模糊综合评判法在混凝土坝施工质量控制评价中的应用

陈 兰，王一峰，刘晓路，沈盛彧

(长江水利委员会长江科学院，湖北武汉430010)

模糊综合评判法在混凝土坝施工质量控制评价中的应用

陈 兰，王一峰，刘晓路，沈盛彧

(长江水利委员会长江科学院，湖北武汉430010)

考虑施工过程中混凝土原材料、配合比、拌和、运输和仓面施工过程等质量控制要点对混凝土坝施工质量的影响，深入分析了模糊综合评判模型的构建过程，建立了某混凝土坝施工质量控制效果的二级模糊综合评价模型，实现了对其施工质量控制效果的客观和科学评价。通过实例分析表明该模型能较好的评价混凝土坝施工质量控制效果。

模糊综合评判法；混凝土坝；施工质量控制；综合评价

1 研究背景

混凝土坝工程质量[1]的影响因素涉及面广，包括设计、地形地质条件、施工、材料的物理力学特性、复杂环境和荷载作用等因素[2- 4]，其中施工过程是混凝土坝工程质量形成的过程，可以通过工程技术手段进行控制。在实际施工过程中，混凝土坝施工质量控制效果如何，是十分值得关注的问题。模糊综合评价法是一种系统的分析方法，它使用模糊数学分析的原理来评价具有模糊特性的事物。该方法把定性评价转化为定量评价，对总体方案受多种因素影响的对象，运用模糊综合评判法做出一个合理的综合各种属性或者影响因素的总体评判，替代精确数学解决复杂的系统问题。目前，模糊综合评判法[5]广泛应用于建设工程质量评价体系、天然气管道设计方案评价、高速公路施工现场的安全状况、水电工程生态环境影响因素的多层次性和模糊性[6- 8]，通过构建多级模糊综合评判模型，对受多种因素影响的对象做出合理的评判。

本文对混凝土坝施工质量控制要点进行分析，结合某混凝土坝施工过程中的资料，通过模糊综合评判法，建立了二级模糊综合评判模型，研究了各控制因素对混凝土坝施工质量的影响程度，对混凝土坝施工质量进行了评价，进一步掌握了混凝土坝施工过程中应该注意的问题。

2 混凝土坝施工质量控制要点

施工质量控制分为事前控制、事中控制和事后控制，其中事中控制是重点。事中工程质量控制是指在混凝土坝施工中对所有施工过程的质量控制，对重要和复杂的施工工序设置质量控制点。通过对质量控制点的落实情况，来评价混凝土坝施工质量。混凝土坝施工质量控制要点主要包括：

(1)原材料。混凝土坝的原材料主要包括水泥、骨料和其他材料，应尽量选用低热矿渣硅酸盐大坝水泥，混凝土浇筑时对温控有要求时，水泥细度应控制在3%～6%的范围内以降低混凝土坝的发热量和基础内外温差，此外水泥的强度和水化热均应达到规范要求。各级骨料的成品质量应符合要求，尽量减少细砂流失，控制人工砂的细度模数。其他材料主要包括水、掺合料和外加剂。根据实际施工要求，结合所处的环境条件和混凝土的要求，选择合适的外加剂。

(2)配合比。为了保证混凝土坝的质量，浇筑时应当先通过试验确定混凝土的配合比。混凝土的水灰比应根据设计对混凝土性能的要求，通过试验确定。选择粗骨料级配和砂率时，应考虑骨料生产的平衡，混凝土和最小单位用水量。混凝土的坍落度，应根据混凝土的运输、浇筑方法和气候条件确定，尽可能采用小的坍落度。

(3)拌和过程。混凝土在拌和过程中，应根据实际的气候条件定时测定砂、石、骨料的含水量，各组混凝土应拌和均匀，拌和程序和拌和时间应通过试验确定。

(4)运输过程。混凝土的运输设备和运输能力应与拌和、浇筑能力相适应，保证混凝土的运输质量，充分发挥设备效率。混凝土在运输过程中，应以最短的时间运至浇筑地点入模，尽量缩短运输时间和减少转运次数，并使转运自由跌落高度不大于2 m。运输时应采取措施避免砂浆损失和混凝土分离。

(5)仓面施工过程。①浇筑过程。混凝土浇筑应按一定厚度、次序、方向分层进行。混凝土的浇筑层厚度应根据拌和能力、运输距离、浇筑速度、气温及振捣器的性能等因素确定。浇入仓内的混凝土应随浇随平仓，浇筑过程应保持连续性，如因故中止超过允许间歇时间，应按工作缝处理。②养护过程。完成混凝土的浇筑后6～18 h内，应及时洒水养护，养护早期应避免阳光暴晒，在混凝土表面施加遮盖。

混凝土坝的施工质量控制贯穿于混凝土原材料、配合比、拌和、运输、浇筑和养护各个阶段的质量控制中，混凝土坝由于坝块尺寸大，水泥水化热不易散发，浇筑后短期内混凝土温度大幅升高；到后期降温阶段，又会大幅的温度收缩，由于大体积混凝土坝段的配筋率相对较小在混凝土中容易产生贯穿性裂缝，严重影响混凝土坝段的整体性、稳定性和抗渗性。

3 模糊综合评判模型

模糊综合评价法使用模糊数学分析的原理来评价具有模糊特性的事物，是一种系统的分析方法。对上述混凝土坝的施工质量控制要点进行控制后的效果如何，可使用模糊综合评判法对混凝土坝施工质量控制效果进行评价。

(1)

式中，“∧”为广义模糊“与”运算，即两数运算时取两数中的较小者；“∨”为广义模糊“或”运算，即两数运算时取两数中的较大者。

3.1 隶属度

隶属函数在模糊综合评判中的作用十分重要，通过各评价因素的隶属函数，就可以得到评级矩阵。本文结合实际情况，选择如下的线性隶属函数：

设Vj和Vj+1是相邻的分级，且Vj>Vj+1，评价因素u相对于j的隶属函数为

(2)

评价因素u相对于j+1的隶属函数为

(3)

式中，x为评价因素u的打分；Vj，Vj+1为相邻两级的分级标准，r(x)j，r(x)j+1为评价因素u对等级j和等级j+1的隶属度。

3.2 模糊综合评价法

在确定了隶属度的基础上，模糊综合评判模法的主要步骤为

(1)确定评判对象的影响因素集U。U={u1，u2，…，um}。

(2)确定被评判事物属于各类评判等级的程度，即评价集V，V={v1，v2，…，vn}。

(4)确定评判因素权向量A。A是u中各因素对被评判对象的隶属关系，取决于模糊综合评判时着重的因素。A=[a1，a2，…，an]。

3.3 多级模糊综合评判

4 工程实例

按照上述方法以二级模糊综合评价对混凝土坝施工质量效果进行评价。控制后的质量效果可以分为优良，合格和不合格，并对其进行专家赋分，赋分标准的评价集定义为V={V1，V2，V3}={优良，合格，不合格}={100，90，80}。

设全体评价因素集为U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}，其中U1为原材料子集，U1={u11，u12，u13}={水泥质量，骨料，其他(水、掺合料、外加剂)}，其余子集的因素见表1。

表1 评价因素重要程度专家评分

表1为一位专家提供的评定表，原材料、配合比、拌和、运输、浇筑和养护这6个评价因素子集进行重要程度排序，指标越重要，赋值越大，其重要性序列为“4，5，2，1，6，3”。令第i个因素的重要性序列值为Fi，给各个因素赋值，评价因素重要程度系数ai的计算方法如下：

(1)编制优先得分表。“原材料”的重要性序列值F1=4，“浇筑”的重要性序列值F5=6，则F1/F5=4/6<1，记A15=0，反之，F5/F1=6/4>1，记A51=1。

(2)求∑Ai值。按(1)的计算方法，计算30位专家给出的A15值并累加，计入表2的第1数据行和第5数据列相交的单元格，得到“7”，即有7位专家认为“原材料U1”比“浇筑U5”重要；计算所有专家给出的A51值并累加，计入表2的的第5数据行和第1数据列相交的单元格，得到“23”，即有23位专家认为“浇筑U5”比“原材料U1”重要。将各数据行的Aij累加起来，得到相应的∑Ai值。

表2 评价因素子集优先得分

表3 原材料子集各评价因素得分

按照上述方法计算每个Ⅱ级指标和Ⅰ级指标的重要程度系数。对混凝土坝工程施工质量控制效果评价分成两个层次，高层次指总评价体系包括6个因素子集，低层次子集包含若干个因素，专家评议的重要程度系数都是分层进行的。首先对Ⅰ级指标进行评价，现在本评价因素子集汇总进行单因素比较，确定本评价因素子集的重要性系数；然后进行高层次评价，将各评价因素子集进行比较，确定6个质量控制效果的重要系数；最后计算各单因素相对于总评价的重要程度系数。

如表3所示，表中的是各单因素相对于总评价的重要程度系数，等于乘以该评价因素子集相对于总评价的重要程度系数。

最后将各评价因素子集和各单评价因素重要程度系数见表4。

对各单因素的专家打分平均后，计算隶属度，分别对施工质量的评价体系中有Ⅰ、Ⅱ两级评价指标。

表4 评价因素重要程度系数汇总

4.1 Ⅰ级综合评价

对原材料、配合比、掺合、运输和养护进行Ⅰ级综合评价。以原材料为例，根据打分，计算各指标的隶属度，得到Ⅰ级评价矩阵：

做模糊变换得

4.2 Ⅱ级综合评价

C就是混凝土坝施工质量控制效果的模糊综合评判结果，由此可知此次质量控制效果为优良。将模糊综合评价引入到混凝土坝施工质量控制效果评价中，使混凝土坝的施工质量控制更具科学性。

5 结 语

本文研究了混凝土坝施工质量的控制要点，并使用模糊综合评判法对混凝土坝施工质量控制效果进行了评价。基于混凝土坝施工质量控制的原则，重点分析了事中控制过程中混凝土原材料、配合比、拌和性能、运输和仓面质量控制标准和温控指标对混凝土坝施工质量的影响。研究了多级模糊综合评判的理论和步骤，在此基础上构建了混凝土坝施工质量评价因素集，综合专家评分确定评价因素重要程度系数，构建了Ⅰ、Ⅱ级模糊综合评价模型，据此得出该混凝土坝施工质量控制效果优良。模糊综合评判法中指标的权重不仅仅依赖于一位专家的打分，是对多个专家经验的总结，评价结果更加具有代表性和科学性。

[1] 吴中如. 重大水工混凝土结构病害监测与健康诊断[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005．

[2] 邢林生, 周建波. 在役混凝土坝耐久性研探[J]. 大坝与安全, 2012(2): 9- 18．

[3] 刘崇熙, 汪在芹. 坝工混凝土耐久寿命的现状和问题[J]. 长江科学院院报, 2000, 17(1): 17- 20．

[4] 朱伯芳. 论混凝土坝的使用寿命及实现混凝土坝超长期服役的可能性[J]. 水利学报, 2012, 43(1): 1- 9．

[5] 杨纶标, 高英仪. 模糊数学原理及应用[M]. 广州: 华南理工大学出版社, 2006．

[6] 王开凤, 张谢东, 王小璜, 等. 高速公路施工安全状况的模糊综合评判方法的研究[J]. 武汉理工大学学报： 交通科学与工程版, 2008, 32(6): 1110- 1112．

[7] 梁爽, 毕继红, 刘津明. 建筑工程质量等级的模糊综合评判法[J]. 天津大学学报, 2001, 34(5): 664- 669．

[8] 李明金. 建筑工程质量评价研究[D]. 南京: 南京理工大学， 2008．

ApplicationofFuzzyComprehensiveEvaluationModelintheEvaluationofConstructionQualityControlofConcreteDams

CHEN Lan, WANG Yifeng, LIU Xiaolu, SHEN Shengyu

(Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, Hubei, China)

By considering the influences of concrete raw material, mix ratio, blending, transportation and placing process on construction quality control of concrete dam, the building process of fuzzy comprehensive evaluation model is analyzed, and a two-grade fuzzy comprehensive evaluation model is established for a concrete dam to objectively and scientifically evaluate the construction quality control. The application analysis shows that the model can better evaluate the construction quality control effect of concrete dam．

fuzzy comprehensive evaluation method; concrete dam; construction quality control; comprehensive evaluation

TV642.3

A

0559- 9342(2017)09- 0053- 05

2017- 02- 17

国家自然科学基金资助项目(41601298)

陈兰(1988—)，女，湖北天门人，工程师，硕士，主要从事水工结构设计与水土保持工作．

(责任编辑王 琪)