综合管廊韧性评价研究

张一帆 李 雪 李 灿 冯 晨 张书铭

(北方工业大学土木工程学院，北京 100144)

0 引言

近年来，综合管廊在地下空间、居民建筑、桥梁建筑等方面越来越受到重视。而管廊的韧性评价在基础设施建设工程中有重要作用。

有诸多学者对于社区及城市的韧性领域进行了研究。方东平等[1]将城市及其各子系统应对不利事件的抗干扰能力和不确定性能力称为城市韧性。李亚等[2]从经济韧性、社会韧性、环境韧性、社区韧性、基础设施韧性及组织韧性6个方面构建我国城市灾害韧性评价指标体系进行评价。李彤玥[3]对于城市韧性的研究视角或内容主要有成灾害应对、自然气候变化、区域经济发展、基础设施建设和城市空间规划等方面。同时，注重城市韧性评价和城市韧性塑造。李在上[4]认为城市韧性强调全过程表现，并非静态描述，应着眼于全局、全过程，以集成的思想和系统的手段通盘考虑城市系统，全面地理解城市的运转，从而使得研究成果能在实践中更好地指导城市韧性的规划与建设。

目前国内对管廊韧性的评价研究不多，上述文献中以城市潜在风险和韧性的研究相对较多。本文通过建立评价指标体系和评价模型来确定韧性等级，以期对评价管廊韧性工作有所借鉴。

1 工程概况

建筑规模大约381万m2，工程采用灵活多变的结构断面形式，具备了供水、供电、燃气、通信、供冷/供热、地源热泵、再生水、有线电视等，在全国范围内入廊管线种类最多，共计八大类18种管线入廊。此项目的综合管廊工程是行政办公区核心区域三横四纵区域的网状工程，且与紧邻的行政办公区市级机关办公楼等，周边有小区和学校，环境较为复杂。同时利用BIM技术高精度地完成了复杂节点的建设任务，安全顺利的完成了北京首次近距离上穿地铁既有线。

2 韧性指标体系的建立

2.1 指标因素的选取

1)抗灾能力。工程结构在灾害面前容易造成毁伤，管廊结构设计使用寿命长达百年，地震、火灾、洪灾等潜在威胁都会对管廊安全造成重大的影响，因此，选取抗震、泄洪、防水、抗塌陷作为抗灾能力的子指标。

2)监测与预警能力。韧性管廊内部具有水、电、燃气、通信等众多管线，而且管廊自身运行的动力、照明、排水等设备繁多，如果出现故障，就可能造成沿线城市功能的瘫痪，所以管廊的监测与预警意义重大，检测与预警要通过感知仪器、电力综合检测、人防检测、智能监管和管线防护这些指标表现。

3)灾后功能恢复能力。在重大灾难发生后，基础设施的功能快速恢复是保障城市恢复的关键，需要以最快速度启动应急响应，重建破损的管线，对结构进行修复，及时调动人力及救灾物资设施。此外，在灾后重建结束后，还需要进行灾后核查，明确灾难点，以防再出现由于同种因素导致的灾难。以上概括为应急响应、灾后结构修复、受灾管线重建、救灾设施搭建、灾后核查这5个方面，皆为韧性管廊建设灾后重建中的重要指标。

4)运营与维护水平。管廊的安全运行离不开合理的经营管理制度，在日常管理中，重视全面巡检及按工程需要酌情加强巡视。综合管廊控制中心是一个自动化监控平台，是管廊安全运行的关键，其安全运行是管廊安全运行的重要保障。附属设施虽然从重要性而言不及管廊结构及管线，但其作用主要是保障管廊结构及管线的运行安全，是安全运营的重要保障。管廊的安全运营需要持续不断的资金投入，所以管廊运营费收入及国家对管廊运营的投入及到位程度，将对管廊运营安全造成较大的影响。

2.2 指标体系的构建

如前所述，针对管廊的韧性评价研究，选取抗灾、监测与预警、灾后重建、运营与维护这4个指标为一级指标，抗震、防火、智能监管、廊体维护、附属设施搭建等20个二级指标，从而完成韧性管廊建设指标体系的构建。具体如图1所示。

3 评价模型的构建及应用

3.1 模型建立过程

1)评价指标集建立。根据指标体系的层级建立各层级指标集。

2)利用评分法进行两两比较，得到各层级指标权重计算，并进行一致性检验。

3)利用专家打分法得到各指标韧性隶属程度。

4)利用得到的隶属度矩阵和各指标权重得到韧性评价结果。

3.2 模型应用过程

1)根据上节模型建立过程，结合图1，建立指标体系并编号，具体如表1所示。

表1 综合韧性管廊建设指标表

2)指标体系权重的确定。

本节采用1～9评分法，通过专家打分，建立比较判断矩阵，进行加权平均得到了各级指标体系的权重值，具体如表2所示。

表2 各级指标体系的权重值

3)隶属度分析。

将韧性等级分为差、较差、中、良好、优秀5个等级，然后采用专家打分法，聘请专家对子基准层因素按照表3进行打分，得分越高韧性等级越高。针对各个专家对各项情况打分占比情况，得到如表3～表7所示的隶属关系矩阵，再采用模糊数学法，得到各种情况发生的概率。

表3 子基准层打分方法

表4 抗灾模糊矩阵统计表

表5 检测与预警模糊矩阵统计表

表6 灾后重建模糊矩阵统计表

表7 运行与维护模糊矩阵统计表

根据上述数据，将各个子基准层指标的权重和其模糊关系矩阵，利用MMULT函数计算，如式(1)，式中Ri为第i个模糊矩阵。再将所得行向量叠加，如式(2)，得到基准层模糊矩阵统计表，见表8。最后一步，将基准层的权重进行MMULT函数计算，得到韧性管廊最终评判向量，如式(3)所示。

bi=wi×Ri

(1)

(2)

(3)

表8 基准层模糊矩阵统计表

在通过基准层权重与基准层模糊矩阵统计表中MMULT函数的具体数值计算，如式(4)得到评判结果B=(0.103 1，0.105 6，0.282 8，0.297 2，0.243 4)，总体来说评价结果是中等韧性与良好韧性之间，且倾向于中等韧性。

(4)

4 结论

基于现有的管廊韧性评价研究，通过建立管廊韧性指标体系，运用层级分析法和模糊数学的方法对各项指标的韧性进行了初步评价，得出如下结论：

1)对综合管廊的韧性指标，可以分为一二级指标，一级指标有抗灾、检测与预警、灾后重建、运营与维护4个指标，二级指标有防火、人防检测、灾后重建、廊体维护等20个指标。

2)应用结果显示该管廊的韧性指标总体来说评价结果是中等韧性与良好韧性之间，且倾向于中等韧性。