基于模糊综合评判的耗能减震技术社会效益分析★

曲 径 王海飙马 涛

(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040； 2.国网辽宁服务有限公司，辽宁 沈阳 110006)

·结构·抗震·

基于模糊综合评判的耗能减震技术社会效益分析★

曲 径1王海飙1*马 涛2

(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040； 2.国网辽宁服务有限公司，辽宁 沈阳 110006)

根据模糊综合评判的数学理论，为项目中使用的结构耗能减震技术的社会效益评价建立数学模型，并通过市场调查以及判断矩阵分析等方法采集和分析数据，同时探讨了加入结构耗能减震技术后项目的优越性，以供参考。

结构耗能减震技术，模糊综合评判，社会效益

1 耗能减震技术简介

结构耗能减震技术是近几年国内外新发展的一种减震技术。在传统抗震设计中往往要求建筑结构在大震时主体结构不发生倒塌，以保证生命安全。但并不能保证在中小地震中，房屋结构以及结构构件不发生破坏，从而导致严重的经济损失。往往传统抗震设计的结构设计都是采用依据结构自身构件的强度、刚度以及延展性来确保结构的抗震性能，这样做通常是以增加结构配筋和混凝土强度来加强结构的抗震性能。传统的抗震设计往往会大幅度的增加造价，这种设计是以构件的极限承载能力为依据进行抗震的，因此，在地震发生后，会有大量的修复以及重建工作，费时，费力，费钱。

结构耗能减震技术是在建筑结构的某些关键部位(如柱间、连梁等)设置耗能减震装置。通过增加结构的阻尼来控制主体结构在地震作用下的反应而达到结构减震的目的。但是目前为止结构耗能减震技术在我国实际工程应用中还比较少。

耗能减震技术主要是在建筑结构的特定部位加入被动减震装置，在地震发生时，通过阻尼器等耗能减震装置的破坏来消耗地震传给结构的能量，从而保证建筑结构构件不发生破坏，进而保证结构不发生倒塌的危险。耗能装置一般在中小地震中处于弹性工作状态，将地震给结构的能量转化为弹性势能，通过其自身的刚度来保证结构不发生破坏。当地震震级比较大的时候，结构耗能减震装置在结构中优先于其他的结构部件进入塑性耗能状态，从而消耗一部分地震输入结构的能量，进而保证了结构的安全性。

但是这种新技术并没有被广泛的应用，我认为主要的原因在于，其经济性没有被人们广泛的认识到，本文将以四川以及唐山两个抗震安全社区项目为例，对结构耗能减震技术的社会效益进行综合性的分析和评价，社会效益是经济性评价的一个重要部分，因此对结构耗能减震技术进行社会效益评价是很有必要的，能够有助于结构耗能减震技术的发展和应用[1，3-5]。

2 模糊综合评判方法概述

2.1 模糊数学及模糊综合评价方法介绍

模糊综合评判方法是模糊数学方法的一种应用方式，模糊数学方法是1965年，美国控制论专家查德(L.A.zadeh)为了解决元素与集合之间的模糊关系而开创的模糊新领域[2]。它可以将一些不确定的因素用定量的方法表示出来，再使用模糊数学运算对数据进行模糊运算，得到相应的判断矩阵，从而得到判断对象的判断等级和隶属于各个等级的具体情况等信息。

2.2 隶属度

2.2.1 隶属度与隶属度函数

隶属度以及隶属度函数是模糊数学的两个基本概念。

若对论域U中任何一个元素x都有一个数A(x)∈(0，1)与之对应，则称A为U上的模糊集，A(x)称为x对A的隶属度。当x在U中变动时A(x)就是一个函数，称为A的隶属度函数。隶属度A(x)越接近于1，表示x属于A的程度越高，A(x)越接近于0，表示x属于A的程度越低。

2.2.2 最大隶属度原则

模糊综合评价方法要遵循最大隶属度原则。最大隶属度原则是模糊综合评判方法最基本的一个原则。

设Ai∈F(u)(i=1,2,3，…，n)，对U0∈U，若存在i0使：

A(i)(u0)=max[A(1)(u0),A(2)(u0),…,A(n)(u0)]

(1)

则认为相对的隶属于Ai，这是最大隶属的原则。

2.3 利用模糊综合评判方法的步骤

利用模糊综合评价方法进行综合评价的步骤如下：

1)确定被评价对象的因素论域：

U={U1，U2，U3，…，Un}。

2)确定评语等级论域V：

V={V1，V2，V3，…，Vn}。

3)进行单因素评判，建立模糊关系矩阵R：

4)确定评判因素权向量A=(a1，a2，…，an)是U中各个因素对评价事物的隶属关系，它取决于人们进行模糊综合评判时的着眼点，即根据评判时各因素重要性分配权重。

5)选择评价的合成算子，将A与R合成得到B=(b1，b2，…，bn)。

(2)

常用的模糊算子有5种，经过比较研究M(·，⊕)以及M(·，+)，对各因素按权数大小，统筹兼顾，综合考虑，比较合理。即：

M(·，⊕)：用实数乘法·代替﹡，用⊕代替◇。

bj=⊕∑airij=min[1，airij]

(3)

M(·，+)：用实数乘法·代替﹡，用+代替◇。

bj⊕∑airij

(4)

6)对模糊综合评价结果B作分析处理[2]。

3 模糊综合评价在结构耗能减震技术社会效益评价中的应用

3.1 结构耗能减震技术评价因子集及评价集

结构耗能减震技术目前在国内的几个项目中被应用，这种技术被应用后，对社会经济性产生了影响，评价结构耗能减震技术的社会经济效益要首先确定耗能减震技术社会经济效益评价因素体系。本文建立的多层次的评价因子体系是基于目前结构耗能减震技术在项目中的状况而选取的各级评级因子，其中选取的二级评价因子分别为经济效益，环境效益以及安全效益。通过对这三个因子的具体分析和评价得到了一级评价因子层。经济效益：经济效益的一级评价因子为：财务效益评价，对当地经济发展影响，对当地房地产行业的影响。环境效益：环境效益的一级评价因子为：震前环境规划优势，震后环境优势。安全效益：安全效益的一级评价因子为：抗震知识的普及，居住安全性，地震中房屋的安全性。

建立评价因子是模糊数学应用的重要一步，本文为结构耗能减震技术社会效益评价建立的评价因子等级分为五个等级，分别为很好、好、中、较差、很差。

3.2 建立模糊评价矩阵

本文通过发放市场调查问卷的方式来确定各个评价因子在各个评语集的隶属度，每个项目共发放1 200份调查问卷，问卷分为3部分：其中100份发放给项目参与者，如设计人员、施工人员、管理人员以及销售人员，每份问卷各因子在各评语集得分为10分。500份问卷发放给本小区的住户，每份问卷中各评价因子在各评语集的得分为1分。最后500份问卷发放给周边居民或者当地其他居民，每份问卷中各评价因子在各评语集的得分为1分。通过对技术人员，居民以及周围群众的调查以及数据的收集，能够更加综合，客观的得出数据，避免数据的片面性。每个评价等级分为很好、好、中、较差、很差五个等级，调查时分别选择认为该评价因素对结构耗能减震技术社会效益评价的影响程度，然后利用式(5)计算每个评价因素在各个等级的比率。然后得出结构耗能减震技术社会效益模糊评价矩阵。

(5)

通过计算得到结构耗能减震技术社会效益评价指标的隶属域，见表1。

表1 结构耗能减震技术社会效益评价指标得分表

由表1可以得到结构耗能减震技术社会效益评价的模糊关系矩阵：

3.3 确定评价因子的权重系数

确定判断矩阵的权重是模糊综合评价方法中重要的一步，本文将采用判断矩阵分析法来确定评价因子的权重，专家通过对两两因子的比较和各因子对评价目标的影响程度来打分，最终得到相应的判断矩阵为：

使用MATLAB求解四个判断矩阵的最大特征值以及其相对应的特征向量并且归一化。为确保数据的确定性，根据式(6)对数据进行一致性检验，通过一致性检验来检验判断矩阵是否合格；对得到的矩阵B进行一致性检验，得到表2。

表2 结构耗能减震技术模糊综合评判评价向量及一致性检验

由表2可知，四个矩阵均通过一致性检验。

3.4 模糊综合评价计算

采用M(·，⊕)模糊算子进行计算并对结构耗能减震技术的社会效益评价体系进行计算。评价结果如表3所示。

3.5 结构耗能减震技术社会效益评价结果分析

从表3中的数据我们可以得到以下结论：从经济效益的角度来看，结构耗能减震技术应用在项目中，可以有效提高此项目在消费者心中的价值，在销售过程中其销售价格也比其他同水平的小区要高出很多，并且新型技术的应用从一定程度上推动了当地房地产产业的发展和当地经济的发展，而且，耗能减震技术在四川以及唐山的这些项目中被应用，都为今后这种技术的研究提供了案例以及技术支持，对该技术的发展很有帮助。从数据上看，其评价结果为结构耗能减震技术的经济效益很好，与之前的预测相吻合。从环境的角度来看，四川和唐山的两个项目都被定义为高档住宅小区进行的设计和施工，因此在震前小区的规划对附近环境起到很好的影响，而由于安装了减震装置，震后建筑物的倒塌机会也远小于其他建筑物，所以震后对环境破坏概率较小，从数据上来看，其评价的结果也是很好。从安全效益方面来看，使用技术后，我们可以有效将建筑的抗震等级提高一个等级，保证了结构的安全性能以及居住安全性。在社区中设置安全岛等安全设施，在地震发生时能够为居民提供良好，安全的环境，在地震发生时，开发商也宣传了大量的抗震安全知识，提高了人们的安全意识，从数据上看，在评语集中，很好的比重为54.64%，因此在安全性上的评价结论为很好。总的来说，结构耗能减震技术经济效益，环境效益，安全效益的评价结果都是很好，最终的评价结果评分权重很好的比重最高，最终评价结果也是很好。由此可知，结构耗能减震技术在经济，环境，安全等方面都有很好的影响，证明结构耗能减震技术经济性良好，此技术应该被更广泛的应用。

表3 结构耗能减震技术模糊综合评判评价结果

4 结语

模糊综合评价方法应用在结构耗能减震技术的社会效益评价中，基本能够达到客观的评价结构耗能减震技术的社会效益评价的目的。结构耗能减震技术的经济性评价决定了这种技术的发展，高层建筑结构减震技术不仅在经济性上为开发商带来利益以外，更有良好的社会效益，此技术的广泛应用更是有助于高层建筑的发展。

[1] 柯振雄.钢滞变阻尼器在高层剪力墙结构抗震中的应用研究[D].硕士论文，2010.

[2] 司守奎.数学模型算法与程序[D].青岛：海军航空工程学院，2007.

[3] 陈瑞海.隔震结构体系全寿命总费用评估模型研究[D].广州：广州大学，2011.

[4] 陈 峥.核简悬挂结构随机振动分析[D].北京:北京建筑工程学院,2004.

[5] 李 晨.高层建筑结构隔震减震技术研究[J].湖南科技学院学报,2009(9):120.

Socialbenefitsanalysisofseismicenergydissipationtechnologybasedonfuzzycomprehensiveevaluation★

QUJing1WANGHai-biao1*MATao2

(1.CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.StateGridLiaoningServiceCo.,Ltd,Shenyang110006,China)

According to mathematical theory of fuzzy comprehensive evaluation, establishes mathematical model of social benefit evaluation of structural-seismic energy dissipation technology, collect and analyzes data through market survey and judgment matrix, and finally explores the project advantages by applying structural-seismic energy dissipation technology, with a view to provide some guidance.

structural-seismic energy dissipation technology, fuzzy comprehensive evaluation, social benefits

1009-6825(2014)14-0019-04

2014-03-03★：中央高校基本科研业务专项资金(项目编号：DL12CB01)；黑龙江省教育厅科学技术研究项目(项目编号：12513034)

曲 径(1990- )，女，在读硕士； 王海飙(1973- )，男，博士，副教授； 马 涛(1973- )，男，工程师

TU352.1

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