基于灰色欧几里德理论的地铁项目安全性评价

李俊鑫，徐玉胜，杨咏梅

(1.中国铁道科学研究院研究生部，北京 100081； 2.中国铁道科学研究院 深圳研究设计院，广东 深圳 518000；3.石家庄铁道大学 交通运输学院，河北 石家庄 050043)



基于灰色欧几里德理论的地铁项目安全性评价

李俊鑫1，徐玉胜2，杨咏梅3

(1.中国铁道科学研究院研究生部，北京 100081； 2.中国铁道科学研究院 深圳研究设计院，广东 深圳 518000；3.石家庄铁道大学 交通运输学院，河北 石家庄 050043)

为了提高地铁工程施工过程中的安全管理水平，针对地铁施工安全影响因素灰性特点，建立灰色欧几里德关联度理论的地铁项目安全评价模型。首先构建地铁工程施工安全评价指标体系并运用区间层次分析法确定各指标权重；然后引入灰色欧几里德理论确定其关联度，并根据关联度大小判断地铁项目的安全水平。工程实例结果表明，该模型可以有效地对地铁工程施工安全性进行综合评价，可为地铁项目安全管理提供依据。

地铁工程；区间层次分析法；灰色欧几里德；灰色关联度；安全评价

近年来，随着我国城市化的快速发展，城市轨道交通尤其是地铁在拓展城市空间和改善交通环境方面发挥着越来越重要的作用。然而，地铁项目具有建设规模大、地质环境复杂、地下施工作业多等特点，建设过程中不确定因素较多。此外，由于建设各方对风险管理的认识不足，管理手段不科学，导致各城市地铁工程安全事故频发[1]。因此，对地铁项目进行安全性评价是很有必要的。

目前，国内对地铁项目安全风险评价进行了一系列理论与实践研究，应用较多的评价方法有核查表法、故障树分析法、蒙特卡洛数值模拟法、模糊综合评价法[2]，但上述评价方法较少考虑到安全影响因素间的灰色关联性，尚未很好地解决以下问题：①非线性问题，大多数评价方法都预设了事故因素和事故结果之间的线性映射关系；②评价结果定量化问题；③评价指标权重确定问题[3]。因此，针对地铁项目施工过程中可获信息的模糊与不确定等典型灰色系统特点，笔者引入灰色欧几里德理论建立地铁项目安全评价模型。

1 灰色欧几里德理论评价模型

1.1 基本思想

灰色关联理论的基本思想是通过确定评价对象数据列与参考数据列的几何形状相似程度来判断其联系是否紧密，若曲线的几何形状相似度越高，则两者关联度越大；反之亦然。关联分析能否真实反映一个系统中各种因素相互影响的关系，关键在于如何对关联度进行计算[4]。传统邓氏灰色关联度计算公式为：

(1)

1.2 构建步骤

(2)

(2)灰色加权关联度的计算。比较数列与参考数列在各点的关联系数为：

(3)

其中，ρ为分辨系数(0<ρ<1),其取值方法如下，令Δv为所有差值绝对值的平均值，即：

(4)

(5)

(6)

则灰色加权关联度为：

(7)

其中，wi(k)为关联系数对应的综合权重。

(3)灰色欧几里德加权关联度的计算及排序。考虑比较数列与参考数列在各点的关联系数平均值对关联度的影响，以及各点关联系数波动值对关联度的影响[6]，对灰色加权关联度修正得到灰色欧几里德加权关联度：

(8)

根据灰色欧几里德加权关联度大小对评价对象进行排序，按照灰色关联分析的原则，关联度越大，评价结果越好。

2 安全评价指标体系及权重确定

2.1 安全性评价指标体系的构建

地铁项目是一个复杂的系统工程，其施工过程中会面临各式各样风险因素引起的潜在风险影响。笔者根据GB 50715-2011《地铁工程施工安全评价标准》[7]，结合工程实践，在参考地铁工程施工安全相关研究成果[8]及专家咨询的基础上，从人员、管理、技术、设备、环境5个方面考虑，选择对地铁施工安全影响程度大，且具有代表性的评价指标，构建地铁项目安全评价指标体系如表1所示。

2.2 确定评价指标的权重

在评价指标体系研究的基础上，采用区间层次分析法确定指标的权重。区间层次分析法用模糊数学中的区间数来代替点值构成判断矩阵，通过区间数矩阵和对应权重向量得到区间数综合权重，克服了传统层次分析法中采用单一数值描述专家判断所产生不确定性的不足[10]。通过对递阶层次结构中逐层元素采用互反型1～9标度[11]作为区间判断矩阵标量化方法，计算各指标权重结果(见表1)。

表1 评价指标及其权重

3 实例应用

3.1 工程背景

以郑州市轨道交通1号线二期某标段为研究对象，对其施工安全性进行评估。该标段包含一站二区间及一出入场线，即：雪松路站、西流湖站-雪松路站盾构区间、雪松路站-铁炉站盾构区间、停车场出入场线单线隧道，分别记为A、B、C、D，其中雪松路站采用明挖顺作法施工。

3.2 灰色欧几里德相对加权关联度的计算

对地铁项目安全指标的评价采用专家打分法，由于参与安全评价的评价专家所在岗位及自身专业水平的不同，不应占有相同权重[12]，因此，将安全评价专家分为4种类型：安全监理P1、项目经理P2、总工程师P3、安全工程师P4，运用区间层次分析法确定各评价专家的权重，得到各评价专家的权重：m(pi)=(0.42,0.29,0.19,0.10)T(i=1,2,3,4)，各评价指标得分=∑专家打分×权重。专家打分采取百分制，理想状况为100分。对A、B、C、D各指标进行评分和统计，得到地铁项目评分汇总表,如表2所示。

表2 地铁工程项目评分汇总表

表3 关联系数ξ0i计算结果表

3.3 评价结果分析

4 结论

(1)基于地铁工程施工的模糊性、非线性、多因素影响等特点，引入灰色关联理论建立评价模型，将定性问题转化为关联度大小进行定量分析，应用欧几里德理论对传统灰色关联度进行修正，体现了各点灰色关联系数波动对关联度的影响，一定程度上弥补了传统灰色关联法的不足。通过工程实例分析表明，该模型评价结果与工程实际情况基本一致，可为地铁工程安全管理提供一定依据。

(2)在评价模型建立的过程中，为降低评价指标权重对评价结果的影响，采用区间层次分析法来确定指标权重，将地铁工程的客观信息与专家的经验相结合，避免了过多的主观因素影响，同时采用区间数代替点值的方法克服了构造判断矩阵过程中专家决策的不确定性，与传统层次分析法相比，更加趋于科学、合理。

[1] 吴贤国，陈跃庆，张立茂，等.地铁工程施工安全监控预警管理及评价标准研究[J].铁道工程学报，2013(5)：107-110.

[2] 杨远程.地铁施工安全事故分析与评价方法研究[D].武汉：华中科技大学，2009.

[3] 陈伟珂，郭明宇.基于灰色关联理论的地铁施工安全评价模型研究及应用[J].工程管理学报，2014，28(5)：52-55.

[4] 赵艳林，韦树英，梅占馨.灰色欧几里德关联度[J].广西大学学报(自然科学版)，1998(1)：12-15.

[5] 王孙梦，李慧民，刘青青.基于灰色欧几里德理论的悬挑脚手架安全性评价[J].安全与环境工程，2016，23(1)：156-161.

[6] 王望珍，李金瑾.基于灰色欧几里德理论的地铁基坑支护方案优选[J].中国安全科学学报，2015，25(8)：112-116.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50715-2011地铁工程施工安全评价标准[S].北京：中国计划出版社,2011.

[8] 陈远建.地铁项目施工阶段安全风险管理研究[D].长沙：中南大学，2014.

[9] 谷昀.基于模糊综合评判法的地铁施工风险评估研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2013.

[10] 周毅，赵晓刚.基于区间层次分析法的石油库防火防爆安全评价[J].中国安全科学学报，2011，21(12)：58-63.

[11] 吴育华，诸为，李新全，等.区间层次分析法：IAHP[J].天津大学学报(自然科学版)，1995(5)：700-705.

[12] 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)：516-520.

LI Junxin:Postgraduate; China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China.

Safety Evaluation of Metro Construction Project Based on Grey Euclidean Theory

LIJunxin,XUYusheng,YANGYongmei

In view of grey characteristics of factors influencing metro construction safety, a safety evaluation model based on grey Euclidean theory was established to raise the level of safety management in the process of metro construction. Firstly, a safety evaluation index system of metro construction was built and the weight of each index was determined by interval analytic hierarchy process. Then, this paper introduced grey Euclidean theory to calculate the correlation of and estimated the safety level by comparing the value of correlation. Through analysis of engineering examples, it’s showed that the model can effectively and comprehensively evaluate the safety of metro construction and provide basis for safety management of metro construction.

metro engineering; interval analytic hierarchy process; grey euclidean theory; grey correlation; safety evaluation

2095-3852(2016)05-0534-04

A

2016-06-08.

李俊鑫(1991-)，男，山西忻州人，中国铁道科学研究院硕士研究生.

TU714 DOI：10.3963/j.issn.2095-3852.2016.05.004