露天爆破安全风险灰色系统评估方法

摘要

本发明公开了一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法，建立风险层次指标结构模型；利用专家打分及层次分析法得到各层判断矩阵，计算各层元素影响权重向量；将风险指标影响度划分为多个灰类等级,建立各指标项可能度的模糊隶属度函数，结合专家打分计算风险层的灰度评判权矩阵；逐层将灰度评判权矩阵与影响权重向量进行合成运算，最终得到目标层各元素的模糊综合风险评价值,综合分析露天爆破总体风险评估等级。本发明提供的一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法，采用层次分析法、灰度模糊评判法，结合专家打分通过定性定量分析，计算分析了岩石爆破开挖施工对周边保护目标物的综合风险评价值，评估方法科学、客观、有效。

说明书

技术领域

本发明涉及安全评估，具体涉及一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法。

背景技术

工程爆破技术具有快速、高效、经济的独特优势，在交通基础设施中发挥着重要的作用，是大规模石方开挖工程作业的重要技术手段。但由于爆破需大量使用炸药，在施工过程中伴有爆破飞石、爆破噪声和飞尘以及爆破地震波等次生危害效应。如不加以控制，爆破飞石和爆破地震动会对爆破施工临近区域的建筑物形成砸毁、振动破坏等影响甚或造成破坏，而传播范围更远的爆破地震波对邻近区域的电气、管道敏感设施的运行功能安全有潜在影响。

近年来，随着在复杂、敏感区域爆破施工活动的增多，为避免爆破安全事故，降低因爆破施工带来不必要的矛盾和纠纷，必须建立一种安全可靠的风险评估系统，在确保爆破施工既要达到施工要求，又要将危险降到最低点的情况下，全面论证爆破施工的可靠性，为工程项目决策提供参考依据。

但是在已知信息不够充分的前提下，风险评估如何能够做到足够科学、客观，是实现准确评估的难点。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在已知信息不够充分无法准确进行爆破风险评估的问题，本发明提供一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法。

技术方案：一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法，包括以下步骤：

(1)建立风险层次指标结构模型，确定风险层次指标结构模型的各层元素，所述风险层次指标结构模型包括目标层、风险层及指标层；

(2)利用专家打分及层次分析法对风险层及指标层的元素进行两两对比，得到目标层判断矩阵和风险层判断矩阵；分别由目标层判断矩阵及风险层判断矩阵计算出目标影响权重向量和风险影响权重向量；

(3)提供指标层各因素的安全控制标准，将现场技术指标与安全控制标准的差异度进行比对，得到风险指标影响度，将风险指标影响度划分为多个灰类等级,针对每个灰类等级,建立各指标项可能度的模糊隶属度函数，结合专家打分计算风险层的灰度评判权矩阵；

(4)将风险层的灰度评判权矩阵与风险影响权重向量进行合成运算，得到目标层的灰度评判权向量，组成目标层的灰度评判权矩阵；将目标层的灰度评判权矩阵与目标影响权重向量进行合成运算，得到目标层各元素的综合风险评价值向量；

(5)根据多个灰类等级区间中心值计算目标层各元素的综合风险评价值的权度向量，将目标层各元素的综合风险评价值向量与综合风险评价值向量进行合成运算，得到目标层各元素的模糊综合风险评价值,综合分析露天爆破总体风险评估等级。

进一步地，步骤(1)中风险层次指标结构模型从最高层至最底层依次包括目标层、风险层及指标层，所述目标层为各保护目标风险评估项，目标层包括高速公路、建筑物及高压线路，风险层为各爆破风险类别，风险层包括爆破振动、爆破噪声、爆破飞石及爆破飞尘，指标层为影响爆破风险的指标因素，指标层包括总药量、单段最大药量、临空面、最小抵抗线、地质条件、距离、气象条件。

进一步地，步骤(2)具体包括：

(21)按照对上一层的影响程度,对风险层次指标结构模型中的各保护目标风险评估项下的风险层各元素进行专家打分,对风险层次指标结构模型中的各爆破风险类别下的指标层各元素进行专家打分；

(22)采用层次分析法对同一层的各元素对于上一层中某元素的影响程度进行两两比较，分别得到两两比较的目标层判断矩阵及风险层判断矩阵；

(23)根据目标层判断矩阵及风险层判断矩阵分别计算目标影响权重向量和风险影响权重向量；

(24)进行一致性检验，调整专家打分至一致性通过。

进一步地，步骤(23)中，权重向量采用和法，包括：

(a1)将判断矩阵的元素按行归一化；

(a2)将归一化后的各行相加；

(a3)将相加后的向量除以判断矩阵的行向量数，得到权重向量。

进一步地，步骤(23)中，权重向量采用特征根法，包括：

令判断矩阵为A，解判断矩阵的特征根得：

AW＝λ

其中，λ

进一步地，步骤(24)一致性检验包括：

(b1)计算一致性指标CI：

其中，n为判断矩阵的行向量数,

(b2)查找相应的平均随机一致性指标RI；

(b3)计算一致性比例CR：

若CR＜0.1，说明一致性可接受；CR≥0.1，说明需要调整专家打分；

(b4)根据每组元素对上一层中某元素的权重向量，逐层进行步骤(b1)-(b3)的一致性检验。

进一步地，步骤(3)中，设模糊隶属度函数为f

1)风险很低(x

2)风险低(x

3)风险一般(x

4)风险大(x

5)风险很大(x

其中，h为灰类等级，x

有益效果：相比较现有技术，本发明提供的一种露天爆破安全风险灰色系统评估方法，采用层次分析法、灰度模糊评判法，结合专家打分通过定性定量分析，计算分析了岩石爆破开挖施工对周边保护目标物的综合风险评价值，评估方法科学、客观、有效。

附图说明

图1为风险层次指标结构模型的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明。

以某地区为例，进行露天爆破安全风险评估，该露天爆破安全风险灰色系统评估方法，包括以下步骤：

(1)建立风险层次指标结构模型，确定风险层次指标结构模型的各层元素，风险层次指标结构模型从最高层至最底层依次包括目标层、风险层及指标层，同一层次的元素作为准则对下一层的某些元素起支配作用，同时它又受上面层次元素的支配。所述目标层为各保护目标风险评估项，针对本地区的特点，确定该层包括高速公路、建筑物及高压线路，图1示意的是一类目标物下的风险层和指标层结构。风险层为各爆破风险类别，包括爆破振动、爆破噪声、爆破飞石及爆破飞尘。指标层为影响爆破风险的指标因素，包括总药量、单段最大药量、单孔药量、孔深、炮孔填塞方式、炮孔填塞质量、最小抵抗线、距离、临空面、相对方位关系、高程因素、岩体内部孔洞状况、地质条件、气象条件和防护措施等。

(2)按照对上一层的影响程度,对风险层次指标结构模型中的各爆破风险类别下的指标层各元素进行专家打分，对风险层次指标结构模型中的各保护目标风险评估项下的风险层各元素进行专家打分。再采用层次分析法对同一层的各元素对于上一层中某元素的影响程度进行两两比较，分别得到两两比较的风险层判断矩阵(包括爆破振动风险判断矩阵、爆破飞石风险判断矩阵、爆破噪声风险判断矩阵及爆破飞尘风险判断矩阵)及目标层判断矩阵(包括建筑物风险判断矩阵、高速公路风险判断矩阵及高压线路风险判断矩阵)：

专家打分表如下：

表1指标层的层次分析专家打分表

表2风险层的层次分析专家打分表

1)爆破振动风险判断矩阵

2)爆破飞石风险判断矩阵

3)爆破噪声风险判断矩阵

4)爆破飞尘风险判断矩阵

5)建筑物风险判断矩阵

6)高速公路风险判断矩阵

7)高压线路风险判断矩阵

分别由风险层判断矩阵及目标层判断矩阵计算风险影响权重向量和目标影响权重向量，权重向量的计算可以采用和法，具体包括：

(a1)将判断矩阵的元素按行归一化；

(a2)将归一化后的各行相加；

(a3)将相加后的向量除以判断矩阵的行向量数，得到权重向量。

权重向量也可以采用特征根法，具体包括：

令判断矩阵为A，解判断矩阵的特征根得：

AW＝λ

其中，λ

经计算得出，风险影响权重向量W

爆破振动(U

爆破飞石(U

爆破噪声(U

爆破飞尘(U

目标影响权重向量：

建筑物Wc＝(0.3889 0.3333 0.1667 0.1111)

高速公路Wr＝(0.2381 0.3810 0.0952 0.2857)

高压线路We＝(0.2381 0.3333 0.1429 0.2857)

在计算单准则下权重向量时，还必须进行一致性检验。对判断矩阵的一致性进行检验，具体步骤如下：

(b1)计算一致性指标CI：

其中，n为判断矩阵的行向量数；

(b2)查找相应的平均随机一致性指标RI，下表给出了1-15阶正反矩阵计算1000次得到的平均随机一致性指标。

表3平均随机一致性指标RI

(b3)计算一致性比例CR：

若CR＜0.1，说明一致性可接受；CR≥0.1，说明需要调整专家打分，从而对判断矩阵做适当修正；

(b4)根据每组元素对上一层中某元素的权重向量，逐层进行步骤(b1)-(b3)的一致性检验。经检验，风险层判断矩阵和目标层判断矩阵的一致性均符合要求。

(3)对该区域采用灰度模糊评判分析，评估爆破施工风险的可能程度，以确定爆破施工的可行性。灰度模糊综合评判法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即对受到多种因素影响的对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，可以进一步提高风险评估的可靠度。

提供指标层各因素的安全控制标准，将现场技术指标与安全控制标准的差异度进行比对，得到风险指标影响度，如以距离为例，在某次爆破中，通过计算，对保护目标物的爆破振动安全距离在200米之外时，其爆破振动的影响为“风险很低”或“无风险”，而在50米距离内时，则“风险很大”。按照此方法将风险指标影响度划分为5个灰类等级：风险很低、风险低、风险一般风险大、风险很大。

针对每个灰类等级,结合专家打分建立各指标项可能度的模糊隶属度函数，计算风险层的灰度评判权矩阵。模糊隶属度函数的选择及确定是灰度聚类的关键环节之一，将直接影响评价结果的准确性。灰度模糊评价与模糊综合评价具有许多共同的特点，它们的评价结果都是集合，均能应用于多层次评价，对两者的评价值可以作区间划分，设定模糊隶属度函数，确定评价隶属区间。

定义模糊隶属度函数为A(x)，A(x)＝[0，1]，x为U中一元素，U为指标项的取值范围，对于U中的任一元素x，都有一个模糊隶属度A(x)与之相对应，即A为U上的模糊集，A(x)为x对A的隶属度，代表x属于A的程度。

设风险指标集U

1)风险很低(x

2)风险低(x

3)风险一般(x

4)风险大(x

4)风险很大(x

表4风险指标影响度专家打分表

表5风险层的灰度评判权矩阵

(4)将风险层的灰度评判权矩阵Ri与风险影响权重向量Wi进行合成运算，得到目标层的灰度评判权向量Bi，

Bi＝Wi×Ri

B

B

B

B

将B

B

0 0.4811 0.3638 0.1551 0；

0 0.6671 0.3329 0 0：

0 0.4979 0.4031 0.0989 0]

同理，将目标层的灰度评判权矩阵B

Z＝W×B

以建筑物为例，建筑物的综合风险评价价值向量Zc＝W

(5)依据风险指标专家评判打分所对应的5个等级划分的原则，对风险区间值按风险灰度(即风险模糊度)水平赋值。风险灰度水平采用最大可能性原则，即各风险等级的评估赋值采用风险模糊区间指标允许范围的中心值。共5个灰类风险区间([0，20％](20％，40％](40％，60％](60％，80％](80％，100％])，各风险区间中心值的赋值计算如下式：

计算目标层各元素的综合风险评价值的权度向量：

G＝(10 30 50 70 90)

将目标层各元素的综合风险评价值向量Z与综合风险评价值的权度向量G进行合成运算，得到目标层各元素的模糊综合风险评价值Risk：

Risk＝Z×G

以建筑物为例，计算得到Risk

与下表相对照，模糊综合风险评价值∈(40％，60％]为风险一般

表6风险级别区间设置表

用同样的方法评估高压线路和高速公路的模糊综合风险评价值，综合分析露天爆破总体风险评估等级。