王建中 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

西安地鐵一號線暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)方法探討

王建中 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院

施工技術(shù)方案的優(yōu)略直接影響到項目的質(zhì)量、安全、環(huán)境、進度、成本等目標(biāo)的實現(xiàn)。針對西安地鐵一號線項目暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)的現(xiàn)狀，提出采用層次分析法進行多項目決策選優(yōu)，并給出具體的計算方法。

暗挖施工技術(shù)方案；層次分析法

2013年年底前，西安地鐵一號線、二號線兩條線路將建成運營。二號線線路全長26.4 km,設(shè)車站21座，已于2006年9月動工，2011年9月通車試運行。一號線項目已于2009年年初動工，線路全長23.9 km,設(shè)車站19座，其暗挖工程正在全面實施。一號線車站的暗挖工程正在陸續(xù)開工建設(shè)。

由于工程浩大、技術(shù)復(fù)雜、安全風(fēng)險度極大，為了確保實現(xiàn)地鐵項目的質(zhì)量、安全、環(huán)境、進度、成本等目標(biāo)，采用科學(xué)、有效的方法對現(xiàn)有各種暗挖施工技術(shù)方案進行選優(yōu)具有十分重要的意義。暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)方法不僅對一號線具有實際指導(dǎo)作用，而且可以在地鐵三號線進一步推廣應(yīng)用。

1 問題的提出

目前設(shè)計單位在對暗挖施工技術(shù)方案進行選優(yōu)時，主要考慮施工技術(shù)方案的安全性、經(jīng)濟性和可行性。對多個備選施工技術(shù)方案，按照前述目標(biāo)的順序，分別對每一個目標(biāo)將備選施工技術(shù)方案進行比較，最終選出一個滿足業(yè)主要求、安全性高、成本低、切實可行的施工技術(shù)方案。

設(shè)計單位的選優(yōu)過程實際上是一個多目標(biāo)決策過程，上述目標(biāo)可以歸納為質(zhì)量、安全、環(huán)境、進度、成本等分目標(biāo)。針對施工技術(shù)方案的選優(yōu)，本文提出運用層次分析法，對各個分目標(biāo)進行綜合考慮，實行多目標(biāo)決策。

2 西安地鐵項目暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)

西安城區(qū)地鐵工程所處地層為多層沙礫、卵石及第四紀(jì)全新世沖、洪積黃土狀土、殘積古土壤、西北濕陷性黃土地質(zhì)。根據(jù)西安地鐵所處地質(zhì)情況的特殊性，地鐵項目暗挖施工可能采用的方法有中洞法、洞柱法、洞樁法、上下導(dǎo)坑法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和盾構(gòu)法等。

在地鐵項目暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)時，要考慮的因素很多，在這些因素中，往往各種因素之間存在一定的矛盾，這樣就不可能直接簡單地將多個因素歸一化，用一個指標(biāo)代替，而需要在各個因素之間進行權(quán)衡，從而解決非序列多因素問題。

層次分析方法是一種實用的多準(zhǔn)則（多因素）決策方法。對項目暗挖施工技術(shù)方案可以采用多層次分析法進行選優(yōu)。

2.1 建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)

影響暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)的主要因素如圖1所示。C1為工程材料，C2為機械設(shè)備，C3為施工工序，C4為施工方法，C5為施工人員，C6為影響質(zhì)量的環(huán)境因素，C7為區(qū)域生態(tài)平衡，C8為環(huán)境質(zhì)量變化，C9為自然資源利用，C10為文物保護，C11為施工條件的變化。本文僅列舉了11個主要因素，在實際應(yīng)用過程中，影響因素的數(shù)量是可以變化的。

2.2 建立評判矩陣

對每一層次的元素，以上一層的一個元素作為標(biāo)準(zhǔn)，進行兩兩比較，決定其重要程度，并對比較結(jié)果進行評分，構(gòu)造出評判矩陣。上一層有多少個元素就可以得到多少個矩陣。在建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后，上下層次之間各因素的隸屬關(guān)系就被確定了。由于暗挖施工技術(shù)方案很復(fù)雜，各因素的權(quán)重不容易直接獲得，需要通過專家們采取兩兩比較的方法導(dǎo)出它們的權(quán)重。

首先，針對總目標(biāo)A，兩個因素Bi和Bj哪一個更重要，重要多少，按表1（評分標(biāo)準(zhǔn)表）對重要性程度賦值。構(gòu)造各分目標(biāo)Bi相對于總目標(biāo)A的評判矩陣

表1 評分標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 在上一層目標(biāo)下各因素相對權(quán)重的計算

(2)計算 Mi的 m 次方根 β。

2.4 “暗挖施工技術(shù)方案”層對總目標(biāo)A的總權(quán)重向量計算及選優(yōu)

第四層（暗挖施工技術(shù)方案層）對于第三層的相對權(quán)重向量分別為則對于B分目標(biāo)的相對權(quán)重向量為：對于B分目標(biāo)的相對權(quán)重向量為：對于B分目標(biāo)的相對權(quán)重向量為對于B分目標(biāo)的相對權(quán)重向量為：對于B分目標(biāo)的相對權(quán)重向量為

總權(quán)重向量中最大數(shù)值所對應(yīng)的方案即為最優(yōu)暗挖施工技術(shù)方案。

2.5 評判矩陣的一致性檢驗

在計算某準(zhǔn)則下排序權(quán)重向量時，還必須進行一致性檢驗。由于暗挖施工技術(shù)方案選優(yōu)的復(fù)雜性與打分專家認識的多樣性，在評判矩陣的構(gòu)造中，并不要求評判具有傳遞性和一致性。但評判矩陣既是計算排序權(quán)重向量的根據(jù)，就要求評判矩陣有大體上的一致性，符合一般性的常識。當(dāng)評判矩陣偏離一致性過大時，按評判矩陣計算的結(jié)果有可能導(dǎo)致決策失誤。因此需要對每一個評判矩陣進行一致性檢驗。

3 結(jié)論

影響暗挖施工技術(shù)方案選取的主要因素有很多種。通過建立評判矩陣，并計算在上一層目標(biāo)下各因素的相對權(quán)重，最終求出各個暗挖施工技術(shù)方案對總目標(biāo)A的總權(quán)重向量為總權(quán)重向量中最大數(shù)值所對應(yīng)的方案即為最優(yōu)方案。

[1]王蓮芬.層次分析法引論[M],北京：中國人民大學(xué)出版社,1990.

[2]許樹柏.實用決策方法---層次分析法原理[M],天津：天津大學(xué)出版社,1988.

[3]張慶賀,朱合華等.地鐵與輕軌[M],北京：人民交通出版社,2002.

來稿日期：2010-11-18

王 華