基于模糊综合评判的高耸建筑物爆破拆除方案评价

傅光明,任才清,李是良

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

基于模糊综合评判的高耸建筑物爆破拆除方案评价

傅光明,任才清,李是良

(国防科技大学指挥军官基础教育学院, 湖南长沙 410072)

高耸建筑物爆破拆除方案的设计,具有一定的主观性和经验性,爆破施工效果不确定性大。本文通过分析高耸建筑物爆破拆除方案设计评价的相关因素,利用模糊综合评判法,构建了爆破拆除方案评价的模糊综合评价模型,结合某 80 m砖砌烟囱爆破拆除方案进行了检验,实践证明模糊综合评判法对高耸建筑物爆破拆除方案的评价具有较高的可信度。

高耸建筑物;爆破方案;模糊理论;综合评价

随着我国城市化进程的深入发展,爆破技术在城市建设中得到广泛应用,利用爆破法拆除烟囱、水塔、碑体等高耸建筑物,成为城市拆除爆破的重要内容之一。各种爆破工程实践中,爆破方案的设计较大程度上依赖于设计者的主观经验。爆破方案设计的科学与否,不仅会影响爆破效果,甚至会产生重大的安全生产事故。对高耸建筑物爆破拆除方案进行评价,是避免安全事故、提高爆破施工效益的重要途径。

1 高耸建筑物爆破拆除方案评价影响因素分析

爆破法拆除高耸建筑物,是在其预定倾倒方向的一侧下部,通过爆破形成切口,造成高耸建筑物整体失稳,使建筑物在倾覆力矩的作用下沿预定方向倒塌的一种控制爆破技术。爆破切口的设计、炮孔装药、内衬处理等是高耸建筑物爆破拆除的主要影响因素。因此,高耸建筑物爆破拆除方案的评价影响因素应主要包括:定向设计方案、爆破参数、安全校核与防护、起爆器材与网络等。

1.1 定向设计方案

定向设计方案包括爆破切口设计、定向窗的开设、预处理,这三项是影响高耸建筑物爆破拆除的最重要因素。其中,爆破切口是炮孔装药起爆后在建筑物筒壁上迅速形成的特定形状的缺口,爆破切口的形状在建制物初始倾倒阶段起到辅助支撑、准确定向、控制前冲后坐的作用,通常有矩形、梯形、倒梯形、八字形、人形等。不同类型的高耸建筑物爆破必须根据各种形状爆破切口对施工、建筑物倒塌的影响合理选择;定向窗通过隔断爆破区与保留支撑,能够保证支撑区不因爆破而改变对称性,同时保证切口闭合及建筑倾倒的平稳性能,实现高耸建筑物按设定方向准确和顺利倒塌;预处理是在爆破之前采用人工或机械方法对内衬、承重体等底部结构预先拆除的一种处理方法,对高耸建筑物倒塌的准确性、单响最大起爆药量和简化爆破施工方案有十分重要的作用。

1.2 爆破参数

爆破参数是指实施爆破的炮孔布置、装药结构及爆破最小抵抗线、孔深、炮孔间隔、炮孔排距、单孔药量等,是评价爆破方案合理性的重要指标。爆破参数的设计应根据建筑物的建筑参数合理设计、精密计算,否则极易出现不能形成爆破切口、建筑物下坐、倾斜不倒、提前倒塌等严重后果。爆破参数的计算和择取目前没有统一的标准,主要依据爆破方案设计人员的主观经验,随意性较大,在不同的爆破环境和爆破质量要求的情况下,设计者可在不影响爆破定向准确和工程要求的范围内选取。

1.3 安全校核与防护

爆破方案的设计中必须包括爆破安全校核,这是评价爆破方案的主要指标。爆破安全校核主要有爆破飞石飞散最远距离校核、爆破的地震震动速度校核、爆破冲击波大小、爆破次生污染、爆破切口形成后预留部分的支撑能力、定向窗形成后预留部分支撑能力的校核、触地冲击振动效应校核等等。通过安全校核利于控制爆破震动、空气冲击波、飞石、噪声和灰尘等,对部分存在安全隐患的事项可采取安全防护措施,爆破校核也较多地依靠经验公式。此外,在爆破施工过程中,通过理论公式计算的效果往往与实际情况有差距,国外大多数爆破工程的安全校核以经验为主。防护主要是指对装药炮孔的填塞和对爆破缺口加强覆盖防护,控制爆破飞石的措施,对二次飞石和地面的防护方法,对爆破振动的削减设施,对爆破粉尘的快速处置等,也包括在实施定向爆破工程中炸药雷管的运输保管,施工组织实施、安全警戒等。

1.4 起爆器材与网络

起爆器材与网络是确保定向爆破中装药安全、顺利起爆的关键,尤其在需要实现一次点火、分区逐段微差起爆、多向折叠爆破等方案中起爆器材与网络的设计更为重要。在一些特殊环境下,对起爆器材和网络还有特殊的要求,如在有电磁干扰的爆破环境中严禁采用电雷管起爆法。爆破方案设计过程中通常要根据工程综合特点,选取合适的爆破器材和设计起爆网络,以提高起爆器材和起爆网络的可靠程度和安全性。

2 模糊综合评判法

模糊综合评判法是利用模糊数学理论,对受多层因素影响的系统进行综合决策和评估,从设定评语集中选择出相对精确的评价的数学方法。高耸建筑爆破拆除方案的模糊综合评判,可以分为 4步进行。

由全部 U中评判对象的单因素对应评语集 V中的评语等级,可以构成 1个总的评价矩阵 R,即:

(3)确定各评价因素的权重。由于高耸建筑物拆除爆破方案的主观性、模糊性、不确定性,不同条件下各评价因素对爆破效果的影响也具有差异,各因素在爆破拆除方案的综合评价中具有不同等的地位并占有相应的影响系数,即各因素权重存在差异。但同一事物的各因素构成的权重向量满足归一性,即

评价因素的权重确定有多种方法,可通过制定各级评价因素项目权重系数评定表交由专家若干人,让他们在彼此隔离的情况下,将自己认定的权重系数填入表内,然后收集各专家所填的权重总加平均,得到各级因素权重的专家评判法;也可通过典型实例结果逆推各级因素权重的近似求法,还可以通过问卷调查法等。

(4)综合评价。确立评价模糊矩阵 R和各级评价因素权重向量 A后,模糊综合评判结果由下式得出:

3 高耸建筑物定向爆破方案的模糊综合评价应用

3.1 建立爆破方案评价目标体系

根据高耸建筑物爆破拆除方案的主要构成要素,可以把其评价目标体系分为四项十二目,见表1。

表1 高耸建筑物定向爆破方案评价目标体系

3.2 爆破方案评价和单因素隶属度

爆破拆除方案评价的模糊性决定了只能对爆破方案进行范围界定,无法绝对评价,根据评价主要项目,可以将各级项目的评价按照“最佳方案、较好方案、合适方案、一般方案、不合格”评价,评语集为 V={最佳方案,较好方案,合适方案,一般方案,不合格}。

假设共有 n个人对某高耸建筑物爆破拆除方案进行评价,认为 i项目为最佳、较好、合适、一般、不合格的人数分别为 n1,n2,n3,...,ni,可得出该项目的单因素隶属度为,同理可得其他评价项目的隶属度,共同组成一级评价矩阵。

3.3 应用算例

本文根据上述指标体系,通过 8人专家评审小组得到的某 80 m高砖砌烟囱定向爆破方案评价结果,见表2。

表2 专家评价结果

通过计算,得出:

且有:

由此可得到该评价组对高耸 80 m砖砌烟囱定向爆破设计方案模糊综合评价结果:

B=A·R=(0.058,0.609,0.237,0.018,0)

根据最大隶属原则,定向爆破方案属“较合适方案”。根据此爆破方案实施的定向爆破,在倒塌方向、安全方面都达到了预定结果,良好的爆破效果与对方案的评价相符。

4 结语

模糊综合评判方法在高耸建筑物爆破拆除方案的评价过程中,克服了爆破方案设计本身存在的主观性和模糊性,对较多建立在经验公式和数据之上的设计方案进行了量化评价。另外,本文在模糊综合评价的指标项目建立选取了主要因素,在爆破拆除高耸建筑物的实践中,任何细小环节的忽略都会给爆破结果带来破坏性的影响,在评价爆破方案时必须给予考虑。

[1] 陈 超.预裂爆破效果的模糊综合评价研究[J].金属矿山,2004,11.

[2] 郭学彬,张继春.论烟囱定向拆除爆破的安全技术[J].爆破,2006,(3).

2011-07-06)

傅光明(1964-),男,教授,长期从事军事爆破、反恐防爆、爆破拆除等方面的教学与科研工作。