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基于模糊層次綜合評價法的掛籃施工安全評價

文檔作者：劉維華王景春王寧文檔來源：石家莊鐵道大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月23日
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2012年第1O期
鐵道建筑
Railway Engineering 19
文章編號：1003-1995(2012)10—0019-03
基于模糊層次綜合評價法的掛籃施工安全評價
劉維華，王景春，王 寧
(石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北石家莊050043)
摘要：大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋的掛籃施工是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，工程風(fēng)險較大，在施工過程中必須對掛
籃施工體系進(jìn)行動態(tài)、科學(xué)的評價，以降低事故發(fā)生率。根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土橋采用掛籃施工的特點(diǎn)，針
對影響掛籃施工安全的諸多因素，建立了掛籃施工體系的安全評價模型。闡述了用模糊層次綜合評價
法(FAHP)對掛籃施工系統(tǒng)進(jìn)行安全評價的主要步驟，并以鄭西客運(yùn)專線某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)?
工程實(shí)例，對掛籃施工系統(tǒng)進(jìn)行了安全評價。結(jié)果表明，運(yùn)用模糊層次綜合評價法對施工系統(tǒng)的安全分
析結(jié)果與現(xiàn)場的施工安全狀況比較吻合。
關(guān)鍵詞：安全評價模糊層次綜合評價法 掛籃施工
中圖分類號：U445．466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2012．10．06
1 掛籃施工安全評價體系
掛籃施工技術(shù)因其施工簡便、快捷，結(jié)構(gòu)整體性好
等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代后在我國公路、鐵路橋梁建
設(shè)中有廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已成為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、
斜拉橋的主要施工方法。同時，掛籃施工為高空作業(yè)，
具有作業(yè)面小、施工工序多、工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，施工安
全性受很多因素影響，工程風(fēng)險較大。近幾年連續(xù)出
現(xiàn)了多次掛籃施工事故，如番禺珠江黃埔大橋在掛籃
移動中結(jié)構(gòu)傾覆，重慶魚嘴長江大橋掛籃墜落等。確
保掛籃施工安全，預(yù)防特大事故發(fā)生，保障施工人員的
人身安全是懸臂施工乃至橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域的一個重
要課題。利用掛籃進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜
的系統(tǒng)工程，如何合理地評價系統(tǒng)施工的安全性，有效
地預(yù)防事故的發(fā)生，需要施工技術(shù)人員認(rèn)真思考和
研究。
模糊層次綜合評價法是一種新型的評價方法，融
合了模糊數(shù)學(xué)和層次分析法，最適用于多指標(biāo)問題的
評價，這種方法近幾年被越來越多的工程師所采用。
使用較多的是方案比選、項(xiàng)目評價與推優(yōu)等，而對于預(yù)
應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的掛籃施工安全評價卻鮮有提
及。本文將采用模糊層次綜合評價法對掛籃施工體系
進(jìn)行安全評價。
結(jié)合掛籃施工工序分析影響掛籃施工安全的主要
收稿日期：2012．03．19；修回日期：2012．07．10
基金項(xiàng)目：河北省科技廳安全生產(chǎn)監(jiān)管及其可持續(xù)發(fā)展研究計劃項(xiàng)目
(201102022)
作者簡介：劉維華(1971一)，男，黑龍江富錦人，講師，碩士。
因素，參考相關(guān)施工規(guī)范，在對橋梁懸臂施工安全現(xiàn)狀
調(diào)查、分析、研究的基礎(chǔ)上，同時總結(jié)借鑒現(xiàn)有資料和
前人研究成果，本著科學(xué)、客觀、實(shí)用以及可操作性的
原則，構(gòu)建掛籃施工安全評價指標(biāo)體系。
該評價指標(biāo)體系的目標(biāo)層是掛籃施工安全綜合評
價，主準(zhǔn)則層包括施工安全管理、作業(yè)環(huán)境、掛籃系統(tǒng)
狀況、鋼筋與混凝土工程、防護(hù)、施工用電、施工設(shè)施設(shè)
備等7方面的內(nèi)容，次準(zhǔn)則層是將各主準(zhǔn)則層細(xì)化為
可量化的33個具體評價指標(biāo)。
2 掛籃施工的模糊層次綜合評價法
所設(shè)計的掛籃施工安全評價指標(biāo)體系是一個二級
三層結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系，這些評價指標(biāo)大多帶有模糊性。
根據(jù)模糊綜合評價理論，把次準(zhǔn)則層對主準(zhǔn)則層的評
價看成第一級評價，把主準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的評價看成
第二級評價，從而構(gòu)成一個二級三層模糊綜合評價
模型。
2．1 確定因素集
掛籃施工安全評價的第一層(準(zhǔn)則層)因素集
U = { 。，u ，? ，u }，本模型中m =7；U 根據(jù)具體
指標(biāo)情況細(xì)分，得第二層因素集為Ui： { ? ，
U }， ：1，2? ，m， =1，2，? ，t變動。
2．2 確定評價集
參照掛籃施工的規(guī)范和經(jīng)驗(yàn) 結(jié)合專家意見，建立
掛籃施工系統(tǒng)的評價等級，V={ 。， ，? ， }。
2．3 利用層次分析法確定各因素的權(quán)重集
1)建立判斷矩陣。邀請相關(guān)專家、工程師，以矩
陣上層的某元素 作為準(zhǔn)則層，對下層元素 兩兩
20 鐵道建筑 October，2012
比較，根據(jù)1～9的標(biāo)度來確定判斷矩陣的元素值，建
立各層次因素的判斷矩陣。
2)計算判斷矩陣的最大特征根A? 及其對應(yīng)的特
征向量W = { ，W 一，W }，此特征向量w就是各評
價因素的重要度排序，也即權(quán)重集。
3)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。為保證應(yīng)用層次分析法得
到的結(jié)論合理，需要對德爾菲法(Delphi)構(gòu)造的判斷
矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。
計算一致性指標(biāo)c，
CI=(A? 一n)／(n一1) (1)
式中，n為判斷矩陣的階數(shù)；A? 為判斷矩陣的最大特
征值。
計算一致性比率CR
CR = CI／RI (2)
式中，R 為平均一致性指標(biāo)，其取值與判斷矩陣的階
數(shù)有關(guān)系，具體取值見表1。
表1 平均一致性指標(biāo)gl的數(shù)值
當(dāng)CR<0．1時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接
受的。當(dāng)CR>10．1時應(yīng)該對判斷矩陣做適當(dāng)修改。
2．4 建立單因素模糊評價矩陣
求得第1層次的評價結(jié)果
B =W 。R (3)
式中，w 為第1層次第i個子因素的權(quán)重分配集；。為
模糊算子；R 為第i個子因素的單因素模糊評價矩
陣，可由若干專家或小組對各子因素狀況按評價集進(jìn)
行投票，得到評價矩陣R
R =
r11 ／12
r21 T22
： ：
● ●
rnl rn2
(4)
式中，r 為第 個子因素中作出第z種評價的專家人數(shù)
比例，『=1，2，? ，n，／7,為子因素的數(shù)量，z=1，2，? ，
k，k為評價集的級數(shù)。
2．5 匯總第1層次的評價結(jié)果B
得準(zhǔn)則層的評價矩陣 ，然后進(jìn)行第二級模糊層
次綜合評價，求得評價結(jié)果曰
B = W。。R (5)
式中，w。為準(zhǔn)則層的權(quán)重分配集；R為準(zhǔn)則層的模糊
評價矩陣。
2．6 計算系統(tǒng)總得分
根據(jù)給出的評價尺度，則可以獲得系統(tǒng)評價總得
分F
F=B ·V (6)
式中，F(xiàn)為系統(tǒng)總得分；B為系統(tǒng)評價結(jié)果向量；V為
評價尺度集。
3 掛籃施工安全評價實(shí)例
3．1 工程概況
鄭西鐵路客運(yùn)專線某特大橋位于關(guān)中盆地中部，
跨越灃河、渭河。該橋設(shè)計速度為350 km／h，全橋連
續(xù)梁段長1 320 m，共4聯(lián)，其中(75+120+75)1'11連續(xù)
梁2聯(lián)，(75+2×120+75)m連續(xù)梁2聯(lián)，全部位于曲
線上，曲線半徑為3 500 m，4聯(lián)連續(xù)梁橋均采用懸臂
澆筑施工。由于跨越河流，且橋梁位于曲線上，施工工
藝比較復(fù)雜，難度較大，施工過程存在安全隱患?，F(xiàn)對
該橋掛籃施工進(jìn)行安全評價。
3．2 評價集
邀請各方面專家對該橋掛籃施工進(jìn)行安全等級評
定，得到評價集 ，V：{I級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級，V級}
= {優(yōu)，良，中，差，很差}。具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。
表2 掛籃施工安全技術(shù)等級狀況評價標(biāo)準(zhǔn)
3．3 確定權(quán)重
依據(jù)德菲爾法，本工程邀請多位專家根據(jù)評價體
系建立判斷矩陣，并通過加權(quán)平均的辦法獲得判斷矩
陣，然后利用Matlab計算判斷矩陣的最大特征根A?
及其特征向量w 。本工程一共構(gòu)建了8個判斷矩陣，
其中總目標(biāo)層1個，準(zhǔn)則層7個。表3列出的為準(zhǔn)則
層“掛籃系統(tǒng)狀況U，”的判斷矩陣A 。
最大特征值對應(yīng)的特征向量經(jīng)歸一化處理后得到
的各子因素的權(quán)重集w 為
W3= {0．155 3，0．671 4，0．248 4，0．619 9，0．281 1}
其余各子準(zhǔn)則層的權(quán)重集分別為
W1={0．074 8，0．147 2，0．138 2，0．218 8，0．276 5，
0．144 5}，A? =6．244 6，CR=0．039 5；
；
2012年第1O期 基于模糊層次綜合評價法的掛籃施工安全評價 21
W2= {0．140 5，0．244 7，0．185 4，0．322 8，
0．106 5}，A 。 =5．194 7，CR=0．043 5；
： {0．292 3，0．122 7，0．136 8，0．172 3，0．080 3，
0．195 1}，A =6．116 8，CR=0．019 0；
W ={0．142 8，0．571 5，0．285 7}，A? =3．0，
CR =0；
W6={0．195 8，0．493 4，0．310 8}，A? =3．050 6，
CR =0．043 6；
W，={0．443，0．119，0．236，0．07，0．132}，A? =
5．199，CR =0．044 4。
主準(zhǔn)則層的權(quán)重集為
Wo={0．264，0．053 6，0．248 2，0．107 5，0．075 4，
0．107 5，0．143 8}，A? =7．065 6，CR=0．008 3。
3．4 建立各單因素評價矩陣R
由邀請的10位專家結(jié)合工程施工情況和規(guī)范要
求，對各因素作出評價，確定出各單因素的評價矩陣。
式(7)為“掛籃施工狀況”的評價矩陣，其余各評價矩
陣略。
R3 =
0．3 0．5 0．2 0 0
0．2 0．4 0．3 0．1 0
0．3 0．4 O．3 0 0
0．1 O．5 0．3 0．1 0
0．2 0．3 0．4 0．1 0
(7)
3．5 第一級模糊評價及第二級評價矩陣足
進(jìn)行第一級模糊變換B =W 。R ，得到各單因素
的模糊層次評價結(jié)果 。如“掛籃施工系統(tǒng)狀況”因
素的評價結(jié)果為
B3 = 。R3 =
{0．155 3，0．671 4，0．248 4，0．619 9，0．281 1}。
{0．248 4，0．5，0．3，0．1，0}
其余各因素的評價過程略。將7個 i組合建立
二級評價矩陣R，得
=
0．20
0．244 7
0．248 4
0．2
0．2
0．2
0．132
0．276 5
0．3
0．5
0．292 3
0．4
0．493 4
0．4
0．276 5
0．322 8
0．3
0．292 3
0．4
0．310 8
0．443
0．147 2 O
0．1 0
0．1 0
0．195 1 0
0．1 0
0．1 0
0．1 0
(8)
3．6 第二級安全評價及總得分
根據(jù)公式(5)，(6)和求得的權(quán)重集，得系統(tǒng)(二
級)評價集為
B =w 。R = {0．248 2，0．264，0．264，0．147，0} (9)
歸一化后為
B = {0．268 8，0．285 9，0．285 9，0．159 4，0}
總得分為
F=B·V = {0．268 8，0．285 9，0．285 9，0．159 4，0}
{95，85，70，55，50} ’=78．76分。
總得分說明該掛籃施工安全狀態(tài)中等偏上。
4 結(jié)語
該橋主體結(jié)構(gòu)于2010年順利完成。
1)對橋梁施工進(jìn)行不定期的安全評價，是減少事
故發(fā)生率和降低事故損失的必要手段。
2)通過實(shí)例應(yīng)用，說明利用模糊層次綜合評價法
可以比較全面地對掛籃施工系統(tǒng)進(jìn)行安全評價，評價
過程很好地實(shí)現(xiàn)了主觀評價與客觀評價相統(tǒng)一，定性
評價與定量評價相結(jié)合。
3)用模糊層次綜合評價法對橋梁掛籃施工系統(tǒng)
安全狀況進(jìn)行評價具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]張吉軍．模糊層次分析法(FAHP)[J]．模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，
2000，14(2)：80·88．
[2]林柏泉，張景林．安全系統(tǒng)工程[M]．北京：中國勞動社會保
障出版社，2007：84-89．
[3]李永永，黃志義，王景春．小凈距公路隧道施工安全模糊層
次綜合評價方法研究及應(yīng)用[J]．鐵道建筑，2011(2)：60—63．
[4]羅陽青，邵旭東，胡柏學(xué)．橋梁健康評估模糊層次分析法的
應(yīng)用[J]．湖南交通科技，2008，34(4)：97—101．
(責(zé)任審編趙其文)

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