基于模糊識(shí)別的建筑工程安全危險(xiǎn)源辨識(shí)

基于模糊識(shí)別的建筑工程安全危險(xiǎn)源辨識(shí)

1工程安全管理意識(shí)不強(qiáng)近年來(lái)，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑項(xiàng)目的施工工藝和外部環(huán)境也變得越來(lái)越復(fù)雜，項(xiàng)目安全問題日益突出。這不僅嚴(yán)重威脅工人的職業(yè)健康安全，而且影響公司和社會(huì)的穩(wěn)定。工程事故頻發(fā)究其原因主要有兩個(gè)方面:第一,大多數(shù)施工人員對(duì)工程安全不夠重視,甚至違章指揮、違章作業(yè);第二,更為重要的是,現(xiàn)階段對(duì)工程事故的研究大都以定性分析為主,對(duì)工程安全的定量分析的研究不夠。鑒于工程建設(shè)趨于經(jīng)驗(yàn)性操作,在事故發(fā)生之前,都未意識(shí)到安全隱患,對(duì)工程安全的危險(xiǎn)源缺少辨識(shí),也缺乏預(yù)防。工程建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的過程,涉及到多方面內(nèi)容,僅憑定性的分析或主觀經(jīng)驗(yàn),難以對(duì)實(shí)際中的工程安全問題進(jìn)行有效的管理和控制。由此,針對(duì)這一問題,本文對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集,通過模糊識(shí)別的方法,科學(xué)、定量地識(shí)別工程安全危險(xiǎn)源,進(jìn)而辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn),采取相應(yīng)的措施,以達(dá)到減少和預(yù)防工程事故發(fā)生的效果。2模糊識(shí)別的應(yīng)用模糊識(shí)別主要是用模糊集合表示各類模式,進(jìn)而進(jìn)行識(shí)別的理論和方法。由于影響建筑工程事故的危險(xiǎn)源很多,在辨識(shí)一個(gè)工程的危險(xiǎn)源時(shí),不能只看一個(gè)或兩個(gè)危險(xiǎn)源,而是要考慮多個(gè)因素的影響,因此,有必要引入模糊識(shí)別的方法,把一個(gè)工程量化的特征因素與標(biāo)準(zhǔn)模式的量化特征進(jìn)行比較,進(jìn)而得出該工程的危險(xiǎn)性級(jí)別,以此對(duì)工程的危險(xiǎn)性進(jìn)行辨識(shí)。為了把模糊問題清楚地表示出來(lái),引入隸屬度函數(shù),即一個(gè)對(duì)象隸屬一個(gè)集合的程度。對(duì)于不確定的問題,以往主要是靠經(jīng)驗(yàn),但是實(shí)踐證明經(jīng)驗(yàn)并不總是可靠的。通過建立模糊函數(shù)的隸屬度,從數(shù)值上進(jìn)行較精確的量化比較,使得做出的判斷具有更高的精確度,這是模糊識(shí)別的過程。模糊識(shí)別是把較模糊難識(shí)別的問題實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的辨識(shí)。工程安全危險(xiǎn)源的辨識(shí)是比較復(fù)雜的問題,引入模糊識(shí)別的方法可以起到更好的辨識(shí)與預(yù)防效果。3確定工程危險(xiǎn)源,進(jìn)行識(shí)別建設(shè)工程安全與眾多的因素有關(guān),這對(duì)識(shí)別工程安全事故是否發(fā)生帶來(lái)了一定的難度,加之在眾多的影響因素中,各個(gè)因素對(duì)工程安全所起的作用也不同,這無(wú)疑增加了識(shí)別工程危險(xiǎn)源的難度。為了減少或者避免工程安全事故發(fā)生,那么就需要特定的方法對(duì)工程進(jìn)行危險(xiǎn)源的辨識(shí),并對(duì)工程的危險(xiǎn)性級(jí)別進(jìn)行劃分,確定其所處的危險(xiǎn)性等級(jí),進(jìn)而尋找危險(xiǎn)源,以此為依據(jù)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。工程項(xiàng)目如若有風(fēng)險(xiǎn)能夠早發(fā)現(xiàn),早預(yù)防,就能減少或者避免工程安全事故的發(fā)生。采用模糊識(shí)別方法對(duì)建筑工程安全危險(xiǎn)源的辨識(shí)與預(yù)防過程(如圖1)。3.1工程安全風(fēng)險(xiǎn)特征特征提取特別重要,特征提取得好,就能很好的表現(xiàn)影響工程安全的因素特性,根據(jù)適當(dāng)?shù)奶卣鬟M(jìn)行分類,就能獲得較低的誤識(shí)率以及較細(xì)的分辨層次。在實(shí)際模式識(shí)別問題中,一般希望搜集盡可能多的特征,因?yàn)樘卣髟蕉嗑湍芨玫貙⒏鞣N模式區(qū)分開來(lái),但是特征太多,就會(huì)給識(shí)別帶來(lái)了難度,特征越多,計(jì)算量、工作量就越大,甚至多得無(wú)法計(jì)算,既不經(jīng)濟(jì)也無(wú)必要。從一般情況看,工程安全的危險(xiǎn)源有很多,反映一個(gè)工程危險(xiǎn)級(jí)別的特征就有多個(gè),可用一個(gè)多維向量表示。通過模糊隸屬度或?qū)＜掖蚍址ǖ确椒?把這些特征量化,進(jìn)而把這些定性的屬性值轉(zhuǎn)化成定量的數(shù)值,得到特征集:X=(x1,x2,x3,x4,…)。3.2危險(xiǎn)等級(jí)特征值為了保證模糊識(shí)別的準(zhǔn)確性,不宜把級(jí)別劃分的太細(xì),危險(xiǎn)性級(jí)別是根據(jù)工程事故的危害程度劃分的。在建設(shè)中,工程事故根據(jù)危害程度劃分不同的危險(xiǎn)等級(jí),提取建設(shè)中某一等級(jí)的危險(xiǎn)性建設(shè)項(xiàng)目的各個(gè)影響因素的特征值,建立特征值數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,可得出該等級(jí)危險(xiǎn)性集合。同理,得出其他等級(jí)危險(xiǎn)性的集,進(jìn)而得出危險(xiǎn)性級(jí)別的集合,該集合中每一個(gè)元素都是特殊的特征集,這些特征集中的元素都是影響不同層次危險(xiǎn)性的各個(gè)因素的特征值。假如劃分危險(xiǎn)性為五個(gè)級(jí)別,用Y表示:其中:D1代表極度危險(xiǎn),D2代表很危險(xiǎn),D3代表危險(xiǎn),D4代表一般,D5代表安全。3.3專家評(píng)估法、層次分析法、深度分析法由于影響某一工程安全的特征因素眾多,關(guān)系極為復(fù)雜,那么確定某一工程安全特征因素隸屬度的方法也不盡相同,常用的有專家評(píng)估法、層次分析法、專家打分法等,應(yīng)根據(jù)具體問題采用不同的方法。對(duì)于單一因素影響的問題,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以合理地判斷某一具體因素的影響程度,如監(jiān)督力度越大,越有利于工程的安全施工及使用安全。一般情況,對(duì)于工程建設(shè)中經(jīng)常性的作業(yè),根據(jù)經(jīng)驗(yàn),專家可以通過打分法給出一些簡(jiǎn)單因素的模糊隸屬度,進(jìn)而確定集合Dj,j=(1,2,…,k)。3.4確定綜合權(quán)重集影響某一工程安全的特征因素很多,但是不同的特征因素有不同的作用,為了更加準(zhǔn)確地表達(dá)不同的特征因素對(duì)工程安全不同程度的影響,就要取各個(gè)特征因素的權(quán)重。權(quán)重的獲得是一個(gè)長(zhǎng)期的過程,通過無(wú)數(shù)的工程實(shí)踐,對(duì)大量工程事故危險(xiǎn)源進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)各個(gè)因素對(duì)工程安全影響的重要程度,據(jù)此可以得出特征因素權(quán)重集,同時(shí)可以邀請(qǐng)相關(guān)專家,對(duì)影響該工程安全的各個(gè)因素的重要性進(jìn)行評(píng)估,綜合專家的評(píng)估結(jié)果,得出權(quán)重集。其形式表示如下:3.5影響各特征因素的隸屬度識(shí)別過程就是選擇一種模糊識(shí)別算法,并按多個(gè)特征的擇近原則進(jìn)行模式識(shí)別。首先,確定一種貼近度,貼近度是用來(lái)度量模糊集合之間接近程度的。在確定貼近度的時(shí)候,需要考慮權(quán)重。假如有n個(gè)特征因素,通過隸屬函數(shù)可以得出每個(gè)特征因素的隸屬度,也可用其它方法把各個(gè)危險(xiǎn)源的特征因素?cái)?shù)量化,對(duì)于每一個(gè)工程都有屬于自身的特征因素集合,把影響該工程安全的一個(gè)特征因素值與標(biāo)準(zhǔn)模式集合中的同一個(gè)特征因素值作差,取其差的絕對(duì)值?？芍^對(duì)值越大,那么說明該特征集合就與標(biāo)準(zhǔn)模式差距越大,則它們的貼近度就越小。由于各個(gè)特征因素對(duì)工程安全的影響程度不同,加入權(quán)重,那么該工程安全特征因素集合與標(biāo)準(zhǔn)模式集合的絕對(duì)差值的和為:如果絕對(duì)差值的和越大,說明它們的差異程度較大,則貼近度較小,故貼近度可表示如下:3.6工程危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)根據(jù)被測(cè)工程與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的貼近度,可以判斷出被測(cè)工程目前的現(xiàn)狀,以確定該工程的危險(xiǎn)性,辨識(shí)出該工程所處的危險(xiǎn)性狀態(tài),對(duì)目前的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。若該工程處于危險(xiǎn)狀態(tài),那么說明該工程中至少存在某一特征因素與等級(jí)為安全中的同一因素偏離較大,據(jù)此確定影響該工程安全的危險(xiǎn)源。然后針對(duì)具體的問題,采取相應(yīng)的措施以控制風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到預(yù)防的效果。4使用實(shí)例4.1土壤條件分析邯鄲市某小區(qū)內(nèi),將要建造一棟11層的普通住宅樓,地下1層,地上11層,主體結(jié)構(gòu)高度43.4m。開挖基坑之前,測(cè)定基坑的中心線、方向、高程,經(jīng)過巖土勘察,基礎(chǔ)所在地的土質(zhì)情況為粉質(zhì)粘土,屬于二類土,支護(hù)為混凝土灌注樁,臨近現(xiàn)狀樓部分為鋼管樁,地下水深度-4.5m。然后按當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)水文資料,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,決定開挖坡度和支護(hù)方案、開挖范圍和防、排水措施。最終決定,計(jì)劃開挖基坑,基坑標(biāo)高變化較多,范圍在-3.3米到-6米(集水坑),基坑平面尺寸53700mm×80100mm,基坑采用無(wú)支護(hù)開挖方法,進(jìn)行基坑降水,未采取其他加固地基土的措施,也未放坡,為加快施工速度,采用機(jī)械施工,基坑頂部有動(dòng)載,坑頂邊緣與動(dòng)載間應(yīng)留有大于1m的護(hù)道。4.2安全風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)模式為了識(shí)別工程的基坑施工及地基安全,邀請(qǐng)五位專家對(duì)影響基坑工程的土質(zhì)情況、基坑深度、基坑坡度、地下水情況、支護(hù)措施、周圍環(huán)境和施工監(jiān)督力度等七個(gè)影響基坑工程安全的特征因素進(jìn)行打分,打分結(jié)果見表1。通過對(duì)上面五位專家打分的加權(quán)平均得出各個(gè)特征因素對(duì)該工程安全的影響情況,然后再把各個(gè)因素與隸屬函數(shù)相對(duì)應(yīng),對(duì)各個(gè)特征因素模糊化,其過程如下:故可以得到影響該工程危險(xiǎn)性特征因素的模糊特征值集:不同地區(qū)的基坑安全級(jí)別劃分是不同的,有時(shí)候即使是同一地區(qū),劃分的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,劃分的級(jí)別也會(huì)不同,此處為了說明模糊識(shí)別的實(shí)用性,也為了說明模糊識(shí)別能夠用于其它的建筑工程安全辨識(shí)及預(yù)防的一般性,根據(jù)工程事故的危害程度,對(duì)安全級(jí)別進(jìn)行了以下劃分:極度危險(xiǎn)(D1),很危險(xiǎn)(D2),危險(xiǎn)(D3),一般(D4),安全(D5)。對(duì)該地區(qū)小區(qū)普通住宅樓地基數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,確定安全級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)模式集對(duì)應(yīng)的模糊集合。首先,搜集相關(guān)數(shù)據(jù),對(duì)各個(gè)特征因素進(jìn)行分類,通過對(duì)各個(gè)特征因素的分析,找出與該特征因素對(duì)應(yīng)的隸屬度,從而可以得出標(biāo)準(zhǔn)模式即工程安全級(jí)別對(duì)應(yīng)的模糊集。對(duì)于監(jiān)督力度,可知監(jiān)督力度越大,就越能保證工程的安全性,盡管不同的工程監(jiān)督力度對(duì)安全的影響是不同的,不過他們的關(guān)系大概呈正相關(guān)。通過對(duì)基坑工程監(jiān)督力度與安全性數(shù)據(jù)的大量搜集、統(tǒng)計(jì)分析,可以得出具體的函數(shù)關(guān)系,繼而求出不同安全級(jí)別對(duì)應(yīng)的防護(hù)情況及安全性。同理,其它特征因素集中的值也可通過此方法得出,與此同時(shí),也可用專家評(píng)分法等得出各個(gè)特征因素的隸屬度。假定確定了五個(gè)工程安全級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)模式的模糊特征集如下:對(duì)基坑工程確定特征因素權(quán)重,主要是靠專家對(duì)以往類似工程中各個(gè)特征因素的依賴程度而確定,也可通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)于本基坑安全工程,取權(quán)重向量為:然后計(jì)算該基坑工程與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的基坑工程的貼近度:由貼近度可知,該基坑工程的安全級(jí)別為危險(xiǎn),那么就可以進(jìn)一步分析,確定危險(xiǎn)源,有針對(duì)性的采取措施,通過模糊識(shí)別可以提前辨識(shí)該基坑工程存在安全風(fēng)險(xiǎn),更好地對(duì)工程事故進(jìn)行預(yù)防。5模糊數(shù)學(xué)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用通過以上計(jì)算和分析,可以得到以下結(jié)論:(1)基坑工程在建筑工程中一般屬于事故高發(fā)部位,但對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及施工技術(shù)而言,也并不是不可認(rèn)識(shí)、不可預(yù)防、不可避免的。在此基礎(chǔ)上,選取了七個(gè)影響基坑工程的特征因素,對(duì)其進(jìn)行辨識(shí)。在工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)信息化的前提下,就可以利用大量的數(shù)據(jù),適當(dāng)考慮更多的特征因素,提高模糊識(shí)別在建筑工程安全上的精確性,為確保工程安全提供有力依據(jù)。(2)模糊識(shí)別的方法不僅可以應(yīng)用在基坑工程危險(xiǎn)源的辨識(shí)和預(yù)防上,在其他建筑工程上也可以使用。建筑工程安全事故都是由多個(gè)因素引起的,通過對(duì)大量工程安全事故的統(tǒng)計(jì)分析,可以找出引起事故的原因,并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類,建立某一具體工程的標(biāo)準(zhǔn)模式,并劃分適當(dāng)?shù)陌踩?jí)別,標(biāo)準(zhǔn)模式一旦建立,便可以對(duì)被測(cè)工程危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)。(3)模糊識(shí)別實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目在多個(gè)特征因素影響下由定性到定量分析安全級(jí)別的識(shí)別過程。首先,定量分析能夠更好地、科學(xué)地識(shí)別工程安全級(jí)別,一旦識(shí)別出工程所處的安全級(jí)別,就能更好地應(yīng)對(duì)工程中可能存在的事故,其次,定量分析更多的是