多目標(biāo)模糊決策理論在深基坑方案優(yōu)化中的應(yīng)用.doc

最新【精品】范文 參考文獻(xiàn) 專(zhuān)業(yè)論文多目標(biāo)模糊決策理論在深基坑方案優(yōu)化中的應(yīng)用多目標(biāo)模糊決策理論在深基坑方案優(yōu)化中的應(yīng)用 摘要：結(jié)合工程實(shí)例建立了深基坑支護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用多目標(biāo)模糊決策理論詳細(xì)論述了深基坑支護(hù)系統(tǒng)方案優(yōu)選的方法和步驟。并從方案集中選擇出一個(gè)最優(yōu)方案。該理論為施工決策者提供了一種科學(xué)有效的評(píng)判方法。 關(guān)鍵詞：多目標(biāo)模糊決策；深基坑；方案優(yōu)化 Application of fussy multi-objective decision to the project optimizing of Deep Excavation System Guo Ming, Miao Xuzhang (Institute of Geological survey,Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd, Luoyang 417002, China) Abstract: the model of analytical hierarchy process is built basing on engineering example and combined with the methods of fussy multi-objective decision making, how to select the best bracing and protecting system is discussed. The theory works for the policy makers to provide a scientific and effective evaluation method. Key words: fussy multi-objective decision; deep excavation system; project optimizing 中圖分類(lèi)號(hào):TV551.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 1 前言 1970年，享有“動(dòng)態(tài)規(guī)劃之父”盛譽(yù)的南加州大學(xué)教授R.E.Bellman與L.A.Zadel一起在多目標(biāo)決策的基礎(chǔ)上，提出了模糊決策的基本模型1。在該模型中，凡決策者不能精確定義的參數(shù)、概念和事件等，都被處理成某種適當(dāng)?shù)哪：?，蘊(yùn)含著一系列具有不同置信水平的可能選擇。這種柔性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與靈活的選擇方式大大增強(qiáng)了模型的表現(xiàn)力和適應(yīng)性，被以后的研究人員引為發(fā)展和推廣模糊決策的基礎(chǔ)。多目標(biāo)決策問(wèn)題中目標(biāo)水平的表達(dá)方式可以是定量的，即數(shù)字的，也可以是定性的，即語(yǔ)言的；其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是精確的，即剛性的，也可以是不精確的，即柔性的2。這種多元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以很好的用來(lái)描述深基坑這樣的系統(tǒng)工程。 在深基坑工程中，為達(dá)到同一支護(hù)目的，可供選擇的方案有多種，在這些方案中，每種方案都有其各自的特點(diǎn)。如何選擇出一個(gè)方案在保證基坑和周邊環(huán)境安全的前提下，兼顧降低造價(jià)和縮短工期，是一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題，因此，深基坑支護(hù)方案的優(yōu)選，是對(duì)多個(gè)方案從多個(gè)目標(biāo)的評(píng)價(jià)和選擇，涉及的指標(biāo)和考慮的因素很多，存在明顯的模糊性和不確定性。如何從幾個(gè)方案中選擇一個(gè)相對(duì)最優(yōu)的作為施工方案，是巖土工程師的一項(xiàng)重要任務(wù)。 2 多目標(biāo)模糊決策優(yōu)選模型3 設(shè)深基坑支護(hù)體系有m個(gè)可行方案組成方案集，以n個(gè)目標(biāo)對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，則m個(gè)方案的n個(gè)指標(biāo)的特征值矩陣為： （1） 式中，為方案目標(biāo)的特征值。 越大越優(yōu)目標(biāo)對(duì)優(yōu)的相對(duì)優(yōu)屬度公式為（2） 越小越優(yōu)目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度公式為（3） 應(yīng)用公式（2）、（3）可以將目標(biāo)特征值矩陣 變換為對(duì)應(yīng)的隸屬度矩陣 （4） 式中，為方案目標(biāo)的相對(duì)優(yōu)屬度。 根據(jù)相對(duì)優(yōu)屬度定義，優(yōu)、劣方案的目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度向量分別為： 設(shè)方案目標(biāo)具有不同的權(quán)重，則權(quán)重矩陣為： （5） 式中為方案目標(biāo)的權(quán)重，對(duì)任意的方案應(yīng)滿足： 由矩陣?yán)碚摻?jīng)計(jì)算整理得到模糊優(yōu)選模型為： （6） 其中為第個(gè)方案對(duì)應(yīng)的隸屬度。為權(quán)距離參數(shù)5，工程上一般取1或2。 則： 3 定性目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)量化方法 定性目標(biāo)的量化，或者稱(chēng)語(yǔ)言類(lèi)指標(biāo)的量化，普遍采用MacCrimmon提出的兩極比例法將定性目標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量目標(biāo)。如圖1所示 當(dāng)目標(biāo)介于兩個(gè)等級(jí)之間時(shí)，其中間狀態(tài)按線性分布考慮3。 圖1 施工難易程度賦值標(biāo)準(zhǔn) Fig.1evaluating standard of difficult or easy in construction 4 目標(biāo)權(quán)重的確定 該方法將目標(biāo)的重要性作成對(duì)比較，個(gè)目標(biāo)成對(duì)比較的結(jié)果用判斷矩陣表示。通過(guò)專(zhuān)家對(duì)各目標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，采用19比率標(biāo)度法4，以表示對(duì)總體而言因素比的重要程度，見(jiàn)表1 表1 比率標(biāo)度法 Table 1rating scale method 在實(shí)際問(wèn)題中，由于決策問(wèn)題的復(fù)雜性以及人們判斷的局限性，判斷矩陣與相比會(huì)有偏差，為避免使誤差過(guò)大，需檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。 記 （7） 式中為矩陣的最大特征值，為矩陣階數(shù)。 一般地，當(dāng)即認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則必須重新構(gòu)造判斷矩陣。二階判斷矩陣不需作一致性檢驗(yàn)，因。當(dāng)判斷矩陣的階數(shù)越大，矩陣一致性越難以滿足，此時(shí)可放寬對(duì)的要求：引入平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。是多次重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣的特征值計(jì)算之后取算術(shù)平均數(shù)得到的。表2為116階矩陣的值。 由此可定義出更為合理的衡量一致性的指標(biāo)，稱(chēng)作一致性比率指標(biāo) （8） 當(dāng)時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可接受的，否則應(yīng)對(duì)作適當(dāng)修正。 表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值 Table 2value of average probabilistic concordance index 5 工程實(shí)例 5.1 工程簡(jiǎn)介 (1)概況 南寧市某商廈深基坑位于南寧市中心地帶，交通便利?；A(chǔ)設(shè)計(jì)埋深為10m，基坑大致成長(zhǎng)方形，長(zhǎng)約98m，寬約53m。 (2)工程地質(zhì)條件 場(chǎng)地巖土層從上到下主要為第四系人工堆積形成的素填土，平均厚度0.47m，河流沖積形成的粘土，平均厚度1.86m，粉質(zhì)粘土，平均厚度3.10m，粉土，平均厚度3.52m，圓礫（級(jí)配較好，厚度較大）以及第三系湖相沉積形成的風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖 (3)水文地質(zhì)條件 場(chǎng)地有兩層地下水，分別屬于上層滯水和孔隙承壓水，其中上層滯水主要賦存于雜填土和淤泥質(zhì)土中，接受大氣降水的地表水的滲透補(bǔ)給，水量小，水位及水量隨季節(jié)變化?？紫冻袎核饕x存于圓礫層的孔隙中，圓礫層的滲透系數(shù)K值為75.6m/d。 5.2 初步支護(hù)方案選擇 根據(jù)該工程的地理位置以及該地區(qū)施工深基坑的經(jīng)驗(yàn)，確定了以下幾個(gè)初步方案45。 1.防滲樁墻排樁支撐，定義為方案D1； 2.灌注樁旋噴樁降水，定義為方案D2； 3.地下連續(xù)墻，定義為方案D3； 4.雙排樁土釘降水，定義為方案D4； 5.3 方案細(xì)化 建立層次模型6如圖2，其中C1，C8為定量值，其它定性的按照五級(jí)評(píng)分法由專(zhuān)家分別給出各項(xiàng)的評(píng)價(jià)值。再將評(píng)價(jià)值對(duì)照?qǐng)D1計(jì)算出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。規(guī)則是對(duì)工程越有利則分值越高。如降水的對(duì)周邊的影響 越小分?jǐn)?shù)越高。各目標(biāo)具體分?jǐn)?shù)見(jiàn)表3。 圖2 層次模型圖 Fig.2layer diagrammatic diagram 由表4得到?jīng)Q策矩陣為： 以上除工期和綜合造價(jià)為越小越優(yōu)外，其他元素均為越大越優(yōu)?？煞謩e根據(jù)公式（3）、（2）將決策矩陣變換為對(duì)應(yīng)的隸屬度矩陣。 表3多目標(biāo)模糊決策元素表 Table 3elements of fussy multi-objective decision 構(gòu)造層次B1C的判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確定相對(duì)于經(jīng)濟(jì)因素而言，各指標(biāo)的重要性權(quán)重。 根據(jù)表1構(gòu)造判斷矩陣如下： 計(jì)算B1的最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量 ， 二階正互反矩陣必滿足一致性，因此無(wú)需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，將歸一化，得到C1、C12相對(duì)于B1的重要性權(quán)重 構(gòu)造判斷矩陣B2如下 計(jì)算得最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量 ， 計(jì)算CR0.0880.1，因此一致性檢驗(yàn)結(jié)果表明判斷矩陣符合要求，權(quán)重向量是合理的，將歸一化，得到C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9相對(duì)于B2的重要性權(quán)重: 同理構(gòu)造 則， 構(gòu)造則，一致性檢驗(yàn)均滿足要求。 構(gòu)造AB層次各指標(biāo)的判斷矩陣 計(jì)算得：，CR0.0240.1，滿足一致性判斷，可進(jìn)行歸一化計(jì)算得： 還需進(jìn)行層次總排序的檢驗(yàn)，總排序結(jié)果見(jiàn)表4 表4層次總排序結(jié)果 Table 4result of total sort to layer 進(jìn)行層次總排序的一致性檢驗(yàn)： CR0.0880.1，因此，層次總排序具有令人滿意的一致性，表中最下一欄即為各因素相對(duì)于最高優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重。 從而決策矩陣R的目標(biāo)權(quán)向量為 取距離參數(shù)為p=1,根據(jù)公式（6）得各方案的隸屬度為： 根據(jù)隸屬度最大原則，本工程采用方案二，即灌注樁旋噴樁降水。該支護(hù)方案在實(shí)際施工中有效的保護(hù)了基坑的穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何失穩(wěn)事故。并且施工成本也完全控制在預(yù)算之內(nèi)。本實(shí)例證明由多目標(biāo)模糊決策優(yōu)選出的方案是合理的。 6 結(jié)論 使用多級(jí)模糊評(píng)判進(jìn)行方案優(yōu)選時(shí)，關(guān)鍵是建立指標(biāo)體系分層遞階結(jié)構(gòu)圖，對(duì)于不同的深基坑工程，有不同的指標(biāo)體系。應(yīng)充分考慮現(xiàn)實(shí)情況。比如，如果要求深基坑土程盡量降低成本，那么造價(jià)應(yīng)被視為很重要的一項(xiàng)指標(biāo)；如果工期緊張，那么工期也應(yīng)視為重要指標(biāo)等等。多目標(biāo)模糊決策理論進(jìn)行基坑支護(hù)方案優(yōu)選，能準(zhǔn)確全面地反映深基坑支護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及決策者的要求，具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。 參考文獻(xiàn)： 1李登峰模糊多目標(biāo)多人決策與對(duì)策國(guó)防工業(yè)出版社，2003 2Cynthia S. M. Use PERT as an approximation of fuzzy project-network analysisJ. IEEE Transactions on Engineering Management, 1993,40(2): 146-153. 3 彭祖贈(zèng),