基于層次分析法的建筑結(jié)構(gòu)加固方案設(shè)計(jì)

　　【摘要】在傳統(tǒng)層次分析法的基礎(chǔ)上，對常用建筑結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，重新建立了開放性的加固方案評價(jià)指標(biāo)體系，融合利用層次單排序和指數(shù)標(biāo)度的改進(jìn)權(quán)重確定方法、基于指數(shù)標(biāo)度的評價(jià)值賦值法，建立了改進(jìn)的層次分析方法的基本構(gòu)架，分階段多步驟地對結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行評價(jià)優(yōu)選。

　　關(guān)鍵詞：層次分析法；建筑結(jié)構(gòu)；方案優(yōu)選　

　　1引言

　　建國以來，特別是改革開放以后，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，我國建筑業(yè)也有了飛速發(fā)展。近年來，在新建房屋不斷增加的同時(shí)，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和加固也引起了工程界的廣泛重視。加固學(xué)就是隨著房屋結(jié)構(gòu)學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的，有新建就有加固。有資料指出工業(yè)發(fā)達(dá)國家建設(shè)總投資的40%以上用于原有建筑的維修和加固，不足用于新建筑的建設(shè)。如此一來，如何合理設(shè)計(jì)加固方案是關(guān)鍵。因?yàn)橄嗤�的設(shè)計(jì)任務(wù)，可以有多種不同的設(shè)計(jì)方案，所以必須從所有方案中選用最優(yōu)最合理的方案。也就是說，在任何情況下，“擇優(yōu)錄用”是人們遵循的原則。因此對加固方案進(jìn)行優(yōu)化評價(jià)就顯得尤為重要。本文在傳統(tǒng)層次分析法的基礎(chǔ)上，對常用建筑結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，重新建立了開放性的建筑結(jié)構(gòu)加固方案評價(jià)指標(biāo)體系，融合利用層次單排序和指數(shù)標(biāo)度的改進(jìn)權(quán)重確定方法、基于指數(shù)標(biāo)度的評價(jià)值賦值法，建立了改進(jìn)的層次分析方法的基本構(gòu)架，分階段多步驟地對建筑結(jié)構(gòu)加固方案進(jìn)行評價(jià)優(yōu)選。

　　2傳統(tǒng)層次分析法及其不足

　　2.1傳統(tǒng)層次分析法

　　結(jié)構(gòu)工程加固系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響因素眾多，其設(shè)計(jì)必須滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性和可行性這三個(gè)基本要求，對于市區(qū)工程環(huán)境保護(hù)及文明施工也是十分重要。層次分析法就是根據(jù)加固方案的基本要求選擇指標(biāo)，構(gòu)造層次模型通過確定評定原則構(gòu)造判斷矩陣然后對層次單排序、總排序來評價(jià)加固方案的優(yōu)劣性的方法。

　　2.2傳統(tǒng)層次分析法存在的不足

　　層次總排序等步驟來計(jì)算各層次評價(jià)指標(biāo)的相對權(quán)重以及各層次評價(jià)指標(biāo)對總目標(biāo)的組合權(quán)重，從而得出不同方案的綜合評價(jià)排序。該方法有系統(tǒng)、靈活、簡潔的優(yōu)點(diǎn)。但通過長期的使用和分析，發(fā)現(xiàn)其存在一些缺點(diǎn)：

　　（1）評價(jià)指標(biāo)體系的建立往往是在方案已經(jīng)成型之后，這就產(chǎn)生了問題到底該由誰來確定指標(biāo)體系里的評價(jià)指標(biāo)從實(shí)例來看，一般情況下多為制作delphi專家調(diào)查表的人確定。這就隱含了一個(gè)矛盾：制作專家問訊表的人在專業(yè)上無法代替專家，但他先入為主的替專家確定了評價(jià)指標(biāo)體系，專家僅能在他制定的框架之下做出判斷，很難說這種判斷的結(jié)果是完全反映了專家本人的意見。

　�。�2）采用層次分析法對方案評價(jià)往往是在方案擬定之后，而方案的制定往往是分階段的，如何更好的將層次分析法所得到的信息，階段性的提供給方案的設(shè)計(jì)者。

　　（3）檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有一致性非常困難。因?yàn)樾枰��?jì)算判斷矩陣的最大特征根。

　�。�4）傳統(tǒng)的層次分析法在建立判斷矩陣時(shí)多采用級標(biāo)度，這種標(biāo)度存在傳遞性差、判斷矩陣與思維一致性不等價(jià)等缺點(diǎn)。有沒有一種改進(jìn)的標(biāo)度能更準(zhǔn)確的反映專家的意見呢？

　　3改進(jìn)層次分析法

　　3.1層次分析法改進(jìn)的思路

　�。�1）層次分析法流程的改進(jìn)

　　加固方案的設(shè)計(jì)一般可以分為①方案構(gòu)思階段②方案初步設(shè)計(jì)階段③方案詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的層次分析法一般將方案的評價(jià)和比選放在③階段之后。而筆者認(rèn)為可以將層次分析法的幾個(gè)步驟分開來，依次介入方案設(shè)計(jì)的三個(gè)階段:在方案設(shè)計(jì)的①階段可以進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)的初選，并將初選結(jié)果反饋給方案設(shè)計(jì)者。在方案設(shè)計(jì)的②階段，根據(jù)設(shè)計(jì)的情況最終確定指標(biāo)構(gòu)成，然后由專家確定各指標(biāo)的權(quán)重，并將結(jié)果反饋給方案設(shè)計(jì)者。在方案設(shè)計(jì)的③階段，獲取各備選方案的詳細(xì)信息，對各個(gè)方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，確定評價(jià)值。最后由評價(jià)值和指標(biāo)權(quán)重綜合得到各備選方案的綜合價(jià)值系數(shù)。

　　這樣做的好處體現(xiàn)在:①專家了解各備選方案的由來，可以做出準(zhǔn)確的評價(jià)。②專家意見階段性的反饋可以對方案設(shè)計(jì)者起到指導(dǎo)作用。③評價(jià)指標(biāo)由專家選擇，最大程度的體現(xiàn)了專家的意志。

　�。�2）一致性檢驗(yàn)的改進(jìn)

　　一致性檢驗(yàn)是層次分析法的核心，為了繞開一致性檢驗(yàn)，先后產(chǎn)生了最優(yōu)傳遞矩陣法和三標(biāo)度法，但是都被證明在理論上存在缺陷。本文將在分析判斷矩陣產(chǎn)生非一致性的原因之后，建立新的排序方法。

　�。�3）引入指數(shù)標(biāo)度

　　最常見的1~9級標(biāo)度存在著諸多不足，指數(shù)標(biāo)度則很好的解決了1~9級標(biāo)度所帶來的問題。

　　3.2與方案設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)的評價(jià)策略

　　加固方案設(shè)計(jì)一般可粗略地分為方案構(gòu)思、初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)等階段，不同的設(shè)計(jì)階段具有不同的特點(diǎn)，因而在不同的設(shè)計(jì)階段需要采用不同的評價(jià)策略。

　　（1）方案構(gòu)思階段的評價(jià)策略

　　在方案構(gòu)思階段中所得的原理方案，由于信息量不足，因而進(jìn)行評價(jià)應(yīng)注意以下的特點(diǎn):

　�、僖�?yàn)榉桨干形闯尚�，所以此階段的評價(jià)可以認(rèn)為是預(yù)評價(jià)。從另外一個(gè)角度而言就是找出方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，對方案設(shè)計(jì)起到引導(dǎo)作用。

　　②由于信息量不足，在這個(gè)階段中所建立的評價(jià)指標(biāo)中一般不要確定加權(quán)系數(shù)，而把這些評價(jià)指標(biāo)的重要性取得大致接近。因此，可將不太重要的性能參量先不考慮，而集中精力考慮那些重要的、基本的要求項(xiàng)目。

　　③評價(jià)項(xiàng)目中應(yīng)包含技術(shù)、費(fèi)用和安全等三方面的基本內(nèi)容。盡管在這個(gè)階段還不可能得到成本方面的定量信息，但至少應(yīng)從定性方面加以考慮。這個(gè)階段中，評價(jià)指標(biāo)的總數(shù)不宜過大，應(yīng)抓住重點(diǎn)，一般應(yīng)選取6~8個(gè)為宜。

　�。�2）方案初步設(shè)計(jì)階段的評價(jià)策略

　　同一目標(biāo)可以用不同的具體設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，轉(zhuǎn)入初步設(shè)計(jì)階段時(shí)，可能存在不止一個(gè)方案設(shè)計(jì)思路，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段可能出現(xiàn)多種方案。在對這些初步方案進(jìn)行評價(jià)時(shí)，因?yàn)槠漭^方案設(shè)計(jì)思路具體化了，所以在評價(jià)上更為細(xì)化。

　�、僭诔醪皆O(shè)計(jì)階段，技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能通常都是分開進(jìn)行評價(jià)。

　�、谠诔醪皆O(shè)計(jì)階段，臨時(shí)輔助構(gòu)件、施工方法和工序等都基本上確定，根據(jù)信息量水平的不同，評價(jià)指標(biāo)體系的進(jìn)一步完善。

　　③由于評價(jià)指標(biāo)都已完全確定，可以進(jìn)行進(jìn)一步的專家咨詢，確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

　�、苡捎谠谠敿�(xì)設(shè)計(jì)階段中還需考慮其他一些因素，設(shè)計(jì)方案還會(huì)有所改動(dòng)。因此，在方案初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行評價(jià)時(shí)，除了明顯有重大缺陷而又無法改進(jìn)的方案或者總體上的價(jià)值太差的方案外，一般不輕易剔除設(shè)計(jì)方案。

　�。�3）方案詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的評價(jià)策略

　　詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)評價(jià)是對施工方案的總評價(jià)。在初步設(shè)計(jì)階段得到專家的意見反饋以后，方案進(jìn)一步細(xì)化，這一階段的信息比較充分，可以進(jìn)行細(xì)化的評價(jià)。

　　3.3評價(jià)指標(biāo)體系的建立

　�。�1）指標(biāo)體系框架的建立

　　對于施工方案的選擇，不同的決策者會(huì)根據(jù)企業(yè)的設(shè)備情況、資源以及自己的偏好等因素得出不同的結(jié)果。因而施工方案多目標(biāo)評價(jià)決策指標(biāo)體系要盡可能涵蓋施工方案多目標(biāo)評價(jià)決策中的各種因素。然而，施工方案設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的過程，粗略地可以分為方案構(gòu)思、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，不同的設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)評價(jià)有不同的特點(diǎn)，對評價(jià)指標(biāo)也有不同的要求;另外，隨著各種新材料、新設(shè)備、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，使得這些評價(jià)指標(biāo)本身也在不斷變化。所以一個(gè)固定的、不能進(jìn)行修改、調(diào)整的評價(jià)指標(biāo)體系，將不能滿足施工方案多目標(biāo)評價(jià)決策的要求。因此本文構(gòu)建了動(dòng)態(tài)的評價(jià)決策指標(biāo)體系框架，用以動(dòng)態(tài)地、全面地建立包括影響施工方案多目標(biāo)評價(jià)決策的各種因素。

　　該指標(biāo)體系框架具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　①動(dòng)態(tài)性。方案評價(jià)者可以根據(jù)實(shí)際需要增加、刪除、修改、重命名指標(biāo)體系中的每一個(gè)指標(biāo)(除目標(biāo)層)，并且能進(jìn)行保存，便于下次調(diào)用。

　　②靈活性。該指標(biāo)體系框架結(jié)構(gòu)靈活，具有可擴(kuò)展性。

　�、蹖哟涡�。該指標(biāo)體系中每一個(gè)指標(biāo)都可以由若干個(gè)子指標(biāo)構(gòu)成，這樣可以盡可能全面地描述某項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的復(fù)雜內(nèi)容。考慮到指標(biāo)體系越復(fù)雜，進(jìn)行評價(jià)決策的難度更大，可操作性差，因而在本系統(tǒng)中，限定了最大層次數(shù)為3層。

　�、芪ㄒ恍�。該評價(jià)指標(biāo)體系中的評價(jià)指標(biāo)都具有唯一性，即指標(biāo)體系中任一被編輯的指標(biāo)都不允許重復(fù)出現(xiàn)在同一個(gè)評價(jià)指標(biāo)方案中。評價(jià)指標(biāo)體系體現(xiàn)了方案評價(jià)者的意圖和實(shí)際需求。如果評價(jià)準(zhǔn)則發(fā)生變化，則衡量方案的性能指標(biāo)體系所做出的評價(jià)結(jié)果也將隨著發(fā)生改變。指標(biāo)體系通常是通過層次分解的方法，首先確定總目標(biāo)，然后將其分解為各個(gè)性能指標(biāo)，性能指標(biāo)還可再劃分為子指標(biāo)，逐層細(xì)分。其結(jié)構(gòu)實(shí)際上反映了滿足功能需求的評價(jià)準(zhǔn)則與達(dá)到評價(jià)準(zhǔn)則的解決方案之間的一種映射關(guān)系。從前面介紹的施工方案多目標(biāo)評價(jià)決策指標(biāo)體系的建立原則可知，各個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之間的相關(guān)性應(yīng)盡量小，即準(zhǔn)則之間應(yīng)具有一定的獨(dú)立性。

　　（2）評價(jià)指標(biāo)體系的確定

　　為使結(jié)構(gòu)工程加固方案滿足最優(yōu)，選擇方案最優(yōu)的總目標(biāo)，所在層為目標(biāo)層A:按安全可行、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境保護(hù)、施工便捷等基本準(zhǔn)則，選取安全性U1、工程造價(jià)U2、對環(huán)境影響U3以及施工工期U4；這四個(gè)指標(biāo)因素，構(gòu)成準(zhǔn)則層B；根據(jù)權(quán)重合理分配的需要，又將準(zhǔn)則層的四個(gè)指標(biāo)細(xì)分為各個(gè)子指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)層C，具體如圖1所示。

　　4結(jié)束語

　　通過實(shí)際工程應(yīng)用表明，改進(jìn)的層次分析法具有更強(qiáng)的適用性和可操作性，降低了專家作出方案評價(jià)的難度，使專家的意見能夠得到更準(zhǔn)確的反映。同時(shí)開放性、可修改的指標(biāo)體系顯示了改進(jìn)的層次分析法的靈活性，也更加符合實(shí)際需要。特別分析了傳統(tǒng)層次分析法在進(jìn)行二元對比計(jì)算權(quán)重時(shí)容易產(chǎn)生評價(jià)非一致性的原因，提出的層次單排序的方法有效的解決了這一問題，對提高施工質(zhì)量、加快工程進(jìn)度、降低成本有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王濟(jì)川。房屋常見事故分析、鑒定與處理。長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1996

　　[2]張有才。建筑物的檢測、鑒定、加固與改造。北京:冶金工業(yè)出版社，1997

　　[3]江見鯨，陳希哲，崔京浩。建筑工程事故處理與預(yù)防。北京:中國建材工業(yè)出版社，1995

　　[4]李惠強(qiáng)。建筑結(jié)構(gòu)診斷鑒定與加固修復(fù)。武漢:華中科技大學(xué)出版社，2002