CN105426646B - 桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法 - Google Patents

桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，具体内容包括：选取桥梁智慧度综合评估指标；针对桥梁智慧度综合评估指标制定量化参考依据；根据各指标量化参考依据来计算桥梁智慧度底层指标的实测值Pi；运用层次分析法获取桥梁智慧度评价体系各级指标的权重Wi；获取桥梁智慧度评价综合值S并建立桥梁智慧度综合评价等级。本发明提供的桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，从不同的方面反映了桥梁智慧度的特征，具有代表性、针对性和可比性；指标数据获取及量化简单明了、易于计算；将桥梁的相对智慧化的程度，转化为区间内的数值，成为衡量桥梁智慧化成效的客观标尺，具有实用性和有效性。

Description

桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法
技术领域
本发明涉及建筑状况综合评估领域，特别涉及一种桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法。
背景技术
随着智慧城市的浪潮席卷全球，智慧城市中不可或缺的一个重要交通基础设施建设板块--桥梁智慧化需求日益增长。现阶段，为保障桥梁安全提供科技支撑，我国不仅在桥梁设计、建造及监测养护等方面取得了一批自主创新成果，而且在桥梁建设技术、新结构和高性能材料、管养技术、信息化技术等核心技术与装备的技术创新上也与国际水平逐渐缩小差距，通过互联网、物联网、大数据与云计算等信息技术与桥梁建养技术深度融合，打造了以信息化、智能化为特征的桥梁全产业链创新体系。
目前，虽然互联网、物联网、大数据与云计算等信息技术与桥梁建养技术进行有效的结合，实现了桥梁智慧化，但是如何对桥梁的智慧化程度运用科学的数字去评价，将桥梁智慧度即桥梁的相对智慧化的程度，量化成为区间内的数值，作为衡量桥梁智慧度的有效客观标尺成为一项目前亟待解决的难题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，以解决目前无法对桥梁智慧化程度进行有效的量化评价的问题。
技术方案如下：一种桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，其关键在于：具体实现步骤如下：
(1)选取桥梁智慧度综合评估指标；
(2)针对桥梁智慧度综合评估指标制定量化参考依据；
(3)根据各指标量化参考依据来计算桥梁智慧度底层指标的实测值Pi；
(4)运用层次分析法获取桥梁智慧度评价体系各级指标的权重Wi；
(5)获取桥梁智慧度评价综合值S并建立桥梁智慧度综合评价等级。
优选的，桥梁智慧度综合评估指标包括：智慧桥梁的可研规划设计阶段指标，智慧桥梁的建造阶段指标，智慧桥梁的在役检测阶段指标，智慧桥梁在役日常管理阶段指标。
优选的，智慧桥梁的可研规划设计阶段指标包括：智慧桥梁可行性研究阶段的重视度，智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度；智慧桥梁的建造阶段指标包括：智慧桥梁建造阶段的实现度；智慧桥梁的在役检测阶段指标包括：智慧桥梁的日常监测，智慧桥梁的重点监测；智慧桥梁的在役日常运营管理阶段指标包括：智慧桥梁与所在区域智慧交通建设的融合度，智慧桥梁在役管理中的应急处理，智慧桥梁的在役管理的数字化度，智慧桥梁的总体智慧化度。
优选的，桥梁智慧度综合评估指标的量化参考依据为：
(1)智慧桥梁建设阶段指标量化参考依据为：
智慧桥梁可行性研究阶段的重视度：若进行项目调研，得分0.3，反之，则得分为0；若编制初步可行性研究报告，得分0.25，反之，则得分为0；若编制可行性研究成果，得分0.25，反之，则得分为0；提出项目评估报告，得分0.2，反之，则得分为0；智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度：若设计图档高度统一，得分为0.3，反之，则得分为0；若设计图档三维可视化，得分为0.3，反之，则得分为0；若可四维施工模拟，则得分为0.4，反之，则得分为0；智慧桥梁建造阶段的实现度：若投资方网络实时监督施工进度，则得分为0.35，反之，则得分为0；若施工单位网络实时控制现场动态，则得分为0.35，反之，则得分为0；若监理单位网络实时监管工程质量，则得分为0.3，反之，则得分为0；
(2)智慧桥梁在役运营管理阶段指标量化参考依据为：
智慧桥梁的日常监测智慧度：若桥梁监测点覆盖率达到a％，则得分为0.4×a/100；若实现桥梁超载动态检测，则得分为0.3，反之，则得分为0；若实现桥梁的环境，受力及变形的实时监控，则得分为0.3分，反之，则得分为0；智慧桥梁的重点监测智慧度：若桥梁重点区域监测点覆盖率达到b％，则得分为0.4×b/100；若实现桥面动位移监控预警，则得分为0.3，反之，则得分为0；若实现桥梁墩台不均匀沉降监控预警，则得分为0.3，反之，则得分为0；与所在区域智慧交通建设的融合度：若与交通部门实现视频对接，则得分为0.5，反之，则得分为0；若与交通部门车流量数据实现对接，则得分为0.5，反之，则得分为0；智慧桥梁在役管理中的应急处理的智慧化程度：若应急方案数据库的匹配率达到m％，则得分为0.4×m/100；若桥梁专家远程参与诊断，则得分为0.3，反之，则得分为0；若组建实施应急方案的应急队伍，则得分为0.3，反之，则得分为0；智慧桥梁在役管理的数字化度：若进行桥梁档案信息管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁检测数据管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁巡查养护管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁工程信息管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；智慧桥梁的总体智慧化度：建立智慧桥梁管理信息化系统，则得分为0.3，反之，则得分为0；与所在区域航运部门信息管理系统对接，则得分为0.3，反之，这得分为0；与智慧城市市政管理平台对接，则得分为0.4，反之，则得分为0。
优选的，运用层次分析法获取桥梁智慧度综合评价指标体系各级指标的权重：
(1)建构桥梁智慧度综合评价指标体系的层次结构：根据研究目的建立层次结构，第一层称为目标层，中间层为约束层，最后一层为指标层；(2)构造判断矩阵：根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较，用成对比较法和Saaty1～9比较尺度构造判断矩阵；(3)计算权向量并作一致性检验：包括如下步骤：
3-1计算判断矩阵权向量Mi：其中bij为根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较所得到的重要程度；
3-2计算Mi的n次方根Wi：
3-3归一化处理特征向量Wi：
3-4计算特征向量W：W＝(W1，W2，...Wn)T，
3-5计算判断矩阵的最大特征根λmax：
其中，式中(AW)i表示向量AW的第i个元素，A表示判断矩阵；
3-6计算判断矩阵一致性比率CR：
其中，CI＝(λmax-n)/(n-1)，RI为随机一致性指标；
(4)计算组合权向量并做组合一致性检验：计算指标层对目标层的组合权向量，并得到总排序随机一致性比率CR：
其中，CIj’为约束层的某些因素对于目标层的因素的单排序一致性指标，RIj’为相应的平均随机一致性指标。
优选的，(1)获取桥梁智慧度评价综合值的计算公式如下：
其中，Wi为指标层相对于目标层的综合权重，Pi(v)是第i个指标的计算值，S为指标体系综合值；
(2)桥梁智慧度综合评价等级标准为：评价分值≥0.75，则评价等级为I；评价分值为0.6～0.75，则评价等级为II；评价分值为0.45～0.6，则评价等级为III；评价分值为0.35～0.45，则评分等级为IV；评价等级≤0.35，则评价等级为V。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，指标层所选取的各个指标从不同的方面反映了桥梁智慧度的特征，具有代表性、针对性和可比性；对每个指标进行了标准化处理，使其指标数据获取及量化简单明了、易于计算；采用层次权重决策分析的方法来获取桥梁智慧度评价综合值，将桥梁智慧度即桥梁的相对智慧化的程度，转化为区间内的数值，成为衡量桥梁智慧化成效的客观标尺，将复杂的，抽象的问题用数学的方法解决，具有实用性和有效性。
附图说明
图1为本发明的综合评价指标体系的层次结构。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1桥梁智慧度综合评价指标体系的构建
构建桥梁智慧度综合评价指标体系的基本原则是指标选取要科学、可操作。科学性原则即在构建桥梁智慧度综合评价指标体系的过程中尽量减少主观性，所选择的指标应具有代表性、针对性和可比性，评价指标体系尽量客观地、全面地、真实地反映近桥梁智慧化的特征与特点。可操作性原则即所选取的桥梁智慧度评价指标体系的指标数据获取及量化要简单明了、易于计算，这样评价指标体系才能得到推广和应用。
按照研究目的建立层次结构，第一层是对桥梁智慧度综合评估，称为目标层，中间层是从智慧桥梁建设阶段和智慧桥梁的在役运营管理阶段两方面以智慧桥梁的可研规划设计、智慧桥梁的建造、智慧桥梁在役监测智慧度、智慧桥梁在役日常运营管理4个二级指标来建立约束层，最后一层是从智慧桥梁可行性研究阶段的重视度、智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度、智慧桥梁建造阶段的实现度、智慧桥梁的日常监测智慧度、智慧桥梁的重点监测智慧度、与所在区域智慧交通建设的融合度、智慧桥梁的在役管理中的应急处理的智慧化程度、智慧桥梁的在役管理的数字化度、智慧桥梁的总体智慧化度等9个三级指标建立了指标层，最终构建了桥梁智慧度综合评价指标体系如表1所示。
表1桥梁智慧度综合评价指标体系
实施例2运用层次分析法(AHP)计算指标权重
下面以智慧桥梁在役日常运营管理的指标赋权重计算过程为例来说明层次分析法赋值过程。
1.按照研究目的建立智慧桥梁在役日常运营管理的层次结构(表2)。
表2智慧桥梁在役日常运营管理的层次结构
2.构造判断矩阵
根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较，用成对比较法和Saaty1～9比较尺度构造成判断矩阵(表3)
表3判断矩阵
3.计算判断矩阵权向量并做一致性检验
1.1计算判断矩阵权向量Mi：
1.1.1计算矩阵每一行的乘积，即
其中bij为根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较所得到的重要程度，由此得到：
M1＝1×4×4×3＝48；M2＝1/4×1×1×1＝1/4；
M3＝1/4×1×1×1＝1/4；M4＝1/3×1×1×1＝1/3；
1.1.2计算Mi的n次方根，即由此得，
1.1.3对向正规化处理，即由此得到：
W1＝0.5477，W2＝0.1471，W3＝0.1471，W4＝0.1581，
1.1.4计算判断矩阵的最大特征根λmax：
由此得：AW1＝2.1989，AW2＝0.5893，AW3＝0.5893，W4＝0.6349，
其中，式中(AW)i表示向量AW的第i个元素，A表示判断矩阵；
1.2一致性检验
CI＝(λmax-n)/(n-1)＝(4.010356-4)/(4-1)＝0.003452，当n＝4时，通过判断矩阵的随机一致性指标(见表4)得到RI＝0.9；
表4平均随机一致性指标值
CI＝CI/RI＝0.003452/0.9＜0.10，所以构造的判断矩阵所求得的权重分配是合理的。
4.计算组合权向量并做组合一致性检验
计算组合权向量并做组合一致性检验，检验公式见下式组合一致检验结果表明CR＜0.10，所以通过一致性检验，可按照组合权向量表示的结果进行决策。各指标最终的组合权重按上述过程计算结果见表5：
表5指标权重值
实施例3获取桥梁智慧度评价综合值及确定综合评价等级标准
1.获取桥梁智慧度评价综合值
将各指标最终的组合权重与各指标实测值相结合后求和，就是桥梁智慧度综合评估评价的值。桥梁智慧度评价综合值计算公式如下式：
其中，Wi为指标层相对于目标层的综合权重，Pi(v)是第i个指标的计算值，S为指标体系综合值。
2.桥梁智慧度综合评价等级标准见表6：
表6桥梁智慧度综合评价等级表
以重庆朝天门大桥为例(见表6)，计算桥梁智慧度评价综合值S并确定其智慧化等级。
表6重庆朝天门大桥的智慧度指标实测表
指标层C 指标实测值Pi
智慧桥梁可行性研究阶段的重视度C1 0.7
智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度C2 0.6
智慧桥梁建造阶段的实现度C3 0.6
智慧桥梁的日常监测智慧度C4 0.6
智慧桥梁的重点监测智慧度C5 0.7
与所在区域智慧交通建设的融合度C6 0.6
智慧桥梁在役管理中的应急处理的智慧化程度C7 0.6
智慧桥梁的在役管理的数字化度C8 0.7
智慧桥梁的总体智慧化度C9 0.5
S＝0.083×0.7+0.168×0.6+0.250×0.6+0.168×0.6+0.083×0.7+0.137×0.6+0.037×0.6+0.037×0.7+0.040×0.5＝0.616
通过计算，重庆朝天门大桥的桥梁智慧度评价综合值S为0.616，其智慧度为II，其智慧化程度较高。
最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，其特征在于：具体实现步骤如下：
(1)选取桥梁智慧度综合评估指标；
(2)针对桥梁智慧度综合评估指标制定量化参考依据；
(3)根据各指标量化参考依据来计算桥梁智慧度底层指标的实测值Pi；
(4)运用层次分析法获取桥梁智慧度评价体系各级指标的权重Wi；
(5)获取桥梁智慧度评价综合值S并建立桥梁智慧度综合评价等级；
桥梁智慧度综合评估指标包括：智慧桥梁的可研规划设计阶段指标，智慧桥梁的建造阶段指标，智慧桥梁的在役检测阶段指标，智慧桥梁在役日常管理阶段指标；
智慧桥梁的可研规划设计阶段指标包括：智慧桥梁可行性研究阶段的重视度，智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度；
智慧桥梁的建造阶段指标包括：智慧桥梁建造阶段的实现度；
智慧桥梁的在役检测阶段指标包括：智慧桥梁的日常监测，智慧桥梁的重点监测；
智慧桥梁的在役日常运营管理阶段指标包括：智慧桥梁与所在区域智慧交通建设的融合度，智慧桥梁在役管理中的应急处理，智慧桥梁的在役管理的数字化度，智慧桥梁的总体智慧化度；
桥梁智慧度综合评估指标的量化参考依据为：
智慧桥梁可行性研究阶段的重视度：若进行项目调研，得分0.3，反之，则得分为0；若编制初步可行性研究报告，得分0.25，反之，则得分为0；若编制可行性研究成果，得分0.25，反之，则得分为0；提出项目评估报告，得分0.2，反之，则得分为0；
智慧桥梁规划设计阶段体现的智慧度：若设计图档统一，得分为0.3，反之，则得分为0；若设计图档三维可视化，得分为0.3，反之，则得分为0；若可四维施工模拟，则得分为0.4，反之，则得分为0；
智慧桥梁建造阶段的实现度：若投资方网络实时监督施工进度，则得分为0.35，反之，则得分为0；若施工单位网络实时控制现场动态，则得分为0.35，反之，则得分为0；若监理单位网络实时监管工程质量，则得分为0.3，反之，则得分为0；
智慧桥梁的日常监测智慧度：若桥梁监测点覆盖率达到a％，则得分为0.4×a/100；若实现桥梁超载动态检测，则得分为0.3，反之，则得分为0；若实现桥梁的环境，受力及变形的实时监控，则得分为0.3分，反之，则得分为0；
智慧桥梁的重点监测智慧度：若桥梁重点区域监测点覆盖率达到b％，则得分为0.4×b/100；若实现桥面动位移监控预警，则得分为0.3，反之，则得分为0；若实现桥梁墩台不均匀沉降监控预警，则得分为0.3，反之，则得分为0；
与所在区域智慧交通建设的融合度：若与交通部门实现视频对接，则得分为0.5，反之，则得分为0；若与交通部门车流量数据实现对接，则得分为0.5，反之，则得分为0；
智慧桥梁的在役管理中的应急处理的智慧化程度：若应急方案数据库的匹配率达到m％，则得分为0.4×m/100；若桥梁专家远程参与诊断，则得分为0.3，反之，则得分为0；若组建实施应急方案的应急队伍，则得分为0.3，反之，则得分为0；
智慧桥梁的在役管理的数字化度：若进行桥梁档案信息管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁检测数据管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁巡查养护管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；若进行桥梁工程信息管理，则得分为0.25，反之，则得分为0；
智慧桥梁的总体智慧化度：建立智慧桥梁管理信息化系统，则得分为0.3，反之，则得分为0；与所在区域航运部门信息管理系统对接，则得分为0.3，反之，则得分为0；与智慧城市市政管理平台对接，则得分为0.4，反之，则得分为0。
2.根据权利要求1所述的桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，其特征在于：
运用层次分析法获取桥梁智慧度评价指标体系各级指标的权重Wi的步骤如下：
(1)建构桥梁智慧度评价指标体系的层次结构：根据研究目的建立层次结构，第一层称为目标层，中间层为约束层，最后一层为指标层；
(2)构造判断矩阵：根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较，用成对比较法和Saaty1～9比较尺度构造判断矩阵；
(3)计算权向量并作一致性检验：包括如下步骤：
a.计算判断矩阵权向量Mi：
其中bij为根据递阶层次结构的各层次元素对上级指标的重要程度进行两两比较所得到的重要程度；
b.计算Mi的n次方根
c.归一化处理特征向量Wi：
d.计算特征向量W：W＝(W1，W2，...Wn)T
e.计算判断矩阵的最大特征根λmax：
其中，式中(AW)i表示向量AW的第i个元素，A表示判断矩阵；
f.计算判断矩阵一致性比率CR：
其中，CI＝(λmax-n)/(n-1)，RI为随机一致性指标；
(4)计算组合权向量并做组合一致性检验：计算指标层对目标层的组合权向量，并得到总排序随机一致性比率CR
上式中，CIj’为约束层的某些因素对于目标层的因素的单排序一致性指标，RIj’为相应的平均随机一致性指标。
3.根据权利要求1所述的桥梁智慧度综合评估指标选取及量化方法，其特征在于：
(1)获取桥梁智慧度评价综合值S的计算公式如下：
其中，Wi为指标层相对于目标层的综合权重，Pi(v)是第i个指标的计算值，S为指标体系综合值；
(2)桥梁智慧度综合评价等级标准为：评价分值≥0.75，则评价等级为I；评价分值为0.6～0.75，则评价等级为II；评价分值为0.45～0.6，则评价等级为III；评价分值为0.35～0.45，则评分等级为IV；评价等级≤0.35，则评价等级为V。
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