一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态评价方法

摘要

本发明公开了一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态评价方法，具体涉及长距离输水建筑物的多层次模糊综合评价法、专家对于定性指标评价结果的可信度分析。该发明规范了多层次评价指标体系，减少了专家主观因素在评价过程中的影响，最终得到的结果不仅有建筑物的安全状态等级，并对评价结果给出了综合的可信度评估。

说明书

技术领域

本发明涉及引水工程技术领域，具体涉及一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态 评价方法。

背景技术

距离引水工程是解决我国水资源时空分布不均，实现水资源优化配置的重要手段，具体 工程诸如滇中引水工程是我国具有战略意义的重大工程项目。跨度长、地形地质条件复杂、 涉及范围广是长距离引水工程所具有的显著特点，其在运营阶段所面临的安全风险种类繁杂， 且管理困难。在运营期间一旦有意外发生，将会导致较为严重的经济问题和社会问题。因此， 建立合理的结构安全风险评估体系，保证长距离引水工程的长久安稳运行已然成为水利水电 工程建设项目生产过程所面临的重要问题。

从目前传统的工程结构安全评价体系来看，采取层次分析法(AHP)划分评价体系是评 价过程的重中之重。而无论是模糊综合评价法抑或是其他方法，主观因素均对会对评价结果 产生较大的影响，严重制约了评价过程的客观性、评价结果的可靠性；且其得出的评价结果 多是给出一个单一的数值结果，均没有对其评价结果的可信性给予足够的重视，那么依据此 评价结果做出的一系列工程管理应对措施的必要性也有待考究。目前长距离引水工程结构安 全评价体系的问题主要体现在以下几个方面：

第一、多层次评价指标体系分级混乱；采取层次分析法(AHP)时，对于指标体系的分 级尤为重要。对于结构安全评价过程，既需要考虑到定量分析的监测指标，同时也需要考虑 定性分析的检测指标。对于这两种评价标准完全不同的指标，若不能有效划分，将会增加评 价体系的难度和模糊度。

第二、评价过程中主观因素影响过大；对于定性分析的因素，其评价过程中不免采用专 家意见。对于专家的专业程度、专家是否具备准确决策信息的能力、是否主观臆断以获取利 益等一系列主观因素的影响，通常没有采取有效的检查措施和控制措施。

第三、评价结果缺乏可信度评估；现有的结构安全风险评价体系对评价结果欠缺可信性 分析，即对于得到的评价结果是否准确缺少定量的判断。

综上，目前的长距离引水工程结构安全评价体系存在着许多缺陷，现亟需一种科学合理、 客观严谨的长距离引水工程结构安全状态评价体系，反映出长距离引水工程在运维阶段最真 实的结构安全状态，以能够及时做出合理的工程应对措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态评价方法，上述 传统的工程结构安全评价体系存在的诸多缺陷，提供一种经过改良的、科学合理、客观严 谨的长距离引水工程结构安全状态评价方法，其评价体系系统规范、实用性强，极大地减少 了专家主观因素在评价过程中的影响，并对评价结果给出了综合的可信度评估，能够满足长 距离引水工程长久安稳运行的本质要求。

本发明采用以下技术方案：

一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态评价方法，包括：建立多层次评价指标体 系、确定权重集、建立评价集、进行可信性评估、按体系逐层进行结构安全评价。

进一步的；所述建立多层次评价指标体系：

步骤101

B层级的划分：将待评价的A层级目标建筑物划分为定量分析的B1层级监测系统和定性 分析的B2层级运行管理系统；

步骤102

C层级、D层级等的划分：根据引水工程的管理标准、各输水设施的管理规程，将B1层 级监测系统继续向下划分C层级监测项目层，该层包含各类监测指标；将B2层级运行管理系 统继续向下划分C层级部位层级和D层级子部位层级；

步骤103

构建安全评价指标体系：将划分好的层级以层次图的方式展现出来，形成安全评价指标 体系。

进一步的；所述确定权重集：

步骤201

确定同层因素的权重值：采用“1～9”标度方法将同层几个因素的重要性比较定量化， 其方法简述如下：

步骤2011

采用专家打分方式对同层因素两两进行重要程度的比较，“1”代表重要程度较低，“9” 代表重要程度较高；

步骤2012

专家打分结果生成n×n阶判断矩阵A，其中各因素权重系数为aij；

步骤2013

采用方根法计算判断矩阵A的最大特征根λmax及其相应的特征向量；

步骤2014、将其归一化后，即为该层有关因素相对于上一层相关因素的权重值向量W；

步骤202

权重系数的一致性检验：使用CR判别法对得到的权重判别矩阵进行一致性检验，其方法 简述如下：

步骤2021

CI为一般一致性指标，其计算公式如下：

CI＝(λ

步骤2022

平均随机一致性指标RI与矩阵阶数n具有一一对应关系，随机一致性比率CR的计算公 式如下：

CR＝CI/RI

步骤2022

若CR<0.1，则说明判断矩阵通过一致性检验，否则需要重新进行步骤201确定权重集。

进一步的；所述建立评价集：

步骤301

确定评价等级：考虑建筑物在运行中所可能出现的状况，参照相关规范标准，对定性分 析的运行管理系统确定评价等级；

步骤302

设置与评价等级相对应的分数集：上述确定的评价等级在0-100分内划分相对应的分数 区间，并做归一化处理，得到评价等级向量H；

步骤303

对监测指标定量分析：按运行管理规范和相关要求，对监测指标进行定量分析，得到监 测系统的基础因素评价结果；

步骤304

根据专家意见确定运行管理系统评价结果：根据多位在行业内的权威专家的意见确定运 行管理系统的基础因素评价结果。

进一步的；所述进行可信性评估：

步骤401

专家个体和因素间的可信度评估：考虑专家评价结果的区间长度，采用海明模糊度，即 第i个专家对第j个方案所赋模糊数决策结果的模糊度的计算公式为：

步骤402

专家个体层面的可信度评估：

步骤4021

绝对一致度反映了专家意见与群意见之间的一致性程度其计算公式如下：

步骤4022

绝对一致度与群隶属函数自身的取值有关，因此，要以群隶属函数与自身的绝对一致度 作为基础做相对变换。群隶属函数与自身的绝对一致度按以下式求得：

步骤4023

第i个专家对第j个方案的相对一致度的计算公式为：

步骤403

整体层面的可信度评估：

步骤4031

综合评价值与相对一致度成正比例，与模糊度成反比例：

步骤4032

绝对综合评价值与相对综合评价值的变换参考值：

步骤4033

采用相对

步骤404

将可信度评估结果反馈至评价结果：根据可信度评价的三个指标，对专家意见进行取舍， 取可信度较高的专家意见作为最终意见，取保留决策结果可信度的平均值作为群决策结果的 可信度。

进一步的；所述按体系逐层进行结构安全评价：

步骤501

对基础层进行单因素评价：由经过可信度评估和修正后的专家评价结果，得到基础层因 素隶属于评语的程度,结合该基础层元素的权重集，得到基础层的评价结果；

步骤502

多因素综合评价：将上述得到的单因素评价结果构成更高一个层级的模糊评价矩阵，按 照步骤一构建的评价指标体系逐层进行评价，最终得到待评价建筑物的结构安全状态结果。

进一步的；所述在步骤102中，进行更细致的层级划分得到E、F层级，层级划分越细致， 评价精度越高，层级划分需要合理。

进一步的；所述在步骤102中，各类监测指标包括：应力和应变、变形和沉降、渗流和 扬压力、土压力。

与现有技术相比，本发明的至少具有以下有益效果之一：

构建的长距离引水工程结构安全状态评价方法，给出了较为合理的评价体系划分标准， 即将需定性分析的监测指标与需定量分析的检测指标分离开来，根据自身的特点进行评价。 在评价过程方面，实现了减少专家主观因素的影响程度，在个体和因素之间、个体、整体三 个层面给予专家意见评价结果的评估。在评价结果方面，给予了最终评价结果的可信程度， 相对客观地反映了输水建筑物真实的结构安全状态。

本发明方法步骤简单、可操作性强,大幅度减小了专家主观因素在结构安全评价中的负面 影响，确保了长距离引水工程的长久安稳运行。

附图说明

图1为本发明中结合可信度评估的评价体系总体流程图。

图2为本发明中渡槽的安全评价指标体系图。

具体实施方式

图1-2所示，为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明， 并不用于限定发明。

实施例1：

一种结合可信度评估的引水工程结构安全状态评价方法，包括：建立多层次评价指标体 系、确定权重集、建立评价集、进行可信性评估、按体系逐层进行结构安全评价；构建的长 距离引水工程结构安全状态评价方法，给出了较为合理的评价体系划分标准，即将需定性分 析的监测指标与需定量分析的检测指标分离开来，根据自身的特点进行评价。在评价过程方 面，实现了减少专家主观因素的影响程度，在个体和因素之间、个体、整体三个层面给予专 家意见评价结果的评估。在评价结果方面，给予了最终评价结果的可信程度，

实施例2：

在实施例1的基础上，建立多层次评价指标体系：

步骤101

B层级的划分：将待评价的A层级目标建筑物划分为定量分析的B1层级监测系统和定性 分析的B2层级运行管理系统；

步骤102

C层级、D层级等的划分：根据引水工程的管理标准、各输水设施的管理规程，结合日常 运行管理的特点，将B1层级监测系统继续向下划分C层级监测项目层，该层包含各类监测指 标；将B2层级运行管理系统继续向下划分C层级部位层级和D层级子部位层级；

步骤103

构建安全评价指标体系：将划分好的层级以层次图的方式展现出来，形成安全评价指标 体系；便于进行建立多层次评价指标体系。

实施例3：

在实施例1-2的基础上，确定权重集：

步骤201

确定同层因素的权重值：采用“1～9”标度方法将同层几个因素的重要性比较定量化， 其方法简述如下：

步骤2011

采用专家打分方式对同层因素两两进行重要程度的比较，“1”代表重要程度较低，“9” 代表重要程度较高；

步骤2012

专家打分结果生成n×n阶判断矩阵A，其中各因素权重系数为aij；

步骤2013

采用方根法计算判断矩阵A的最大特征根λmax及其相应的特征向量；

步骤2014、将其归一化后，即为该层有关因素相对于上一层相关因素的权重值向量W；

步骤202

权重系数的一致性检验：使用CR判别法对得到的权重判别矩阵进行一致性检验，若不能 通过一致性检验，则说明权重系数存在较大误差，需要重新确定权重系数，直至满足一致性 检验为止。其方法简述如下：

步骤2021

CI为一般一致性指标，其计算公式如下：

CI＝(λ

步骤2022

平均随机一致性指标RI与矩阵阶数n具有一一对应关系，随机一致性比率CR的计算公 式如下：

CR＝CI/RI

步骤2022

若CR<0.1，则说明判断矩阵通过一致性检验，否则需要重新进行步骤201确定权重集； 便于进行确定权重集。

实施例4：

在实施例1-3的基础上，建立评价集：

步骤301

确定评价等级：考虑建筑物在运行中所可能出现的状况，参照相关规范标准，对定性分 析的运行管理系统确定评价等级。

步骤302

设置与评价等级相对应的分数集：上述确定的评价等级在0-100分内划分相对应的分数 区间，并做归一化处理，得到评价等级向量H；

步骤303

对监测指标定量分析：按运行管理规范和相关要求，对监测指标进行定量分析，得到监 测系统的基础因素评价结果；

步骤304

根据专家意见确定运行管理系统评价结果：根据多位在行业内的权威专家的意见确定运 行管理系统的基础因素评价结果；便于建立评价集。

实施例5：

在实施例1-4的基础上，进行可信性评估：

步骤401

专家个体和因素间的可信度评估(模糊度的计算)：考虑专家评价结果的区间长度，采用 海明模糊度，即第i个专家对第j个方案所赋模糊数决策结果的模糊度的计算公式为：

步骤402

专家个体层面的可信度评估(一致度的计算)：

步骤4021

绝对一致度反映了专家意见与群意见之间的一致性程度其计算公式如下：

步骤4022

绝对一致度与群隶属函数自身的取值有关，因此，要以群隶属函数与自身的绝对一致度 作为基础做相对变换。群隶属函数与自身的绝对一致度按以下式求得：

步骤4023

第i个专家对第j个方案的相对一致度的计算公式为：

步骤403

整体层面的可信度评估：

步骤4031

综合评价值与相对一致度成正比例，与模糊度成反比例：

步骤4032

绝对综合评价值与相对综合评价值的变换参考值：

步骤4033

采用相对

步骤404

将可信度评估结果反馈至评价结果：将可信度评估结果反馈至评价结果：为了为更好地 反映群决策结果的可信度，可以根据可信度评价的三个指标，对专家意见进行取舍，取可信 度较高的专家意见作为最终意见，取保留决策结果可信度的平均值作为群决策结果的可信度。

实施例6：

在实施例1-5的基础上，按体系逐层进行结构安全评价：

步骤501

对基础层进行单因素评价：由经过可信度评估和修正后的专家评价结果，得到基础层因 素隶属于评语的程度,结合该基础层元素的权重集，得到基础层的评价结果。；

步骤502

多因素综合评价：将上述得到的单因素评价结果构成更高一个层级的模糊评价矩阵，按 照步骤一构建的评价指标体系逐层进行评价，最终得到待评价建筑物的结构安全状态结果； 便于按体系逐层进行结构安全评价。

实施例7：

在实施例1-6的基础上，在步骤102中，进行更细致的层级划分得到E、F层级，层级划 分越细致，评价精度越高，层级划分需要合理；层级划分越细致，评价精度越高，但需要保 证层级划分的合理性。一般情况下，将待评价建筑物向下划分至4级(即D层级)即可获得较准确的评价结果。

实施例8：

在实施例1-7的基础上，在步骤102中，各类监测指标包括：应力和应变、变形和沉降、 渗流和扬压力、土压力；通过各类监测指标便于监测项目层划分。

实施例9：

在实施例1-8的基础上，步骤一、建立多层次评价指标体系：本实施例以渡槽为待评价 目标建筑物，将其评价指标体系划分为监测系统与运行管理系统。其中监测系统包含五个定 量分析的监测指标，运行管理系统包含渡槽的四大部位层以及各部位向下划分的子部位层。 具体划分内容如图2所示。

步骤二、确定权重集：充分采纳专家意见后，确定同层下各因素的相对重要程度，确定 各因素的权重系数。在本实施例中，以B层级为例，权重系数为[0.60.4]，经一致性判别后， 确定以此为最终的权重系数。

步骤三、建立评价集：在本实施例中，建立的评价语集为[优良及格不及格]，对应的 分数集为[10.90.750.6]。

对于监测指标，考虑各指标的特性做出定量判断，根据实测值建立评价矩阵。对于运行 管理系统下的指标，充分采纳专家以及巡检人员意见，对各指标给出评价结果。本实施例中 采取5位专家的评价意见，其意见形式为根据建立的评价集，对各部位的真实运行情况进行 的百分制打分。

步骤四、进行可信性评估：在专家意见形成后，根据相应算法对各专家的评价意见进行 可信度的综合评价，以综合评价值为依据，对个专家意见进行取舍，将可信度评估反馈至整 体评价体系中。在本实施例中，对每个指标的评价结果选取综合评价值较高的4位专家的意 见作为最终评价值，则对应的可信度即为最终评价结果的可信度。

步骤五、按体系逐层进行结构安全评价：利用各基础层权重集和评价矩阵进行单一指标 的评价，该过程不仅可以得到中间层级的评价结果，还可以得到高层级的评价矩阵，再结合 相应的权重集，逐层评价，即可得到目标建筑物的结构安全评价结果。

在本实施例中，计算综合评价值为0.9359，最终评价结果为：虽然个别部位安全状态略 差，但是其余部位均处于正常状态，渡槽整体结构安全状态处于正常状态；且经可信度评估 步骤后，可得该评价结果的可信性为0.752。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领 域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开 的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主 题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变 形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。