浅论工程结构设计方案的多目标评价

摘 要 由于工程设计问题的复杂性，其设计方案的选择往往表现为多解问题。通常在满足设计要求的前提下，存在多种方案可供选择的现象。因此，要从多个备选方案中选取一个最优方案，就必须要有一套客观的评价标准作为参考。而要作出最准确的选择，就需要尽可能覆盖设计方案的评析维度。

关键词 最优方案 工程结构设计 指标体系

社会经济的迅速发展，对大型建筑物的需求越来越多。各种大型的复杂机构建筑的发展一方面为结构工程设计师发挥自己的聪明才智和创造力提供了更加广阔的舞台；另一方面大型结构物工程结构设计的复杂性以及选择余地的增加，也造成了不合理的设计方案的增加。因此，基于合理评价的工程结构设计方案的选择越来越重要，受到建筑设计人员的广泛关注，而相应的设计方案评价方法也成为人们研究的一个焦点问题。本文所探讨的多目标评价就是其中一种重要的工程结构评价方法。

一、建立评价指标体系

由于具体工程在目的和要求上不尽相同，所以评价指标体系也有不同。总的来说，指标体系建立得愈加全面和细致，评价的结果也就愈加准确。

（一）评价指标体系建立需要考虑的三个主要因素

第一，由于对评价方案造成影响的因素较多，因此，在评价因素选择时不宜面面俱到，而是要选择其中影响较大的因素，省去其中次要的影响因素。

第二，要对评价指标体系的范围、层次和内容进行充分的考虑。

第三，所选择的指标因素要具有较高的普遍性和规律性。

（二）评价指标体系建立的方法

首先，个人判断法。该方法是指当事人在遇见问题时，向所聘请的个别专家或顾问寻求解决问题的方法意见，或者是向个别专家咨询。

其次，专家会议法。这一方法是指当事人聘请专家组对遇到的问题进行讨论研究，获得所求问题的结果。

再次，德尔菲法。就是用一系列简明的征询表以匿名的方式向专家进行问题相关因素调查，在此基础上，通过有控制的反馈进行信息交换，最终汇总得出结果。

最后，头脑风暴法。这一方法是将诸多专家以及相关人员组织在一起，就问题进行讨论、各抒己见，再对代表性意见进行整理和汇总，从而得出处理问题的理想结果。这一方法的使用，要特别注意专家和相关人员选择的领域要尽可能广泛。

（三）建立目标层指标体系

目标层是所有工程结构形式中最概括、最基本的要求。依据现有建筑结构设计规范，“技术先进、安全适用、经济合理、确保质量”的原则要求，以及专家们的意见和建议，将结构选型的目标级因素划分为七项：受力合理性、安全使用性、功能适用性、技术先进性、经济合理性、施工方便性以及美学效应。

二、评价方法概述

（一）直接评分法

在上述表达式中，n为评价因素个数或项目性能，是其中第j个评价因素的重要性权数，表示第i个评价方案对第j个评价因素的满足程度。

与直接评分法相比较这一方法适用，它对评价因素的重要性权数进行了充分考虑，结果较准确。该法比较适用于小型结构方案的评选。

（三）层次分析法

层次分析法（简称AHP）的基本做法是：先把评价因素分解成若干层次，然后对各层次的评价因素按照自上而下的顺序进行两两评价，从而得到诸系统的优劣顺序，为决策者提供参考。该法将思维过程数学化，在简化系统分析和计算的同时，有助于决策者保持思维一致性。

层次分析法模型的建立。在决策的过程中，指标从不同角度对事物不同方面进行描述，一组合理的指标一定会满足如下关系。设U为评价域，表示的是其中的第i个指标包含的内容，将其假设为一个集合，有，那么则有下列关系式。

在上述关系式中，为空集，而则是全集。在层次分析法中通过上述表达式我们可以看出，指标反映的内容并不出现彼此重叠，具有显著的独立性特征。

层次分析法作为一种重要的工程结构设计方案评价方法，实际上是一种思维决策方式的数学化。我国著名系统工程专家刘豹教授对其本质、特征以及过程，作了精炼的概括：从本质上来说，AHP法是一种决策思维方式，它将复杂的问题分解成各组成因素，并将这些组成因素按照一定的分配关系进行分组，进而形成具有顺序的递阶层次结构；再通过因素之间的两两比较的方式判断各个层次因素的相对重要性；最后在递阶层次结构内部进行合成，进而得到决策因素相对于目标的重要性程度的总排序。这一方法体现了人的思维“分析、判断、综合”的基本特征。

层次分析法作为一种复杂的结构设计方案评价方法，是对复杂机构问题进行评价的有效方法。此外，对复杂机构方案进行评价的方法，还有灰色关联度分析法和模糊综合评价法。

（四）综合评价方法

无论是本文中提到的直接评分法、加权评分法、层次分析法、灰色关联度分析法和模糊综合评价法，都具有各自的优势和不足之处。因此，一种新的评价方法——综合评价法也就应运而生了。该方法可以概括为，以模糊综合评价作为基本框架，用AHP法建立评价所需的多级权重集；用灰色关联系数法构建评价矩阵和求经济指标；基于模糊评价模型建立技术或经济指标评价矩阵；采用打分法构建其他定性指标评价矩阵，采用模糊综合评价的步骤、评价准则以及算子，实现结构设计方案评价的系统决策。

所谓综合评价方法，实质上就是各种方法和模型的联合运用。从结构方案评审来说，是指在指标体系和权重因子的确立时，采取层次分析法，而在总的评价模型的建立时，采用灰色综合评价法和模糊综合评价法。

三、结语

工程机构设计有简单和复杂之分，同样对其进行多目标评价的方法也有复杂与简单之别，从目前工程建筑结构设计的发展来看，复杂化、大型化成为主要的趋势。因此，在结构设计方案评审过程中，评价方法应该最大限度地涵盖所有影响因素，全面准确、客观合理地反映结构方案的实际情况，即评价方法应该以多目标评价方法为主。本文在分析几种常见评价方法的基础上，提出了综合运用集中方法的综合评价法，该法有效发挥了几种不同评价方法的优势，同时避免了其弊端，是解决复杂过程机构设计问题的重要评价方法。

（作者单位为深圳市华江建筑设计有限公司马鞍山分公司）

[作者简介：房德勇（1988—），男，助理工程师，研究方向：结构设计。]

参考文献

[1] 王力，吕大海，张世海，王光远.基于相对接近度的结构选型模糊多属性决策方法[J].哈尔滨建筑大学学报，2002，35（3）：1-4.

[2] 曹志强，朱友勤.应用层次分析法优选施工方案[J].建筑技术开发，2003，30（6）：90-92.

[3] 陈守煌.工程模糊集理论应用[M].北京：国防工业出版社，1988：124-147.