CN116596367A - 一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，包括如下步骤：步骤一、建立评价体系，包括巡检内容、巡检项目、巡视部位和巡检对象；步骤二、划分等级标准；步骤三、选择评价方法，选取APH和熵权法组合赋权的方法，结合集对分析原理；步骤四、综合评价，根据所建立的评价体系以及划分的评价标准，开展巡视检查，并以选择题模式进行记录，依据巡检情况评价分数进行计算。该方法根据现有规范构建较全面的巡视检查指标及评价标准，提出选择题模式记录巡检信息来避免可能出现的模糊性巡检记录带来的不确定性，采用组合赋权‑集对分析方法来减少权重赋值存在的主观性，进而对混凝土坝巡视检查进行定量综合评价。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土坝巡视检查评价领域，特别涉及一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法。
背景技术
水库大坝作为防洪体系最关键的组成部分，其经济效益和社会效益不可忽略，但也存在工程安全潜在风险。虽然通过仪器监测及监测资料分析可以反映大坝安全性态，然而一方面由于监测设施覆盖面不全而存在漏检和盲区，另一方面随着时间的推移，常规监测仪器尤其是不可更换的内部埋设监测仪器难免出现精度和可靠性性下降甚至损坏，从而导致监测资料缺失、不连续，甚至规律性差。实践证明，水库大坝运行中的工程安全异常现象，最初大多数都是由运维管理人员在巡视检查中发现的，因此巡视检查是保证水库大坝安全不可或缺的工作。
现有规范关于巡视检查内容的评价以“简答题”给出，没有标准要求，导致不同的水库大坝运维管理人员对检查情况的记录差异较大，甚至不少巡检记录多采用一些模糊性评语，进而给后期的定量综合评价带来很大的困难和不确定性。因此，规范巡视检查记录格式，减小后期定量评价的不确定性是进行巡视检查综合评价首先要解决的重要问题。在大坝安全综合评价方面，许多学者主要针对安全监测资料和现场检测信息进行了研究，尚未见专门针对巡视检查信息的综合评价的研究。关于安全监测资料和现场检测信息的综合评价常采用模糊层次分析法、云模型、物元可拓法、熵权灰色关联法等方法，研究表明，不同的评价模型其评价效果也存在差异，而集对分析法在处理多因素间的不确定性关系方面表现优越。指标权重能衡量各个指标的相对重要程度且对评价结果至关重要。但熵权灰色关联等方法在指标权重赋值时存在一定的主观性和盲目性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，根据现有规范构建较全面的巡视检查指标及评价标准，提出选择题模式记录巡检信息来避免可能出现的模糊性巡检记录带来的不确定性，采用组合赋权-集对分析方法来减少权重赋值存在的主观性，进而对混凝土坝巡视检查进行定量综合评价。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，包括如下步骤：
步骤一、建立评价体系；
步骤二、划分等级标准；
步骤三、选择评价方法；
步骤四、综合评价。
优选的方案中，所述步骤一中，评价体系包括巡检内容、巡检项目、巡视部位和巡检对象。
优选的方案中，所述步骤二中，将巡视检查状况划分为A、B、C、D四个等级，分别代表正常、基本正常、异常、严重异常四种状况，根据巡检部位、巡检项目和巡检内容逐一划分等级，共分为a、b、c、d四个等级供水库大坝巡检人员选择。
优选的方案中，所述步骤三中，选取APH和熵权法组合赋权的方法，结合集对分析原理，对混凝土坝进行定量分析。
优选的方案中，所述步骤四中，根据所建立的评价体系以及划分的评价标准，开展巡视检查，并以选择题模式进行记录，在记录的时候根据所选等级对检查内容对应评分，依据巡检情况评价分数进行计算，计算步骤如下：
Step1、计算评价指标联系度；
Step2、计算指标组合权重；
Step3、计算综合联系度；
Step4、确定评价等级。
优选的方案中，所述Step1中，混凝土坝巡视检查实际状况与评价等级之间的联系度及各评价指标与评价指标之间的联系度，用下式表达：
式中，N是给定集合A和B组成集对H(A,B)所具有的特性总数；S为集对中两个集合共同具有的特性数；P为集对中两个集合相互对立的特性数；且满足N＝F+S+P；a，b，c分别称为这两个集合在同一问题背景下的同一度、差异度和对立度，满足归一化条件a+b+c＝1；i为差异不确定系数，在[-1,1]区间内视不同情况取值；j为对立度系数，运算时恒取值-1；联系度μ一般情况下由式子表示，特殊情况下才是一个数值；
基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价模型共有四个评价等级，评价指标值均在[0,1]区间内，且越靠近1越优，故评价指标值x均越大越优，故按照式(1)中四元联系度计算方法计算混凝土坝巡检状况评价模型各评价指标x与评价等级k间的单指标联系度：
式中：S1、S2、S3为评价因子的临界值，x为评价因子的实际值。
优选的方案中，所述Step2中，根据AHP法确定主观权重，根据熵权法确定客观权重，最后对主观权重和客观权重进行组合权重计算：
一、AHP法确定主观权重：
按照九标度法计算重要度之比bij，建立判断矩阵A：
将判断矩阵进行归一化处理，得到矩阵B：
将矩阵B按行求和得到特征向量Wi：
得到特征向量Wi后同样进行归一化处理，最后计算权重W主
进行一致性检验，首先计算一致性指标CI，其定义式为：
式中，CR为一致性比率，CI为一般一致性指标，RI为平均随机一致性指标，CI可由下式计算：
式中，λmax为矩阵A的最大特征值，n为矩阵的阶数；
二、熵权法确定客观权重：
构建评价矩阵C，该矩阵假设在整体评价中存在m个评价样本，各样本又包含n个评价指标，
式中，xmn为第m个评价样本中第n个评价指标的实际值；
将评价矩阵进行归一化处理，归一化公式如下：
式中，xmax和xmin分别表示同一评价指标下不同等级中的最大值和最小值；
然后计算各指标熵值：
其中：
当Pij＝0时，PijlnPij＝0；
最后计算各指标客观权重：
式中，Wj客为各指标客观权重，且
三、组合权重：
通过乘法合成归一化原理计算AHP-熵权法组合权重：
优选的方案中，所述Step3中，计算综合联系度：
集对H(A,B)的K元联系度表示如下：
令则式(15)可表示为：
μAB＝f1+f2i1+f3i2+…+fK-1iK-2+fKj (16)；
式中，f1为评价样本隶属于1级标准的可能性，f2为评价样本隶属于2级标准的可能性，f3为评价样本隶属于3级标准的可能性，以此类推，fK-1为评价样本隶属于K-1级标准的可能性，fK为评价样本隶属于K级标准的可能性。
优选的方案中，所述Step4中，依据集对分析基本原理，最大综合联系度所对应的评价等级U即为混凝土坝巡视检查综合评价等级，即：
本发明提供的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，具有以下有益效果：
1、该方法将巡检记录方式从传统的“简答题”模式转化为“选择题”模式，实现了混凝土坝定量评价，有效地避免了因巡检信息记录带来的模糊性，降低了传统模式中因巡检人员不同导致信息记录所产生的差异性。
2、构建的组合赋权-集对分析评价模型对混凝土坝巡视检查定量评价更为客观可靠，APH和熵权法主客观组合赋权法，降低了主观性对指标权重的影响，提高了指标权重的合理性和计算结果的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价流程图；
图2为本发明混凝土坝巡视检查安全评价体系示意图；
具体实施方式
结合图1对本发明具体实施方式进一步详细说明。
一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，包括如下步骤：
步骤一、建立评价体系。
针对混凝土坝巡视检查的特点，结合相关规范，提出建立从巡检内容、巡检项目、巡视部位和巡检对象的四级混凝土坝安全评价体系。
步骤二、划分等级标准。
为满足实际工程中的巡视检查状况评价需要，将巡视检查状况划分为A、B、C、D四个等级，分别代表正常、基本正常、异常、严重异常四种状况。其中，A级评定区间为90～100分，B级评定区间为70～90分，C级评定区间60～70分，D级评定区间为60分以下。根据巡检部位、巡检项目和巡检内容逐一划分等级，共分为a、b、c、d四个等级供水库大坝巡检人员选择。
步骤三、选择评价方法。
评价方法的选择是综合评价的一个核心步骤，集对分析法是一种系统分析方法，在处理多因素间的不确定性关系方面表现优越。指标权重能衡量各指标的相对重要程度，对于评价结果至关重要，AHP法是一种用数量形式表达人的主观判断的多层次指标权重计算方法，能将复杂的问题化解为简单的标准，但易出现主观性过强的情况，而熵权法通过指标波动大小来衡量权重，得到的权重可能会出现与指标实情不符的情况，故考虑将二者结合更贴合实际，且兼具主客观两方面优点。结合以上方法建立基于组合赋权-集对分析的混凝土坝巡检状况评价模型。
选取APH和熵权法组合赋权的方法，结合集对分析原理，对混凝土坝进行定量分析。
步骤四、综合评价。
巡检人员依据所建立的评价体系以及标准，对混凝土坝开展巡视检查工作，在巡检过程中，针对每一项检查内容给予选择相对应的等级选项，并在选择的等级所属分数范围内依据实际情况给予相对应的分数。巡视检查工作完成后，依据记录的等级以及评分，选择组合赋权-集对分析评价模型进行评价。首先计算单指标联系度，采用APH计算主观权重，熵权法计算客观权重，再通过乘法合成归一化原理计算其组合权重，结合集对分析原理计算综合联系度以及确定评价等级。
根据所建立的评价体系以及划分的评价标准，开展巡视检查，并以选择题模式进行记录，在记录的时候根据所选等级对检查内容对应评分，依据巡检情况评价分数进行计算，计算步骤如下：
Step1、计算评价指标联系度。
集对分析就是将系统中有一定联系的两个集合A和B组成一个对子，用H(A,B)表示，集合A，B联系度的确定，即混凝土坝巡视检查实际状况与评价等级之间的联系度及各评价指标与评价指标之间的联系度，用下式表达：
式中，N是给定集合A和B组成集对H(A,B)所具有的特性总数；S为集对中两个集合共同具有的特性数；P为集对中两个集合相互对立的特性数；且满足N＝F+S+P；a，b，c分别称为这两个集合在同一问题背景下的同一度、差异度和对立度，满足归一化条件a+b+c＝1，它们从不同侧面刻画两个集合的联系；i为差异不确定系数，在[-1,1]区间内视不同情况取值，有时仅起差异标记作用；j为对立度系数，运算时恒取值-1，有时仅起对立标记作用；联系度μ一般情况下由式子表示，特殊情况下才是一个数值，此时称为联系数。
基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价模型共有四个评价等级，评价指标值均在[0,1]区间内，且越靠近1越优，故评价指标值x均越大越优，故按照式(1)中四元联系度计算方法计算混凝土坝巡检状况评价模型各评价指标x与评价等级k间的单指标联系度：
式中：S1、S2、S3为评价因子的临界值，x为评价因子的实际值。
Step2、计算指标组合权重。
根据AHP法确定主观权重，根据熵权法确定客观权重，最后对主观权重和客观权重进行组合权重计算：
一、AHP法确定主观权重
按照九标度法计算重要度之比bij，建立判断矩阵A：
将判断矩阵进行归一化处理，得到矩阵B：
将矩阵B按行求和得到特征向量Wi：
得到特征向量Wi后同样进行归一化处理，最后计算权重W主
在人的主观因素下，计算结果容易产生一定的误差，为此，进行一致性检验，首先计算一致性指标CI，其定义式为：
式中，CR为一致性比率，CI为一般一致性指标，RI为平均随机一致性指标，CI可由下式计算：
式中，λmax为矩阵A的最大特征值，n为矩阵的阶数。
二、熵权法确定客观权重
构建评价矩阵C，该矩阵假设在整体评价中存在m个评价样本，各样本又包含n个评价指标，
式中，xmn为第m个评价样本中第n个评价指标的实际值；
将评价矩阵进行归一化处理，归一化公式如下：
式中，xmax和xmin分别表示同一评价指标下不同等级中的最大值和最小值；
然后计算各指标熵值：
其中：
当Pij＝0时，PijlnPij＝0；
最后计算各指标客观权重：
式中，Wj客为各指标客观权重，且
三、组合权重
通过乘法合成归一化原理计算AHP-熵权法组合权重：
Step3、计算综合联系度。
集对H(A,B)的K元联系度表示如下：
令则式(15)可表示为：
μAB＝f1+f2i1+f3i2+…+fK-1iK-2+fKj (16)；
式中，f1为评价样本隶属于1级标准的可能性，f2为评价样本隶属于2级标准的可能性，f3为评价样本隶属于3级标准的可能性，以此类推，fK-1为评价样本隶属于K-1级标准的可能性，fK为评价样本隶属于K级标准的可能性。
Step4、确定评价等级。
依据集对分析基本原理，最大综合联系度所对应的评价等级U即为混凝土坝巡视检查综合评价等级，即：
实施例1：以某水利工程重力坝巡视检查为例，该水利工程重力坝位于电站厂房和船闸之间，最大坝高33.90m，挡水前沿长64.40m，分为4个坝段。
步骤一、建立评价体系。
评价体系如图2所示，该水利工程重力坝日常巡检主要针对重力坝坝顶、坝坡、电缆廊道、基础廊道、监测设施、电站厂房等重要部位。故建立以重力坝为评价对象，检查部位为坝体和其他设施，坝体检查项目为变形现象和渗流现象，其他设施检查项目为其他设施情况，根据各检查对象设立具体检查内容的四级评价体系。
步骤二、划分等级标准。
将混凝土坝巡视检查定量评价划分为A、B、C、D四个等级，且A级评定区间为90～100分，B级评定区间为70～90分，C级评定区间60～70分，D级评定区间为60分以下。并将所建立评价体系中的检查内容具体罗列且划分为a、b、c、d四个等级，并确定每个等级的评价标准，如附表1和附表2所示。
附表1坝体z1检查分类标准
附表2其他设施z7检查分类标准
步骤三、选择评价方法。评价方法选择组合赋权-集对分析方法。
步骤四、综合评价。
根据所建立的评价体系以及划分的评价标准，开展巡视检查，并以选择题模式进行记录，在记录的时候根据所选等级对检查内容对应评分，并进行简要特征描述。巡视检查结果记录情况如附表3所示。
附表3实例工程重力坝坝顶z1巡视检查结果记录情况
依据巡检情况评价分数结合式(2)计算各项评价指标的单指标联系度，计算结果如附表3、附表4所示。
根据所建立的评价指标体系，混凝土坝巡视检查状况评价共分为四层，分别为检查对象、检查部位、检查项目和检查内容。为此，结合式(3)～式(8)分别构造变形现象y1、渗流现象y2、其他设施情况y3判断矩阵，由于其他设施仅包括其他设施状况检查项目，为此，只需建立坝体z1判断矩阵，最后建立总体判断矩阵。计算结果见附表5～附表11。
附表4实例工程重力坝其他设施z7巡视检查结果记录情况
附表5坝体变形现象y1评价单指标联系度
附表6坝体渗流现象y2和其他设施情况y4评价单指标联系度
附表7变形现象y1指标判断矩阵
附表8渗流现象y2指标判断矩阵
附表9其他设施情况y4指标判断矩阵
附表10坝体z1判断矩阵
附表11总体判断矩阵
根据巡检信息及打分情况构造判断矩阵，再根据式(10)计算得到归一化矩阵，变形现象指标归一化矩阵为：
依次计算渗流现象、其他设施归一化矩阵，然后根据式(11)～式(12)计算熵值，最后根据式(13)计算权重。得到变形现象、渗流现象和其他设施情况的评价指标的客观权重值如附表12中的客观权重列所示。
利用乘法合成归一化，将各评价指标的主客观权重值按式(14)求出各一级指标的组合权重，一级指标和二级指标权重采用层次分析法计算权重，具体结果如附表12所示。
附表12各指标各项权重值
在计算得到各评价指标联系度及权重后，按照式(15)和式(16)计算综合联系度得：
变形现象y1：μ＝0.818+0.137i1+0.045i2+0j
渗流现象y2：μ＝0.908+0.092i1+0i2+0j
其他设施情况y4(其他设施z7)：μ＝0.805+0.195i1+0i2+0j
坝体z1：μ＝0.831+0.11i1+0.059i2+0j
得到综合评价的总指标的四元联系度为：μ＝0.841+0.134i1+0.025i2+0j
根据式(17)和综合联系度结果可知，在该评价方法下，变形现象、渗流现象、其他设施情况、坝体的最大联系度分别为0.818、0.908、0.805、0.831，均属于A级，即处于正常状态。且该混凝土坝巡视检查状况综合评价总指标最大联系度为0.841，表明混凝土坝巡视检查综合评价等级为A级，整体状况良好。
巡视检查发现坝顶和下游面的变形现象方面存在部分裂缝，经查阅历次检查和检测报告，与运维管理人员咨询核实，分析裂缝应为施工早期收缩、温度引起的自身变形裂缝，且裂缝宽度较小，未见渗水及析出。与安全鉴定报告及检查报告对比，结果偏差不大，计算得到的巡视检查状况与实际情况基本吻合，由此可见，本专利建立的基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价模型是有效的。
Claims (9)
1.一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、建立评价体系；
步骤二、划分等级标准；
步骤三、选择评价方法；
步骤四、综合评价。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述步骤一中，评价体系包括巡检内容、巡检项目、巡视部位和巡检对象。
3.根据权利要求1所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述步骤二中，将巡视检查状况划分为A、B、C、D四个等级，分别代表正常、基本正常、异常、严重异常四种状况，根据巡检部位、巡检项目和巡检内容逐一划分等级，共分为a、b、c、d四个等级供水库大坝巡检人员选择。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述步骤三中，选取APH和熵权法组合赋权的方法，结合集对分析原理，对混凝土坝进行定量分析。
5.根据权利要求1所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述步骤四中，根据所建立的评价体系以及划分的评价标准，开展巡视检查，并以选择题模式进行记录，在记录的时候根据选择的等级所对应的评分区间对各检查项赋予具体分数，依据巡检情况评价分数进行计算，计算步骤如下：
Step1、计算评价指标联系度；
Step2、计算指标组合权重；
Step3、计算综合联系度；
Step4、确定评价等级。
6.根据权利要求5所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述Step1中，混凝土坝巡视检查实际状况与评价等级之间的联系度以及各评价指标与评价指标之间的联系度，用下式表达：
式中，N是给定集合A和B组成集对H(A,B)所具有的特性总数；S为集对中两个集合共同具有的特性数；P为集对中两个集合相互对立的特性数；且满足N＝F+S+P；a，b，c分别称为这两个集合在同一问题背景下的同一度、差异度和对立度，满足归一化条件a+b+c＝1；i为差异不确定系数，在[-1,1]区间内视不同情况取值；j为对立度系数，运算时恒取值-1；联系度μ一般情况下由式子表示，特殊情况下才是一个数值；
基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价模型共有四个评价等级，评价指标值均在[0,1]区间内，且越靠近1越优，故评价指标值x均越大越优，故按照式(1)中四元联系度计算方法计算混凝土坝巡检状况评价模型各评价指标x与评价等级k间的单指标联系度：
式中：S1、S2、S3为评价因子的临界值，x为评价因子的实际值。
7.根据权利要求5所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述Step2中，根据AHP法确定主观权重，根据熵权法确定客观权重，最后对主观权重和客观权重进行组合权重计算：
一、AHP法确定主观权重：
按照九标度法计算重要度之比bij，建立判断矩阵A：
将判断矩阵进行归一化处理，得到矩阵B：
将矩阵B按行求和得到特征向量Wi：
得到特征向量Wi后同样进行归一化处理，最后计算权重W主
进行一致性检验，首先计算一致性指标CI，其定义式为：
式中，CR为一致性比率，CI为一般一致性指标，RI为平均随机一致性指标，CI可由下式计算：
式中，λmax为矩阵A的最大特征值，n为矩阵的阶数；
二、熵权法确定客观权重：
构建评价矩阵C，该矩阵假设在整体评价中存在m个评价样本，各样本又包含n个评价指标，
式中，xmn为第m个评价样本中第n个评价指标的实际值；
将评价矩阵进行归一化处理，归一化公式如下：
式中，xmax和xmin分别表示同一评价指标下不同等级中的最大值和最小值；
然后计算各指标熵值：
其中：
当Pij＝0时，PijlnPij＝0；
最后计算各指标客观权重：
式中，Wj客为各指标客观权重，且
三、组合权重：
通过乘法合成归一化原理计算AHP-熵权法组合权重：
8.根据权利要求5所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述Step3中，计算综合联系度：
集对H(A,B)的K元联系度表示如下：
令则式(15)可表示为：
μAB＝f1+f2i1+f3i2+…+fK-1iK-2+fKj (16)；
式中，f1为评价样本隶属于1级标准的可能性，f2为评价样本隶属于2级标准的可能性，f3为评价样本隶属于3级标准的可能性，以此类推，fK-1为评价样本隶属于K-1级标准的可能性，fK为评价样本隶属于K级标准的可能性。
9.根据权利要求5所述的一种基于选择题模式的混凝土坝巡视检查定量评价方法，其特征在于，所述Step4中，依据集对分析基本原理，最大综合联系度所对应的评价等级U即为混凝土坝巡视检查综合评价等级，即：
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| CN117114240A (zh) * | 2023-09-07 | 2023-11-24 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种加高重力坝结构的安全评价方法、系统、设备及介质 |
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| CN117114240B (zh) * | 2023-09-07 | 2024-03-12 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种加高重力坝结构的安全评价方法、系统、设备及介质 |
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