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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)梁橋為
工程實例，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 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。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。
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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