考虑多因素相互作用的基坑施工风险评价模型研究

1、摘 要随着我国经济的飞速发展，多数城市正在修建或者即将修建地铁。但是由于地铁施工受到周围影响多，地铁隧道施工风险具有多样性和多层次性。应用网络分析法，对地铁隧道基坑施工过程中的成本风险、环境风险、失效风险等各方面展开系统的分析和研究。并在此基础上，对风险因素进行敏感性分析并提出相应的预防措施。本文采用网网络分析析法对基基坑风险险进行分分析，首首先将所所有的风风险因素素归纳为为施工工工艺风险险、施工工作业风风险、施施工环境境风险和和基坑本本体风险险，每个个分类都都有六到到七个风风险因素素，在此此基础上上对风险险因素的的相互影影响关系系确定，根根据影响响关系通通过计算算确定权权重。权权重确定定后就

2、可可以对数数据进行行计算来来得到结结果。其其结果有有未加权权超矩阵阵，加权权超矩阵阵和极限限超矩阵阵。根据据目的在在其中选选择所需需要的矩矩阵进行行归纳分分析得出出结论。在结果中，未加权超矩阵反映了各个元素组内部及之间的相互影响关系，由此判断各元素组内的影响程度大小比较。加权超矩阵是把有限于子系统内部指标之间的影响作用置于整个系统当中统一进行考虑。加权超矩阵反映了各指标之间直接影响作用的排序。极限超矩阵和加权超矩阵一样都是考虑了子系统内部指标至于整个系统之中的影响，但极限超矩阵则是在考虑了各指标之间直接影响作用后再考虑其间接影响的一个总的影响程度大小比较。对计算结果果进行分分析，我我们可以以从

3、中得得出相应应的结论论。在基基坑施工工中对于于基坑而而言，对对其影响响最大的的因素是是什么，哪哪一类因因素组对对基坑的的影响最最大。借借此我们们可以针针对性的的提出预预防和控控制措施施。关键词：基基坑，风风险因素素，网络络分析法法，相对权重重，施工工期ABSTRRACTTWith thee raapidd deevellopmmentt off ouur eeconnomyy, mmostt off thhe ccityy iss beeingg buuiltt orr wiill buiild thee suubwaay. Butt beecauuse thee suubwaay ccons

4、struuctiion by thee suurroounddingg innfluuencce, subbwayy tuunneel cconsstruuctiion rissk hhas thee diiverrsitty aand mullti-levvel. Apppliicattionn off neetwoork anaalyssis metthodd, aanallysiis aand Stuudy on thee prroceess of sysstemm off suubwaay ttunnnel in fouundaatioon ppit connstrructtionn

5、coost rissk, envviroonmeentaal rriskk, tthe rissk oof ffailluree annd ootheer aaspeectss. AAnd on thiis bbasiis, connducct ssenssitiivitty aanallysiis oof tthe rissk ffacttorss annd pprevventtivee meeasuuress.The nnetwworkk annalyysiss meethood wwas adoopteed tto aanallyzee thhe rriskk off exxcavvat

6、iion, fiirstt off alll rriskk faactoors intto rriskk, cconsstruuctiion tecchnoologgy, connstrructtionn off ennvirronmmenttal rissk aand opeerattionnal rissk rriskk foounddatiion onttoloogy, eaach cattegoory hass siix tto sseveen rriskk faactoors, onn thhe bbasiis oof rriskk beecauuse of thee muutuaa

7、l eeffeectss beetweeen callcullateed aand dettermmineed aaccoordiing to thee deeterrminned, weeighht eeffeect rellatiionsshipp. WWeigghtss caan tthenn caalcuulatted ressultts oof ddataa. TThe ressultts aare unwweigghteed SSupeer-mattrixx, wweigghteed ssupeer-mmatrrix andd ulltimmatee suuperr maatrii

8、x. Acccorddingg too thhe mmatrrix to sellectt thhe iinduuctiive anaalyssis conncluudedd.In thhe rresuult, thhe uunweeighhtedd Suuperr-mattrixx reefleectss thhe iinteeracctioon wwithhin thee vaarioous eleemennts of thee reelattionnshiip bbetwweenn thhe ggrouup aand, thhus dettermminee thhe ddegrree o

9、f eacch eelemmentt inn thhe ggrouup. Thee weeighhtedd Suuperr-mattrixx iss liimitted to bettweeen iinteernaal iindeex ssubssysttem efffectt inn thhe wwholle ssysttem of uniifieed cconssideerattionn. TThe weiightted Supper-mattrixx reefleectss thhe iindeex bbetwweenn diirecct iinflluennce rannkinng.

10、Thee liimitt Suuperr-mattrixx annd tthe weiightted Supper-mattrixx arre cconssideeredd thhe eeffeect of intternnal inddex sysstemm foor tthe whoole sysstemm, bbut thee liimitt Suuperr-mattrixx iss coonsiiderringg too coonsiiderr eaach inddex bettweeen tthe dirrectt efffeccts of thee inndirrectt efff

11、eccts of a ttotaal iimpaact deggreee.Analyysiss off thhe rresuultss, wwe ccan draaw tthe corrressponndinng cconcclussionns ffromm. IIn tthe connstrructtionn off foounddatiion pitt foor ffounndattionn piit, thee laargeest imppactt onn thhe eeffeect of whaat iis, whaat kkindd off faactoors on thee pii

12、t mmaxiimumm. TThuss wee caan pput forrwarrd pprevventtionn annd cconttroll meeasuuress.Key wwordds: fouundaatioon dditcch, rissk ffacttor, Annalyyticc Neetwoork Proocesss, rellatiive weiightt, cconsstruuctiion perriodd目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc31971 第一章 绪论 第一章 绪论1.1选题题背景随着城市人人口的不不断增加加和城市市建筑物

13、物的密集集，城市交交通网络络的压力力越来越越大，一一直不能能得到有有效的缓缓解。客客运系统统中，地地铁交通通不会与与地面交交通产生生冲突，不不存在交交通拥挤挤的情况况，不会会晚点，相相对于地地面交通通其运量量大，乘乘坐舒适适方便。以以上的优优点使其其成为解解决城市市交通问问题最合合理的方方法。1.1.11 我国国地铁发发展概述述世界上首条条地下铁铁路系统统是在118633年英国国开通的的“伦敦大大都会铁铁路”，其是是为了解解决当时时伦敦的的交通堵堵塞问题题而建。现存最早的钻挖式 地下铁路则在1890年开通，亦位于伦敦，连接市中南部地区。最初铁路的建造者计划使用类似缆车的推动方法，但最后用了电力

14、机车，使其成为第一条电动地下铁。早期伦敦市内开通的地下铁亦于1906年全电气化1。近年来，随随着我国国城市规规模的迅迅猛发展展，为了了解决城城市居民民出行困困难的问问题，我我国开始始大理发发展城市市轨道交交通，地地铁建设设规模以以及其发发展速度度居于世世界第一一。随着19665年77月北京京地铁一一号线一一期工程程的开工工，我国国就此拉拉开了地地铁建设设的序幕幕。截止止至20010年年底，中中国已建建成城市市轨道系系统的城城市除了了北京、上上海、广广州外还还有大连连、南京京、长春春、武汉汉等城市市，其中中，北京京市已经经投入使使用的城城市轨道道运营里里程达到到了3336公里里，上海海市更是是达

15、到了了4266公里，其其他城市市的轨道道运营里里程最多多的也达达到了2222公公里。金融危机爆爆发后，我我国拟定定投入将将近4万万亿的资资金到城城市轨道道交通中中，使我我国几个个主要城城市加快快了城市市轨道交交通的步步伐，城城市轨道道系统建建设将在在较长的的时间里里成为我我国基础础建设投投资的重重点之一一。目前前，我国国已经上上报城市市轨道交交通计划划的333个城市市中，228个城城市已获获审批。按按照现在在的规划划，我国国20115年地地铁建设设投资规规划额将将达到11.15568万万亿人民民币，总总里程达达到24400公公里。而而到了220200年，地地铁建设设投资规规划额会会达到33.8

16、万万亿人民民币，总总里程达达到61100公公里2。1.1.22武汉地地铁概述述武汉市是湖湖北省的的省会，是是中国中中部地区区最大都都市及唯唯一的副副省级城城市。世世界第三三大河长长江及其其最大的的支流汉汉江横贯贯市区，将将武汉分分为武昌昌、汉口口、汉阳阳三镇鼎鼎立的格格局。武武汉素有有“九省通通衢”的美称称，常住住人口9978万万，如果果包括881所高高校及暂暂居人口口的话，武武汉市总总人口已已突破112500万大关关。在如如此多的的人口下下，城市市的地面面交通面面临的压压力可想想而知，发发展城市市轨道交交通来缓缓解城市市交通压压力迫在在眉睫。而而利用地地下空间间向地下下发展城城市交通通则是未

17、未来城市市建设的的主旋律律。相比于国内内其他一一线城市市的轨道道交通，北北京地铁铁历史悠悠久，上上海地铁铁磁悬浮浮先进，广广州地铁铁网完善善迅速，这这些使武武汉地铁铁建设进进度显得得严重滞滞后。作作为中国国中部最最大都市市，武汉汉长期以以来都未未能成功功修建地地铁，一一是因为为地铁建建设的成成本过高高，没有有相应的的经济实实力；二二是因为为受到了了武汉复复杂的水水文地质质条件限限制，地地下水位位过高，水水量丰富富，不适适合修建建地铁。因因此在武武汉地铁铁2号线线开通运运营之前前，武汉汉城市轨轨道交通通系统只只有一条条1号线线轻轨在在运行。然然而，轻轻轨占用用的土地地面积大大，噪音音污染严严重，

18、这这些因素素促使了了武汉城城市轨道道交通需需要向地地铁进军军的必要要性。武汉轨道交交通2号号线是我我国首条条穿越长长江的地地铁。武武汉市“两江分分割，三三城四岸岸，鼎立立发展，各各具特色色”的经济济地理特特点，决决定了该该市交通通的最大大瓶颈是是过江交交通。是是我国首首条穿越越长江的的地铁。为为此，该该市规划划了地铁铁2号线线，首要要解决城城市跨江江交通难难题，缓缓解长江江一、二二桥的交交通压力力。 承承担500%公交交过江交交通客运运量2号号线一期期工程于于20006年88月288日正式式开建，起起于汉口口金银潭潭，止于于武昌光光谷广场场。预计计到20015年年，轨道道交通每每天输送送126

19、6万人次次，其中中地铁二二号线占占去一半半。20012年年12月月11日日，地铁铁2号线线隧道工工程通过过评审，于于20112年112月228日通通车试运运营。由于武汉特特殊的地地质条件件，在施施工过程程中需要要解决岩岩溶地面面塌陷、地地下水作作用、软软土变形形三大工工程地质质问题。为为了满足足盾构施施工的需需要，武武汉地铁铁2号线线选择了了矿山法法施工，因因此在一一些区段段，地铁铁站建得得比较深深。由于于武汉人人口众多多，爆破破方案会会造成微微型地震震，引起起大量群群众的恐恐慌，地地铁建设设过程中中也就把把爆破方方案取消消了。矿矿山法最最怕的就就是隧道道坍塌，施施工员介介绍：“挖一般般留一半

20、半。”矿山法法施工也也怕遇到到瓦斯等等有害气气体。施施工方专专门到外外地购回回一台小小巧的气气体检测测报警器器，可检检测瓦斯斯等144种气体体。2号号线中的的过江隧隧道也是是中国首首条穿越越长江的的地铁隧隧道。这这条过江江隧道是是武汉地地铁2号号线的控控制性工工程，位位于武汉汉长江大大桥和武武汉长江江隧道之之间，隧隧道长约约31000m，其其中过江江段长113000m，为为双洞双双线，建建成后预预计使用用1000年，可可抗6级级地震，能能抵御3300年年一遇的的长江洪洪水。1.1.33地铁基基坑施工工介绍基坑工程的的安全应应包括基基坑本体体安全、主主体结构构地基及及桩基安安全、环环境安全全（包

21、括括相邻地地面道路路和建筑筑物、地地下管线线等设施施的安全全）地铁基坑开开挖一般般采用分分段分层层。1）分层开开挖这是应用最最广泛的的一种方方法，即即从岸坡坡顶部起起分梯段段逐层下下降开挖挖。主要要优点是是施工简简单，用用一般机机械设备备可以进进行施工工。对于于爆破岩岩块大小小，减小小岩坡的的振动影影响，均均较容易易控制，施施工技术术较简单单，岸坡坡防护和和加固（例例如锚喷喷等）也也易于进进行。岸坡开挖时时，如果果山坡较较陡，修修建道路路很不经经济或根根本不可可能时，则则可用竖竖井出渣渣或将石石渣推于于岸坡脚脚下，即即将道路路通向开开挖工作作面是最最简单的的方法。岸坡开挖量大时，采用隧道出渣法

22、，可满足高强度开挖的要求。当岸坡陡峭无法修建道路，而航运、过木或其他原因在截流前不允许将岩渣推入河床内时，可采用竖井出渣法。2）分条开开挖以前开挖基基坑的分分条方式式为土条条的中线线与地铁铁隧道基基本平行行，开挖挖时地铁铁隧道的的回弹较较大。工工程施工工中，为为减小各各条土体体开挖对对地铁隧隧道的影影响，基基坑土条条与隧道道成斜交交，基本本垂直。这这种分条条方式相相当于土土条中只只有一部部分土体体开挖会会对隧道道回弹产产生较大大的影响响，同分分层开挖挖法相比比，相当当于减小小了地铁铁隧道上上部的卸卸荷量，从从而使得得隧道的的回弹量量小些。1.2地铁铁基坑风风险发展展现状地铁的优点点在于节节省土

23、地地、减少少噪音、减减少干扰扰、节约约能源、减减少污染染，与其其他城市市交通工工具相比比，地铁铁还显得得运量大大而且速速度快。地地铁的优优点是巨巨大的，其其缺点也也是较为为明显的的。一是是建造成成本高，由由于要钻钻挖地底底，地下下建设成成本比建建于地面面高。二二是前期期时间长长，建设设地铁的的前期时时间长是是由于需需要进行行规划和和政府审审批，有有时甚至至还需要要试验。从从酝酿到到破土动动工就需需要一段段非常长长的时间间。在施施工过程程中，隧隧道开挖挖和基坑坑施工也也需要较较长的时时间去完完成。地铁对于雪雪灾和冰冰雹等的的抵御能能力较强强。但对对地震、水水灾、火火灾等的的抵御能能力很弱弱。为此

24、此自地铁铁出现以以来，工工程师们们就不断断持续研研究如何何提高地地铁的安安全性能能。运营期地铁铁若出现现事故，造造成的影影响将是是无法挽挽回的巨巨大损失失，要避避免这些些损失，在在地铁施施工过程程中就应应当将这这些因素素排除掉掉。而对对地铁施施工最重重要的就就是基坑坑施工了了。风险管理的的理论研研究，源源于我国国的共同同海损制制度。但但是知道道上个世世纪的770年代代以后，才才真正将将风险分分析应用用于隧道道及地下下工程领领域中，并并取得了了一定效效果。我我国城市市地铁领领域的风风险管理理起步较较晚，因因此风险险管理的的理论还还需逐步步完善与与提高。早在上个世世纪300年代，TTerzzagh

25、hi等人人已经开开始研究究基坑工工程中的的岩土工工程问题题，提出出了预估估挖方稳稳定程度度和支撑撑荷载大大小总应应力法。在在之后的的时间里里，世界界各国的的大量学学者都投投入了研研究，并并不断地地在这一一领域取取得了丰丰硕的成成果。基基坑工程程在我国国进行广广泛的研研究是始始于上世世纪700年代末末，那时时我国的的改革开开放方兴兴未艾，基基本建设设如火如如荼，高高层建筑筑不断涌涌现，相相应的基基坑埋深深不断增增加，开开挖深度度也就随随之不断断发展；特别是是到了990年代代，大多多数城市市都进入入了旧城城改造阶阶段，在在繁华市市区进行行深基坑坑开挖给给这一古古老的课课题提出出了新的的内容，那那就

26、是如如何控制制深基坑坑开挖的的环境效效应问题题，从而而进一步步促进了了深基坑坑开挖技技术的研研究与发发展，产产生了许许多先进进的设计计计算方方法，众众多的新新施工工工艺也不不断付诸诸实施3。基坑施工的的早起开开挖通常常采用放放坡形式式，可是是随着开开挖深度度的增加加，放坡坡空间受受到限制制，从而而产生了了围护开开挖。虽虽然现在在维护形形式已经经发展到到了数十十种，但但是从基基坑围护护机理来来讲，基基坑围护护方法的的发展从从最先有有放坡开开挖，后后来有了了悬臂围围护、拉拉锚围护护、组合合型围护护4。基坑工程不不仅需要要岩土工工程的知知识，也也需要结结构工程程的知识识，是一一项综合合性很强强的系统

27、统工程，它它需要岩岩土工程程与结构构工程技技术人员员密切配配合。基基坑工程程涉及土土力学中中稳定、变变形及渗渗流三个个基本课课题，三三者相融融在一起起，需要要综合处处理；同同时，基基坑开挖挖势必引引起周围围地基中中地下水水位的变变化和应应力场的的变化，导导致周围围地基土土体的变变形，对对相邻建建筑物、构构筑物地地下管线线产生影影响5。该设计主要要研究深深基坑工工程的支支护结构构，故主主要列出出了深基基坑工程程的主要要特点：1）建筑倾倾向高层层化，基基坑向大大深度方方向发展展；2)基坑开开挖面积积大，长长度与宽宽度有的的达数百百米，给给支撑体体系带来来了较大大的难度度；3)在软弱弱的土层层中，基

28、基坑开挖挖会产生生较大的的位移和和沉降，对对周围建建筑物、市市政建设设和地下下管线造造成影响响；4)深基坑坑施工工工期长，场场地狭窄窄，降雨雨、重物物堆放等等对基坑坑稳定性性不利；5)在在相邻场场地的施施工中，打打桩、降降水、挖挖土及基基础浇筑筑混凝土土等工序序会相互互制约与与影响，增增加协调调工作的的难度。1.3地铁铁基坑风风险分析析研究现现状目前我国国国内在基基坑风险险分析研研究方面面主要运运用的方方法有：故障树树分析法法、实地地调查法法以及层层次分析析法（AAHP）。1.3.11 故障障树分析析法故障树分析析(FTTA)技技术是美美国贝尔尔电报公公司的电电话实验验室于119622年开发发

29、的，它它采用逻逻辑的方方法，形形象地进进行危险险的分析析工作，特特点是直直观、明明了，思思路清晰晰，逻辑辑性强，可可以做定定性分析析，也可可以做定定量分析析。体现现了以系系统工程程方法研研究安全全问题的的系统性性、准确确性和预预测性，它它是安全全系统工工程的主主要分析析方法之之一6。总的说来，故故障树分分析法具具有以下下一些特特点：它它是一种种从系统统到部件件，再到到零件，按按“下降形形”分析的的方法。它它对系统统故障不不但可以以做定性性的而且且还可以以做定量量的分析析；不仅仅可以分分析由单单一构件件所引起起的系统统故障，而而且也可可以分析析多个构构件不同同模式故故障而产产生的系系统故障障情况

30、。由由于故障障树是一一种逻辑辑门所构构成的逻逻辑图，因因此适合合于用电电子计算算机来计计算；而而且对于于复杂系系统的故故障树的的构成和和分析，也也只有在在应用计计算机的的条件下下才能实实现。显然，故障障树分析析法也存存在一些些缺点。其其中主要要是构造造故障树树的多余余量相当当繁重，难难度也较较大，对对分析人人员的要要求也较较高，因因而限制制了它的的推广和和普及。在在构造故故障树时时要运用用逻辑运运算，在在其未被被一般分分析人员员充分掌掌握的情情况下，很很容易发发生错误误和失察察。例如如，很有有可能把把重大影影响系统统故障的的事件漏漏掉；同同时，由由于每个个分析人人员所取取的研究究范围各各有不同

31、同，其所所得结论论的可信信性也就就有所不不同。1.3.22 实地地调查法法实地调查是是应用客客观的态态度和科科学的方方法，对对某种社社会现象象，在确确定的范范围内进进行实地地考察，并并搜集大大量资料料以统计计分析，从从而探讨讨社会现现象。实实地调查查是在传传播研究究范围内内，研究究分析传传播媒介介和受传传者之间间的关系系和影响响。实地地调查的的目的不不仅在于于发现事事实，还还在于将将调查经经过系统统设计和和理论探探讨，并并形成假假设，再再利用科科学方法法到实地地验证，并并形成新新的推论论或假说说。实地调查法法有两种种：现场场观察法法和询问问法：1）现场观观察法是是调查人人员凭借借自己的的眼睛或

32、或借助摄摄像器材材，调查查现场直直接记录录正在发发生的市市场行为为或状况况的一种种有效的的收集资资料的办办法。其其特点是是被调查查中是在在不知晓晓的情况况下接受受调查的的。现场观察法法的类型型：a、直接观观察法，就就是在现现场凭借借自己的的眼睛观观察市场场行为的的方法b、环境观观察法，就就是以普普通人的的身份对对调查对对象的所所有环境境因素进进行观察察以获取取调查资资料的方方法。2）询问方方法，是是指将所所调查的的是想，以以当面电电话或书书面的形形式向被被调查者者提出询询问，以以获得所所需的调调查资料料的调查查方法。这这是一种种最常用用的市场场实地调调查方法法，也可可以说是是一种特特殊的人人际

33、关系系或现代代公共关关系。正正因如此此，调查查人员应应该清楚楚地认识识到。欧欧诺个过过调查不不仅要收收集到被被调查所所期望的的资料，而而且还要要在调查查中给调调查对象象留下良良好的印印象，树树立公司司的形象象，可能能时应该该将被调调查中作作为潜在在用户加加以说服服。询问法包括括直接访访问法、堵堵截访问问法、电电话访问问法、CCATII法（计计算机辅辅助电话话调查）、邮邮案方法法、固定定样本调调查法。然而，实地地调研发发对于地地铁基坑坑施工来来说并不不是很合合适，虽虽然后期期会通过过收集到到的资料料进行分分析，但但是其主主要是应应用于市市场行为为，在没没有真实实数据的的基础上上其方法法可靠性性不

34、大。1.3.33 层次次分析法法层次分析法法（AHHP）是是将与决决策总是是有关的的元素分分解成目目标、准准则、方方案等层层次，在在此基础础之上进进行定性性和定量量分析的的决策方方法。该该方法是是美国运运筹学家家匹茨堡堡大学教教授萨蒂蒂于200世纪770年代代初，在在为美国国国防部部研究根据各各个工业业部门对对国家福福利的贡贡献大小小而进行行电力分分配课课题时，应应用网络络系统理理论和多多目标综综合评价价方法，提提出的一一种层次次权重决决策分析析方法。层次分析法法的优点点在于系系统性的的分析方方法、简简洁实用用的决策策方法、所所需定量量数据信信息较少少。但他他的缺点点也有不不少：不不能为决决策

35、提供供新方案案；定量量数据少少、定性性成分多多，不易易令人信信服；指指标过多多时数据据统计量量大，且且权重难难以确定定。1.4本章章小结对我国地铁铁进行一一个基本本的了解解，在此此基础上上将武汉汉地铁现现状与国国内其他他一线城城市做比比较。对对基坑施施工的现现状进行行简要分分析，了了解地铁铁基坑风风险。对对现在基基坑风险险分析的的方法做做调查，了了解故障障树分析析法、实实地调查查法、层层次分析析法的基基本理论论和步骤骤，通过过理论分分析判断断其在基基坑风险险分析中中的不足足之处。第二章 ANPP的理论论基础与与研究2.1 AAHP概概述自19733年美国国匹茨堡堡大学SSattty提出出具有定

36、定型和定定量分析析功能的的层次分分析(AAHP)后，国国内外学学者对其其理论进进行了在在深入的的研究，在在应用上上该方法法更是得得到了充充分的利利用，而而且Saattyy也是在在AHPP的基础础上提出出了网络络分析法法（ANNP），因因此在讨讨论ANNP方法法之前我我们有必必要先对对AHPP进行简简要的概概述77。用层次分析析法（AAHP）分分析问题题一般经经过一下下四个步步骤：1）建立层层次结构构模型应用AHPP分析决决策问题题是，首首先要把把问题条条理化、层层次化，构构造出一一个有层层次的结结构模型型。这些些层次可可以分为为三类：目标层层、准则则层和方方案层。用用连线表表示上一一层因素素与

37、下一一层的联联系，因因素与下下一层存存在完全全层次关关系，有有时存在在不完全全层次关关系。如如图2.1图2.1 层次分分析法的的结构图图2）构造判判断矩阵阵判断矩阵是是AHPP工作的的出发点点，构造造判断矩矩阵是AAHP的的关键一一步。架架设在同同一层次次上有nn个因素素，对于于给定的的第i个个和第jj个因素素相互比比较判断断，便可可得到一一个表示示相对重重要性的的数字,如此构构成n阶阶互反矩矩阵判断断矩阵PP。其中中按表22-1所所示“199标度”得到的的互反性性矩阵引引起可操操作性强强得到最最广泛的的运用。由由矩阵理理论可以以证明PP的特征征根综合合，且最最大特征征根，其其对应的的标准特特

38、征向量量个分量量的绝对对值定义义为各元元素的权权重。表2-1 1到99标度标度定义1两个子准则则同样重重要3一个子准则则比另一一个子准准则略重重要5一个子准则则比另一一个子准准则较重重要7一个子准则则比另一一个子准准则非常常重要9一个子准则则比另一一个子准准则绝对对重要2，4，66，8 为以上上两判断断之间状状态对应应的标度度值 若若两个判判断因素素的位置置颠倒，则则标度值值互为倒倒数3）层次单单排序及及一致性性检验判断举证AA对应于于最大特特征值的的特征向向量W，经经归一化化后即为为同一层层次相应应因素对对于上一一层次某某因素相相对重要要性的排排序权值值，这一一过程称称为层次次单排序序。判断

39、矩阵是是否合理理需要进进行一致致性检验验。但判判断矩阵阵满足任任意时，我我们称矩矩阵P为为一致性性矩阵，此此时有，其其他特征征根均为为0，对对应唯一一的单位位特征向向量，这这时即可可精确地地获得我我们所需需要的权权重。为为了衡量量判断矩矩阵P的的一致性性，Saattyy建立了了检验判判断矩阵阵的一致致性指标标CI检查查决策者者判断思思维的一一致性8：显然，当时时，CII=0，判判断矩阵阵完全一一致；CCI值越越大，判判断矩阵阵的一致致性越差差。一般般决策者者判断一一致性的的难度随随着判断断矩阵的的阶数的的增大而而增大，为为了度量量不同判判断矩阵阵是不是是有足够够的一致致性，引引入判断断矩阵的的

40、平均随随机一致致性指标标RI。NN阶矩阵阵的平均均已执行行指标如如表2-2所示示9。表2-2 平均随随机一致致性指标标RIn12345678910RI000.580.91.121.241.321.411.451.49随后计算一一致性比比例CRR：当CR00.100时，认认为判断断矩阵的的一致性性是可以以接受的的，否则则应对判判断矩阵阵作适当当修正。4）层次总总排序及及一致性性检验得到一组元元素对其其上一层层中某元元素的权权重向量量后，我我们要得得到各元元素的排排序权重重，从而而进行方方案选择择。当CR00.100时，认认为层次次总排序序结果具具有较满满意的一一致性并并接受该该分析结结果。对于多

41、层次次问题其其核心步步骤如下下：（1）构造造自上而而下的层层次结构构。（2）层次次单排序序。（3）层次次总排序序。2.2 AANP的的介绍Sattyy教授在在层次分分析法(AHPP)的发发展基础础上，于于19996年提提出了一一种适应应非独立立递阶层层次结构构，能够够解决存存在内部部依存和和反馈效效应的复复杂系统统的决策策模型。由由于网络络层次分分析法中中考虑了了元素间间的相互互影响与与支配，更更能准确确地描述述现实世世界中客客观事物物之间的的联系，因因而成为为一种更更加有效效的决策策方法。AANP是是一个解解决多准准则问题题的新工工具，是是在层次次分析法法（AHHP）的的基础上上发展的的一种

42、定定性与定定量结合合的系统统决策分分析方法法。AHHP与AANP面面对的都都是非结结构化的的决策问问题，而而这种问问题的决决策又是是决策问问题的绝绝大部分分。ANNP是由由AHPP发展而而来，所所以可以以说AHHP是AANP的的一个特特例。使用AHPP有三个个基本假假定：（1）不存存在层次次间的反反馈支配配作用；（2）层次次内部元元素之间间不存在在相互影影响或支支配作用用；（3）只有有相邻层层次才有有支配关关系，跨跨层元素素只有间间接支配配关系，没没有直接接支配关关系。而使用ANNP时则则完全突突破了这这三个假假定ANNP将系系统内各各元素的的关系用用累死网网络结构构表示，而而不再是是简单的的

43、递阶层层次结构构，他考考虑了层层次内部部元素的的一存和和下层元元素对上上层元素素的反馈馈影响。2.2.11结构原原理ANP系统统元素分分为两个个部分：第一部部分是控控制因素素层，包包括问题题目标及及决策准准则；所所有决策策准则均均被认为为是彼此此独立的的，且只只受目标标元素支支配，控控制因素素中额可可以没有有决策准准则，但但至少有有一个目目标；第第二部分分是网络络层，它它是由所所有受控控制层支支配的元元素组组组成的，其其内部是是相互形形象的网网络结构构。控制制层和网网络层组组成了典典型的AANP层层次结构构100，如如图2-2。图2-2 ANPP的典型型递阶层层次结构构2.2.22 优势势度A

44、HP需要要在一个个准则下下，受支支配元素素进行两两两比较较，由此此获得判判断矩阵阵。而由由于ANNP中被被比元素素之间可可能不是是独立的的，而是是相互依依存的，因因此这种种比较将将以两种种方式进进行：直接优势度度，给定定一个准准则，两两个元素素对于该该准则的的重要程程度进行行比较；间接优势度度，给出出一个准准则，两两个元素素在该准准则下对对第三个个元素（称称为次准准则）的的影响程程度比较较。前一种比较较适用于于元素见见相互独独立的情情形，第第二种比比较适用用于元素素间相互互依存的的情形。优优势度量量化可按按表2-1所示示199标度表表进行11。2.2.33超矩阵阵与加权权超矩阵阵超矩阵（1）超

45、矩矩阵的建建立设ANP的的控制层层中有元元素，控控制层下下，网络络层有元元素组，,其中中中有元元素，,，i=1，N。以以控制层层元素（ss=1，m）为准则，以中元素（l=1，）为次准则，元素组中元素按其对的影响力大小进行间接优势度比较，即构造判断矩阵：并有特征根根法得排排序向量量，得到到式（22-1）所所示矩阵阵。（2-1）这里的列向向量就是是中元素素，对中元素素，的影响响程度排排序向量量。若中中元素不不受中元元素影响响, 则则。对于于i=11,2,，N ;j=1,22,N重重复上述述步骤，最最终可获获得准则则下的超超矩阵WW 。这这样的超超矩阵共共有 mm个,它它们都是是非负矩矩阵。得得到式

46、（22-2）所所示矩阵阵W。 （2-2）超矩阵的结结构特点点超矩阵 WW 构造造有以下下几个特特点：超矩阵每每个子块块中的每每一列，都都是通过过两两比比较的判判断矩阵阵计算得得到的同同一层次次中元素素的排序序向量。无论元素素是否可可聚合成成层次，或或元素组组，超矩矩阵 WW 都可可以直接接通过元元素之间间的两两两比较导导出，此此时矩阵阵中的每每一列就就是以某某个元素素为准则则的排序序权重。但但聚合成成层次或或元素组组进行比比较的方方式具有有有效性性、稳定定性和系系统性等等优点，且且更符合合人们的的思维特特点，因因而前述述的分组组进行比比较的方方式得到到经常使使用。超矩阵中中(除零零子块外外)每

47、一一个子块块均由归归一化的的列向量量组成，但但超矩阵阵的任意意一列其其和未必必归一化化(除非非该列中中仅有一一个非零零子块)。为了了利用超超矩阵对对复杂系系统进行行排序，需需要将超超矩阵的的每一列列归一化化，这可可以用加加权矩阵阵实现。超矩阵中中主对角角线上的的子块涉涉及内部部依存性性的排序序。相应应的判断断矩阵中中的比较较判断需需要结合合该层次次的功能能确定。对对内部独独立的层层次结构构，除最最后一层层外均有有。最后后一层元元素权值值不再进进行再分分配，故故 。加权超矩阵阵上面得到超超矩阵的的每个子子块只考考虑了元元素组内内部(即即层次内内部)各各元素对对某个准准则的排排序，并并没有顾顾及其

48、外外它元素素组对此此准则的的影响，因因此超矩矩阵的每每一列并并不是归归一化的的。要准准确反映映排序，必必须考虑虑元素组组之间的的影响作作用，也也就是要要考虑反反馈作用用的影响响。为此此将元素素组(或或层次)整体作作为元素素，在准准则下针针对某个个元素组组的相对对重要性性进行两两两比较较。从而而得到该该元素组组作为子子准则下下(不妨妨设第jj个元素素组)其其它元素素组的归归一化的的权重向向量。其其中表示示第i个个元素组组对第jj个元素素组的影影响权值值，并以以“0”表示没没有影响响，且。构造准则下下各组元元素对的的相对重重要性判判断矩阵阵：对于 j = 11,2,N 重复上上述步骤骤，得到到了一

49、个个NN阶加加权矩阵阵A：（2-3）构造加权超超矩阵: （2-44）式中，且由由式（22-1）和和（2-2）确确定，而而由式（22-3）确确定。即即为ANNP结构构的加权权超矩阵阵。事实上对WW 的任任一列均均有，因因而加权权超矩阵阵事实上上对的任任一列均均是归一一化的。2.2.44元素权权重的确确定设超矩阵WW的元素素为，则则的大小小反映了了元素ii对元素素j的影影响度，也也是一步步优势度度。元素素i对元元素j的的优势度度还可以以通过得得到，称称为二步步优势度度，它就就是的元元素。定理 2.1 如如果W是是归一化化方阵，那那么仍是是归一化化，并且且也是归归一化。证证明：设设W的矩矩阵为：，令

50、为：，i=1，22，n，令令为：，那那么W可可以记为为：和。那么么：（）=那么的第jj列的列列和：所以， 为为归一化化矩阵。依依次类推推可以知知道也是是归一化化矩阵。当存在时，的第j列就是准则下网络层中各元素对于元素j的极限相对排序向量。2.2.55ANPP决策步步骤分析问题对决策问题题进行系系统分析析、组合合，形成成元素和和元素组组。主要要分析判判断元素素之间是是否独立立，是否否存在依依存和反反馈关系系，分析析问题的的方法基基本类似似于 AAHP 方法，可可用会议议讨论、专专家调查查等方法法进行。构造网络结结构ANP 将将系统元元素划分分为两大大部分，第第一部分分称为控控制因素素层，包包括问

51、题题目标及及决策准准则。所所有的决决策准则则均认为为是彼此此独立的的。控制制因素中中可以没没有决策策准则，但但至少有有一个目目标。控控制层中中每个准准则的权权重均可可用传统统 AHHP 方方法获得得。第二二部分为为网络层层，它由由所有受受控制层层支配的的元素组组成，它它们形成成互相影影响的网网络结构构，图 2-11 表示示了一个个典型的的 ANNP网络层结构构。(1)确定定控制层层：在构构造控制制层时，将将准则和和子准则则视为不不同的层层次，并并将对于于目标而而言，其其作用性性质相似似的元素素放在一一起。(2)按照照控制层层对系统统中的元元素进行行分组，得得到元素素组。(3)对网网络系统统中的

52、准准则、元元素组和和元素进进行标号号，确定定准则、元元素组和和元素之之间的影影响关系系。(4) 对对准则层层(控制制层)所所有准则则进行元元素和元元素组之之间的影影响和被被影响的的分析。即即分析相相对某一一准则，每每一元素素组和每每一元素素对另外外的元素素组和元元素的影影响以及及其受另另外的元元素组和和元素的的影响。确定层次元元素单排排序权重重根据以上建建立的结结构，按按 2.3超矩矩阵与加加权超矩矩阵小节节方法基基于某一一准则对对同一元元素组中中每一元元素的影影响和被被影响关关系进行行两两比比较分析析，得到到归一化化排序权权重；此此外，基基于同一一准则对对不同元元素组中中的每一一元素的的影响

53、和和被影响响关系进进行两两两比较分分析，同同样得到到归一化化排序权权重。以以此构造造式（22-1）所所示的。构造超矩阵阵和加权权超矩阵阵按式2-44形成加加权超矩矩阵。对控制层中中的每个个准则分分别完成成上述步步骤3到到5，并并且按控控制层结结构综合合成每个个元素的的全局权权重。2.3ANNP的基基本步骤骤及与AAHP的的比较研研究2.3.11ANPP模型确确定权重重的基本本步骤在系统中，我我们假设设 ANNP 模模型的控控制层中中有元素素，在控控制层下下，网络络层有元元素组，其其中中有有元素，ii=1,2,nn。那么么计算指指标权重重的步骤骤可归纳纳如下： 确定元元素组即即主因子子层的权权矩

54、阵。 确定次次因子层层的超矩矩阵。 确定加加权超矩矩阵。 求解指指标权重重。2.3.22ANPP和AHHP的定定性比较较上面我们对对ANPP和AHHP进行行了介绍绍以及其其理论的的探讨，下下面我们们将对这这两种方方法进行行定性的的比较： 从理论论上看，AANP 是在 AHPP 的基基础上发发展起来来的，更更具体的的说ANNP的前前身是反反馈的 AHPP。他们们的相同同点是都都构造比比较矩阵阵确定特特征向量量，并且且进行一一致性检检验。而而不同的的是 AAHP 是一种种多准则则决策方方法，它它将系统统划分层层次，并并假定系系统内不不存在反反馈，且且同层内内元素相相互独立立。ANNP 则则没有这这

55、些假定定，使用用ANPP时则完完全突破破了这三三个假定定ANPP将系统统内各元元素的关关系用累累死网络络结构表表示，而而不再是是简单的的递阶层层次结构构，他考考虑了层层次内部部元素的的一存和和下层元元素对上上层元素素的反馈馈影响。从从而在理理论上有有了解决决复杂动动态系统统问题的的可能性性。 从结构构上看，AAHP的的结构层层次氛围围三类目目标层、准准则层和和方案层层。用连连线表示示上一层层因素与与下一层层的联系系，因素素与下一一层存在在完全层层次关系系，有时时存在不不完全层层次关系系。ANNP 由由控制层层和网络络层两部部分组成成，ANNP 控控制层的的结构与与 AHHP 结结构基本本相同。

56、而而 ANNP 的的网络层层则是由由受控于于控制层层的、所所有能反反映系统统的元素素组成，其其内部的的网络结结构是多多样的，可可以是上上述讨论论的结构构中的任任何一种种12。 从解决决问题的的实效性性看，AAHP 的递阶阶层次结结构由于于独立性性假设，虽虽然简单单易行，但但是对于于复杂系系统往往往由于假假设的太太过于理理想化从从而失真真，存在在实际性性的缺陷陷。ANNP 的的结构具具有多样样对，能能很好的的描述实实际复杂杂系统的的结构，确确定的元元素相对对排序向向量也更更具有说说服力，从从而能够够更加客客观的对对复杂系系统进行行评价。从运行的的复杂度度进行比比较，AAHP 方法相相对简单单易行

57、，对对于解决决简单系系统问题题有很好好的效果果，但是是在一些些复杂系系统问题题上可操操作性较较差。AANP方方法虽然然在解决决超矩阵阵的过程程中是一一项非常常复杂的的运算过过程，运运算量大大，但因因为现在在一般在在实际应应用中多多采用计计算机软软件，因因此计算算量过大大造成的的计算复复杂不会会阻碍AANP方方法的推推广应用用。2.4本章章小结网络分析法法（ANNP）是是由美国国匹兹堡堡大学SSattty自119733年提出出具有定定性和定定量分析析功能的的层次分分析法(AHPP)后，于于19996年再再次提出出的一种种新的评评价方法法，它是是在层次次分析法法（AHHP）的的基础上上延伸的的一种

58、多多目标、多多准则的的决策分分析方法法。本章章首先对对层次分分析法(AHPP)的结结构和确确定权重重的步骤骤进行简简要的概概述。然然后在此此基础上上对网络络分析法法(ANNP)的的网络结结构和基基本原理理进行详详细的阐阐述，并并对 AANP 法的结结构类型型和相对对排序向向量的存存在性以以及权重重计算等等方面进进行了探探讨，并并研究了了每种结结构类型型的系统统确定相相对排序序向量的的方法和和步骤。最最后从分分别从几几个不同同的角度度对网络络分析法法(ANNP)和和层次分分析法(AHPP)进行行了比较较研究，分分析它们们的优劣劣性，最最后认为为虽然在在解决简简单系统统问题是是AHPP能够有有很好

59、的的效果，但但由于计计算机软软件的应应用，在在解决复复杂系统统问题时时ANPP具有更更大的优优势。第三章 地铁基基坑工程程风险管管理与理理论3.1基坑坑工程发发展现状状早在20世世纪300年代，TTerzzaghhi等人人已开始始研究基基坑工程程中的岩岩土工程程问题，提提出了预预估挖方方稳定程程度和支支撑荷载载大小总总应力法法这一理理论一直直沿用至至今，只只不过有有了许多多改进与与修正。在在以后的的时间里里，世界界各国的的许多学学者都投投入了研研究，并并不断在在这一领领域取得得丰硕的的成果。基坑工程在在我国进进行广泛泛的研究究是始于于70年年代末，那那时我国国的改革革开放方方兴未艾艾，基本本建

60、设。如如火如荼荼，高层层建筑不不断涌现现，相应应的基坑坑埋深不不断增加加，开挖挖深度也也就不断断发展；特别是是到了990年代代，大多多数城市市都进入入了旧城城改造阶阶段，在在繁华市市区进行行深基坑坑开挖给给这一古古老的课课题提出出了新的的内容，那那就是如如何控制制深基坑坑开挖的的环境效效应问题题，从而而进一步步促进了了深基坑坑开挖技技术的研研究与发发展，产产生了许许多先进进的设计计计算方方法，众众多的新新施工工工艺也不不断付诸诸实施。但但由于基基坑工程程的复杂杂性、设设计施工工的不当当等原因因，工程程事故的的概率仍仍然很高高。基坑支护技技术在我我国相对对较年轻轻，无论论是设计计计算，还还是施工