【复合地基智能综合评价模型的研究6900字（论文）】

24复合地基智能综合评价模型的研究目录TOC\o"1-3"\h\u11390复合地基智能综合评价模型的研究 1165391.1复合地基处理方案的评价指标体系的构建 2152031.1.1评价指标体系的遵循原则 236141.1.2层次结构的确定与构建 3213531.2评价指标权重方法的确定 4304721.2.1指标集的建立与表示 4281191.2.2基于FAHP的权重计算 5286291.3灰色模糊层次分析法的模型构建 7215781.3.1灰色模糊评价值的确定 7201161.3.2复合地基处理方案的综合评价 8296741.4算法验证 9260421.1.1建立评价指标集 9203561.1.2基于FAHP复合地基处理方案指标权重的计算 10262121.1.3灰色模糊评价值的确定 11120921.1.4复合地基处理方案的综合评判 17复合地基处理方案的的优化设计，仅仅从技术结构层面进行了方案的设计，而复合地基的处理方案影响因素众多，技术层面设计只是其中的一个关键环节，要想得到最适合实际工程的方案，还需要从经济层面、外部环境层面等等进行综合分析，进而得出最为匹配的处理方案。因此在优化设计模块计算结束后，紧接着建立综合评价模块是及其必要的。只有做到二者环环相扣，才能得到最为科学可靠的综合优选系统。现阶段，模糊层次综合评价法是最为常见的比选评价方式。但是该方法的的优点与复合地基处理方案的比选并不相互匹配。复合地基处理方案的比选涉及因素众多，且辐射范围广，并且存在大量难以量化的指标因素，不确定性极强，不利于模糊层次分析法建立隶属度矩阵，会严重影响隶属度矩阵的科学合理性。本文在此需求下，从复合地基方案比选的特殊性角度出发，结合灰色理论，与模糊层次分析法集成使用，共同发挥优势，产生“1+1”大于2的效果，进而建立一个同时具备灰色理论与模糊层次分析法优势且非常适合复合地基处理的方案综合评价模型，并运用MATLAB编程实现模型的计算求解。利用灰色理论的特征，再结合复合地基方案比选中存在的大量不确定且难以量化的因素，进而计算复合地基处理方案各指标间的灰色关联度，以此关联度作为模糊综合法的隶属度。在此基础上建立模糊判断矩阵，以用来对指标的权重进行科学的求解。。最后完成基于灰色模糊综合评价法的复合地基处理方案综合评价。具体建模计算流程如下图4-1所示：图4-1灰色模糊层次综合评价法的建立流程Fig.4-1Specificstepsofgreyfuzzyhierarchicalcomprehensiveevaluationmethod1.1复合地基处理方案的评价指标体系的构建1.1.1评价指标体系的遵循原则（1）系统全面性在系统构建评价指标体系时，需要考虑评价主体的影响因素，合理确定各指标层次的递进关系。（2）独立性指标体系应根据评价目的制定各项指标，各指标应相互独立且具有层次性。因此，层次化、综合化的评价指标体系能够很好地反映评价主体的绩效。（3）代表性评价指标数量极其关键。过多的评价指标会使评价过程更加复杂，增加设计人员的工作量；指标少的评价体系会缺乏可靠性。因此，有必要根据评价指标体系的设计原则，选择具有代表性的指标。（4）科学性在建立评价指标体系时，应具体问题具体分析，将大局观和准确性二者协调匹配，做到综合考虑，综合分析，从实际问题出发，选取最符合经济、技术、环境等要求的影响指标。1.1.2层次结构的确定与构建对复合地基处理的关键要素进行的深度分析，确定复合地基处理方案优选的最终影响因素有以下三个方面：（1）技术可行性。技术可行性是整个工程项目中难度最大，同时也是最重要的工作。它包括施工条件、水文地质条件以及处理后效果等。（2）经济合理性。经济合理性是当前工程领域最重要的问题。而直接影响经济性的因素就是工期和造价，二者与经济二字紧密联系，息息相关。（3）环境影响。生态环境问题在工程领域所占的影响比重越来越大，考虑到施工时可能对周围环境造成的诸多影响，因此需要着重考虑周围环境、噪音、地下水、空气等指标的施工变化值。结合以上分析，复合地基处理方案评价指标体系的构建具体如图4-2：图4-2复合地基处理方案评价指标体系的构建Fig.4-2Constructionofevaluationindexsystemforcompositefoundationtreatmentscheme1.2评价指标权重方法的确定考虑到复合地基处理方案评价指标中的模糊因素，选择F-AHP法来计算评价指标权重，在优化设计得到造价信息的基础上，结合专家经验打分与定量分析，科学确定权重。1.2.1指标集的建立与表示指标集就是将各个影响指标整理汇总集合表示。通常可用P表示，可表示为如下形式：①首层评价指标集：P=PPh(h=1，2,...,l)表示P中第h个一级评价指标②二层评价指标集：PhPhi(h=1，2,...,l)表示Ph中第i（i=1,2,...,m）个二级评价指标本文在此基础上结合1.1小节的层次结构的框架，构建出一个科学可靠的的层级模型。故本文复合地基处理层结构模型如表4-1所示：表4-1复合地基处理方案层次结构模型Tab.4-1Hierarchicalstructuremodelofcompositefoundationtreatmentscheme目标层A准则层B指标层C水文地质C11技术可行性B1施工条件C12处置效果C13最优处理方案A经济合理性B2工程造价C21工期C22噪音C31环境影响B3对空气水质的影响C32对周围环境的影响C331.2.2基于FAHP的权重计算（1）模糊一致矩阵的表示模糊一致判断矩阵的表示如下：Arij表示在同一准则层下，指标ai比指标aj的重要程度。rij的值越大，则ai比aj越重要。为了强化各个指标之间关系的规范准确性，我们将rij规范在数量标度范围值里，如下表4-2：表4-20.1-0.9数量标度Tab.4-20.1-0.9quantityscale相对重要标度定义说明0.5代表“同等重要”前者比后者同样重要0.6表示“稍微重要”前者比后者稍微重要0.7表示“比较重要”前者比后者比较重要0.8表示“十分重要”前者比后者十分重要0.9表示“绝对重要”前者比后者绝对重要0.1,0.2,0.3,0.4反比较前者比后者重要利用表4-2中的数字标度，得到下列模糊判断矩阵：R=r11R定义如下：设矩阵R=(rij)n×n，rij表示复合地基处理方案综合评判中同一层次元素间的相对重要性比较，若rij的值在0到1之间，则称R是模糊矩阵。如果rij与rji之和等于1，那么我们将模糊矩阵R叫做模糊互补矩阵。如果rij=rik-rjk+0.5这个关系式成立，我们将矩阵R叫做是模糊一致矩阵。（2）建立权重集建立权重集的首要问题是构建模糊一致矩阵。不同指标的重要程度是不一样的，所以需要确定各个指标的重要程度。权重集的建立即计算各指标权数ai（i=1,2,…,m），进而将这些指标整理成集合形式，形成权重集，表示如下：A=a应注意的一点是，进行归一化处理的时需要考虑非负性。即：i=1m基于处理方案优选的实际问题的需求，首先建立模糊一致矩阵，其次计算各指标权重，建立权重集。但是，在对地基处理方案进行综合评价时，会由于工作人员的主观经验导致在判断模糊矩阵时，不能够满足一致性的检验，那么这种情况下则需对该模糊判断矩阵进行调整，直至达到一致性检验要求，为了方便计算与提高计算的准确性，选择通过MATLAB软件来实现模型的计算过程，大大减少了计算工作量。检验矩阵的一致性情况按照以下步骤计算：①计算判断矩阵A的最大特征值λmax，其计算式如下：max其中，n表示判断矩阵的阶数，Wi则是单排序权重值。②一致性指标的计算：CI=max即为判断矩阵的最大特征根值。当CI=0时，或者阶数n2时。判断矩阵符合一致性检验；③一致性比例计算：CR=CIRIRI就是平均随机一致性指标。当CR小于0.10时，则判断矩阵符合一致性要求。（2）权重的计算：通过MATLAB来求解判断矩阵最大特征根值max和相应的特征向量W。①第一步是求每行指标的乘积，即MI②对求得的Mi开n次方：W③在以上基础上，求得排序权向量：Wi则W即为所求的特征向量1.3灰色模糊层次分析法的模型构建根据评价指标集的建立，以及模糊层次分析法的权重计算的基础上，建立灰色-模糊层次分析法的模型1.3.1灰色模糊评价值的确定（1）建立评语等级集合用Q={Q1,Q2,Q3,…,Qn}表示评语等级集合。其Qj代表评价等级，n是评价等级的个数。（2）确定评价样本矩阵评价样本矩阵灰色系统理论的特点之一，是将专家打分值按照数学方法进行整理汇总。指标集P的样本矩阵D表示为：DhD=D其中，z是对复合地基处理方案评价指标进行评价的专家人数；dhiq表示的是第q个专家对第二层评价指标集Ph中第i个指标的评价量样本。（3）评估特征灰类值的确定 该值通常需要通过对灰类灰数、等级数以及灰数的白化权函数计算统计来确定。本文选择白化权函数为常见的且较为适合复合地基处理方案的三类函数：：①灰数[d1，+)的类型，其函数为：f1②灰数[0，d2，2d2]的类型，其函数为：f2③灰数[0，d3，2d3]的类型，其函数为：f3（4）灰色统计数的数值统计利用灰色统计法，计算灰数的白化权函数，得等级评价权重，在此基础上求得灰色统计数和总灰色统计数，见公式4-17，4-18：xhijXhi1.3.2复合地基处理方案的综合评价（5）确定灰色模糊评价矩阵综合z位专家对P中第i个评价因素的评价来求得灰色权值：rhij故灰色模糊评价矩阵即为单因素模糊权矩阵。Rh（6）综合评价值的最终求解①第一级模糊综合评价，即：Bh=WBh=Wh1,“”为合成运算符号。②第二季模糊综合评价，即：B=W（7）最终评价结果最终评价结果为：Z=BC=(c1,c2,…,cn)为评价等级值Q的值化向量对复合地基处理的各个方案进行综合评价后，得到各方案的最终评价分数，在此基础上将各个方案评价结果进行大小比较，以得到适合实际工程项目最佳复合地基处理方案。1.4算法验证根据上节的灰色-模糊层次分析模型的构建，并结合第三章的优化设计方案，以某软土地基为工程实例，对上述模型进行实例验证。1.1.1建立评价指标集在上文地基处理方案评标指标体系的基础上，建立评价指标集P。如下所示：P=PP1P2P31.1.2基于FAHP复合地基处理方案指标权重的计算（1）模糊一致判断矩阵A的构造根据上文建立的指标体系，构造准则层B对目标层A的经过调整后的模糊一致判断矩阵A，如表4-3所示：表4-3标准层对目标层A的判断矩阵ATab.4-3JudgmentmatrixaofstandardlayertotargetlayerAAB1B2B3B10.40.20.5B20.50.80.5B30.10.60.9（2）模糊一致判断矩阵B1、B2、B3的构造构造指标层C对准则层B的经调整后的模糊一致判断矩阵：B1、B2、B3，如下表4-4，4-5，4-6所示：表4-4指标层C1对准则层B1的判断矩阵B1Tab.4-4JudgmentmatrixB1oftargetlayerC1tocriterionlayerB1B1C11C12C13C110.20.40.8C120.10.80.5C130.20.20.1表4-5指标层c2对准则层B2的判断矩阵B2Tab.4-5JudgmentmatrixB2oftargetlayerC2tocriterionlayerB2B1C21C22C210.20.7C220.50.3表4-6指标层C3对准则层B3的判断矩阵B3Tab.4-6JudgmentmatrixB3oftargetlayerC3tocriterionlayerB3B1C31C32C33C310.70.50.5C320.50.70.3C330.60.40.4利用MATLAB进行一致性检验与权重的计算，MATLAB求解计算过程见附件：基于MATLAB编程语言，输入判断矩阵进行一致性检验及权重计算，得出计算结果。得出计算结果后，将全部评价指标的权值予以归纳，如下表4-7所示：表4-7复合地基处理方案指标体系权重Tab.4-7Indexsystemweightofcompositefoundationtreatmentscheme目标层A准则层B权值指标层C权值水文地质C110.56技术可行性B10.52施工条件C120.26处置效果C130.18最优处理方案A经济合理性B20.36工程造价C210.63工期C220.37噪音C310.19环境影响B30.12对空气水质的影响C320.29对周围环境的影响C330.521.1.3灰色模糊评价值的确定（1）构建评价等级范围在对实际工程资料以及专家打分经验的基础上，本文将用5级评判方法对方案进行分析，该评语等级分别为“优秀、良好、中等、普通，差劲”，记作P={P1，P2，P3，P4，P5}={优秀，良好，中等，普通，差劲}。采取专家打分法，各等级的得分为V={P1，P2，P3，P4，P5}={9，7，5，3，1}。（2）确定评价样本矩阵一般认为评价样本的得分越高，则其越优秀。在打分过程中，认为专家的重要程度是一样的。当然对于复合处理方案来说，不同领域的专家的看法是会有出入的。因此，即便统一标准，对复合地基处理方案各评价指标得到的分数亦是不一样的。在第三章各方案优化设计所得的最优工程造价的基础上，求出各个方案的工程预算汇总表，以便于各位专家对C21指标，即对工程造价的打分评价，过程见下表：表4-8CFG桩复合地基工程预算表Tab.4-8BudgettableofCFGpilecompositefoundationproject序号分部分项工程名称单位工程量单价合价1材料费m3447.570250.8434850.32机械费m3447.570185.182845.283人工费m3447.570105.7847344表4-9CFG桩复合地基工程预算汇总表Tab.4-9SummarytableofCFGpilecompositefoundationengineeringbudget序号取费项目金额（元）备注1直接成本人工费47344材料费434850机械费82845.228直接成本合计565039.52间接成本施工现场管理费16951.2直接成本的3%施工单位管理费28251.9直接成本的5%3企业利润22601.6直接成本的4%4上交税金62151.3直接成本的11%5劳保统筹基金5650.4直接成本的1%6总计700648.9表4-10水泥搅拌桩复合地基工程预算表Tab.4-10BudgettableofCementmixingpilecompositefoundationproject序续分部分项工程名称单位工程量单价合价1材料费m31831.484107.61256252机械费m31831.484165.33110023人工费m31831.48448.791626.2表4-11水泥搅拌桩复合地基工程预算汇总表Tab.4-11SummarytableofCementmixingpilecompositefoundationengineeringbudget序号取费项目金额（元）备注1直接成本人工费91626.2材料费125625机械费311002直接成本合计=605071.22间接成本施工现场管理费18152.2直接成本的3%施工单位管理费30253.6直接成本的5%3企业利润24202.9直接成本的4%4上交税金23658.3直接成本的11%5劳保统筹基金6050.7直接成本的1%6总计630570.9表4-12碎石桩+CFG组合桩复合地基工程预算表Tab.4-12Budgettableofgravelpile+CFGcompositepilecompositefoundationproject序号分部分项工程名称单位工程量单价合价1材料费m3956.81003089531297.6632502机械费m32251.46392.54239926.23人工费m32251.46332.3283795.3表4-13碎石桩+CFG组合桩复合地基工程预算汇总表Tab.4-13SummaryofBudgetforGravelPile+CFGCompositePileCompositeFoundationProject序号取费项目金额（元）备注1直接成本人工费83795材料费308953机械费239926.2直接成本合计=632671.22间接成本施工现场管理费16672.9直接成本的3%施工单位管理费27788.3直接成本的5%3企业利润22230.6直接成本的4%4上交税金61131.2直接成本的11%5劳保统筹基金5557.7直接成本的1%6总计766057.9由前文工程预算汇总表计算得出：CFG桩工程成本为：700648.9（元）；水泥搅拌桩工程成本为：630570.9（元）；碎石桩+CFG桩工程成本为：766057.9（元）。故得出各方案的成本大小关系为：碎石桩+CFG桩复合地基CFG桩复合地基水泥搅拌桩复合地基，进而根据灰色模糊层析分析的评语等级论域推出：碎石桩+CFG桩方案的c21评价等级为[1，5)，CFG桩方案的c21评价等级为[5，7)，水泥搅拌桩方案的c21评价等级为[7，9)。根据上述的工程造价指标推断并结合统一的评判标准，五名专家对方案各指标评价样本矩阵如下表4-14、4-15、4-16所示：表4-14水泥搅拌桩复合地基处理方案Tab.4-14Treatmentschemeofcementmixingpilecompositefoundationdijc11c12c13c21c22c31c32c33专家一66474625专家二87775636专家三77874444专家四76274858专家五85675637表4-15CFG桩复合地基处理方案Tab.4-15TreatmentschemeofCFGpilecompositefoundationdijc11c12c13c21c22c31c32c33专家一87957773专家二88758885专家三86856675专家四78957655专家五97956775表4-16碎石桩+CFG桩组合桩复合地基处理方案Tab.4-16Treatmentschemeofgravelpile+CFGpilecompositepilecompositefoundationdijc11c12c13c21c22c31c32c33专家一65333999专家二75535856专家三78535777专家四86334876专家五86635667（3）确定评估特征灰类值本文主要通过定性分析以确定评估灰类。按照所确定的评价等级及实际经验，确定灰数为五类，其所对应的白化权函数如下：①等级“优秀”的灰数[9，+)，其白化权函数为：f1②等级“良好”的灰数[0，7，14]，其白化权函数为：f2③等级“中等”的灰数[0，5，10]，其白化权函数为：f3④等级“普通”的灰数[0，3，6]，其白化权函数为：f4⑤等级“差劲”的灰数[0，1，2]，其白化权函数为：f5（4）灰色统计数值的统计基于表4-14，4-15，4-16的评价样本矩阵、第四章中相应的公式，计算该指标属于各评价标准的灰色统计数，MATLAB编程求解计算过程见附件。1.1.4复合地基处理方案的综合评判（1）灰色模糊评价矩阵的计算计算灰色模糊综合评价矩阵fori=1:mforj=1:nR(i,j)=Y1(i,j)/sum(Y1(:,j));endend（2）灰色模糊各层综合评价值的计算1.各准则层的灰色权向量R1=R(:,1:3)';R2=R(:,4:5)';R3=R(:,6:8)';2.各准则层的综合评价结果B1=W1*R1B2=W2*R2B3=W3*R33.目标层的综合评价结果B=W*[B1;B2;B3]（3）得到最终评价值即目标层的综合得分V=B*[97531]基于以上编写的MATLAB灰色模糊综合法算法程序语言，分别输入各个方案的评价矩阵、各准则的特征矩阵、准则层B1下各指标的特征权重、准则层B2下各指标的特征权重、准则层B3下各指标的特征权重，输入值与计算过程如下所示：①输入水泥搅拌桩的评价信息：6请输入各准则的特征权重：[0.4,0.2,0.2]请输入准则层B1下各指标的特征权重：[0.518,0.285,0.197]请输入准则层B2下各指标的特征权重：[0.551,0.449]请输入准则层B3下各指标的特征权重：[0.265,0.334,0.401]B1=0.26990.29760.36290.06960B2=0.17980.23120.29460.29430B3=0.20520.25590.30790.23100B=0.18500.21650.26570.13290V=5.0283②输入碎石桩+CFG桩评价信息：6请输入各准则的特征权重：[0.4,0.2,0.2]请输入准则层B1下各指标的特征权重：[0.518,0.285,0.197]请输入准则层B2下各指标的特征权重：[0.551,0.449]请输入准则层B3下各指标的特征权重：[0.265,0.334,0.401]B1=0.24740.28820.34750.11690B2=0.16190.20810.2914