的典型排序表:对专家意见典型排序表进行盲度分析计算整体认识度 由于专家意见受个人知识与经验影响主观性较强为减少意见的不确定性用熵值法进行修正具体方法如下:对 中典型排序表通过隶属函数进行定量转化()()式中:为专家对于某项指标的排序数值 为排序数组内实际最大排序数将专家对于指标的排序数 依次代入式()可得到排序数 的隶属度数据表()数组()视作 位专家对于指标 的话语权视每位专家对于同一指标 的话语权相同则 位专家对于指标 的平均认识度记为 其中:()/()定义专家对于指标 认识的不确定度也称认识盲度记为:()()定义 位专家对于指标 的整体认识度记作:()()():归一化处理求得指标的权重:()专家模糊评语转化 函数模糊集合的概念是 首次提出的改善了经典集合中元素与集合之间“非此即彼”的所属情况对于模糊概念进行有效表达他将论域 中的任意元素 通过隶属度函数 映射到上即:()()表示元素 隶属于模糊集 的程度()的值越趋近于 则元素 对于模糊集 的隶属度越高用简单准确的数学模型来描述不确定信息本文引入模糊集理论将专家的模糊评语带入隶属度函数进行定量分析()建立模糊评语集为使专家对指标进行有效的表达建立指标模糊评语集用()表示 表示 个类来定义模糊评语模糊评语定义见表 表 模糊评语定义特别低.很低.较低.一般.较高.很高.特别高.()建立风险评价等级表风险评价等级用来表征风险程度的大小用()表示安全风险等级定义见表 表 风险评价等级定义非常小.较小.一般.较大.非常大.()模糊语义转化 函数使专家评语 定量转化的隶属度函数为:()()()()土木工程与管理学报 年式中:为 运算为 运算为 对于专家 评语的隶属度为 对于评语等级的隶属度进行归一化处理为:()()()()式中:()为专家对于指标 的评价所生成的 函数 基于改进证据理论的风险评价.证据理论证据理论是由 提出后经 不断完善它是对概率论的进一步推广它将概率论中基本事件的集合推广至包含所有子集集合的幂集空间表示为 对于某个事件发生的所有可能性称为一个集合的识别框架 ()表示识别框架 下的一个子集可以是单子集也可以是多子集()表示子集事件的基本概率分配函数也称 函数假设识别框架下的两条证据 分别对应基本概率分配函数为 焦元分别为 则两条证据下的 证据合成规则为:()()()()式中:()()为冲突系数表示两个证据之间的冲突程度以此类推 证据理论也可以进行多证据的融合但是对于高度冲突的证据融合往往出现与现实相悖的结果严重影响判断.概率距离为了更好减少基本概率分配()带来的不确定性进行信度决策将 进行 概率转换其基本原理是不改变单子集的信度将多子集的信度平均分配给单子集假设识别框架 下的一条:()则证据的一个单子集元素 的 概率转换函数为:()()()()式中:表示 的基数在概率转换的基础上提出了 概率距离的概念来表征证据间的冲突程度假设 识 别 框 架 下 的 两 条 证 据:()、()由识别框架中元素所生成的概率转换函数()和()则()、()的 概率距离为:()()()式中:()()为两个证据子集的博弈概率差异取证据中子集的最大博弈概率差异作为()、()的 概率距离.改进证据理论证据融合在不改变 合成规则的前提下提出了利用权值重新分配证据源进行加权平均的合成方法但 没有考虑证据间的关联性只是对证据进行简单平均因此提出了基于 概率距离和冲突系数 二元组的改进证据合成理论新的合成规则可有效地进行高冲突证据融合提高了评价的可靠性 具体步骤如下:()计算证据间的冲突系数 构造证据间冲突系数矩阵:()()根据式()()计算证据间的 概率距离 构造 概率距离矩阵:()()将上述步骤计算的冲突系数 以及 概率距离一一对应形成若干个表示证据冲突的二元组()则表示冲突的二元组关联矩阵 为:()()将冲突系数 以及 概率距离组成的二元组作为第一象限中的点映射到直角坐标系中把点到二四象限角平分线的距离定义为证 第 期焦 红等:基于改进证据理论的装配式建筑施工安全风险评估据间冲突距离 冲突系数 以及 概率距离组成的点到二四象限角平分线的最大距离为将冲突距离 进行归一化处理为:/()由此可得冲突距离矩阵 ()()证据间的冲突程度可以用相似度来衡量当两个证据相似度越高则冲突越小证据之间的相似度为:()由此可得证据间相似矩阵 ()()支持度是其他证据对一个证据 的信任程度证据 的支持度为:()()()当证据的支持度越高则证据的可信度越高将证据的支持度进行归一化处理得到证据的可信度为:()()()()()将可信度()作为证据 权重对证据进行加权平均对加权平均后的新证据用 合成规则合成 次.风险评价根据评价指标权重对评价体系中所有指标的 函数进行合成()()()式中:为指标 下所包含二级指标的个数为一级指标 下的二级指标 的权重()为由专家意见转化的各二级指标的 函数值利用权重对各指标 函数进行加权根据最大隶属度的原则实现装配式建筑施工风险评价 案例分析本文选用日照市某装配式建筑项目进行实证分析该项目总建筑面积.包括 个单体建筑和 个地下三层结构组成其中 楼、楼为装配式住宅楼、楼主楼采用预制桁架钢筋混凝土叠合板、预制楼梯预制构件经塔吊吊装就位后现场浇筑混凝土形成整体结构形式预制楼板吊装安装范围为第 层底板至顶层底板预制楼梯为第 层至顶层 以该项目中处于主体施工阶段的 装配式住宅楼为例地上 层地下 层为装配式剪力墙结构预制装配率为 对该装配式建筑项目施工风险进行评价以验证评价方法的有效性.指标权重的确定现以 个一级指标为例邀请 位专家对 个一级指标进行重要性排序见表 根据专家的排序结果利用结构熵权法计算一级指标的权重为(.)同理可求出一级指标下各二级指标的权值(.)(.)(.)(.)(.)表 一级指标专家排序结果专家一级指标.基于改进证据理论的风险综合评价为对该项目进行风险评价邀请了参与本项目 位资深且经验丰富的专家对各二级指标进行评价给出相应的评价风险等级结果详见表 将上述专家模糊评语依次代入式()()通过隶属度函数将专家评语转化成 函数以其中一个指标 为例得到指标 的 函数见表 同理可求出其他指标的 函数利用.节提出的改进证据理论对指标 的 函数进行合成同理可合成其他指标的 函数汇总结果详见表 根据式()以及一级和二级指标权重结合表 数据进行 函数的合成判断风险等级合成结果见表.风险评价结果分析根据表 中一级指标 函数合成结果管 土木工程与管理学报 年表 二级指标专家评价等级表专家二级指标表 指标 的 函数专家评价等级.表 指标 函数融合结果指标风险等级非常小较小一般较大非常大.表 函数合成指标风险等级非常小较小一般较大非常大.合成.理因素为较高风险装配式建筑在我国起步较晚且装配式建筑与传统建造方式在施工方面存在较大差异在施工管理工作上还存在许多不足 应加强对装配式建筑施工过程中的管理工作制定完善的安全管理制度对人员定期培训并进行定期安全检查减少因管理不足而造成人员等各方面的安全风险问题根据最终 函数合成风险等级排序为:较小一般较大非常小非常大可知该装配式建筑风险等级为较小且与实际工程情况相符.数据合成方法及评价模型对比分析以指标 为例将本文数据融合方法与传统算法以及文献方法进行比较见表 本文方法克服了传统算法中 信任悖论且数据收敛速度较快能较好地反映合成结果 对比本文与文献评价模型计算结果见表 最终评价结果一致证实本文评价模型的可行性表 数据合成方法结果对比方法风险等级非常小较小一般较大非常大传统.文献.本文.表 不同评价模型结果对比评价模型评价结果实际情况文献较小较小本文方法较小较小.评价方法适用性及应用条件分析以指标 为例利用.节中改进证据理论对不同专家数量评价结果合成见表 分析专家数量对于合成结果的影响性当两位专家进行评价时因专家意见可能存在分歧不能很好地反映实际结果当 位及 位以上专家进行评价时结果趋于稳定且随着专家数量的增加以及专家意见的一致性评价结果越显著同时因专家对于各指标分别进行评价利用改进证据理论独立合成各指标结果指标数量对评价结果影响较小 第 期焦 红等:基于改进证据理论的装配式建筑施工安全风险评估表 不同专家数量数据合成结果对比序号专家数量评价等级风险等级非常小较小一般较大非常大.结 论为促进建筑工业化发展响应建筑节能环保的目标目前各地方大力推进装配式建筑的发展为降低装配式建筑施工过程中的风险提出了结构熵权 模糊集 改进证据理论评价方法对装配式建筑进行施工风险评价分析 得到以下结论:()根据装配式建筑施工特点从人、物、技术、管理、环境五个方面建立了完善的风险评价体系引入主客观赋权相结合的结构熵权法合理确定指标权重()利用模糊集理论将专家评价代入隶属度函数得到各指标的基本概率分配函数将专家评语进行定量分析利用冲突系数 和 概率距离相结合的改进证据理论将 函数进行融合改进的证据理论解决了冲突证据源的融合问题正确反映专家评价信息有效判断装配式建筑施工风险程度()将结构熵权 模糊集 改进证据理论评价方法应用于日照市某装配式建筑得出工程项目的风险等级并将其他证据合成方法及评价模型与本文作对比 通过分析结果证实评价方法的合理性与可行性并对评价方法的适用性进行分析为风险规避问题提供合理的参考参考文献 鹿亚珍.浅析装配式建筑施工技术及应用.价值工程 ():.陈东勇.预制装配式建筑结构施工技术现状与问题研究.陶瓷():.弓秀梅.装配式施工技术在现代建筑工程中应用.砖瓦世界():.胡庆国 蔡孟龙 何忠明.基于组合赋权法与集对分析的装配式建筑施工安全风险评价.长沙理工大学学报(自然科学版)():.李文龙 李慧民 孟海 等.基于熵权 未确知测度理论的装配式建筑施工安全风险评估.西安建筑科技大学学报(自然科学版)():.段永辉 周诗雨 郭一斌 等.基于 的装配式建筑施工安全风险及策略.土木工程与管理学报 ():.申建红 万索妮 隗健 等.基于模糊集与改进证据理论的建筑工程安责险费率厘定.土木工程与管理学报 ():.吴亚辉 王玉龙 卢军刚 等.装配式建筑施工安全风险研究.绿色建筑 ():.李政道 甄宇 李骁 等.基于 的装配式建筑施工质量风险分析及管理.工程管理学报 ():.程启月.评测指标权重确定的结构熵权法.系统工程理论与实践 ():.肖枝洪 王一超.关于“评测指标权重确定的结构熵权法”的注记.运筹与管理 ():.():.():.():.():.杨风暴 王肖霞.证据理论的冲突证据合成方法.北京:国防工业出版社:.吴 英.基于遗传算法的冲突证据融合研究.上海:上海交通大学.李民政 蓝剑平.改进的基于 概率距离的证据组合方法.桂林电子科技大学学报():.