基于区间直觉模糊集的城市轨道交通施工风险评价

颜 猛

( 河南省水利第一工程局，河南 郑州 450000)

0 引 言

近些年来，随着我国城镇化进程不断加快，城市人口急剧膨胀，高峰时段城市交通需求日益增大，传统出行方式已很难满足人们的需求，迫切需要大力发展城市轨道交通项目[1]。城市轨道交通项目具有占地少、效率高、能耗低、污染小、受干扰小、准时性高等优点，对缓解城市交通压力、节约人们出行时间发挥了重要作用[2-3]。因此，许多城市相继开展了规模庞大的城市轨道交通建设[4]。然而，由于城市轨道交通工程投资大，施工周期长，施工工艺和施工环境极为复杂，施工过程面临巨大风险。近些年来城市轨道交通项目建设事故频发，造成了较为不好的社会影响，且损失巨大。因此，城市轨道交通项目施工风险的评估显得至关重要，也越来越为人们所关注。

关于城市轨道交通项目施工风险管理的研究，H. C. HYUN等[5]结合大量地铁项目详细信息，通过识别评价地铁项目关键性风险，提出了简化的地铁项目风险评估模型；S. S. HYU等[6]建立了隧道坍塌风险评估模型，并通过与实际隧道坍塌数据的比对，验证了模型的可靠性，可为隧道坍塌风险预测提供支撑；A. JURADO等[7]基于数据库数据分析，依靠专家判断来计算风险发生的概率，总结出了一种能够定量分析地下水风险的评估方法；沈尉[8]结合工程实践经验，提出城市轨道交通超深基坑施工风险控制的“5步控制法”，该方法强调参建各方密切合作，从而大幅提高工程安全度；谷昀[2]基于层次分析及模糊综合评判法建立了基于地铁施工风险评价模型，并运用该模型对北京地铁14号线03标段的施工风险水平进行了评价；庄晶晶[9]基于可靠性评价的失效模式、后果与严重度分析技术建立了城市轨道交通项目施工风险评价；张宇[10]基于直觉模糊距离与直觉模糊层次分析法构建了城市轨道交通工程施工风险评估方法；梁宏浩[11]运用BP人工神经网络，结合模糊数学理论，分别建立了地铁施工过程中盾构法、明挖法和矿山法3种施工方法的风险评估模型。

综上所述，总体来看，当下城市轨道交通项目施工风险评估日益为大家所关注，有关轨道交通项目施工风险评估的方法或模型也相继被提出。然而，依然存在风险评价指标体系建立不完善，评估方法不科学等问题。笔者首先基于文献分析及实际调研建立起城市轨道交通项目施工风险评价指标体系，并基于区间直觉模糊集理论建立城市轨道交通项目施工风险评价模型，能够较好考虑指标评价时的模糊性和不确定性，以期为城市轨道交通项目建设提供支持。

1 评价指标体系构建

城市轨道交通工程施工风险的评估不仅过程十分复杂，而且涉及到的因素非常多。根据轨道交通工程建设目标，基于文献分析及实际调研，笔者从质量、成本、工期及安全4个方面，选取15个指标因子，构建城市轨道交通项目施工风险评价指标体系。具体城市轨道交通工程的指标选取如表1。

表1 城市轨道交通工程施工风险评估指标体系Table 1 Construction risk assessment index system of urban railtransit project

2 区间直觉模糊集及算法

由上述指标体系可以看出，指标评价有很强的模糊性和不确定性。为科学有效的对城市轨道交通工程施工风险进行评价，笔者拟采用区间直觉模糊集理论建立相应的评价模型。直觉模糊集可同时考虑指标评价时的隶属度、非隶属度和犹豫度3个方面的信息，能够有效描述非此非彼的模糊概念，进而能够更加细腻地刻画客观世界的模糊本质[12-14]。区间直觉模糊集是对其进行的进一步扩展，评价效果更为优越。本节将对区间直觉模糊集及其相关算法做简单介绍。

2.1 区间直觉模糊集

|x∈X}

(1)

2.2 加权平均算子

(2)

2.3 距离测度公式

(3)

2.4 信息集结

评价值rij与值均值mij的相似度可用s(rij,mij)表示，有：

(4)

则评判专家Ei关于指标Cj给出的评价信息rij的权重可以定义为：

(5)

获得权重之后我们可以集结所有专家给出的评价值，得：

(6)

从而也可得到集结所有专家评判信息的综合评价矩阵R0=(rj)15×1。

2.5 得分函数

(7)

依据得分函数值，对照相应评价标准可得出相应评价结果。设五级评价标准：小、较小、中、较大、大，所对应的得分函数值为小(0.7)、较小(0.6)、中(0.5)、较大(0.4)、大(0.3)。

3 案例分析

3.1 案例一

基于建立的评价指标体系及计算方法，以A市城市轨道交通建设施工方案的风险情况进行评估。基于轨道交通建设基本情况，邀请3位相关领域专家参与此次评价，评价专家集P=(P1,P2,P3)，评价语言采用区间直觉模糊集。具体评价步骤如下：

1)指标权重确定

依据层次分析法计算各层级权重，权重计算结果如表2。

表2 评价指标权重值Table 2 Weight of evaluation index

2)专家评价

在详细介绍工程基本情况的基础上，邀请各专家依据所建立的评价指标体系对各指标给出评价结果，评价结果以区间直觉模糊集形式给出，如表3。

表3 评价结果矩阵Table 3 Evaluation result matrix

3)计算分析

计算各评价指标均值mij以及评价值rij与值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由评价值rij与值均值mij的相似度s(rij,mij)，根据式(6)可求得各专家给出的评价值权重，各专家给出的评价值权重如表4。

表4 各专家给出的评价值权重Table 4 Weights of evaluation values given by experts

依据式(2)，由各专家给出的评价值及求得的对应权重将各专家给出的评价值进行集结，可得集结后的评价值如表5。

表5 综合评价矩阵Table 5 Comprehensive evaluation matrix

依据各指标权重及综合评价值进行集结，可得最终评价值：

依据式(8)计算各层级得分函数值：S(B1)=0.601 ，S(B2)=0.573，S(B3)=0.563，S(B4)=0.598，S=0.585。

4)评价结果分析

从得分函数计算结果可以看出，综合评价值为0.585。根据评价标准可知，评价结果属于中，说明该城市轨道交通项目施工风险中等。

从分项指标来看，质量风险指标评价值为0.601，评价结果属于较小；成本风险指标评价值为0.573，评价结果属于中；工期风险指标评价值为0.563，评价结果属于中；安全风险指标评价值为0.598，评价结果属于中。

3.2 案例二

对B市城市轨道交通建设施工方案风险情况进行评估。基于轨道交通建设基本情况，邀请4位相关领域专家参与此次评价，评价专家集E=(E1,E2,E3,E4)，评价语言采用区间直觉模糊集。具体评价步骤如下：

1)专家评价

在详细介绍工程基本情况的基础上，邀请各专家依据所建立的评价指标体系对各指标给出评价结果，评价结果以区间直觉模糊集形式给出。结果如表6。

表6 评价结果矩阵Table 6 Evaluation result matrix

(2)计算分析

计算各评价指标均值mij，及评价值rij与值均值mij的相似度s(rij,mij)。然后由评价值rij与值均值mij的相似度s(rij,mij)，根据式(6)可求得各专家给出的评价值的权重，各专家给出的评价值权重如表7。

表7 各专家给出的评价值权重Table 7 Weights of evaluation values given by experts

依据式(2)，利用各专家给出的评价值及求得的对应权重，将各专家给出的评价值进行集结，集结后的评价值如表8。

表8 综合评价矩阵Table 8 Comprehensive evaluation matrix

依据表2中各指标权重及综合评价值进行集结，可得最终评价值：

依据式(7)计算各层级得分函数值：S(B1)=0.745，S(B2)=0.753，S(B3)=0.646，S(B4)=0.593，S=0.688。

(3)评价结果分析

从得分函数计算结果可以看出该水体旅游项目可持续性综合评价值为0.688，评价结果属于较小，说明该城市轨道交通项目施工风险较小。

从分项指标来看，质量风险指标评价值为0.745，评价结果属于小；成本风险指标评价值为0.753，评价结果属于小；工期风险指标评价值为0.646，评价结果属于较小；安全风险指标评价值为0.593，评价结果属于中。可以看出该施工方案在质量及成本方面风险小，依据该方案施工，工程的质量和成本应该是有保证的；在工期风险评价中属于较小，如果依据该方案施工，施工过程中需要加强工期风险的管控力度，以保证工程可以按期完工。但该方案安全风险评价结果属于中，说明该方案存在安全风险，需要有针对性的进行调整，以保证施工安全。

4 结 语

城市轨道交通项目建设可有效解决城市拥堵的问题。城市轨道交通项目一般投资较大，施工条件复杂，施工过程中容易出现问题，且一旦发生问题后果往往非常严重。因此必须对城市轨道交通项目施工风险进行评估，以确保施工方案的可靠性，保证城市轨道交通项目建设又好又快进行。基于城市轨道交通项目建设目标，笔者首先从质量、工期、成本及安全4个方面建立起水城市轨道交通项目施工风险评估指标体系，指标体系共包含15个二级评价指标。鉴于指标评价具有较强的模糊性和不确定性，笔者又基于区间直觉模糊集理论建立了城市轨道交通项目施工风险评估模型。通过实际案例分析表明，笔者构建的城市轨道交通项目施工风险评估方法具有良好的效果，可操作性强。