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      基于模糊評判的鋼桁架施工方案優(yōu)選

      2010-09-27 08:50:50楊棚淅吳小瓊
      關(guān)鍵詞:標度評判桁架

      楊棚淅,姚 剛,吳小瓊,李 鵬

      (1.重慶大學土木工程學院,重慶 400045;2.四川省自貢市規(guī)劃和建設(shè)局,四川 自貢 643000)

      近幾十年來,體育場館、飛機庫等各種類型的大跨度鋼結(jié)構(gòu)在全世界迅速發(fā)展,跨度和規(guī)模越來越大,新材料和新技術(shù)不斷應(yīng)用發(fā)展。大跨度鋼結(jié)構(gòu)在建造過程中,施工技術(shù)至關(guān)重要,合理的施工方案和科學的施工過程分析才能保證結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟。選用合理的施工方法,就是在安全、經(jīng)濟、適用等方面找到一個最佳平衡點。筆者通過將改進的層次分析法和模糊評判結(jié)合起來,形成新的評判體系,以尋找這個平衡點。

      1 工程實例

      重慶西永微電子工業(yè)園工程位于重慶西永電子工業(yè)園區(qū)科技一路,主要分為生產(chǎn)廠房、支持廠房、動力廠房、辦公室、變電站、化學品庫、廢水處理站等大小11棟生產(chǎn)及管理輔助用房。A棟生產(chǎn)廠房主要為混凝土框架結(jié)構(gòu),屋面采用鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)的主要內(nèi)容有:鋼桁架梁、焊接及熱軋H型鋼梁、柱、箱型柱及所有與上述鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的預埋鐵件的制作與安裝。

      2 大跨度鋼桁架施工方案優(yōu)選評判模型的建立

      模糊綜合評判主要包括:建立評價指標和評價集、計算指標權(quán)重、單項評價和綜合評價等步驟[1-3]。

      2.1 建立評價指標體系

      建立因數(shù)集即評價指標體系中所有指標的集合。通常用 U 表示,即 U={u1,u2,…,um},各元素ui(i=1,2,…,m),即代表各影響因數(shù)。根據(jù)評價指標體系的建立過程中應(yīng)遵循的系統(tǒng)性、簡明性、客觀性、可比較性以及可操作性等原則,將大跨度鋼桁架施工方案優(yōu)選評價體系分成了3個層次,即目標層、準則層和指標層。目標層為總目標即鋼桁架施工方案優(yōu)選,準則層劃分為:工期、費用、施工技術(shù)與質(zhì)量和安全文明施工。指標層劃分為若干指標,如方案可行性與可靠性、技術(shù)復雜程度等,具體構(gòu)成見表2。

      2.2 建立評價集

      評價集是對評判對象可能作出各種評判集合的總體,通常用V 表示,即 V={v1,v2,…,vm} ,各元素vk(k=1,2,…,p)代表各種可能的總評判結(jié)果,評判等級分為{差,較差,一般,較好,好},記為 V={v1,v2,v3,v4,v5} 。

      2.3 確定評價指標權(quán)重

      決策方案各因數(shù)之間的相對重要性,可以用屬性的權(quán)重來刻畫。常用的權(quán)重確定方法有Delphi法、層次分析法、模糊特征向量賦權(quán)法、兩兩比較法、模糊判別矩陣賦權(quán)法和熵權(quán)法等。其中,層次分析法是一種廣泛應(yīng)用的方法。

      2.3.1 傳統(tǒng)的層次分析法及其不足

      層次分析法是美國著名運籌學家薩蒂教授提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多準則決策方法。運用層次分析法做決策分析一般經(jīng)過以下幾個步驟:建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造比較判斷矩陣、層次因素單排序數(shù)值計算和一致性檢驗以及層次總排序和一致性檢驗[4]。

      層次分析法作為一種應(yīng)用廣泛的決策工具,具有應(yīng)用簡單、易于理解、實用性高等特點。但是,常規(guī)層次分析法在構(gòu)造判斷矩陣時,采用1~9標度法來衡量評判對象的相對優(yōu)劣,其不精確性和模糊性為決策者進行評判帶了很大的困難。

      2.3.2 層次分析法的改進

      近年來,國內(nèi)外學者、專家主要從3個方面進行了改進,即標度的改進、基于模糊數(shù)的層次分析法和群組層次分析法。對于基于模糊數(shù)的層次分析法,專家在進行兩兩比較時,用模糊數(shù)代替確定值,使評價更符合邏輯,改變了確定值過剛的特點。但是,對于模糊數(shù)的排序方法還沒有總結(jié)出十分科學合理的方法,還在探索中。同時,基于模糊數(shù)的層次分析法的判斷矩陣的一致性檢驗還沒有成熟的檢驗方法。對于標度的改進,目前為止,在薩蒂教授提出的著名的1~9標度的基礎(chǔ)上已有幾十種之多,各種標度都有其優(yōu)劣點。駱正清等在對幾種突出的標度進行綜合比較分析之后得出,指數(shù)標度e0/5~e8/5標度是一種綜合性比較好的標度。為了較好地兼顧不同專家的意見,結(jié)合加權(quán)算術(shù)平均綜合向量法的群組方法,確定了基于指數(shù)標度e0/5~e8/5的群組層次分析法,以期彌補傳統(tǒng)層次分析法的不足[5-6]。

      邀請5位專家對評價指標進行兩兩比較,建立判斷矩陣,5位專家賦予相同的權(quán)重,并計算出權(quán)重向量:

      表1 指數(shù)標度e0/5~e8/5Tab.1 Index scale e0/5~e8/5

      2.4 鋼桁架施工方案

      整榀屋架重約50 t,跨度88.8 m,考慮屋架的對稱性,整榀屋架分成半榀安裝就位,在工廠將單榀屋架分成6段(運輸單元)制作后,再運至施工現(xiàn)場進行二次拼裝后,進行兩邊對稱安裝。

      經(jīng)過多次研究、討論、反復比較后,認為相對可行的安裝方法主要有4種:方案1,地面拼裝,半榀桁架地面吊裝;方案2,樓面胎架滑移,桁架分段吊裝,高空拼裝;方案3,地面拼裝成半榀,樓面桁架滑移,抬吊安裝;方案4,樓面拼裝,半榀桁架樓面吊裝。

      2.5 建立評判矩陣及模糊綜合評判

      通過集值統(tǒng)計的方法建立評判矩陣。根據(jù)評語集V={差,較差,一般,較好,好},將指標取值范圍按評語等級硬性劃分幾個分值范圍:好(0.8~1);較好(0.6~0.8);一般(0.4~0.6);較差(0.2~0.4);差(0~0.2)。

      由于客觀因素的復雜性、不確定性以及專家本身具有的知識、經(jīng)驗有限,而不能夠?qū)γ恳豁椫笜俗龀鼍_的判斷,于是在對指標ui進行評價時,對其大小給出一個區(qū)間估計值,記為[]。其中,k表示第k位專家,分別表示第k位專家打分的下限和上限。若有S個專家,便可以得到S個判斷區(qū)值 [],[],[],…,[],[,],從而形成一個集值統(tǒng)計序列。這S個子集疊加在一起則形成覆蓋在評價值軸上的一種分布,這種分布可用下式描述:

      通過數(shù)學推導,可以得出指標ui的評價值為:

      同樣邀請5位專家根據(jù)劃分的評語等級分值對各方案的指標分別進行評價,再將5位專家對每個方案每個指標的區(qū)值評價值運用集值統(tǒng)計的方法得出一個綜合評價值,將所有的綜合評價值羅列如表2。

      表2 各方案綜合評價指標體系及評價值Tab.2 Evaluation index system and values of all schemes

      應(yīng)用極差變換法將定量化了的指標評價值規(guī)范化,其基本思想是將最好的屬性指標規(guī)范化后為1,將最差的屬性指標值規(guī)范化后為0,其余的屬性指標值均用線性插值法得到規(guī)范化指標值。其轉(zhuǎn)換計算公式如下:

      對于效益型指標(越大越優(yōu)型):

      對于成本型指標(越小越優(yōu)型):

      其中:工期和費用屬于成本型指標,而施工技術(shù)與質(zhì)量和安全文明施工屬于效益型指標。

      由此得到評判矩陣:

      按第i個因素的各個等級模糊子集進行綜合評判,采用加權(quán)平均算法作為運算模型,得到一級模糊評判集為[8]:

      以aik為元素組成一級模糊綜合評判矩陣:

      將所有影響因素進行綜合評判,便得到模糊綜合評判集

      2.6 評價結(jié)果

      由以上得到的結(jié)果,根據(jù)最大隸屬度原則,即V={vl/vl→mkax bk}={0.696},可以得出最優(yōu)方案即為方案1。

      3 結(jié)語

      通過模糊綜合評判對各個方案進行評價和排序,得出方案1為最優(yōu)方案。由于傳統(tǒng)的層次分析法存在不足,對層次分析法的改進使得計算出的權(quán)重更加科學化以及合理化。集值統(tǒng)計方法的引入,減少了專家在對各指標進行評價時的個人主觀臆斷所帶來的弊端和隨機誤差,使計算出的結(jié)果更加合理可信。

      [1]肖盛燮,王平義.模糊數(shù)學在土木與水利工程中的應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2004.

      [2]王瑞然,王新富,盧蛟,等.模糊層次分析法在防空兵射擊指揮效能評估中的應(yīng)用[J].先進制造與管理,2008,27(11):45-47.

      [3]李俊娜,曾祥平,張緒進,等.山區(qū)河流渠化樞紐布置模糊綜合評判[J].重慶交通大學學報:自然科學版,2008,27(3):457 -459.

      [4]王蓮芬,許樹伯.層次分析法引論[M].北京:中國人民大學出版社,1990.

      [5]駱正清,楊善林.層次分析法中幾種標度的比較[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2004(9):51-60.

      [6]徐俊,劉娜.層次分析法的基本思想與實際應(yīng)用[J].情報探索,2008,12(12):112 -115.

      [7]孫晉眾,陳世權(quán).基于集值統(tǒng)計的戰(zhàn)略聯(lián)盟評價模型[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學,2005,19(3):129 -133.

      [8]王子健,肖盛燮,戴廷利,等.泥石流危險模糊綜合評判方法及應(yīng)用[J].重慶交通大學學報:自然科學版,2008,27(5):794-798.

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