摘要：建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定是二十一世紀(jì)最受歡迎的行業(yè)之一，受維修改造需求的驅(qū)動(dòng)和現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定技術(shù)作為一門新的學(xué)科正在逐漸形成并迅速發(fā)展。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和理論探討。
　　關(guān)鍵詞：模糊數(shù)學(xué)，可靠性，層次分析法
　　1、鑒定方法和相關(guān)技術(shù)發(fā)展
　　一般將建筑物的鑒定方法劃分為三種：傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法、實(shí)用鑒定法、概率鑒定
　　法。
　　1.1傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法：由有經(jīng)驗(yàn)的專家通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和簡(jiǎn)單的計(jì)算分析，以原設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，根據(jù)個(gè)人專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)直接對(duì)建筑物的可靠性作出評(píng)估。該法鑒定程序簡(jiǎn)單，但由于受檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算工具的制約，鑒定人員難以獲得較準(zhǔn)確和完備的數(shù)據(jù)和資料，也難以對(duì)結(jié)構(gòu)的性能和狀態(tài)作出全面的分析，因此評(píng)價(jià)過(guò)程缺乏系統(tǒng)性，對(duì)建筑物可靠性水平的判斷有較大的主觀性，鑒定結(jié)論往往因人而異，而工程處理方案多數(shù)偏于保守，造成浪費(fèi)[1]。
　　1.2實(shí)用鑒定法：應(yīng)用各種檢測(cè)手段對(duì)建筑物及其環(huán)境進(jìn)行周密的調(diào)查、檢查和測(cè)試，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其它相關(guān)的技術(shù)和方法分析建筑物的性能和狀態(tài)，全面分析建筑物所存在問(wèn)題的原因，以現(xiàn)行的規(guī)范為基準(zhǔn)按照統(tǒng)一的鑒定程序和標(biāo)準(zhǔn)，從安全性、適用性多個(gè)方面綜合評(píng)定建筑物的可靠性水平。與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法相比，該法鑒定程序科學(xué)，對(duì)建筑物的性能和狀態(tài)的認(rèn)識(shí)較準(zhǔn)確和全面，具有合理、統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，而且鑒定工作主要有專門的技術(shù)機(jī)構(gòu)承擔(dān)，應(yīng)此對(duì)建筑物的可靠性水平的判斷較準(zhǔn)確，能夠?yàn)榻ㄖ�物的維修、加固、改造方案的決策提供可靠的技術(shù)依據(jù)[1]。
　　1.3概率鑒定法：在實(shí)用鑒定法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用統(tǒng)計(jì)推斷方法分析影響特定建筑物可靠性的不確定因素，更直接利用可靠性理論評(píng)定建筑物的可靠性水平。由于己有的建筑物已轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的實(shí)體，具有許多不同于擬建建筑物的特點(diǎn)，因此以設(shè)計(jì)規(guī)范為基準(zhǔn)的評(píng)定己有建筑物的可靠性存在著許多不合理之處，而概率鑒定法則針對(duì)具體己有建筑物，通過(guò)對(duì)建筑物和環(huán)境信息的采集和分析，評(píng)定建筑物的可靠性水平，評(píng)定結(jié)論更符合特定建筑物實(shí)際情況[1]。
　　從發(fā)展趨勢(shì)而言，概率鑒定法將是可靠性鑒定的發(fā)展方向，概率鑒定法是在實(shí)用鑒定法的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)推斷方法分析影響特定建筑物可靠性的不確定因素，直接利用可靠性理論評(píng)定建筑物的可靠性水平。
　　2、結(jié)構(gòu)可靠性理論
　　按照目前公認(rèn)的定義，結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定條件下，完
　　成預(yù)定功能的能力[2]。“規(guī)定時(shí)間”指結(jié)構(gòu)未來(lái)的目標(biāo)使用期，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也稱為設(shè)計(jì)使用年限，如：普通房屋和構(gòu)筑物為50年；“規(guī)定條件”一般指人類活動(dòng)的限定條件，在擬建結(jié)構(gòu)可靠度分析中，一般要求結(jié)構(gòu)能夠得到正常設(shè)計(jì)、施工、使用和維護(hù)，不考慮人為過(guò)失的影響；“預(yù)定功能”指下述四項(xiàng)功能，①在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用，②在正常使用時(shí)具有良好的工作性能，③在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能，④在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)
　　作者簡(jiǎn)介：李純寶（1980-），男，漢，安徽人，助理工程師。
　　生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。工程結(jié)構(gòu)要求具有一定的可靠性，是因?yàn)榻ㄖ�結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、使用過(guò)程具有種種影響結(jié)構(gòu)安全、使用、耐久的不確定性。
　　3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性鑒定模糊數(shù)學(xué)理論
　　3.1模糊數(shù)學(xué)的基本概念
　　3.1.1模糊理論的基礎(chǔ)是模糊集合理論。模糊集合理論被認(rèn)為是經(jīng)典集合理論的擴(kuò)展。經(jīng)典集合理論的研究對(duì)象是具有明確邊界的集合，當(dāng)我們所要處理的問(wèn)題是這一類不確定現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)典的集合理論就顯示出其局限性。而模糊理論的研究對(duì)象是“模糊”集合，其邊界是“灰色的”[3]。
　　經(jīng)典集合理論中，對(duì)元素X是否屬于集合A是明確的，即XA或XA，我們對(duì)元素和集合A給出一個(gè)特征函數(shù)來(lái)描述元素對(duì)集合的隸屬關(guān)系：
　　(1)
　　模糊集合定義：設(shè)論域U，集合A，對(duì)于任意一個(gè)元素XA，用一個(gè)函數(shù)認(rèn)來(lái)表示元素隸屬于集合A的程度，我們稱這個(gè)集合A為模糊集合，稱為模糊集合A的隸屬函數(shù)，稱為元素的隸屬度[3]。
　　3.1.2隸屬度的確定
　　正確地確定隸屬函數(shù)，是運(yùn)用模糊集合理論解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。隸屬函數(shù)是對(duì)模糊概念的定量描述。隸屬函數(shù)的確定過(guò)程，本質(zhì)上說(shuō)應(yīng)該是客觀的，但是每個(gè)人對(duì)于同一模糊概念的認(rèn)識(shí)理解又有差異，因此，隸屬函數(shù)的確定又帶有主觀性。一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)進(jìn)行確定，也可由專家、權(quán)威給出。下面介紹兩種確定隸屬函數(shù)常用的方法[4]：
　　專家確定法：即根據(jù)主觀認(rèn)識(shí)或個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，主要是專家經(jīng)驗(yàn)，給出隸屬度的具體數(shù)值，這種方法較適用于論域元素離散的情況。盡管得到的隸屬度在數(shù)值上不一定可信，但這是一種可信的逼近，比只有0，1兩種隸屬度來(lái)描述更接近于真實(shí)程度，若經(jīng)過(guò)幾次調(diào)查后綜合多個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，其可信度和逼近度會(huì)更高。
　　典型函數(shù)法：在很多情況下，用一些常見(jiàn)的分布型函數(shù)作為隸屬函數(shù)來(lái)近似表達(dá)一些模糊集合，當(dāng)論域可用實(shí)數(shù)閉區(qū)間表示時(shí)，可根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)分別采用各種曲線作為隸屬函數(shù)。實(shí)數(shù)域R上模糊集A的隸屬函數(shù)UA(x)(x屬于R)稱為模糊分布。常用的模糊分布包括：戒上型分布、戒下型分布和中間對(duì)稱型分布。常用的函數(shù)形式有正態(tài)分布型、矩形分布型、梯形分布型、二角分布型、S分布型等，當(dāng)然所選用的分布函數(shù)應(yīng)盡量符合模糊集合的本質(zhì)特性。我們可根據(jù)問(wèn)題的實(shí)際情況選擇分布函數(shù)作為隸屬函數(shù)，并且函數(shù)中的待定參數(shù)也可根據(jù)要表達(dá)的模糊集合的實(shí)際情況進(jìn)行選擇和統(tǒng)計(jì)確定[5]。
　　3.2層次分析法
　　層次分析法簡(jiǎn)稱AHP，這種方法把復(fù)雜問(wèn)題中的各種因素通過(guò)劃分為相互聯(lián)系的有序?qū)哟�，使之條理化，并把數(shù)據(jù)、專家意見(jiàn)和分析者的主客觀判斷直接而有效地結(jié)合起來(lái)，就每一層次的相對(duì)重要性給予定量表示。然后利用數(shù)學(xué)方法確定表達(dá)每一層次全部要素的相對(duì)重要性權(quán)值。運(yùn)用其確定指標(biāo)權(quán)重步驟大致如下：首先，建立問(wèn)題的遞階層次結(jié)構(gòu)；其次，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣；最后由判斷矩陣確定指標(biāo)權(quán)重[6][7]。
　　3.2.1建立層次分析模型
　　建立層次模型是層次分析法中最重要的一步。首先，將復(fù)雜問(wèn)題分解成稱之為元素的各組成部分，把這些元素按屬性不同分成若干組，以形成不同層次。同一層的元素作為準(zhǔn)則，對(duì)下一層次的某些元素起支配作用，同時(shí)又受上一層元素的支配。這種由上至下的支配關(guān)系形成了一個(gè)遞階層次，它一般由目標(biāo)層、項(xiàng)目層、指標(biāo)層等組成。本文的評(píng)價(jià)模型就是按照這種思想建立的。一個(gè)好的層次結(jié)構(gòu)對(duì)于解決問(wèn)題是至為重要的。層次結(jié)構(gòu)一定要建立在決策者對(duì)所面臨的問(wèn)題具有全面深入的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。
　　3.2.2構(gòu)造比較判斷矩陣
　　建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后，上下層次之間指標(biāo)的隸屬關(guān)系就被確定了。按照某一準(zhǔn)則，首先將隸屬于同一指標(biāo)的各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性進(jìn)行比較，形成判斷矩陣。一般地，對(duì)于隸屬于指標(biāo)的指標(biāo)(j=1，2，…，n)，其判斷矩陣為一n維方陣，稱為B—C判斷矩陣，如表1所示。
　　表1判斷矩陣的一般形式
　　
　　在表1中，表示在隸屬于的諸指標(biāo)中，指標(biāo)與指標(biāo)相比，對(duì)于指標(biāo)的相對(duì)重要性程度。
　　3.2.3計(jì)算單一準(zhǔn)則下各指標(biāo)權(quán)重
　　根據(jù)B—C矩陣，求出最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量。設(shè)矩陣A為形成的B—C矩陣，求出它們對(duì)于某個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，采用向量形式記為：
　　
　　求解判斷矩陣A的特征根問(wèn)題：
　　(2)
　　根據(jù)矩陣?yán)碚摽芍�，存在且唯��。是A的最大特征根，是相應(yīng)的特征向量，所得的經(jīng)歸一后就可作為權(quán)重向量，因而這種方法稱為特征根法。對(duì)于矩陣A的最大特征值及其向量的求解方法目前有多種，如和法、根法、特征根方法、最小二乘法等，這些方法都是建立在數(shù)值計(jì)算原理的基礎(chǔ)之上[8]。
　　4、混凝土建筑結(jié)構(gòu)可靠性模糊評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型
　　由于建筑結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)影響因素的多層次性、隨機(jī)性和模糊性，它們只適
　　合于定性的描述，需要充分利用領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)。在此，提出了建筑結(jié)構(gòu)可靠性
　　模糊評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型：多級(jí)模糊評(píng)價(jià)模型。
　　4.1因素集的劃分
　　確定第一級(jí)評(píng)估對(duì)象因素集V，對(duì)V作個(gè)子集的劃分：
　　(3)
　　其中表示功能系統(tǒng)評(píng)定因素，依據(jù)鑒定標(biāo)準(zhǔn)，可劃分為基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)及
　　維護(hù)結(jié)構(gòu)。
　　對(duì)作進(jìn)一步劃分得到第二級(jí)因素集：
　　(4)
　　其中為組成各影響因素的個(gè)數(shù)，如：上部承重結(jié)構(gòu)影響因素劃分為構(gòu)件安全性、結(jié)構(gòu)整體性、結(jié)構(gòu)側(cè)向位移等。
　　對(duì)作進(jìn)一步劃分得到第三級(jí)因素集：
　　(5)
　　其中為組成各影響因素的個(gè)數(shù)，如：承重構(gòu)件依據(jù)各構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中所起的不同地位及作用劃分為梁、板、柱等。
　　4.2對(duì)各子集評(píng)估
　　評(píng)判從底層(第一級(jí))開(kāi)始，首先，對(duì)每一子集按照單級(jí)模糊評(píng)價(jià)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估，得到的評(píng)價(jià)矩陣，設(shè)為該子集的模糊權(quán)向量，則的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：
　　(6)
　　用作為它的單因素評(píng)價(jià)結(jié)果，則所有構(gòu)成了(第二級(jí))的評(píng)價(jià)矩陣，設(shè)為該子集的模糊權(quán)向量，則的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：
　　(7)
　　4.3鑒定單元評(píng)判
　　最后，依據(jù)第二級(jí)評(píng)判結(jié)果，將其組成項(xiàng)目的評(píng)判結(jié)果矩陣作為其單因素評(píng)判矩陣，評(píng)判方法同上，由此可得整個(gè)鑒定單元的安全性(適用性)評(píng)判結(jié)果矩陣：
　　(8)
　　得到綜合評(píng)價(jià)矩陣后，即可按最大錄屬度原則來(lái)確定結(jié)構(gòu)的可靠性最終評(píng)價(jià)等級(jí)。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]吳學(xué)紅．建筑結(jié)構(gòu)加固方案的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究西安[D]．西安建筑科技大學(xué)，.[碩士學(xué)位論文]2003．
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