本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道運(yùn)營期的服役性能評價(jià)領(lǐng)域，特別涉及一種基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法。
背景技術(shù)：
：隨服役年限的增加，我國大量已投入運(yùn)營的既有城市盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)面臨不同程度的損傷和老化，面對由全面建設(shè)階段向維護(hù)階段的過渡，如何對既有城市盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)服役性能進(jìn)行評價(jià)，做到早發(fā)現(xiàn)，勤維護(hù)，防患于未然，已經(jīng)成為擺在城市管理者面前的難題?？茖W(xué)、合理地反映盾構(gòu)隧道的服役性能等級對于指導(dǎo)盾構(gòu)隧道的安全運(yùn)營以及病害的治理與養(yǎng)護(hù)是十分重要的。目前已有的基于常權(quán)重的評價(jià)方法不能突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對評判結(jié)果的影響，為了突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對最終評判結(jié)果的影響，可以考慮隨著評價(jià)指標(biāo)朝不利方向發(fā)展而在常權(quán)重的基礎(chǔ)上修正其評價(jià)的權(quán)值，從而使評判結(jié)果更趨合理。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有方法存在的缺陷而提供一種基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法，以解決現(xiàn)有評價(jià)方法存在的不能突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對評判結(jié)果的影響的問題。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明公開了一種基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法，包括步驟：采用層次分析法建立盾構(gòu)隧道的服役性能評估指標(biāo)體系；確定所述服役性能評估指標(biāo)體系中的各單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)；采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法獲得各單項(xiàng)指標(biāo)在所述服役性能評估指標(biāo)體系中的指標(biāo)初始權(quán)重；在盾構(gòu)隧道發(fā)生變化時(shí)，獲取服役性能評估指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)對所述指標(biāo)初始權(quán)重進(jìn)行變權(quán)調(diào)整；以及基于模糊綜合評判的方法對變權(quán)調(diào)整后的所述服役性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行等級評價(jià)，評價(jià)出盾構(gòu)隧道的服役性能等級。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，盾構(gòu)隧道的所述服役性能評估指標(biāo)體系分為三層；第一層為目標(biāo)層，第二層為準(zhǔn)則層，第三層為指標(biāo)層。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述目標(biāo)層為盾構(gòu)隧道的服役性能狀態(tài)；所述準(zhǔn)則層包括結(jié)構(gòu)整體變形、連接構(gòu)件變形、混凝土表面病害、滲漏狀態(tài)及材質(zhì)劣化五個(gè)方面；所述指標(biāo)層包括橫斷面收斂、縱向沉降、橫通道差異沉降、管片接縫變形、變形縫變形、螺栓變形、裂縫、破損、析出、滲漏狀態(tài)、襯砌強(qiáng)度、混凝土碳化及鋼筋銹蝕。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述指標(biāo)層的橫斷面收斂、縱向沉降及橫通道差異沉降隸屬于所述準(zhǔn)則層的結(jié)構(gòu)整體變形；所述指標(biāo)層的管片接縫變形、變形縫變形及螺栓變形隸屬于所述準(zhǔn)則層的連接構(gòu)件變形；所述指標(biāo)層的裂縫、破損、析出隸屬于所述準(zhǔn)則層的混凝土表面病害；所述指標(biāo)層的滲漏狀態(tài)隸屬于所述準(zhǔn)則層的滲漏狀態(tài)；所述指標(biāo)層的襯砌強(qiáng)度、混凝土碳化及鋼筋銹蝕隸屬于所述準(zhǔn)則層的材質(zhì)劣化。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，確定所述服役性能評估指標(biāo)體系中的各單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)為：基于理論分析、數(shù)值模擬來確定所述服役性能評估指標(biāo)體系的指標(biāo)層中的各單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在盾構(gòu)隧道發(fā)生變化時(shí)，采用監(jiān)測、監(jiān)測方式獲取服役性能評估指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，根據(jù)所述動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)對所述指標(biāo)初始權(quán)重進(jìn)行變權(quán)調(diào)整的過程包括：隨著動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)朝不利方向發(fā)展而在指標(biāo)初始權(quán)重的基礎(chǔ)上修正權(quán)值；權(quán)值修正函數(shù)為：其中，是因素xi的常權(quán)權(quán)重，i為指標(biāo)序號，m為總的指標(biāo)數(shù)量，ωi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，xm為指標(biāo)的取值；k為指標(biāo)序號，xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的取值，xk為第k項(xiàng)指標(biāo)的取值，ωk為第k項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，t為變權(quán)系數(shù)，t的值在0～1之間。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，基于模糊綜合評判的方法對變權(quán)調(diào)整后的所述服役性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行等級評價(jià)，評價(jià)出盾構(gòu)隧道的服役性能等級的過程包括：將盾構(gòu)隧道劃分為多個(gè)單元結(jié)構(gòu)；基于模糊綜合評判的方法對多個(gè)所述單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行等級評價(jià)，獲得多個(gè)所述單元結(jié)構(gòu)的各評價(jià)等級；根據(jù)多個(gè)所述單元結(jié)構(gòu)的各評價(jià)等級綜合評價(jià)隧道盾構(gòu)整體的服役性能等級。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過二級模糊綜合評判，對所述單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行等級評價(jià)，獲得所述單元結(jié)構(gòu)的評價(jià)等級；二級模糊綜合評判中的隸屬函數(shù)采用柯西函數(shù)，模糊算子采用加權(quán)平均型算子：二級模糊綜合評判式如下：其中，z為目標(biāo)因素對評語集合的隸屬向量，ωa為當(dāng)前層的權(quán)重，r為一級模糊綜合評價(jià)結(jié)果，視為單因素評判集，bi為類別編號；r′bi為單因素評價(jià)矩陣，ωbi為相應(yīng)的權(quán)重，t是矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算符。所述基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法進(jìn)一步的改進(jìn)在于，盾構(gòu)隧道整體的服役性能等級劃分為五個(gè)等級。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：與現(xiàn)有評價(jià)方法相比，本發(fā)明方法利用變權(quán)重的方法，實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)隧道服役性能的動(dòng)態(tài)綜合評價(jià)，評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的取值既充分考慮了專家的知識與經(jīng)驗(yàn)，也能夠根據(jù)實(shí)際的隧道狀況對相關(guān)權(quán)重進(jìn)行及時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)整，突出了關(guān)鍵惡化指標(biāo)對于隧道最終服役性能等級的影響。附圖說明圖1為本發(fā)明一種基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法的流程示意圖。圖2是本發(fā)明采用的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)的指標(biāo)體系。圖3～圖5為本發(fā)明模糊綜合評判中隸屬函數(shù)的示意圖。圖6為評價(jià)指標(biāo)定義域內(nèi)的隸屬度分布示意圖。圖7為本發(fā)明的評價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)的示意圖。圖8為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅰ的隸屬度。圖9為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅱ的隸屬度。圖10為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅲ的隸屬度。圖11為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅳ的隸屬度。具體實(shí)施方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需要說明的是，本說明書所附附圖所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。首先，請參閱圖1所示，圖1為本發(fā)明基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法的流程示意圖。本發(fā)明基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法具體如下：s001：采用層次分析法建立盾構(gòu)隧道的服役性能評估指標(biāo)體系；s002：確定服役性能評估指標(biāo)體系中的各單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)；s003：采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法獲得各單項(xiàng)指標(biāo)在服役性能評估指標(biāo)體系中的指標(biāo)初始權(quán)重；s004：在盾構(gòu)隧道發(fā)生變化時(shí)，獲取服役性能評估指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)；s005：根據(jù)所獲取的動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)對指標(biāo)初始權(quán)重進(jìn)行變權(quán)調(diào)整；以及s006：基于模糊綜合評判的方法對變權(quán)調(diào)整后的服役性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行等級評價(jià)，評價(jià)出盾構(gòu)隧道的服役性能等級。與現(xiàn)有評價(jià)方法相比，本發(fā)明方法利用變權(quán)重的方法，實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)隧道服役性能的動(dòng)態(tài)綜合評價(jià)，評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的取值既充分考慮了專家的知識與經(jīng)驗(yàn)，也能夠根據(jù)實(shí)際的隧道狀況對相關(guān)權(quán)重進(jìn)行及時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)整，突出了關(guān)鍵惡化指標(biāo)對于隧道最終服役性能等級的影響。進(jìn)一步的，在步驟s001中，所謂層次分析法，是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)(或準(zhǔn)則、約束)的若干層次，通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序(權(quán)數(shù))和總排序，以作為目標(biāo)(多指標(biāo))、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。層次分析法是將決策問題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評價(jià)準(zhǔn)則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后得用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。這里所謂“優(yōu)先權(quán)重”是一種相對的量度，它表明各備擇方案在某一特點(diǎn)的評價(jià)準(zhǔn)則或子目標(biāo)，標(biāo)下優(yōu)越程度的相對量度，以及各子目標(biāo)對上一層目標(biāo)而言重要程度的相對量度。層次分析法比較適合于具有分層交錯(cuò)評價(jià)指標(biāo)的目標(biāo)系統(tǒng)，而且目標(biāo)值又難于定量描述的決策問題。其用法是構(gòu)造判斷矩陣，求出其最大特征值。及其所對應(yīng)的特征向量w，歸一化后，即為某一層次指標(biāo)對于上一層次某相關(guān)指標(biāo)的相對重要性權(quán)值。配合圖2所示，圖2是本發(fā)明采用的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)的指標(biāo)體系，該服役性能評估指標(biāo)體系分為三層；第一層為目標(biāo)層，為盾構(gòu)隧道的服役性能狀態(tài)；第二層為準(zhǔn)則層，包括結(jié)構(gòu)整體變形、連接構(gòu)件變形、混凝土表面病害、滲漏狀態(tài)及材質(zhì)劣化五個(gè)方面；第三層為指標(biāo)層，包括橫斷面收斂、縱向沉降、橫通道差異沉降、管片接縫變形、變形縫變形、螺栓變形、裂縫、破損、析出、滲漏狀態(tài)、襯砌強(qiáng)度、混凝土碳化及鋼筋銹蝕。其中，第三層指標(biāo)層的橫斷面收斂、縱向沉降及橫通道差異沉降隸屬于第二層準(zhǔn)則層的結(jié)構(gòu)整體變形；第三層指標(biāo)層的管片接縫變形、變形縫變形及螺栓變形隸屬于第二層準(zhǔn)則層的連接構(gòu)件變形；第三層指標(biāo)層的裂縫、破損、析出隸屬于第二層準(zhǔn)則層的混凝土表面病害；第三層指標(biāo)層的滲漏狀態(tài)隸屬于第二層準(zhǔn)則層的滲漏狀態(tài)；第三層指標(biāo)層的襯砌強(qiáng)度、混凝土碳化及鋼筋銹蝕隸屬于第二層準(zhǔn)則層的材質(zhì)劣化。在步驟s002中：結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬與相關(guān)規(guī)范確定服役性能評估指標(biāo)體系的指標(biāo)層中的各單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)，用以判定等級。其中，相關(guān)規(guī)范為《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(gb50108-2008)、《盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)服役性能鑒定規(guī)范》(dg/tj08-2123-2013)、《上海市隧道養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(sz-43-2005)、《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》(gb50446-2008)等。以下表1～表12為一種評判標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施例，各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)為：表1橫向變形的定量判定標(biāo)準(zhǔn)表2縱向沉降的定量判定標(biāo)準(zhǔn)表3基于張開量的判定標(biāo)準(zhǔn)表4基于錯(cuò)臺量的判定標(biāo)準(zhǔn)表5基于螺栓可見狀態(tài)的定性判定標(biāo)準(zhǔn)判定等級1234表觀現(xiàn)象無松動(dòng)大變形損壞、斷裂表6裂縫判定標(biāo)準(zhǔn)表7混凝土破損的判定標(biāo)準(zhǔn)表8混凝土表面析出的判定標(biāo)準(zhǔn)判定等級1234面積cm2≤1010～3030～50≥50表9滲漏狀態(tài)的判定標(biāo)準(zhǔn)表10基于砼強(qiáng)度降低比的判定標(biāo)準(zhǔn)判定等級判定標(biāo)準(zhǔn)1≤0.120.1～0.330.3～0.54≥0.5表11基于混凝土碳化深度的判定標(biāo)準(zhǔn)判定等級判定標(biāo)準(zhǔn)/cm1≤15215～30330～404≥40表12基于鋼筋截面損失率的判定標(biāo)準(zhǔn)判定等級判定標(biāo)準(zhǔn)(截面損失率)1≤3％23％～10％310％～25％4≥25％而后，在步驟s003中：采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法根據(jù)確定的各單項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，獲得該各單項(xiàng)指標(biāo)在服役性能評估指標(biāo)體系中的指標(biāo)初始權(quán)重。專家評估法也稱專家調(diào)查(調(diào)研)法，專家評估法是以專家為索取未來信息的對象，組織各領(lǐng)域的專家運(yùn)用專業(yè)方面的知識和經(jīng)驗(yàn)，通過直觀的歸納，對預(yù)測對象過去和現(xiàn)在的狀況、發(fā)展變化過程進(jìn)行綜合分析與研究，找出預(yù)測對象變化、發(fā)展規(guī)律、從而對預(yù)測對象未來的發(fā)展區(qū)實(shí)際狀況做出判斷。專家評估法的種類主要有個(gè)人判斷法、專家會議法、頭腦風(fēng)暴法和德爾菲法。專家調(diào)查權(quán)重法是一個(gè)較科學(xué)合理的方法，依據(jù)“德爾菲法”的基本原理，選擇企業(yè)各方面的專家，采取獨(dú)立填表選取權(quán)數(shù)的形式，然后將他們各自選取的權(quán)數(shù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，最后確定出各因素，各指標(biāo)的權(quán)數(shù)。集合了各方面專家的智慧和意見，并運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行檢驗(yàn)和修正?；谛判闹笖?shù)的專家調(diào)研法：初始指標(biāo)權(quán)重由基于信心指數(shù)法的專家調(diào)研法獲得，調(diào)研表見附件。調(diào)研結(jié)果分析如表13所示：表13評價(jià)指標(biāo)權(quán)重調(diào)研結(jié)果本發(fā)明采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法獲得指標(biāo)初始權(quán)重，充分考慮和利用了專家的知識與經(jīng)驗(yàn)。該基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法的前提是要在調(diào)查中引入“信心指數(shù)”這個(gè)參數(shù)，所謂信心指數(shù)就是專家在做出相應(yīng)判斷時(shí)的信心程度，也可以理解為該數(shù)據(jù)的客觀可靠程度。這意味著將由專家自己進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠性或客觀性評價(jià)，這就會大大提高數(shù)據(jù)的可用性，也可以擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集對象的范圍。通過這種方法，可以挖掘出專家調(diào)研數(shù)據(jù)的深層信息。即使數(shù)據(jù)采集對象并非該領(lǐng)域的專家，只要他對所做出的判斷能夠有一個(gè)正確的評價(jià)，那么這個(gè)數(shù)據(jù)就應(yīng)該視為有效信息。在步驟s004中：在盾構(gòu)隧道發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)盾構(gòu)隧道的服役性能評估指標(biāo)體系獲得評價(jià)所必需的監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)，作為服役性能評估指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)；而后，在步驟s005中：采用了一種變權(quán)重的方法，即指標(biāo)初始權(quán)重采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法獲得，同時(shí)為了突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對最終評判結(jié)果的影響，隨著評價(jià)指標(biāo)(即動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù))朝不利方向發(fā)展而在常權(quán)重(即指標(biāo)初始權(quán)重)的基礎(chǔ)上修正其權(quán)值(式一)，避免關(guān)鍵性惡化指標(biāo)被平均化；權(quán)值修正：其中，是因素xi的常權(quán)權(quán)重，i為指標(biāo)序號，m為總的指標(biāo)數(shù)量，ωi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，xm為指標(biāo)的取值；k為指標(biāo)序號，xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的取值，xk為第k項(xiàng)指標(biāo)的取值，ωk為第k項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，t為變權(quán)系數(shù)，t的值在0～1之間。評價(jià)指標(biāo)的變權(quán)重修正方法：信心指數(shù)法和乘積標(biāo)度法均屬于常權(quán)重的計(jì)算方法，此種常權(quán)重只是反映一種理想狀態(tài)下的評價(jià)指標(biāo)之間的相對重要程度，即各個(gè)指標(biāo)在相同等級條件下兩兩相互比較而得到的權(quán)值，不能突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對評判結(jié)果的影響。為了突出處于較差等級的評價(jià)指標(biāo)對最終評判結(jié)果的影響，可以考慮隨著評價(jià)指標(biāo)朝不利方向發(fā)展而在常權(quán)重的基礎(chǔ)上修正其評價(jià)的權(quán)值，從而使評判結(jié)果更趨合理。我國學(xué)者汪培莊教授于上世紀(jì)80年代最早提出了狀態(tài)變權(quán)的概念，即目標(biāo)權(quán)重會隨著因素狀態(tài)值的變化而變化。汪培莊(1985)給出了如下式所示的變權(quán)綜合決策模型。z為實(shí)際評價(jià)值，xi(i＝1,2,...,m)為因素xi的狀態(tài)值，ωi(x1,...,xm)是與x1,...,xm有關(guān)的x的變權(quán)。關(guān)于變權(quán)公式的確定，李德清和李洪興(2002)定義了懲罰型變權(quán)向量w(x)＝(ω1(x),l,ωn(x))，并采用hardarmard乘積計(jì)算：w＝(ω1,l,ωn)為常權(quán)向量，s(x)＝(s1(x),l,sn(x))為狀態(tài)變權(quán)向量。目前一般可采用經(jīng)驗(yàn)公式、加型均衡函數(shù)(劉文奇，1997)和指數(shù)型函數(shù)得到狀態(tài)變權(quán)向量，本文采用均衡函數(shù)的變權(quán)公式：是因素xi的常權(quán)權(quán)重。變權(quán)系數(shù)t的值在0～1之間。若安全評價(jià)體系中某個(gè)有缺陷的因素對系統(tǒng)安全性產(chǎn)生重大影響，則一般取t<0.5，相反可取t>0.5。李浩然等(2014)將該變權(quán)公式應(yīng)用到鹽穴儲氣庫腔體穩(wěn)定性的評價(jià)中，并保守地取t＝0.2，取得了較好的效果。公路隧道的安全運(yùn)營關(guān)系重大，評價(jià)應(yīng)嚴(yán)格要求，偏向于嚴(yán)謹(jǐn)保守，本文取t＝0.2。本發(fā)明的指標(biāo)權(quán)重采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法與一種變權(quán)重方法獲得，綜合了專家的知識經(jīng)驗(yàn)以及隧道的真實(shí)運(yùn)營情況。最后，在步驟s006中：基于模糊綜合評判的方法對變權(quán)調(diào)整后的所述服役性能評估指標(biāo)體系進(jìn)行等級評價(jià)，評價(jià)出盾構(gòu)隧道的服役性能等級，具體過程如下：將盾構(gòu)隧道劃分為多個(gè)單元結(jié)構(gòu)；基于模糊綜合評判的方法對多個(gè)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行等級評價(jià)，獲得多個(gè)單元結(jié)構(gòu)的各評價(jià)等級；根據(jù)多個(gè)單元結(jié)構(gòu)的各評價(jià)等級綜合評價(jià)隧道盾構(gòu)整體的服役性能等級。本發(fā)明在對單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)的基礎(chǔ)上綜合判定隧道的整體服役性能等級，實(shí)現(xiàn)局部與整體的多尺度評價(jià)。本發(fā)明盾構(gòu)隧道整體的服役性能等級劃分為五個(gè)等級(ⅰ級、ⅱ級、ⅲ級、ⅳ級和ⅴ級)。進(jìn)一步的，本發(fā)明通過二級模糊綜合評判，對單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行等級評價(jià)，獲得單元結(jié)構(gòu)的評價(jià)等級；二級模糊綜合評判中的隸屬函數(shù)采用柯西(cauchy)函數(shù)，模糊算子采用加權(quán)平均型算子；二級模糊綜合評判式如下：其中，z為目標(biāo)因素對評語集合的隸屬向量，ωa為當(dāng)前層的權(quán)重，r為一級模糊綜合評價(jià)結(jié)果，視為單因素評判集，bi為類別編號；r′bi為單因素評價(jià)矩陣，ωbi為相應(yīng)的權(quán)重，t是矩陣的轉(zhuǎn)置運(yùn)算符。具體的，引入模糊理論來對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)。1)隸屬函數(shù)本發(fā)明采用cauchy(柯西)分布，其主要類型有三種，參見圖3～5所示。(1)小型模糊分布，x越大，則隸屬度越小，采用降半cauchy分布：(2)間型模糊分布，此用對稱cauchy(柯西)分布：(3)大型模糊分布，x越大，則隸屬度越大，采用升半cauchy分布：式中，α和β為參數(shù)，且有α>0，β>0。至于隸屬函數(shù)中參數(shù)的計(jì)算，本發(fā)明采用將三種cauchy分布進(jìn)行組合，取β＝2，得到評價(jià)指標(biāo)定義域的隸屬度分布如圖6所示。評價(jià)指標(biāo)關(guān)于四個(gè)等級的隸屬函數(shù)如下：對于每一個(gè)項(xiàng)目層的單指標(biāo)變量，需要確定其相應(yīng)的區(qū)間分段參數(shù)值a1～a4和分布曲線形態(tài)參數(shù)值α1～α4。分界值落入相鄰兩區(qū)間概率相等，即利用下面的關(guān)系式其中k1～k3是單指標(biāo)定量化評價(jià)基準(zhǔn)中的分界值。利用上述表達(dá)式即可求出所有評價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)的參數(shù)值。表14各指標(biāo)隸屬函數(shù)的參數(shù)值以橫斷面收斂為例，配合圖7所示，其隸屬函數(shù)為隸屬函數(shù)用以計(jì)算評價(jià)指標(biāo)對于評價(jià)等級的隸屬度，并形成隸屬向量。2)模糊算子采用加權(quán)平均型模糊算子m(g,⊕)，這種算子采用實(shí)數(shù)乘積和有界和運(yùn)算。從上式可以看出，該模型同時(shí)考慮了所有因素的影響，按權(quán)重大小均衡兼顧，體現(xiàn)了整體特性。本發(fā)明盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全模糊綜合評價(jià)模型：由于盾構(gòu)隧道健康狀態(tài)診斷指標(biāo)體系是一個(gè)三層指標(biāo)體系，因此采用兩級模糊綜合評價(jià)模型。多級模糊綜合評價(jià)是從最低層開始逐層向上做出綜合評價(jià)，直至最高的目標(biāo)層以得到原問題的綜合評價(jià)結(jié)果。這里從指標(biāo)層出發(fā)，先對準(zhǔn)則層各因素進(jìn)行一級模糊綜合評價(jià)，再對目標(biāo)層進(jìn)行二級模糊綜合評價(jià)。(a)確定單因素評價(jià)矩陣?yán)秒`屬函數(shù)建立指標(biāo)ci對評語集合v的隸屬向量rcirci＝(rci1rci2rci3rci4)，i＝1,2,l,13由隸屬向量rci即可建立準(zhǔn)則層各因素的單因素評價(jià)矩陣r′bi。(b)一級模糊綜合評價(jià)模糊綜合評價(jià)是通過模糊算子建立模糊綜合評價(jià)模型的過程。根據(jù)前面的分析，這里選用加權(quán)平均型模糊綜合評價(jià)模型：ω×r'＝r式中，ω表示權(quán)重向量，r'表示單因素評價(jià)矩陣，r表示相應(yīng)的準(zhǔn)則層因素對評語集合v的隸屬向量。由單因素評價(jià)矩陣r′bi與其相應(yīng)的權(quán)重向量ωbi，可得出各因素bi對評語集合v的隸屬向量為rbi＝ωbi×r′bi。2)二級模糊綜合評價(jià)將一級模糊綜合評價(jià)結(jié)果rbi視為單因素評判集，由rbi可組成二級模糊綜合評價(jià)的單因素評價(jià)矩陣，由相應(yīng)的權(quán)重向量和單因素評價(jià)矩陣通過矩陣相乘可得二級模糊綜合評價(jià)結(jié)果—目標(biāo)因素對評語集合的隸屬向量z3)模糊向量單值化分別給評語v1、v2、v3、v4賦以分值4、3、2、1，則則盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的量化等級如表所示。表15盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全等級表等級安全狀態(tài)安全度fⅰ很安全(結(jié)構(gòu)無破損)3.4<f≤4.0ⅱ安全(結(jié)構(gòu)存在輕微破損)2.8<f≤3.4ⅲ較安全(結(jié)構(gòu)存在破損)2.2<f≤2.8ⅳ較不安全(結(jié)構(gòu)存在較嚴(yán)重破損)1.6<f≤2.2ⅴ不安全(結(jié)構(gòu)存在破壞)1.0<f≤1.6(3)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)等級對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)等級的劃分采用五級劃分法。表16盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)等級(4)算例為了對上述介紹的評價(jià)指標(biāo)體系、評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法以及綜合評價(jià)的方法進(jìn)行說明，這里介紹一個(gè)算例進(jìn)行進(jìn)一步地介紹，從而對方法的可行性加以檢驗(yàn)?，F(xiàn)對某公路隧道的4個(gè)區(qū)段進(jìn)行安全評價(jià)，各個(gè)區(qū)段的變形監(jiān)測與病害檢測數(shù)據(jù)見下表：表17某公路隧道各區(qū)段監(jiān)測與檢測數(shù)據(jù)評估的主要步驟如下：(1)輸入指標(biāo)數(shù)據(jù)，為矩陣形式(每一行為一個(gè)區(qū)段的指標(biāo)數(shù)據(jù))。(2)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的隸屬向量。例如對于隧道區(qū)段1，只需要將各指標(biāo)值代入相應(yīng)的的隸屬函數(shù)中，即可得到各個(gè)指標(biāo)的隸屬向量。rci＝(rci1rci2rci3rci4)i＝1,2,…,13根據(jù)隸屬向量，將其單值化：進(jìn)行準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重的變權(quán)處理(t＝0.2)：(3)將隸屬向量組合，建立準(zhǔn)則層各因素的單因素評價(jià)矩陣。r′b1＝(rc1rc2rc3)r′b2＝(rc4rc5rc6)r′b3＝(rc7rc8rc9)r′b4＝(rc10)r′b5＝(rc11rc12rc13)(4)進(jìn)行一級模糊綜合評判rbi＝ωi×r′bii＝1,2,...，5rbi＝(rbi1rbi2rbi3rbi4)i＝1,2,...，5此即目標(biāo)層因素對于評判等級的隸屬向量，一共有五個(gè)。(5)根據(jù)各個(gè)目標(biāo)層因素的隸屬向量，將其單值化：進(jìn)行目標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重的變權(quán)處理(t＝0.2)：得到變權(quán)調(diào)整之后的新權(quán)重ω＝[ω1ω2ω3ω4ω5]。(6)根據(jù)新的權(quán)重，進(jìn)行二級模糊綜合評判：(7)結(jié)果單值化：經(jīng)計(jì)算，分別采用常權(quán)重方法和變權(quán)重方法后隧道的各個(gè)區(qū)段的最終安全狀態(tài)對于不同等級的隸屬度情況如圖8～圖11所示，圖8所示為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅰ的隸屬度，圖9所示為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅱ的隸屬度，圖10所示為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅲ的隸屬度，圖11所示為常權(quán)與變權(quán)計(jì)算結(jié)果對于等級ⅳ的隸屬度。由圖可知，采用變權(quán)重方法顯著地提高了部分隧道區(qū)段的安全風(fēng)險(xiǎn)對于不安全等級(ⅳ級)的隸屬度，從而使得計(jì)算結(jié)果趨于不安全，反映出某些指標(biāo)在較不利時(shí)，由于非線性的放大作用而對于最終安全狀態(tài)產(chǎn)生更為不利的影響。根據(jù)等級量化標(biāo)準(zhǔn)，各區(qū)段的安全等級見表18?？梢娮儥?quán)重方法所計(jì)算得到的安全等級較常權(quán)重方法更加不利，而變權(quán)重方法反映出了這種差異，避免了在對隧道安全狀態(tài)進(jìn)行評估時(shí)過高地估計(jì)了其安全等級。表18各隧道區(qū)段安全等級可見采用變權(quán)重方法顯著地提高了隧道的安全風(fēng)險(xiǎn)對于不安全等級的隸屬度，避免關(guān)鍵危險(xiǎn)指標(biāo)在綜合評價(jià)中被中和，使評價(jià)結(jié)果的危險(xiǎn)度降低，保證了評價(jià)的客觀公正性。本發(fā)明一種基于變權(quán)重的盾構(gòu)隧道服役性能評價(jià)方法，其主要流程包括：根據(jù)盾構(gòu)隧道的服役性能評估指標(biāo)體系獲得評價(jià)所必需的監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)；采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法獲得指標(biāo)初始權(quán)重；根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)對初始權(quán)重進(jìn)行變權(quán)調(diào)整；基于模糊綜合評判的方法對結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行評價(jià)；根據(jù)單元結(jié)構(gòu)評價(jià)等級綜合判定隧道整體服役性能等級。隧道服役性能評價(jià)流程如下：結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐?；單元結(jié)構(gòu)評價(jià)；①指標(biāo)初始權(quán)重確定；②各項(xiàng)檢測指標(biāo)等級判定；③檢查是否有關(guān)鍵指標(biāo)出現(xiàn)嚴(yán)重惡化(3級、4級)，“是”進(jìn)入步驟④，“否”進(jìn)入步驟⑤；④指標(biāo)權(quán)重調(diào)整；⑤模糊綜合評價(jià)，獲得單元結(jié)構(gòu)評價(jià)等級(ⅰ級、ⅱ級、ⅲ級、ⅳ級和ⅴ級)；根據(jù)單元結(jié)構(gòu)評價(jià)等級綜合判定隧道整體服役性能等級；采用《盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)服役性能鑒定規(guī)范》(dgtj08-2123-2013)中“5.5隧道整體服役狀態(tài)等級評定”的比例法綜合判定隧道整體服役性能等級，參見表19。表19隧道整體服役狀態(tài)等級評定與現(xiàn)有評價(jià)方法相比，本發(fā)明方法利用變權(quán)重的方法，實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)隧道服役性能的動(dòng)態(tài)綜合評價(jià)。評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的取值既充分考慮了專家的知識與經(jīng)驗(yàn)，也能夠根據(jù)實(shí)際的隧道狀況對相關(guān)權(quán)重進(jìn)行及時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)整，突出了關(guān)鍵惡化指標(biāo)對于隧道最終服役性能等級的影響。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1)指標(biāo)權(quán)重采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)研法與一種變權(quán)重方法獲得，綜合了專家的知識經(jīng)驗(yàn)以及隧道的真實(shí)運(yùn)營情況。2)在對單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)的基礎(chǔ)上綜合判定隧道的整體服役性能等級，實(shí)現(xiàn)局部與整體的多尺度評價(jià)。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12