基于模糊識別的建筑工程安全危險源辨識

基于模糊識別的建筑工程安全危險源辨識

1工程安全管理意識不強(qiáng)近年來，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的穩(wěn)定。工程事故頻發(fā)究其原因主要有兩個方面:第一,大多數(shù)施工人員對工程安全不夠重視,甚至違章指揮、違章作業(yè);第二,更為重要的是,現(xiàn)階段對工程事故的研究大都以定性分析為主,對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,都未意識到安全隱患,對工程安全的危險源缺少辨識,也缺乏預(yù)防。工程建設(shè)是一個復(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,針對這一問題,本文對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集,通過模糊識別的方法,科學(xué)、定量地識別工程安全危險源,進(jìn)而辨識風(fēng)險,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模糊識別的應(yīng)用模糊識別主要是用模糊集合表示各類模式,進(jìn)而進(jìn)行識別的理論和方法。由于影響建筑工程事故的危險源很多,在辨識一個工程的危險源時,不能只看一個或兩個危險源,而是要考慮多個因素的影響,因此,有必要引入模糊識別的方法,把一個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性級別,以此對工程的危險性進(jìn)行辨識。為了把模糊問題清楚地表示出來,引入隸屬度函數(shù),即一個對象隸屬一個集合的程度。對于不確定的問題,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,這是模糊識別的過程。模糊識別是把較模糊難識別的問題實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的辨識。工程安全危險源的辨識是比較復(fù)雜的問題,引入模糊識別的方法可以起到更好的辨識與預(yù)防效果。3確定工程危險源,進(jìn)行識別建設(shè)工程安全與眾多的因素有關(guān),這對識別工程安全事故是否發(fā)生帶來了一定的難度,加之在眾多的影響因素中,各個因素對工程安全所起的作用也不同,這無疑增加了識別工程危險源的難度。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工程進(jìn)行危險源的辨識,并對工程的危險性級別進(jìn)行劃分,確定其所處的危險性等級,進(jìn)而尋找危險源,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。采用模糊識別方法對建筑工程安全危險源的辨識與預(yù)防過程(如圖1)。3.1工程安全風(fēng)險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率以及較細(xì)的分辨層次。在實(shí)際模式識別問題中,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,但是特征太多,就會給識別帶來了難度,特征越多,計算量、工作量就越大,甚至多得無法計算,既不經(jīng)濟(jì)也無必要。從一般情況看,工程安全的危險源有很多,反映一個工程危險級別的特征就有多個,可用一個多維向量表示。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危險等級特征值為了保證模糊識別的準(zhǔn)確性,不宜把級別劃分的太細(xì),危險性級別是根據(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等級,提取建設(shè)中某一等級的危險性建設(shè)項(xiàng)目的各個影響因素的特征值,建立特征值數(shù)據(jù)庫,對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,可得出該等級危險性集合。同理,得出其他等級危險性的集,進(jìn)而得出危險性級別的集合,該集合中每一個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性的各個因素的特征值。假如劃分危險性為五個級別,用Y表示:其中:D1代表極度危險,D2代表很危險,D3代表危險,D4代表一般,D5代表安全。3.3專家評估法、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)不同的特征因素對工程安全不同程度的影響,就要取各個特征因素的權(quán)重。權(quán)重的獲得是一個長期的過程,通過無數(shù)的工程實(shí)踐,對大量工程事故危險源進(jìn)行分析,統(tǒng)計各個因素對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,同時可以邀請相關(guān)專家,對影響該工程安全的各個因素的重要性進(jìn)行評估,綜合專家的評估結(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別過程就是選擇一種模糊識別算法,并按多個特征的擇近原則進(jìn)行模式識別。首先,確定一種貼近度,貼近度是用來度量模糊集合之間接近程度的。在確定貼近度的時候,需要考慮權(quán)重。假如有n個特征因素,通過隸屬函數(shù)可以得出每個特征因素的隸屬度,也可用其它方法把各個危險源的特征因素數(shù)量化,對于每一個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特征因素值與標(biāo)準(zhǔn)模式集合中的同一個特征因素值作差,取其差的絕對值?？芍^對值越大,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。由于各個特征因素對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)模式集合的絕對差值的和為:如果絕對差值的和越大,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工程危險性評價根據(jù)被測工程與各個標(biāo)準(zhǔn)模式的貼近度,可以判斷出被測工程目前的現(xiàn)狀,以確定該工程的危險性,辨識出該工程所處的危險性狀態(tài),對目前的狀態(tài)進(jìn)行評價。若該工程處于危險狀態(tài),那么說明該工程中至少存在某一特征因素與等級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源。然后針對具體的問題,采取相應(yīng)的措施以控制風(fēng)險,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,基坑頂部有動載,坑頂邊緣與動載間應(yīng)留有大于1m的護(hù)道。4.2安全風(fēng)險程度評估的標(biāo)準(zhǔn)模式為了識別工程的基坑施工及地基安全,邀請五位專家對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。通過對上面五位專家打分的加權(quán)平均得出各個特征因素對該工程安全的影響情況,然后再把各個因素與隸屬函數(shù)相對應(yīng),對各個特征因素模糊化,其過程如下:故可以得到影響該工程危險性特征因素的模糊特征值集:不同地區(qū)的基坑安全級別劃分是不同的,有時候即使是同一地區(qū),劃分的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,劃分的級別也會不同,此處為了說明模糊識別的實(shí)用性,也為了說明模糊識別能夠用于其它的建筑工程安全辨識及預(yù)防的一般性,根據(jù)工程事故的危害程度,對安全級別進(jìn)行了以下劃分:極度危險(D1),很危險(D2),危險(D3),一般(D4),安全(D5)。對該地區(qū)小區(qū)普通住宅樓地基數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,確定安全級別標(biāo)準(zhǔn)模式集對應(yīng)的模糊集合。首先,搜集相關(guān)數(shù)據(jù),對各個特征因素進(jìn)行分類,通過對各個特征因素的分析,找出與該特征因素對應(yīng)的隸屬度,從而可以得出標(biāo)準(zhǔn)模式即工程安全級別對應(yīng)的模糊集。對于監(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)計分析,可以得出具體的函數(shù)關(guān)系,繼而求出不同安全級別對應(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,也可用專家評分法等得出各個特征因素的隸屬度。假定確定了五個工程安全級別的標(biāo)準(zhǔn)模式的模糊特征集如下:對基坑工程確定特征因素權(quán)重,主要是靠專家對以往類似工程中各個特征因素的依賴程度而確定,也可通過統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)來確定。對于本基坑安全工程,取權(quán)重向量為:然后計算該基坑工程與各個標(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別為危險,那么就可以進(jìn)一步分析,確定危險源,有針對性的采取措施,通過模糊識別可以提前辨識該基坑工程存在安全風(fēng)險,更好地對工程事故進(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、不可預(yù)防、不可避免的。在此基礎(chǔ)上,選取了七個影響基坑工程的特征因素,對其進(jìn)行辨識。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)模糊識別的方法不僅可以應(yīng)用在基坑工程危險源的辨識和預(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因素引起的,通過對大量工程安全事故的統(tǒng)計分析,可以找出引起事故的原因,并對這些數(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墑e,標(biāo)準(zhǔn)模式一旦建立,便可以對被測工程危險源進(jìn)行辨識。(3)模糊識別實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目在多個特征因素影響下由定性到定量分析安全級別的識別過程。首先,定量分析能夠更好地、科學(xué)地識別工程安全級別,一旦識別出工程所處的安全級別,就能更好地應(yīng)對工程中可能存在的事故,其次,定量分析更多的是