基于模糊综合评价法的基坑工程风险识别与评估

基于模糊综合评价法的基坑工程风险识别与评估

刘宁宁

南通清华建设工程有限公司，江苏  南通，226001

摘  要：建立基于模糊综合评价法与层次分析法的基坑工程风险识别与评估体系。依托某基坑开挖工程，对基坑施工过程中的风险进行有效识别，共识别出一级因素4个，二级因素16个，确定各级评价指标权重，并进行一致性检验，得出最终风险评估值，基坑处于较稳定状态的结论。

关键词：模糊综合评价法；层次分析法；风险识别；风险评估

0引言

风险管理是指通过对项目的风险进行全面的识别、评估、管理和控制的过程。在当前经济社会快速发展阶段，城市中深基坑工程数量越来越多，基坑开挖过程中的安全事故频发，给项目建设带来较大的不利因素。因此，有必要对基坑开挖过程中涉及到的风险进行有效识别，提高基坑施工安全水平，降低深基坑工程的安全隐患，以确保工程的顺利完成。本文引入模糊综合评价理论及层次分析法确定各级评价指标权重，对基坑工程开挖施工进行风险识别与评估，为基坑工程的动态风险评估提供理论依据。

1 模糊综合评价法

    模糊综合判别法起源于19世纪70年代的美国，由自动控制论专家 L.A.Zadeh教授提出，广泛应用于农林业、采矿业及管理科学等领域，其以模糊变换理论为基础，是一种基于定性与定量相结合、精确与非精确相统一的综合判别模型，主要用于对事物的不确定性进行表达。

1.1模糊综合评价模型建立方法

综合判别模型的建立主要涉及4个主要内容：因素集合、评价集合、权重集合以及评价矩阵。

（1）建立因素集合

因素集合即影响结果质量的参数因子，直接参与评判，属于有限论域，因素集合U为：

U=[u1,u2,…un]                           （1）

式中，u1,u2,…un为影响结果质量的参数因子。

（2）建立评价集合

根据结果质量划分的评价等级G，一般可分为优、良、中、差，属于有限论域，也可以采用矩阵的模式，即：

                    （2）

（3）建立权重集合

权重集合也就是各个参数因子对结果质量影响程度的大小，可通过专家打分或统计数据的方式，采用层次分析法计算确定，各参数因子所对应的权重也可采用矩阵的形式表示出来，权重集合R表述为：

R=[R1,R2,…Rn]                          （3）

式中，R1,R2,…Rn为各参数因子的权重值，采用层次分析法计算得出。

（4）建立判断矩阵

判断矩阵包括了单因素评判矩阵S及综合评价矩阵C。选择合适的隶属函数，一般采用梯形分布和升半梯形分布函数作为隶属函数，确定各指标间的隶属关系和单因素评判矩阵S。由权重集合R以及单因素评判矩阵可计算得出综合评价矩阵C，即：

C=R▪S                               （4）

1.2基于层次分析法的权重确定

层次分析法于20世纪70年代美国运筹学家T.L.Saaty教授提出，是一种通过各因素间的相互隶属关系建立层次模型，并通过各因素间重要性比较确定重要性的权值，作为评价和判断的依据。层次分析法一般分为以下4个步骤：层次模型、判断矩阵、权重矩阵以及一致性检验。

（1）建立层次模型

根据目标问题的特点，将其分层细化，形成递阶有序的层次模型，一般可以分为三级结构模型。一旦层次模型确定，上下层间的隶属关系就确定。

（2）建立判断矩阵

在层次模型的基础上，在同一层次上的不同元素对上一层次指标的重要性进行两两比较。根据元素的数量采用采用“1-3”、“1-5”或“1-9”标度法。以“1-5”为例，其含义如表1所示。

表1   “1-5”标度法含义

（3）建立权重矩阵

为确定各因素的权重值，首先需要求解判断矩阵的特征根并寻找最大特征根λmax及其对应的特征向量矩阵W，特征向量矩阵即为各因素的权重值，即：

W=[W1,W2,…Wn]                           （5）

（4）一致性检验

由于在定性判断方面被调查者可能产生判断的不一致性，因此需要对判断矩阵进行一致性检验，于是引入平均随机一致性指标对判断结果进行检验。一致性指标及一致性比率按下式计算：

CI =（λmax- n）/（n - 1)                        （6）

CR = CI / RI                             （7）

    式中，CI为一致性指标，RI为随机一致性指标，根据判断矩阵阶数确定，n=3时取0.58，n= 4时取0.90，CR为一致性比率，当CR小于0.1时，说明判断矩阵一致性满足要求，否则需对判断进行进行调整直至一致性比率

CR小于0.1为止。

2工程案例

2.1工程概况

某住宅小区位于江苏省南通市崇川区唐闸街道内，总建筑面积251200.36m2，其中地下建筑面积13520.56m2。本项目由18栋高层住宅及部分沿街商业组成，高层住宅层高11~18层，框架剪力墙结构，本工程基坑工程平均开挖深度5.26m，局部较深处开挖深度为6.50m，基坑周边环境较为复杂。基坑南侧为市政道路，坑边距非机动车道距离为15.25m；基坑北侧为河道，河道采用浆砌块石护砌，局部位置已出现勾缝脱落、压顶破损、墙后“空洞”现象，坑边距护岸为7.65m；基坑西侧为市政道路，坑边距非机动车道距离为10.50m；基坑东侧为未拆迁民房，民房密度较大，坑边距民房的距离为6.22~10.69m，民房基础为天然地基。场地周边市政道路下均有污水管道及电力、燃气管道分布。基坑支护形式采用放坡开挖+局部拉森钢板桩支护的形式。综合而言，本工程基坑周边环境较复杂，属于二级基坑，基坑开挖施工存在一定的风险。

2.2基坑工程风险识别

结合基坑现场开挖条件及周边环境资料，针对本工程基坑工程，建立如表1所示的基坑开挖工程风险指标体系。由表1可知，本工程基坑开挖风险主要受到工程环境、技术条件、施工管理及监测管理4个指标的影响，此为一级指标，每个一级指标后存在与其呈隶属关系的二级指标，本工程共识别出16个二级指标。

表2   基坑开挖工程风险指标体系

2.3评价集合及权重确定

在基坑开往前，通过邀请专家及基坑开挖参建方等责任主体，采取现场参观、资料查阅及询问参建单位等方式，采用专家打分及数据的统计分析的方法对各个二级指标进行评分，以100分计算，各二级指标的评分结果均值为：81.63、77.25、79.25、84.45、91.85、75.97、82.35、64.47、81.61、72.54、95.09、71.28、85.11、76.25、65.25、71.58。将基坑开挖风险划分为四个等级，即：

G=[基坑稳定、较稳定、预警、不稳定]=[100~80、80~60、60~40、40~0]     （8）

采用层次分析法分别构建判断矩阵A-B、B1~C、B2~D、B3~E、B4~F，并计算各指标权重，进行一致性检验，计算结果如表3、表4所示。

表3   A-B判断矩阵权重计算及一致性检验结果

表4   B1~C、B2~D、B3~E、B4~F判断矩阵权重计算及一致性检验结果

2.3基坑工程风险评估

根据表3~4的计算结果可知，各判断矩阵的一致性比率均小于0.1，判断矩阵一致性满足要求，计算结果可用于基坑工程风险的评估工作。根据式（4）及表3~4各因素权重的计算结果，可以计算得到基坑开挖工程的综合评价矩阵C，即：

C=81.63×0.051+77.25×0.027+79.25×0.033+84.45×0.014+91.85×0.077+75.97×0.017+82.35×0.035+64.47×0.036+81.61×0.086+72.54×0.151+95.09×0.048+71.28×0.164+85.11×0.103+76.25×0.073+65.25×0.043+71.58×0.043=77.76                （9）

根据基坑开挖风险等级划分标准，公式（8），本工程基坑开挖风险处于较稳定状态，风险可控。从层次分析法的计算结果来看，基坑开挖工程的现场管理、开挖前的施工准备工作以及开挖过程的基坑监测工作对基坑开挖风险影响较大。

3结论

引入模糊综合评价理论及层次分析法对某深基坑施工风险进行评估，结合工程实践、专家经验等方式构建评估指标体系，确定各级评价指标权重，并求得最终风险评估值，得出该基坑处于较稳定状态的结论。本文研究方法可为深基坑施工动态风险评估提供了理论依据。

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