城市地下空間多災種安全評價指標體系研究

中國主要的城市地鐵、隧道和大型地下建筑處于大規模開發的過程中。然而，由于缺乏對多災變的綜合評估，施工是不充分的，有時失去了一件事，而發生在一件事上。隨著自然和社會條件的變化，災害越來越全面。果樹多，果實多，現象越來越大。這些現象表明，在施工的初始階段，我們必須全面評估不同類型的安全。如何科學、系統、應用地下建筑的評價標準和方法，已成為研究和解決當前問題的必要條件。地下空間的內部防災與地面建筑的防災,在原則上是基本一致的,但是不能不注意到,地下環境的一些特點使地下空間內部防災問題更復雜、更困難,因防災不當所造成的危害也就更嚴重.事實表明,災害的發生一般都不是孤立的,大的方面如自然災害和人為災害、原生災害和次生災害、地面上部空間災害和地下空間災害等;具體如爆炸往往引起火災,火災引起爆炸并造成空氣污染,地震的發生易引起火災和洪災,施工事故引起火災和爆炸,水災破壞地下網線從而影響交通和通訊等,它們之間都存在著一定的內在聯系,往往都是相伴發生的,所以僅考慮單災種對地下空間安全的影響不能反映實際情況,是片面的、不科學的.現行地下空間安全評價已有單災種抗災理論和設計方法,在此基礎上進行綜合評判可采用以下兩種思路:第一種是基于原因的綜合評判,有兩種途徑來實現.其一是分別就每個災種(火災、水災、爆炸、地震等)進行單獨評價,若有不滿足安全要求的因素,則需對其進行加強和改進,直至各災種均滿足安全要求.此方法沒有考慮災種間相關性,評判易顧此失彼,甚至彼此之間是矛盾的.其二是針對各災種致災因素,探索其致災機制,考慮各災種間的相互關聯進行綜合評價.此方法全面且能真實地反映地下空間安全狀況,但因其復雜性還有待研究.第二種是基于后果的綜合評判,即通過分析各災種可能引起后果出現的頻率高低,構建城市地下空間多災種安全評價指標體系.本文通過分析城市地下空間災害特征和各災種間相關性,提出了基于后果的的城市地下空間綜合評判思路,經數據分析并就現有各災種對城市地下空間安全造成影響的因子進行整理和分析,得到地下空間多災種安全評價指標并最終構建城市地下空間多災種安全評價指標體系.此方法充分考慮了各災種間的相關性,但避開了指標對災種間相關性的過分依賴,可操作性強.1建立城市地下空間多災種安全綜合評價指標體系城市地下空間安全因素分為災害本身危險性和地下空間抗災性能兩方面,因此對城市地下空間進行動態評價,其指標體系應涵蓋這兩個方面的內容.建立城市地下空間多災種安全綜合評價指標體系時,需要對城市地下空間安全所涉及的各個方面進行多層次的分析.1.1評價指標體系的建立指標體系能否全面、真實、準確地描述和反映城市地下空間多災種安全的整體情況,關鍵因素在于所選取的指標是否全面、真實、準確地反映了城市地下空間安全各方面的要求.根據城市地下空間的特性,運用頻度統計法和理論分析法,選擇在地下空間安全評價體系中使用頻度較高的指標,構成預選指標集.再對預選指標的特性進行分析,按照指標出現的頻度和對城市地下空間安全影響程度的大小,篩選出數目足夠少但卻能表征對城市地下空間安全影響最具重要性的指標構成指標體系,為下一步城市地下空間多災種安全綜合評價指標體系的建立提供參考.把城市地下空間作為一個系統來看,各災種之間的關聯性,是多災種評價指標體系中不可缺少的部分,又由于地下空間災害的復雜性和多樣性,安全評價中很難包含所有災害種類.從各災種出現頻率統計和災害事故對比可以看出,火災、空氣污染、施工事故、爆炸事故和水災是最常發生且損失最嚴重的災害事故,占所有災害事故的76.4%,足可以反映整個城市地下空間的安全情況,因此本文初步設計的評價指標體系僅包含上述地下空間發生次數多、破壞程度嚴重的主要災害.其次是評價指標的篩選.項目咨詢了25位地下空間防災和評價方面的專家,請他們對指標體系的研究提供建議,并對上述指標體系填寫問卷,對指標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、地下商場或人防工程的建設,來自高校、施工單位、設計單位和監理單位等.專家意見咨詢表分為兩個部分:第一部分是對上述初步建立的評價指標體系采用利克特(Likert)量表將指標分為很重要、重要、一般重要、不太重要和不重要5個等級,分別賦予5,4,3,2,1分值,請專家對指標的重要性進行量化打分.第二部分有兩個開放性問題,一是請專家對不合理的指標提出修改意見,二是請專家對指標體系進行補充,增加他們認為重要的指標.采用各指標所得分值的算術平均值表示專家的“意見集中度”,用變異系數表示專家的“意見協調度”.變異系數越小,指標的專家意見協調程度越高,并以算術平均值大于3.5和變異系數小于0.25為篩選標準,結合專家的具體意見對指標框架及指標內涵進一步加以篩選和修正,以此來檢驗指標體系的效度和信度.根據以上方法對專家問卷所獲得的數據進行統計,計算上述各個指標的“意見集中度”和“意見協調度”.通過調查問卷,多位專家建議,雖然地下結構具有較好的抗震能力,但是近二三十年來全球范圍內發生的幾次強烈地震特別是阪神地震,地下結構均有明顯破壞,這對以往“地下結構在地震時是安全的”這一傳統觀點提出了質疑,所以本文最終的評價指標體系里增加了地震這一破壞能力極強的災害.1.2評價指標體系的確立地下空間防災與地面建筑的防災,在原則上是基本一致的,但地下空間由于其自身的特點使防災問題更復雜、更困難.因此進行城市地下空間多災種安全評價必須從其特征出發,在借鑒地面建筑和地下空間單災種安全指標體系的基礎上,建立符合城市地下空間多災種安全的評價指標體系.通過專家咨詢,對指標進行分析、篩選和補充,結合城市地下空間特點,最終確立了由“災害本身危險性”、“地下空間抗災性能”2個一級指標、12個二級指標(即因素層)、43個三級指標(即指標層)組成的城市地下空間多災種安全綜合評價指標體系(表1).2城市地下空間安全評價模型構建由于城市地下空間潛在的危險和有害因素的不確定性、隨機性和相關性,因此城市地下空間多災種安全評價是一個多準則多目標的復雜問題.采用層次分析法通過定量和定性的分析,對影響城市地下空間安全的各個因素層次化,并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系形成一個多層次的分析結構模型,對各個評價指標賦值.2.1各層次的一致性檢驗根據以上思路,在參考專家意見的基礎上,確定各因素之間的相對重要性并賦以相應的分值,構造出各層次中的所有判斷矩陣,利用Matlab計算權向量并作一致性檢驗,計算結果見表1.2.2wij組合權重計算指標層和因素層對準則層的組合權重.指標層相對于準則層的組合權重為wij=wiwj(1)wij=wiwj(1)式中:wij——組合權重;wi,wj——對應于各準則的分權重.則式(1)得到指標層對應于準則層的權重.利用同一層次中所有層次單排序的結果,計算出針對上一層次而言的本層次所有元素的重要性權重值,得到層次總排序.指標層中有些指標具有交叉性,如“空氣污染”、“引起爆炸”、“引起火災”、“人員傷亡”、“施工質量”等,層次總排序中對這些指標進行了匯總.3模糊性綜合評價法根據上述選擇的依據,即充分考慮操作的可行性、信息可得性和時間3個方面,對城市地下空間多災種安全進行評價.本文采用模糊綜合評價法,這樣既可以避免過分依賴專家,又可以避免過分依賴現場數據,使得評價結果盡可能地接近真實情況.4多災種安全綜合評價對某新建的地鐵,應用現有城市地下空間各單災種指標體系,對該工程各系統存在的危險、有害因素進行辨識和分析,并采用模糊綜合評價法對各系統進行了分析評價.通過對各單災種指標體系的應用分析,表明該地鐵嚴格執行了相關建設標準,結構滿足功能要求,遵循了安全使用、經濟合理原則;火災、地震、洪水、爆炸等各危險因素均得到有效控制,且在線路走向選擇、系統設計、設備選擇、運行模式及安全管理等方面采取了安全應對措施.針對各單災種,該工程的建設在安全上是可行的,建成投入運營后可以保證系統的安全和高效運行.下面應用本文建立的評價指標體系和選取的評價方法對該地鐵進行多災種安全綜合評價.通過構建該地鐵多災種安全綜合評價指標體系,計算各指標的隸屬度,進行模糊綜合判斷,可得總目標的綜合評價:Z=(0.013,0.143,0.312,0.396,0.136).根據模糊綜合評價法,為了對各評價指標進行定量分析需要確定各指標的評價集,采用5級百分制評價把評價集V劃分5個評價等級,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種危險性“極小”,評分區間為90~100,中值為95;v2為危險性“很小”,評分區間為80~89,中值為84.5;依此類推.選擇各區間的中值作為等級的參數,則5個等級所對應的參數分別為95,84.5,74.5,64.5,49.5,其參數列向量為v=(95,84.5,74.5,64.5,49.5)T,將綜合評價結果分別乘以相應的決策分值,即得該地鐵安全評級分數為68.84分,得分處在60~69區間,所以該地鐵危險性“較大”,該地鐵的安全水平為“較差”,即安全狀況較差,安全措施需要進一步補充和完善.4城市地下空間多災種安全綜合評價由實例評價結果可知,用單災種評價指標體系對該地鐵進行評價,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種安全綜合評價指標體系進行評價則得出不一樣的結論,認為此地鐵安全狀況