建筑結(jié)構(gòu)加固方案優(yōu)化的研究
2015-06-24
伴隨著當(dāng)代的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高。又由于科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的新技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)形式，作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)最大的建筑業(yè)也在當(dāng)代形勢下采用了先進(jìn)的技術(shù)和方案。至上個世紀(jì)90年代我國頒布建筑法至今，我國建筑方面的發(fā)展突飛猛進(jìn)，所以為了滿足人們對生活質(zhì)量得要求，確保建筑工程擁有優(yōu)質(zhì)質(zhì)量，在新建工程和原有工程都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理。尤其是原有建筑結(jié)構(gòu)的加固，因為對原有建筑的改造，可以提高工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制，同時也使土地得以利用完全，可以緩解城市
用地的緊張，為城市發(fā)展解決部分問題。本文重點對建筑結(jié)構(gòu)加固的方案及應(yīng)用技術(shù)展開分析討論，以期從中找到可靠有效的加固技術(shù)方案及其應(yīng)用管理經(jīng)驗，并以此和廣大同行分享。
1、建筑工程加固概述
自從人類有建筑以來，就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)加固這個傳統(tǒng)行業(yè)，但在過去，人們習(xí)慣于把加固和維修完全等同，因而技術(shù)水平提高不快，沒有形成一門科學(xué)近十余年來，結(jié)構(gòu)鑒定和加固改造技術(shù)在我國得以迅速發(fā)展并已初具規(guī)模，其作為一門新的學(xué)科正在逐漸形成。已有建筑物的加固較新建建筑物復(fù)雜，它不僅受到己有建筑物原有條件的種種限制。而且這些建筑物往往還存在著各種各樣的問題。這些問題的起因往往錯綜復(fù)雜，有的無案可查有的則相當(dāng)隱蔽。另外，已有建筑物所采用的材料因年代不同，經(jīng)常與現(xiàn)狀相差較大。不是所有的建筑結(jié)構(gòu)都需要加固，應(yīng)該在保證該建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的要求下，對建筑先進(jìn)行檢測、鑒定，需進(jìn)行加固的在進(jìn)行加固處理。在不影響建筑結(jié)構(gòu)整體的前提下，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固應(yīng)秉著經(jīng)濟(jì)合理，施工簡便、對原有建筑損壞較小的原則
2、改進(jìn)層次分析法的基本原理
層次分析法是通過分析問題、建立層次分析模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序和層次總排序等步驟來計算各層次評價指標(biāo)的相對權(quán)重以及各層次評價指標(biāo)對總目標(biāo)的組合權(quán)重，從而得出不同方案的綜合評價排序。加固方案的設(shè)計一般可以分為：①方案構(gòu)思階段②方案初步設(shè)計階段③方案詳細(xì)設(shè)計階段，傳統(tǒng)的層次分析法一般將方案的評價和比選放在③階段之后。而筆者認(rèn)為可以將層次分析法的幾個步驟分開來，依次介入方案設(shè)計的三個階段：在方案設(shè)計的①階段可以進(jìn)行評價指標(biāo)的初選，并將初選結(jié)果反饋給方案設(shè)計者。在方案設(shè)計的②階段，根據(jù)設(shè)計的情況最終確定指標(biāo)構(gòu)成，然后由專家確定各指標(biāo)的權(quán)重，并將結(jié)果反饋給方案設(shè)計者。在方案設(shè)計的③階段，獲取各備選方案的詳細(xì)信息，對各個方案的各項指標(biāo)進(jìn)行評價，確定評價值。最后由評價值和指標(biāo)權(quán)重綜合得到各備選方案的綜合價值系數(shù)。
3、工程實例
某建筑結(jié)構(gòu)加固工程有三個方案進(jìn)行綜合優(yōu)選。方案一采用加大截面加固法，其優(yōu)點是總價最低，直接加固費用較少，施工工藝好，進(jìn)度適中，有一定的優(yōu)惠條件。但是維護(hù)費用高，檢測鑒定及加固設(shè)計工作一般，人員素質(zhì)及設(shè)備狀況一般，對使用功能無大影響；方案二采用外包鋼加固法，其優(yōu)點是人員素質(zhì)良好，設(shè)備先進(jìn)。但維護(hù)費用偏高，總價居中，直接加固費用與方案一差不多，施工管理一般，對使用功能無影響。方案三采用碳纖維加固法，其特點總價最高，但維護(hù)費用最低。施工進(jìn)度合理，注重環(huán)境藝術(shù)，人員素質(zhì)及設(shè)備狀況一般、施工對使用功能有一定影響。三個方案各有優(yōu)缺點，試對其進(jìn)行綜合評價，從中優(yōu)選一個方案。
3.1評價指標(biāo)體系的確定
對于施工方案的選擇，不同的決策者會根據(jù)企業(yè)的設(shè)備情況、資源以及自己的偏好等因素得出不同的結(jié)果。因而施工方案多目標(biāo)評價決策指標(biāo)體系要盡可能涵蓋施工方案多目標(biāo)評價決策中的各種因素。然而.施工方案設(shè)計是一個創(chuàng)造性的過程，粗略地可以分為方案構(gòu)思、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計三個階段，不同的設(shè)計階段設(shè)計評價有不同的特點，對評價指標(biāo)也有不同的要求；另外，隨著各種新材料、新設(shè)備、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，使得這些評價指標(biāo)本身也在不斷變化。所以一個固定的、不能進(jìn)行修改.、調(diào)整的評價指標(biāo)體系，將不能滿足施工方案多目標(biāo)評價決策的要求。因此本文構(gòu)建了動態(tài)的評價決策指標(biāo)體系框架，用以動態(tài)地、全面地建立包括影響施工方案多目標(biāo)評價決策的各種因素。該指標(biāo)體系框架具有以下幾個特點：
?。?）動態(tài)性。方案評價者可以根據(jù)實際需要增加、刪除、修改、重命名指標(biāo)體系中的每一個指標(biāo)（除目標(biāo)層），并且能進(jìn)行保存，便于下次調(diào)用。
?。?）靈活性。該指標(biāo)體系框架結(jié)構(gòu)靈活，具有可擴(kuò)展性。
?。?）層次性。該指標(biāo)體系中每一個指標(biāo)都可以由若干個子指標(biāo)構(gòu)成，這樣可以盡可能全面地描述某項評價指標(biāo)的復(fù)雜內(nèi)容?？紤]到指標(biāo)體系越復(fù)雜，進(jìn)行評價決策的難度更大，可操作性差，因而在本系統(tǒng)中，限定了最大層次數(shù)為3層。
（4）唯一性。該評價指標(biāo)體系中的評價指標(biāo)都具有唯一性，即指標(biāo)體系中任一被編輯的指標(biāo)都不允許重復(fù)出現(xiàn)在同一個評價指標(biāo)方案中。評價指標(biāo)體系體現(xiàn)了方案評價者的意圖和實際需求。如果評價準(zhǔn)則發(fā)生變化，則衡量方案的性能指標(biāo)體系所做出的評價結(jié)果也將隨著發(fā)生改變。指標(biāo)體系通常是通過層次分解的方法，首先確定總目標(biāo)，然后將其分解為各個性能指標(biāo)，性能指標(biāo)還可再劃分為子指標(biāo)，逐層細(xì)分。其結(jié)構(gòu)實際上反映了滿足功能需求的評價準(zhǔn)則與達(dá)到評價準(zhǔn)則的解決方案之間的一種映射關(guān)系。從前面介紹的施工方案多目標(biāo)評價
決策指標(biāo)體系的建立原則可知，各個設(shè)計準(zhǔn)則之間的相關(guān)性應(yīng)盡量小，即準(zhǔn)則之間應(yīng)具有一定的獨立性。
3.2建立評價層次結(jié)構(gòu)模型
3.2.1確定總目標(biāo)
以“選擇最優(yōu)加固方案”為目標(biāo)層A。
3.2.2根據(jù)對該結(jié)構(gòu)工程加固方案的細(xì)分，確定三種方案作為實施方案層P，具體方案是：a.加大截面加固法；b.外包鋼加固法；c.碳纖維加固法。
3.2.3建立準(zhǔn)則層；
建立評判指標(biāo)體系時，不是從具體的影響因素出發(fā)，而是以評判標(biāo)準(zhǔn)為出發(fā)點，先建立一級評判標(biāo)準(zhǔn)，再把一級評判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)分，建立相應(yīng)的二級評判標(biāo)準(zhǔn)，其指標(biāo)輸入值是專家綜合打分的結(jié)果。在改進(jìn)的層次評判法中，首先根據(jù)評判目標(biāo)A（最佳加固方案）建立一級評判指標(biāo)：工程進(jìn)度、工程造價、安全與質(zhì)量和施工因素；在各一級評判指標(biāo)的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的二級指標(biāo)。
3.3確定指標(biāo)權(quán)重向量
在最終確定指標(biāo)構(gòu)成以后，就要確定各指標(biāo)的權(quán)重。在這里采用了改進(jìn)的權(quán)重確定方法：首先由專家們對指標(biāo)進(jìn)行層次單排序，得到排序值，然后，結(jié)合排序結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)間的兩兩比較，并用指數(shù)指標(biāo)賦值。經(jīng)過對賦值的整理和計算就得到指標(biāo)相對權(quán)重。要說明的是，以上做法僅針對定性指標(biāo)。定量指標(biāo)不設(shè)定相對權(quán)重（分目標(biāo)層出外） 。得到每一位專家的意見后，對全部專家的結(jié)果再此歸一化。
4、結(jié)論
建筑結(jié)構(gòu)加固工程是一個相對年輕的土程學(xué)科分支，自上世紀(jì)80年代后世界各國專家學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究，取得了顯著的成就，形成了一系列較為成熟和完整的理論，但隨著建筑工程業(yè)的發(fā)展，尤其是向著更大、更高和環(huán)境條件更復(fù)雜的方向發(fā)展，還有許多理論和實踐問題以待解決，比如，對建筑結(jié)構(gòu)工程加固方案進(jìn)行評價的問題越來越得到科研工作者和工程技術(shù)人員的重視，而且傳統(tǒng)的評價方法已越來越不能滿足實際工程的需求，因而發(fā)展了改進(jìn)的層次分析方法。通過實際工程應(yīng)用表明，該方法以系統(tǒng)工程學(xué)的理論為基礎(chǔ)，對傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，使其具有更強(qiáng)的適用性和可操作性。本方法降低了專家作出方案評價的難度，使專家的意見能夠得到更準(zhǔn)確的反映。同時開放性、可修改的指標(biāo)體系顯示了改進(jìn)的層次分析法的靈活性，也更加符合實際需要。本文特別分析了傳統(tǒng)層次分析法在進(jìn)行二元對比計算權(quán)重時容易產(chǎn)生評價非一致性的原因，提出的層次單排序的方法有效的解決了這一問題。
