多目標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 專業(yè)論文多目標模糊決策理論在深基坑方案優(yōu)化中的應(yīng)用多目標模糊決策理論在深基坑方案優(yōu)化中的應(yīng)用 摘要：結(jié)合工程實例建立了深基坑支護系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計層次結(jié)構(gòu)模型，運用多目標模糊決策理論詳細論述了深基坑支護系統(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)有效的評判方法。 關(guān)鍵詞：多目標模糊決策；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 中圖分類號:TV551.4文獻標識碼：A 文章編號： 1 前言 1970年，享有“動態(tài)規(guī)劃之父”盛譽的南加州大學(xué)教授R.E.Bellman與L.A.Zadel一起在多目標決策的基礎(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?shù)哪：?，蘊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)。多目標決策問題中目標水平的表達方式可以是定量的，即數(shù)字的，也可以是定性的，即語言的；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)可以很好的用來描述深基坑這樣的系統(tǒng)工程。 在深基坑工程中，為達到同一支護目的，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。如何選擇出一個方案在保證基坑和周邊環(huán)境安全的前提下，兼顧降低造價和縮短工期，是一個優(yōu)化設(shè)計的問題，因此，深基坑支護方案的優(yōu)選，是對多個方案從多個目標的評價和選擇，涉及的指標和考慮的因素很多，存在明顯的模糊性和不確定性。如何從幾個方案中選擇一個相對最優(yōu)的作為施工方案，是巖土工程師的一項重要任務(wù)。 2 多目標模糊決策優(yōu)選模型3 設(shè)深基坑支護體系有m個可行方案組成方案集，以n個目標對方案進行評價，則m個方案的n個指標的特征值矩陣為： （1） 式中，為方案目標的特征值。 越大越優(yōu)目標對優(yōu)的相對優(yōu)屬度公式為（2） 越小越優(yōu)目標相對優(yōu)屬度公式為（3） 應(yīng)用公式（2）、（3）可以將目標特征值矩陣 變換為對應(yīng)的隸屬度矩陣 （4） 式中，為方案目標的相對優(yōu)屬度。 根據(jù)相對優(yōu)屬度定義，優(yōu)、劣方案的目標相對優(yōu)屬度向量分別為： 設(shè)方案目標具有不同的權(quán)重，則權(quán)重矩陣為： （5） 式中為方案目標的權(quán)重，對任意的方案應(yīng)滿足： 由矩陣理論經(jīng)計算整理得到模糊優(yōu)選模型為： （6） 其中為第個方案對應(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 定性目標的統(tǒng)計量化方法 定性目標的量化，或者稱語言類指標的量化，普遍采用MacCrimmon提出的兩極比例法將定性目標轉(zhuǎn)化為定量目標。如圖1所示 當目標介于兩個等級之間時，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準 Fig.1evaluating standard of difficult or easy in construction 4 目標權(quán)重的確定 該方法將目標的重要性作成對比較，個目標成對比較的結(jié)果用判斷矩陣表示。通過專家對各目標進行兩兩比較，采用19比率標度法4，以表示對總體而言因素比的重要程度，見表1 表1 比率標度法 Table 1rating scale method 在實際問題中，由于決策問題的復(fù)雜性以及人們判斷的局限性，判斷矩陣與相比會有偏差，為避免使誤差過大，需檢驗判斷矩陣的一致性。 記 （7） 式中為矩陣的最大特征值，為矩陣階數(shù)。 一般地，當即認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，因。當判斷矩陣的階數(shù)越大，矩陣一致性越難以滿足，此時可放寬對的要求：引入平均隨機一致性指標。是多次重復(fù)進行隨機判斷矩陣的特征值計算之后取算術(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，稱作一致性比率指標 （8） 當時，認為判斷矩陣的一致性是可接受的，否則應(yīng)對作適當修正。 表2 平均隨機一致性指標取值 Table 2value of average probabilistic concordance index 5 工程實例 5.1 工程簡介 (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)計埋深為10m，基坑大致成長方形，長約98m，寬約53m。 (2)工程地質(zhì)條件 場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，確定了以下幾個初步方案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評分法由專家分別給出各項的評價值。再將評價值對照圖1計算出相應(yīng)的分數(shù)。規(guī)則是對工程越有利則分值越高。如降水的對周邊的影響 越小分數(shù)越高。各目標具體分數(shù)見表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應(yīng)的隸屬度矩陣。 表3多目標模糊決策元素表 Table 3elements of fussy multi-objective decision 構(gòu)造層次B1C的判斷矩陣并進行一致性檢驗，確定相對于經(jīng)濟因素而言，各指標的重要性權(quán)重。 根據(jù)表1構(gòu)造判斷矩陣如下： 計算B1的最大特征值和對應(yīng)的特征向量 ， 二階正互反矩陣必滿足一致性，因此無需進行一致性檢驗，將歸一化，得到C1、C12相對于B1的重要性權(quán)重 構(gòu)造判斷矩陣B2如下 計算得最大特征值和對應(yīng)的特征向量 ， 計算CR0.0880.1，因此一致性檢驗結(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相對于B2的重要性權(quán)重: 同理構(gòu)造 則， 構(gòu)造則，一致性檢驗均滿足要求。 構(gòu)造AB層次各指標的判斷矩陣 計算得：，CR0.0240.1，滿足一致性判斷，可進行歸一化計算得： 還需進行層次總排序的檢驗，總排序結(jié)果見表4 表4層次總排序結(jié)果 Table 4result of total sort to layer 進行層次總排序的一致性檢驗： 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于最高優(yōu)化目標的權(quán)重。 從而決策矩陣R的目標權(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。該支護方案在實際施工中有效的保護了基坑的穩(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)。本實例證明由多目標模糊決策優(yōu)選出的方案是合理的。 6 結(jié)論 使用多級模糊評判進行方案優(yōu)選時，關(guān)鍵是建立指標體系分層遞階結(jié)構(gòu)圖，對于不同的深基坑工程，有不同的指標體系。應(yīng)充分考慮現(xiàn)實情況。比如，如果要求深基坑土程盡量降低成本，那么造價應(yīng)被視為很重要的一項指標；如果工期緊張，那么工期也應(yīng)視為重要指標等等。多目標模糊決策理論進行基坑支護方案優(yōu)選，能準確全面地反映深基坑支護系統(tǒng)的特點以及決策者的要求，具有較強的實踐意義。 參考文獻： 1李登峰模糊多目標多人決策與對策國防工業(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,