基于Euclid理论的震后恢复重建民用建筑工程质量评价

黄建文，王　东，张　瑞，石　春，杨青青

(1. 三峡大学 水电工程施工与管理湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)



基于Euclid理论的震后恢复重建民用建筑工程质量评价

黄建文，王东，张瑞，石春，杨青青

(1. 三峡大学 水电工程施工与管理湖北省重点实验室，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002)

摘要:为给我国震后灾区恢复重建的民用建筑工程质量评价提供一个更合理的评价标准，首先采用文献数据库和问卷调查法选取5个一级指标和23个二级指标来构建质量评价层次结构模型，然后运用区间特征根法求出各评价指标的权重。最后选择四川省芦山县某汶川地震灾后恢复重建小区作为评价对象，采用灰色相对欧几里德方法进行工程质量评价分析，计算出与不同评估等级相对应的灰色Euclid加权关联度，根据该模型虽然得出该小区重建质量为优，但是还存在一些影响工程质量的因素。该结论与恢复重建实践过程相符，说明了该指标体系具有一定的合理性，同时该模型存在一定的有效性。

关键词:重建；质量评价；区间层次分析法；灰色欧几里德评价

自2008年以来，我国特大地震灾害频发，相继发生了汶川8.0级地震、玉树7.1级地震、盈江5.8级地震、芦山7.0级地震、鲁甸6.5级地震，地震的破坏力强，给受灾人群造成了极大的财产损失和精神伤害。我国西南地区地震频发，而且同一地区多次发生地震。地震破坏造成人员死亡主要原因是房屋的快速坍塌，芦山7.0级地震受损房屋中，有很多是2008年汶川8.0级地震后重建的民用建筑。因此，把我国多震地区如云南、四川、西藏等地区独立划分出来，对当地的民用建筑实行一套独有的切实可行的房屋建筑质量评估标准是有必要的。

目前国内外学者在震后重建方面做了相关的研究，并取得了一定的成果。杨月巧等[1]主要从工程项目、经济效益、生态环境可持续性和应急能力建设等角度提出了灾后重建后评价的框架体系，徐玖平等[2]用综合集成理论和方法来指导灾后重建工程。高建国等[3]提出重建建筑选址不当和围护结构等因素应得到重视。Mousavi Shahab等[4]致力于开发结构防火系统阻止震后火灾的蔓延。Opricovic,Serafim等[5]提出建立重建的多目标模型，综合考虑安全、可持续发展、环境、经济之间的冲突影响，冯启民等[6]提出社区的抗震能力强弱不仅与社区的建筑物本身的抗震能力有关,而且与社区的空间因素有关，为开展城市抗震防灾规划提供了新思路。常志朋[7]利用模糊测度和Choquet模糊积分算子构建模糊积分综合评价模型，常龙生等[8]从改进震后民用建筑重建质量监管机制的角度建立质量评价体系，并采用模糊综合评价法进行评价研究。

然而，国内学者在震后恢复重建方面的研究尚未形成成熟的理论体系，不能满足恢复重建指导工作的需求，而且多数学者对于震后重建的研究大多集中于对重建工作指导提出宏观定性的建议上，着重考虑震后灾区基础设施的完善、生态环境的保护、资源配置的有效性等，定量评价恢复重建建筑工程质量的文章较少，评价方法研究不足，不能体现重建建筑质量评价体系中的评价指标和评价等级之间的对应关系。鉴于此，本文拟使用区间层次分析法求解各指标权重，然后结合灰色欧几里德理论评价方法，分析待评估项目与不同评估等级的贴近程度来确定重建建筑的质量等级，以期为以后的震后重建建筑质量评估工作提供参考。

图1　震后灾区民用建筑重建工程质量评价指标体系

1震后重建民用建筑工程质量评价指标体系

1.1　评价指标体系构建原则

(1)评价指标体系的可靠性原则。在震后民用建筑重建的过程中，必须把加强民用建筑抗震能力放在首要位置，重建的房屋能否经得住当地抗震设防标准地震烈度的破坏，是广大受灾群众关心的问题。

(2)面向对象及实用性原则。选用的指标既要能切实反映工程的质量，又要便于普通居民理解。在对专业性强的指标打分时可咨询专家打分，在对专业性不强而和使用者息息相关的指标时，可采取问卷调查的方式。

(3)节能环保型原则。自从生态城镇的概念提出以来，生态节能型建筑越来越受到国家的重视。因此，构建灾后重建民用建筑的质量评估体系时，可将节能目标纳入其中。

1.2　指标体系

通过阅读与震后灾区重建建筑质量评价有关的文献，查找相关规范如《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》[9]、《建筑设计防火规范(GB50016-2014)》[10]，咨询从事建筑抗震方面工作的人员以及征询当地居民的意愿，筛选出如下震后重建民用建筑工程质量评价指标体系(图1)。指标体系建立步骤如下所示。

(1)结构选型：就民用建筑而言，框架剪力墙结构优于框架结构，框架结构优于底框架结构，底框架结构优于砖混结构，“强柱弱梁”型框架优于“弱柱强梁”型框架。

(2)结构的整体性：包括构件间的可靠连接和房屋的竖向刚度。

(3)填充墙的性能：在建筑物的抗震能力中往往忽略了填充墙的作用，但填充墙有利于增加结构的整体承载能力和抗侧刚度。此外，以往地震中楼梯间填充墙坍塌阻碍逃生的现象均有发生，将填充墙的性能纳入到抗震指标体系中具有现实意义。

(4)场地选址条件：应选择稳定的基岩或平坦开阔的有利地段，要与活动断裂带保持一定的安全距离。在汶川地震中有很多房屋本身没有倒塌但毁于地震后引发的泥石流、滑坡、滚石等次生地质灾害，所以选址条件是影响抗震能力的关键因素。

(5)人口密度和建筑密度：民用建筑的抗震能力不仅与建筑物本身的抗震能力有关，也要考虑建筑的分布密度和人口密度，这在很大程度了小区居民的疏散速度。

(6)阻火与排烟：由于地震可能会导致通电线路、变压器的破坏从而引起火灾。因此，本文将阻火与排烟作为指标体系的一个准则层指标，并根据《建筑设计防火规范》选择防火门、防火分区大小、楼梯间的防排烟系统三个具有代表性的指标作为阻火与排烟的子指标。

(7)震后应急疏散：发生地震时，人群能否及时疏散直接影响伤亡率的大小。同时考虑火灾疏散的要求将消防疏散能力作为指标体系层次结构中的一个准则层元素。参考《建筑设计防火规范》选择几个主要的指标如建筑周围的消防车道、消防栓系统、安全通道宽度作为评价消防疏救能力的子指标。

(8)建筑节能：根据《汶川地震灾后重建总体规划》中生态重建的要求，响应建设资源节约型、环境友好型社会的号召，重建建筑应充分利用先进的节能技术，本文实地调查重建社区节能灶、节能灯、节水器以及太阳能热水器使用情况判断该建筑的节能水平。

(9)建筑环境与心理:地震给灾民造成了一定的身体和心灵创伤，为了让他们尽快地走出心理阴影，更好地适应日常生活，应重视无障碍设计和健身休闲设施的配备。

表1　震后重建民用建筑工程质量评价指标体系及其权重

1.3　权重的确定

在上述指标体系研究的基础上，采用区间层次分析法求解权重向量，具体步骤如下。

(1)建立震后重建民用建筑质量评价的层次结构模型，如表1所示。

(2)采用互反性1～9标度法建立区间判断矩阵[11]。依次建立目标层与准则层、各准则层与指标层元素间的判断矩阵，此处限于篇幅，只列出了目标层与准则层的区间判断矩阵见表2。

(1)

(2)

表2　S-B区间判断矩阵

2建立灰色Euclid理论评价模型

2.1　确定参考序列和样本序列

对于k种因素i个评估等级的评估序列(i=1,2,3,…,6)，即参考序列，如式(3)所示[16]：

Xi={Xi(1),Xi(2),…,Xi(k)}。

(3)

式中：Xi(k)是第i个评价等级中第k个因素的参考标准值。然后确定样本序列，如式(4)所示：

表3　不同评价等级得分标准值

X0={X0(1),X0(2),…,X0(k)}。

(4)

式中：X0(k)是第k个因素的样本值。

2.2　原始数据变换

(5)

样本序列与参考序列中各点关联系数ξi(k)[17-18]按式(6)计算：

ξi(k)=

(6)

式中：ρ为各个指标因素的分辨系数，0<ρ<1，ρ一般取0.5。

2.3　灰色加权关联度

第k个评估等级序列与样本的关联度ri可按式(7)计算：

(7)

式中：wi(k)为与关联系数ξi(k)对应的综合权重。

2.4　灰色欧几里德关联度

灰色欧几里德贴近度综合考虑了比较数列与参考数列的灰色关联系数的平均值以及波动值对关联度的影响,从而比灰色加权关联度更具有科学性和实用性。

(8)

2.5　判定重建建筑的质量等级及关键影响因素

c(k)=(7-x0(k))·w(k)。

(9)

3实例分析

3.1　工程背景

在2008年汶川8.0级地震中芦山县属位于重灾区，在《汶川地震灾后恢复重建条例》[19]中划为生态重建区，芦山县用3年时间基本完成了汶川地震的恢复重建任务，2013年芦山7.0级地震正好是对汶川地震灾后恢复重建效果的检验，使该重建质量评价具有了可参照性。本文选取芦山县的芦阳镇某社区的居民建筑质量作为评价对象，这个社区是汶川地震灾后恢复重建的社区，邀请专家对专业能力要求强的指标进行打分，对小区建筑的抗震能力、阻火与防排烟、震后应急疏散指标进行打分；对贴近居民生活的指标采取问卷调查方式，如表一准则层中的节能指标、建筑环境与心理所属的子指标。该社区在2008年以前房屋多为私人砖木结构和砖混结构房屋，共计85户，户籍人口3 480人，在经历汶川地震后，倒塌25户，严重破坏40户，中等破坏20户，汶川地震后重建65户，修复20户，重建建筑均为框架结构，修复建筑加强了配筋处理；为了对恢复重建建筑的质量进行检验，在小区内来往行人随机拦访的方式向灾区居民发出调查问卷500份，回收480份，有效率96%，邀请居民参照表3列出的评价等级对图1中各二级指标因素进行评分，然后将评分取平均值得表4。

表4　样本序列和参考序列

3.2　计算处理

表5　量纲归一化处理后关联系数

3.3　结果分析

具体分析如下：芦山县芦阳镇在汶川地震中的地震烈度为VII度，汶川地震后重建的设防烈度为VII度，芦山县芦阳镇在芦山地震中的地震烈度为VIII度，超过了设防烈度，但重建小区并未出现房屋倒塌现象，究其原因一是小区建筑采用了钢筋混凝土框架结构，二是小区建筑的地质条件较好，无软弱岩层。但重建社区中有些楼栋门窗洞口的填充墙墙面出现裂缝，建议以后选用强度较高的填充墙材质。小区的防火排烟能力较强，机械加压送风系统和可开启外窗的自然排烟设施同时设置，效果较好。可重建小区的节能指标得分普遍较低，节能灶和太阳能热水器的使用率不高，原因一是市场上节能产品种类繁多居民不知怎么挑选，二是价格太贵，希望有关部门加以重视给予一定的帮扶政策。

4结语

(1)本文在咨询有关专家和调查居民意愿的基础上，针对灾后重建民用建筑的特点，从抗震能力、阻火与排烟、消防疏救能力、建筑节能、建筑环境与心理五个方面系统的建立了震后重建民用建筑工程质量评价指标体系，并在梳理相关文献的基础上在构建指标体系时加入了对抗震能力有较大影响且容易被忽略的因素，如场地选址条件、填充墙的材质、人口密度指标等，指标体系全面、实用、便于理解。

(2)将区间层次分析法与灰色Euclid评价有效的结合，更符合评价系统模糊性的特点。采用区间特征根法求解建立的区间判断矩阵，方法简单适用。选取芦山县芦阳镇某重建小区作为评价对象，计算其质量等级与参考序列给出的各评估等级的关联度系数，得到了符合实际的评价结果，并找出了影响其质量等级的关键因素，系统的分析了重建工作的优势和不足，为以后的震后重建工作提供了一定的参考价值。

参考文献：

[1]杨月巧,迟宝明,胡俊锋,等.地震灾后恢复重建的后评价框架体系研究[J].灾害学,2014,29(1):18-24.

[2]Xu Jiuping, Lu Yi. Meta-synthesis pattern of systems engineering of post-earthquake reconstructions [J]. System Engineering Theory and Practice, 2008, 28(7):116.

[3]高建国,张孝奎.关于规范地震重建房屋质量评估的建议[J].国际地震动态,2013(5):8-12.

[4]Mousavi Shahab, Bagchi Ashutosh. Review of post-earthquake fire hazard to building structures[J].Canadian Journal of Civil Engineeing,2008,35(7):689-698.

[5]Opricovic Serafim, Tzeng Gwo-Hshiung. Multicriteria planning of post-earthquake sustainable reconstruction[J]. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 2002, 17(3):211-220.

[6]冯启民,孙峥,颜锋,等.城市社区抗震能力模糊综合评价模型[J].世界地震工程,2007,23(1):1-5.

[7]常志朋,程龙生.震后灾区民用建筑重建工程质量模糊积分综合评价模型[J].灾害学,2013,28(4):165-170.

[8]程龙生,常志朋.震后民用建筑重建质量监管机制研究[J].中国安全生产科学技术,2014,10(4):158-163.

[9]GB-50011-2001 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[10]GB50016-2014 建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[11]肖峻,王成山,周敏.基于区间层次分析法的城市电网规划综合评判决策[J].中国电机工程学报,2004,24(4):54-61.

[12]冯向前,魏翠萍,胡钢,等.区间数判断矩阵的一致性研究[J].控制与决策,2008,23(2):182-186.

[13]韦兰用.不一致区间数判断矩阵的校正及其排序算法[J].广西民族学院学报:自然科学版,2003,9(3):1-4.

[14]李继乾,苏醒,魏翠萍.区间数判断矩阵的排序及一致性改进算法[J].数学的实践与认识,2008,38(22):147-153.

[15]王振,刘茂.应用区间层次分析法(IAHP)研究高层建筑火灾安全因素[J].安全与环境学报,2006,6(1),12-15.

[16]张叶,何嘉鹏.高层建筑火灾疏散的灰色欧几里德关联度安全评估模型与应用[J].火灾科学,2008(2):105-110.

[17]郑霞忠,邵波,陈玲,等.基于Euclid理论的水电工程施工安全熵评价[J].中国安全科学学报,2014(6):38-43.

[18]黄国忠,吴忠广,杨灿生,等.基于灰色欧几里德理论的建筑施工安全评价模型[J].北京科技大学学报,2011,33(4):515-520.

[19]中华人民共和国国务院.汶川地震灾后恢复重建条例[EB/OL]. (2008-06-08)[2014-11-11].http://www.gov.cn/flfg/2008-06/09/content_1011131.htm.

Quality Evaluation for Post-earthquake Civil Building Reconstruction Based on Gray Euclid Theory

Huang Jianwen, Wang Dong, Zhang Rui, Shi Chun and Yang Qingqing

(1.HubeiKeyLaboratoryofConstructionandManagementinHydropowerEngineering,

ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 2.CollegeofHydraulicandEnvironmental

Engineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

Abstract:In order to provide a more reasonable evaluation standard of the quality evaluation for post-earthquake civil building reconstruction, 4 first grade indexes and 23 second grade indexes are firstly selected through some literature databases and questionnaire method to set up the hierarchy model of quality evaluation. Finally, a typical civil buildings reconstruction community in Lushan county of Sichuan province which are reconstructed after Wenchuan earthquake is selected as evaluation target, gray relative Euclid weighted correlation degree adapting to different rating grades. According to the model while it is concluded that the quality of reconstructed community is best, but there are some factors affecting the quality of engineering. The conclusion is consistent with the actual situation, to verify the validity of the model and indicate the reasonableness of the index system. Engineering quality evaluation and analysis are done by using grey relative Euclidean method and Grey Euclid weighted correlation degree is calculated with different assessment levels, According to the model, the reconstruction quality is excellent, but there are some factors that affect the quality of the project. This conclusion is consistent with the practice of restoration and reconstruction, which shows that the index system is reasonable, and the model has some validity.

Key words:reconstruction; quality evaluation; interval analytic hierarchy process; gray Euclid

作者简介：黄建文(1977-)，男，湖北黄陂人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为水利水电施工管理.E-mail：jwhuang@ctgu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金面上项目(51379109)；湖北省自然科学基金面上项目(2014CFB670)；水电工程施工与管理湖北省重点实验室开放基金项目(2014KSD01)

收稿日期：2015-07-01修回日期：2015-08-20

中图分类号：X43

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2016)01-0011-06

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.003