一种隧道工程风险态势模糊评估方法及评估系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道工程风险态势模糊评估方法及系统，方法包括以下步骤：根据隧道工程实际建设环境，按照建设条件、勘察设计、施工技术和运营管理因素，确定隧道工程风险评价指标；并构建隧道工程风险评价指标层；结合隧道工程风险评价指标层，构建隧道工程风险态势模糊评估层次模型；根据专家评价意见，确定隧道工程风险评价指标在指标层中经效度修正处理后的权重；根据专家评价意见，构建底层指标层节点属于准则层各风险状态评价指标评价集的经效度修正后的模糊评判矩阵；计算隧道工程风险态势指数。本发明专利技术通过引入模糊数学和模糊层次法评估隧道工程的风险态势，从而解决了隧道工程风险态势评估中数据不确定性及其对评估结果影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道工程风险态势模糊评估方法及评估系统
本专利技术涉及建筑工程
，尤其涉及一种隧道工程风险态势模糊评估方法。
技术介绍
随着隧道工程建设环境的复杂性日渐增多，各类风险事件时有发生，对隧道工程 建设和使用造成巨大危害。常见的隧道工程安风险控制措施如突水涌泥风险控制、爆炸风 险控制、岩爆风险控制、垮塌风险控制等，得到的隧道风险信息仅能对单个隧道风险事件预 警和防范，其难以描述从勘察设计到施工运营隧道工程整个建设期的风险程度。隧道工程 风险程度是指由建设条件、勘察设计、施工技术、运营管理等因素所构成的隧道工程总体风 险在不同隧道工程建设时期的状态和变化过程。值得注意的是，态势强调动态性以及多风 险因素间的关系，是一种状态、过程、总体的概念，任何单一的风险事件不是态势。为了帮助 隧道工程建设人员对所承建的隧道工程风险情况有一个清楚、全面的认识，需要对隧道工 程的风险态势进行评估。这样做，一方面便于建设者从大量的勘察、设计、专项资料中能够 直观的了解隧道工程的风险状态；另一方面，便于建设者及时发现影响隧道安全的主要要 素，做到有的放矢，做好风险控制措施。 现有的隧道风险态势评估方法中，定量评估能够提高隧道工程风险评估的准确 性，并对基于主动防范的隧道工程安全技术具有重大意义。传统的隧道工程风险态势评估 主要采用定性或半定量半定性评估的方法，许多文献的隧道工程风险态势评价以某一风险 等级来表述，这种确定某一等级的方式过于简单，带有很强的主观性。 对隧道工程风险态势的评估类似于复杂系统的多属性决策问题，涉及到大量的不 确定因素。引起不确定性的因素主要来自以下几个方面：（1)属性数据的不确定性：比如同 一风险因素对不同隧道，或同一风险因素在隧道工程建设的不同时期，再或者同一风险因 素对采用了不同设计方案和施工方法的隧道，其对隧道工程安全的危害程度和风险发生概 率之间没有明确的对应关系，只能是一种模糊性的判断。实际上，安全与危险之间并没有绝 对的界限，安全和危险之间存在一个过渡区，这个过渡区即体现了安全与危险评判的模糊 性。（2)属性之间重要性的不确定性：针对评价指标体系中各种风险因素之间的重要性也 存在不确定性。很难对所有属性的权重直接给出一个确定的值。（3)某些影响隧道工程安 全的因素具有偶然性，如施工不当导致的爆炸等，往往很难预测。由此，隧道建设者很难掌 握进行风险评估所需要的准确信息。 专家调查法是一种被广泛应用于隧道工程设计安全风险评价的方法。在采用专家 调查法进行工程风险评价时，由于专家个体经验的局限性和差异，会导致评判结果的不确 定性，极有可能使得高风险项目被评定成低风险，从而不能引起足够重视，导致严重后果。 因此，在基于专家调查法的工程风险评价中，如何更真实地体现专家判断的模糊性以及专 家个体经验差异对隧道工程设计安全风险评价结果的影响是十分重要的。由于隧道工程风 险评价指标繁多，并且评价指标间关联性复杂，因此在采用专家调查法进行隧道工程风险 评价时，多采取简单直接的专家评判方式，国内外还没有在隧道工程设计安全风险评价时 同时考虑专家判断的模糊性、以及专家个体经验差异导致的评判效度差异的方法。 鉴于现有隧道风险态势评价方法的缺陷，以及评价体系设计大量不确定性的事 实，因此仅由专家根据勘察设计资料以及检测到的属性直接对属性进行确定性赋值并给出 相应的风险等级使得主观因素对计算结果影响较大，从而导致有时得到的评估结果与实际 情况并不十分吻合。也即，在多层次隧道风险态势评估方法中，各风险因素与隧道风险态势 之间的关联以及各风险因素之间重要性的确定是一种动态、多变量、人为因素起主要作用 的评估。并且，现有方法虽然结合客观统计数据和主观经验知识给出了一个风险评价集中 某一具体等级，但是其忽略了属性数据与隧道风险状态之间的模糊性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于不确定数据 的隧道工程风险态势模糊评估方法，通过引入模糊数学和模糊层次法来评估隧道工程的风 险态势，从而很好的解决了隧道工程风险态势评估中数据不确定性及其对评估结果影响的 问题。。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道工程风险态势模糊评估方 法，包括以下步骤： 1)根据隧道工程实际建设环境，按照建设条件、勘察设计、施工技术和运营管理因 素，确定隧道工程风险评价指标；并构建隧道工程风险评价指标层；其中指标层的底层节 点为能够直接获得到属性数据的节点； 2)结合隧道工程风险评价指标层，构建隧道工程风险态势模糊评估层次模型；所 述层次模型由目标层、准则层、指标层组成，其中，目标层节点为隧道工程建设的工程风险 状态；准则层为隧道风险状态评价的指标，包括风险发生概率指数、风险损失程度指数； 3)根据专家评价意见，确定隧道工程风险评价指标在指标层中的权重； 4)根据专家评价意见，构建底层指标层节点属于准则层各风险状态评价指标评 价集的模糊评判矩阵； 5)在上述构建底层指标层节点属于风险发生概率评价集的模糊评判矩阵、属于风 险损失程度评价集的模糊评判矩阵和已经确定的底层指标层各节点对目标层节点权重，计 算出最终的以向量形式表现的隧道工程风险态势指数。 按上述方案，步骤3)中定隧道工程风险评价指标在指标层中的权重的具体步骤 如下： 3. 1)根据步骤1)中确定的隧道工程风险评价指标，设计专家调查问卷，所述专家 调查问卷包括隧道工程风险具体评价指标之间的相对重要性专家打分表、相对重要性 度量标准以及相对重要性专家打分的模糊评判规则； 3. 2)将专家打分结果转换成具有三个元素的数组形式（au，anUj，aUiij)的模糊评 判值，数组（a^， anUj，aiUj)中三个元素分别表示子节点i与子节点j对其上层节点的相对 重要性值的下限、相对重要性值的最可能值、相对重要性值的上限。 3. 3)构建由数组中第二个元素 amu组成的模糊判断矩阵，引入模糊层次法对其一 致性进行检验，通过一致性检验的为有效的重要性模糊评判值，对没有通过一致性检验的 模糊评判值需要由专家重新进行评判，直到通过一致性检验。 3. 4)对一致性检验后的模糊评判值，计算每个模糊评判值的效度，使用以下公式：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道工程风险态势模糊评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)检测隧道工程实际建设环境，根据隧道工程实际建设环境，按照建设条件、勘察设计、施工技术和运营管理因素，确定隧道工程风险评价指标；并构建隧道工程风险评价指标层；其中指标层的底层节点为能够直接获得到属性数据的节点；2)结合隧道工程风险评价指标层，构建隧道工程风险态势模糊评估层次模型；所述层次模型由目标层、准则层、指标层组成，其中，目标层节点为隧道工程建设的工程风险状态；准则层为隧道风险状态评价的指标，包括风险发生概率指数、风险损失程度指数；3)根据专家评价意见，确定隧道工程风险评价指标在指标层中的经效度修正处理后的权重；4)根据专家评价意见，确定底层指标层节点属于准则层各风险状态评价指标评价集的经效度修正处理后模糊评判矩阵；5)在上述构建底层指标层节点属于风险发生概率评价集的模糊评判矩阵、属于风险损失程度评价集的模糊评判矩阵和已经确定的底层指标层各节点对目标层节点权重，计算出最终的以向量形式表现的隧道工程风险态势指数。

【技术特征摘要】
1. 一种隧道工程风险态势模糊评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 检测隧道工程实际建设环境，根据隧道工程实际建设环境，按照建设条件、勘察设 计、施工技术和运营管理因素，确定隧道工程风险评价指标；并构建隧道工程风险评价指标 层；其中指标层的底层节点为能够直接获得到属性数据的节点； 2) 结合隧道工程风险评价指标层，构建隧道工程风险态势模糊评估层次模型；所述层 次模型由目标层、准则层、指标层组成，其中，目标层节点为隧道工程建设的工程风险状态； 准则层为隧道风险状态评价的指标，包括风险发生概率指数、风险损失程度指数； 3) 根据专家评价意见，确定隧道工程风险评价指标在指标层中的经效度修正处理后的 权重； 4) 根据专家评价意见，确定底层指标层节点属于准则层各风险状态评价指标评价集的 经效度修正处理后模糊评判矩阵； 5) 在上述构建底层指标层节点属于风险发生概率评价集的模糊评判矩阵、属于风险损 失程度评价集的模糊评判矩阵和已经确定的底层指标层各节点对目标层节点权重，计算出 最终的以向量形式表现的隧道工程风险态势指数。2. 根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤3)中确定隧道工程风险评价指 标在指标层中的权重，包括根据专家评价意见确定模糊评判矩阵，并计算模糊评判矩阵的 效度，根据效度修正后的模糊评判矩阵确定隧道工程风险评价指标在指标层中的权重； 所述步骤4)中评价集的模糊评判矩阵为计算评价集的模糊评判矩阵的有效评判效 度，并根据效度修正后的模糊评判矩阵。3. 根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤3)中定隧道工程风险评价指标 在指标层中的权重的具体步骤如下： 3. 1)根据步骤1)中确定的隧道工程风险评价指标，设计专家调查问卷，所述专家调查 问卷包括隧道工程风险具体评价指标之间的相对重要性专家打分表、相对重要性度量 标准以及相对重要性专家打分的模糊评判规则； 3.2)将专家打分结果转换成具有三个元素的数组形式的模糊评判 值，数组（a^，a^j，aiUj)中三个元素分别表示子节点i与子节点j对其上层节点的相对重 要性值的下限、相对重要性值的最可能值、相对重要性值的上限； 3. 3)构建由数组中第二个元素 amu组成的模糊判断矩阵，引入模糊层次法对其一致性 进行检验，通过一致性检验的为有效的重要性模糊评判值，对没有通过一致性检验的模糊 评判值需要由专家重新进行评判，直到通过一致性检验； 3. 4)对一致性检验后的模糊评判值，计算每个模糊评判值的效度，使用以下公式：其中，k为相对重要度专家调查的模糊值总个数，sa为所有模糊值数组中的模糊值中最 可能值与相同的个数，<+为最可能值为anUj的模糊值的效度。 3. 5)在计算出相对重要度专家调查的模糊评判值的效度基础上，采用进行模糊评判值修正，得到修正后的专家 调查模糊评判值（bupb^pbu); 3. 6)根据修正后的专家调查模糊评判值，构建各子节点对其上层节点相对重要度的模 糊评判矩阵，采用公式算各子节点对其上层节点重要性权重，其中η为属于评估因素集的子节点的个数； 3. 7)在确定隧道工程评价指标体系中各子节点对其上层节点重要性权重后，计算底层 指标层子节点对目标层节点重要性权重。4. 根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤4)中根据专家评价意见，构建底 层指标层节点属于风险发生概率评价集的模糊评判矩阵的具体步骤如下： 4. 1)设计专家调查问卷，包括隧道工程风险具体指标风险发生概率专家打分表、隧 道工程风险具体指标风险损失程度专家打分表；由他们对该评价指标体系中底层指标层 各节点对目标层节点的属于隧道风险发生概率进行判断， 4.2)将专家打分结果转换成具有三个元素的数组形式（Vu，VnU，VlU)的模糊评判值； 数组Vnu，vu;i)中元素表示风险发生概率评价集的五个等级，映射风险指标i所属风险 评价集中等级j的发生概率ru ;三个元素 Vu、VnU、VlU分别表示属于评价集风险等级的下 限、风险等级的最可能值、风险等级的上限，数组（ Vu，VnU，VlU)中三个元素取值为{1，2,3， 4,5}，大小关系满足0彡' 1彡\1彡'1彡5，且为整数； 4. 3)使用梯形隶属度函数，将专家经验的不确性模糊化，通过隶属度函数计算出底层 指标层i节点属于不同评价等级j (其中，j = 1，2, 3, 4, 5)的概率，具体如下：4. 4)在通过隶属度函数计算出底层指标层i节点属于不同评价等级的概率后，构建隧 道工程风险评价指标底层指标层i节点属于评价集评价等级专家模糊评判矩阵； 4.5) 在收集该评价指标体系中底层指标层各节点对目标层节点的属于隧道风险 发生概率和风险损失程度评价集中评价等级的专家调查的模糊评判数值后，采用公式计算专家的属于评价集中评价等级模糊评判值的效度，体现专家 个体经验知识的不确定性，其中k为属于评价集中评价等级专家调查的模糊值总个数，sv为 数组形式的模糊值中最可能值为VnU的模糊值的个数，< 为最可能值为VnU的模糊值的效 度； 4.6) 在确定专家的属于评价集中评价等级模糊评判值的效度后，采用公式进行底层指标层...

【专利技术属性】
技术研发人员：王頠，黄斌，周强，邓玉婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42