基于突变理论的水电工程施工安全模糊动态评价.doc

1、基于突变理论的水电工程施工安全模糊动态评价摘要：为提高水电工程施工安全度，本文围绕水电工程施工过程，建立基于“人机环境管理”的安全评价指标体系。引入基于突变理论的模糊动态评价方法，对安全评价指标多层次分解，运用不同突变模型归一公式量化递归运算，计算出不同时期施工安全总突变隶属度值，实现水电工程施工安全模糊动态评判。结果表明：该方法合理可行。 关键词：安全度；水电工程施工；突变理论；动态评价 中图分类号：X947 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 我国水电资源居世界首位，截止 2011 年年底，我国水电装机总容量达 2.2 亿千瓦1。为缓解目前传统能源日益紧张的问题，保护生态环境，协调经济社

2、会发展，我国水电发展已迎来黄金时期。但是我国大中型水电工程建设开发主要处于西南地域，山高水深、江水湍急， 地质条件复杂，施工环境恶劣，事故控制难度大，水电开发安全生产形势严峻2。因此，急需加强并完善水电工程施工安全评价。 为了减少水电工程施工事故，国内学者对水电工程施工也展开了一些研究。戴会超等3为完善我国特大型梯级水电工程安全运行调度体系提供了新思路。魏新江等人4结合可拓评价和熵值法对深基坑进行安全评价。覃荣5引入事故致因理论，构建水电施工伤亡事故致因模型。周厚贵6从人、物、环境、管理方面分析水电施工安全预警。然而，就目前研究成果来看，其他学者未将突变理论引入水电施工安全评价中，因此，通过引

3、入突变理论，以期对水电施工安全管理有指导作用，为提高水电施工安全提供借鉴。 2 突变理论原理 突变理论是法国数学家雷内托姆 20 世纪 60 年代创立的研究非连续变化和突变现象的一门新兴数学学科，建立在拓扑概念和奇点理论的基础之上，其特点是以系统的势函数划分系统的临界点，研究不同临界点附近非连续状态的特征，从而归纳出若干初等突变模型，并在此基础上探讨自然、社会中的突变现象7。 应用突变理论对水电工程施工安全模糊动态评价，常用三种突变模型，其中 f(x)为势函数，x 为状态变量，V1、V2、V3、V4 为控制变量。 （1）尖点模型 f(x)=x4+V1x2+V2x（2）燕尾模型 f(x)=x5+

4、V1x3+V2x2+V3x （3）蝴蝶模型 f(x)=x6+V1x4+V2x3+V3x2+V4x 对于势函数 f(x)，令 f/(x)=0，得到平衡曲面方程，再令 f/(x)=0，求得平衡曲面的奇点集，由 f/(x)=0 和 f/(x)=0 可得到只包含控制变量的分歧方程式。利用分歧方程可导出归一公式，利用该公式对系统量化递归运算，最终可得到系统总突变隶属函数值。常见归一公式：（1）尖点模型 XV1=V1,XV2=V21/3（2） 燕尾模型XV1=V1,XV2=V21/3,XV3=V31/4 （3）蝴蝶模型XV1=V1,XV2=V21/3,XV3=V3,XV4=V41/5 3 水电工程施工安全

5、模糊动态评价方法 3.1 水电工程施工安全模糊动态评价指标 利用突变理论对水电过程施工评价时，应根据评价目的，多层次分解评价总指标，形成倒树状层次结构，只需知道最底层指标原始数据即可。突变模型中一状态变量不超过 4 个控制变量，其对应指标分解同样小于等于 4。 水电工程施工作为复杂大系统，有许多因素和环节影响其安全状况。应用安全系统工程观点进行分析，得出可从人、设施和材料、环境以及管理 4 个方面予以考察8： 水电施工安全多层次评价指标体系如图 1 所示。 3.2 评价过程与步骤 在水电工程施工安全评价中，通常将安全状态划分为：安全、较安全、一般、较危险、危险 5 个等级，分别代表了水电工程施

6、工不同质的安全状况。 首先，根据突变理论计算不同年份水电工程施工安全总突变隶属函数值，研究变化规律； 然后与水电工程施工安全检查评语（安全、较安全、一般、较危险、危险）对照，进而对水电工程施工安全状态做出动态模糊综合评价。 基于突变理论的水电工程施工安全模糊动态综合评价的基本步骤如下9： 步骤 1：研究并分析评价对象，应用安全系统工程观点，将系统分解为多层指标体系。 步骤 2：将底层指标原始数据规格化，即通过模糊数学和突变理论结合，将控制变量转化为0-1的越大越优型突变模糊隶属度值。 步骤 3：利用归一公式量化递归运算，求出水电工程施工安全总突变隶属函数值。 利用归一公式时，要遵守两原则，即“

7、互补”与“非互补” 。若一个系统的控制变量（V1、V2、V3、V4）之间不能相互联系，则按“大中取小”的非互补原则处理，若系统的诸控制变量（V1、V2、V3、V4）之间有相互补充，则按取平均值原则处理。 步骤 4：重复 13 步，计算不同年份的水电工程施工安全总突变隶属函数值。 步骤 5：分析不同年份的水电工程水电安全总突变隶属函数值，找出其中变化规律，从而对水电工程施工的安全状态进行动态模糊综合评价。利用归一公式得到的总突变值一般接近 1，与人们认识的“优”与“劣”不相符，本文设计一套转换方法，即利用归一公式计算出当底层指标分别为 0、0.6、0.7、0.8、0.9、1 时对应的总突变值。见

8、下列比较：x 与 y 对应关系：X=0 Y=0；X=0.6 Y=0.8801；X=0.7 Y=0.9147；X=0.8 Y=0.9457；X=0.9 Y=0.9740；X=1Y=1。 通过 x 与 y 互换得到起吊设备安装安全的评价集 总突变 y 位于 0.9740-1 时评价结果为安全；0.9457-0.9470 时为较安全；0.9147-0.9457 时为一般；0.8801-0.9147 时为较危险；0-0.8801时为危险。 4 实例计算 对某水电工程进行安全状态评价。 按图一的评价指标体系，请多为专家对底层指标打分，其中 2002 年度计算见表五。 C1、C2、C3、C4 构成非互补蝴

9、蝶突变模型； C5、C6、C7 构成非互补燕尾突变模型；C8、C9、C10、C11 构成非互补蝴蝶突变模型；C12、C13、C14 构成互补燕尾突变模型。水电工程施工安全评价第一层系统 B1,B2,B3,B4 构成非互补蝴蝶突变模型。 表 5 公司的具体数据 同理，可以分别计算出 20022006 间各年的水电工程施工安全总突变值，计算结果如表六。该表显示 20022006 年，该工程施工安全总突变值均较大，较稳定，据此判断该工程施工是较安全，与其他方法评价的结果相同。 水电工程 20062006 年间施工安全总突变函数值：2002 年是0.9560；2003 年是 0.9558；2004 年

10、是 0.9562；2005 年是 0.9561；2006年是 0.9559. 5 结论 1）基于突变理论的水电工程施工安全模糊动态评价，是通过模糊数学与突变理论相结合，对水电工程施工进行多层次目标分解，然后利用归一公式进行量化递归运算，得到水电工程施工安全总突变隶属函数值，并通过对不同年份的水电工程施工安全总突变隶属函数值分析判断，进行动态的安全评价。 2）突变理论主要利用归一公式本身中的内在矛盾地位和机制，从而减少了主观性，且评判更简单、实际。结果表明，该方法合理可行。 参考文献 1国务院关于印发能源发展“十二五”规划的通知, 国发 (2013)2号. 2郑霞忠,谌巧玲,陈述,等.基于粗糙集

11、的水电工程施工安全评价方法J.中国安全科学学报,2011,21(1):82-86. 3戴会超,曹广晶,孙志禹,彭刚,董前进. 我国特大型水利水电工程安全运行技术现状与改进方向J. 水电能源科学,2008,(06):83-88+199. 4魏新江,魏纲,邓志秋,郭志威. 基坑工程等级可拓评价及评价指标权重的确定A. 中国地质学会工程地质专业委员会、中国岩石力学与工程学会、中国建筑学会工程勘察分会、中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.第三届全国岩土与工程学术大会论文集C.中国地质学会工程地质专业委员会、中国岩石力学与工程学会、中国建筑学会工程勘察分会、中国土木工程学会土力学及岩土工程分会:,2009:4. 5覃荣.水利水电工程施工伤亡事故致因模型构建及预防对策研究D.宜昌: 三峡大学, 2006 6周厚贵,郝永梅, 戴西辉.水电工程施工特点与安全预警管理 J.电力安全技术, 2007, 9(7): 2-4. 7李继清.突变理论在长江流域洪灾综合风险社会评价中的应用 J .武汉大学学报(工学版), 2007, 40( 4) :26- 30. 8蒋军成.突变理论及其在安全工程中的应用 J .南京化工大学学报, 1999, 21( 1) : 24-28 9何金平, 李珍照.基于突变理论的大坝安全动态模糊综合分析与评判 J .系统工程, 1997, 15( 5) : 39-43