城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究

城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究

中國(guó)主要的城市地鐵、隧道和大型地下建筑處于大規(guī)模開發(fā)的過程中。然而，由于缺乏對(duì)多災(zāi)變的綜合評(píng)估，施工是不充分的，有時(shí)失去了一件事，而發(fā)生在一件事上。隨著自然和社會(huì)條件的變化，災(zāi)害越來越全面。果樹多，果實(shí)多，現(xiàn)象越來越大。這些現(xiàn)象表明，在施工的初始階段，我們必須全面評(píng)估不同類型的安全。如何科學(xué)、系統(tǒng)、應(yīng)用地下建筑的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，已成為研究和解決當(dāng)前問題的必要條件。地下空間的內(nèi)部防災(zāi)與地面建筑的防災(zāi),在原則上是基本一致的,但是不能不注意到,地下環(huán)境的一些特點(diǎn)使地下空間內(nèi)部防災(zāi)問題更復(fù)雜、更困難,因防災(zāi)不當(dāng)所造成的危害也就更嚴(yán)重.事實(shí)表明,災(zāi)害的發(fā)生一般都不是孤立的,大的方面如自然災(zāi)害和人為災(zāi)害、原生災(zāi)害和次生災(zāi)害、地面上部空間災(zāi)害和地下空間災(zāi)害等;具體如爆炸往往引起火災(zāi),火災(zāi)引起爆炸并造成空氣污染,地震的發(fā)生易引起火災(zāi)和洪災(zāi),施工事故引起火災(zāi)和爆炸,水災(zāi)破壞地下網(wǎng)線從而影響交通和通訊等,它們之間都存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系,往往都是相伴發(fā)生的,所以僅考慮單災(zāi)種對(duì)地下空間安全的影響不能反映實(shí)際情況,是片面的、不科學(xué)的.現(xiàn)行地下空間安全評(píng)價(jià)已有單災(zāi)種抗災(zāi)理論和設(shè)計(jì)方法,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評(píng)判可采用以下兩種思路:第一種是基于原因的綜合評(píng)判,有兩種途徑來實(shí)現(xiàn).其一是分別就每個(gè)災(zāi)種(火災(zāi)、水災(zāi)、爆炸、地震等)進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià),若有不滿足安全要求的因素,則需對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)和改進(jìn),直至各災(zāi)種均滿足安全要求.此方法沒有考慮災(zāi)種間相關(guān)性,評(píng)判易顧此失彼,甚至彼此之間是矛盾的.其二是針對(duì)各災(zāi)種致災(zāi)因素,探索其致災(zāi)機(jī)制,考慮各災(zāi)種間的相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).此方法全面且能真實(shí)地反映地下空間安全狀況,但因其復(fù)雜性還有待研究.第二種是基于后果的綜合評(píng)判,即通過分析各災(zāi)種可能引起后果出現(xiàn)的頻率高低,構(gòu)建城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.本文通過分析城市地下空間災(zāi)害特征和各災(zāi)種間相關(guān)性,提出了基于后果的的城市地下空間綜合評(píng)判思路,經(jīng)數(shù)據(jù)分析并就現(xiàn)有各災(zāi)種對(duì)城市地下空間安全造成影響的因子進(jìn)行整理和分析,得到地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)并最終構(gòu)建城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.此方法充分考慮了各災(zāi)種間的相關(guān)性,但避開了指標(biāo)對(duì)災(zāi)種間相關(guān)性的過分依賴,可操作性強(qiáng).1建立城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系城市地下空間安全因素分為災(zāi)害本身危險(xiǎn)性和地下空間抗災(zāi)性能兩方面,因此對(duì)城市地下空間進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),其指標(biāo)體系應(yīng)涵蓋這兩個(gè)方面的內(nèi)容.建立城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),需要對(duì)城市地下空間安全所涉及的各個(gè)方面進(jìn)行多層次的分析.1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立指標(biāo)體系能否全面、真實(shí)、準(zhǔn)確地描述和反映城市地下空間多災(zāi)種安全的整體情況,關(guān)鍵因素在于所選取的指標(biāo)是否全面、真實(shí)、準(zhǔn)確地反映了城市地下空間安全各方面的要求.根據(jù)城市地下空間的特性,運(yùn)用頻度統(tǒng)計(jì)法和理論分析法,選擇在地下空間安全評(píng)價(jià)體系中使用頻度較高的指標(biāo),構(gòu)成預(yù)選指標(biāo)集.再對(duì)預(yù)選指標(biāo)的特性進(jìn)行分析,按照指標(biāo)出現(xiàn)的頻度和對(duì)城市地下空間安全影響程度的大小,篩選出數(shù)目足夠少但卻能表征對(duì)城市地下空間安全影響最具重要性的指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)體系,為下一步城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立提供參考.把城市地下空間作為一個(gè)系統(tǒng)來看,各災(zāi)種之間的關(guān)聯(lián)性,是多災(zāi)種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中不可缺少的部分,又由于地下空間災(zāi)害的復(fù)雜性和多樣性,安全評(píng)價(jià)中很難包含所有災(zāi)害種類.從各災(zāi)種出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)和災(zāi)害事故對(duì)比可以看出,火災(zāi)、空氣污染、施工事故、爆炸事故和水災(zāi)是最常發(fā)生且損失最嚴(yán)重的災(zāi)害事故,占所有災(zāi)害事故的76.4%,足可以反映整個(gè)城市地下空間的安全情況,因此本文初步設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系僅包含上述地下空間發(fā)生次數(shù)多、破壞程度嚴(yán)重的主要災(zāi)害.其次是評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選.項(xiàng)目咨詢了25位地下空間防災(zāi)和評(píng)價(jià)方面的專家,請(qǐng)他們對(duì)指標(biāo)體系的研究提供建議,并對(duì)上述指標(biāo)體系填寫問卷,對(duì)指標(biāo)的重要程度做出判斷.咨詢的專家都曾主持或參與過地下交通、地下商場(chǎng)或人防工程的建設(shè),來自高校、施工單位、設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位等.專家意見咨詢表分為兩個(gè)部分:第一部分是對(duì)上述初步建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系采用利克特(Likert)量表將指標(biāo)分為很重要、重要、一般重要、不太重要和不重要5個(gè)等級(jí),分別賦予5,4,3,2,1分值,請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)的重要性進(jìn)行量化打分.第二部分有兩個(gè)開放性問題,一是請(qǐng)專家對(duì)不合理的指標(biāo)提出修改意見,二是請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行補(bǔ)充,增加他們認(rèn)為重要的指標(biāo).采用各指標(biāo)所得分值的算術(shù)平均值表示專家的“意見集中度”,用變異系數(shù)表示專家的“意見協(xié)調(diào)度”.變異系數(shù)越小,指標(biāo)的專家意見協(xié)調(diào)程度越高,并以算術(shù)平均值大于3.5和變異系數(shù)小于0.25為篩選標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合專家的具體意見對(duì)指標(biāo)框架及指標(biāo)內(nèi)涵進(jìn)一步加以篩選和修正,以此來檢驗(yàn)指標(biāo)體系的效度和信度.根據(jù)以上方法對(duì)專家問卷所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算上述各個(gè)指標(biāo)的“意見集中度”和“意見協(xié)調(diào)度”.通過調(diào)查問卷,多位專家建議,雖然地下結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力,但是近二三十年來全球范圍內(nèi)發(fā)生的幾次強(qiáng)烈地震特別是阪神地震,地下結(jié)構(gòu)均有明顯破壞,這對(duì)以往“地下結(jié)構(gòu)在地震時(shí)是安全的”這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑,所以本文最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系里增加了地震這一破壞能力極強(qiáng)的災(zāi)害.1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立地下空間防災(zāi)與地面建筑的防災(zāi),在原則上是基本一致的,但地下空間由于其自身的特點(diǎn)使防災(zāi)問題更復(fù)雜、更困難.因此進(jìn)行城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)必須從其特征出發(fā),在借鑒地面建筑和地下空間單災(zāi)種安全指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,建立符合城市地下空間多災(zāi)種安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.通過專家咨詢,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分析、篩選和補(bǔ)充,結(jié)合城市地下空間特點(diǎn),最終確立了由“災(zāi)害本身危險(xiǎn)性”、“地下空間抗災(zāi)性能”2個(gè)一級(jí)指標(biāo)、12個(gè)二級(jí)指標(biāo)(即因素層)、43個(gè)三級(jí)指標(biāo)(即指標(biāo)層)組成的城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1).2城市地下空間安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建由于城市地下空間潛在的危險(xiǎn)和有害因素的不確定性、隨機(jī)性和相關(guān)性,因此城市地下空間多災(zāi)種安全評(píng)價(jià)是一個(gè)多準(zhǔn)則多目標(biāo)的復(fù)雜問題.采用層次分析法通過定量和定性的分析,對(duì)影響城市地下空間安全的各個(gè)因素層次化,并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型,對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值.2.1各層次的一致性檢驗(yàn)根據(jù)以上思路,在參考專家意見的基礎(chǔ)上,確定各因素之間的相對(duì)重要性并賦以相應(yīng)的分值,構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣,利用Matlab計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn),計(jì)算結(jié)果見表1.2.2wij組合權(quán)重計(jì)算指標(biāo)層和因素層對(duì)準(zhǔn)則層的組合權(quán)重.指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層的組合權(quán)重為wij=wiwj(1)wij=wiwj(1)式中:wij——組合權(quán)重;wi,wj——對(duì)應(yīng)于各準(zhǔn)則的分權(quán)重.則式(1)得到指標(biāo)層對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)則層的權(quán)重.利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果,計(jì)算出針對(duì)上一層次而言的本層次所有元素的重要性權(quán)重值,得到層次總排序.指標(biāo)層中有些指標(biāo)具有交叉性,如“空氣污染”、“引起爆炸”、“引起火災(zāi)”、“人員傷亡”、“施工質(zhì)量”等,層次總排序中對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行了匯總.3模糊性綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)上述選擇的依據(jù),即充分考慮操作的可行性、信息可得性和時(shí)間3個(gè)方面,對(duì)城市地下空間多災(zāi)種安全進(jìn)行評(píng)價(jià).本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法,這樣既可以避免過分依賴專家,又可以避免過分依賴現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),使得評(píng)價(jià)結(jié)果盡可能地接近真實(shí)情況.4多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)對(duì)某新建的地鐵,應(yīng)用現(xiàn)有城市地下空間各單災(zāi)種指標(biāo)體系,對(duì)該工程各系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)、有害因素進(jìn)行辨識(shí)和分析,并采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià).通過對(duì)各單災(zāi)種指標(biāo)體系的應(yīng)用分析,表明該地鐵嚴(yán)格執(zhí)行了相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)滿足功能要求,遵循了安全使用、經(jīng)濟(jì)合理原則;火災(zāi)、地震、洪水、爆炸等各危險(xiǎn)因素均得到有效控制,且在線路走向選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、運(yùn)行模式及安全管理等方面采取了安全應(yīng)對(duì)措施.針對(duì)各單災(zāi)種,該工程的建設(shè)在安全上是可行的,建成投入運(yùn)營(yíng)后可以保證系統(tǒng)的安全和高效運(yùn)行.下面應(yīng)用本文建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和選取的評(píng)價(jià)方法對(duì)該地鐵進(jìn)行多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià).通過構(gòu)建該地鐵多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,計(jì)算各指標(biāo)的隸屬度,進(jìn)行模糊綜合判斷,可得總目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià):Z=(0.013,0.143,0.312,0.396,0.136).根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法,為了對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定量分析需要確定各指標(biāo)的評(píng)價(jià)集,采用5級(jí)百分制評(píng)價(jià)把評(píng)價(jià)集V劃分5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí),即V={v1,v2,v3,v4,v5}={極小,很小,小,較大,大},其中v1為城市地下空間多災(zāi)種危險(xiǎn)性“極小”,評(píng)分區(qū)間為90~100,中值為95;v2為危險(xiǎn)性“很小”,評(píng)分區(qū)間為80~89,中值為84.5;依此類推.選擇各區(qū)間的中值作為等級(jí)的參數(shù),則5個(gè)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別為95,84.5,74.5,64.5,49.5,其參數(shù)列向量為v=(95,84.5,74.5,64.5,49.5)T,將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分別乘以相應(yīng)的決策分值,即得該地鐵安全評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)為68.84分,得分處在60~69區(qū)間,所以該地鐵危險(xiǎn)性“較大”,該地鐵的安全水平為“較差”,即安全狀況較差,安全措施需要進(jìn)一步補(bǔ)充和完善.4城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)由實(shí)例評(píng)價(jià)結(jié)果可知,用單災(zāi)種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)該地鐵進(jìn)行評(píng)價(jià),表明該地鐵安全狀況是良好的;用本文建立的地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)價(jià)則得出不一樣的結(jié)論,認(rèn)為此地鐵安全狀況