建筑结构加固方案优化的研究
2015-06-24
伴随着当代的经济的发展，人们对生活质量的要求也越来越高。又由于科学技术飞速的发展，出现了多种多样的新技术、新材料和新结构形式，作为我国经济发展贡献最大的建筑业也在当代形势下采用了先进的技术和方案。至上个世纪90年代我国颁布建筑法至今，我国建筑方面的发展突飞猛进，所以为了满足人们对生活质量得要求，确保建筑工程拥有优质质量，在新建工程和原有工程都要进行结构加固处理。尤其是原有建筑结构的加固，因为对原有建筑的改造，可以提高工程经济指标的控制，同时也使土地得以利用完全，可以缓解城市
用地的紧张，为城市发展解决部分问题。本文重点对建筑结构加固的方案及应用技术展开分析讨论，以期从中找到可靠有效的加固技术方案及其应用管理经验，并以此和广大同行分享。
1、建筑工程加固概述
自从人类有建筑以来，就出现了结构加固这个传统行业，但在过去，人们习惯于把加固和维修完全等同，因而技术水平提高不快，没有形成一门科学近十余年来，结构鉴定和加固改造技术在我国得以迅速发展并已初具规模，其作为一门新的学科正在逐渐形成。已有建筑物的加固较新建建筑物复杂，它不仅受到己有建筑物原有条件的种种限制。而且这些建筑物往往还存在着各种各样的问题。这些问题的起因往往错综复杂，有的无案可查有的则相当隐蔽。另外，已有建筑物所采用的材料因年代不同，经常与现状相差较大。不是所有的建筑结构都需要加固，应该在保证该建筑结构设计使用年限的要求下，对建筑先进行检测、鉴定，需进行加固的在进行加固处理。在不影响建筑结构整体的前提下，对建筑结构进行加固应秉着经济合理，施工简便、对原有建筑损坏较小的原则
2、改进层次分析法的基本原理
层次分析法是通过分析问题、建立层次分析模型、构造判断矩阵、层次单排序和层次总排序等步骤来计算各层次评价指标的相对权重以及各层次评价指标对总目标的组合权重，从而得出不同方案的综合评价排序。加固方案的设计一般可以分为：①方案构思阶段②方案初步设计阶段③方案详细设计阶段，传统的层次分析法一般将方案的评价和比选放在③阶段之后。而笔者认为可以将层次分析法的几个步骤分开来，依次介入方案设计的三个阶段：在方案设计的①阶段可以进行评价指标的初选，并将初选结果反馈给方案设计者。在方案设计的②阶段，根据设计的情况最终确定指标构成，然后由专家确定各指标的权重，并将结果反馈给方案设计者。在方案设计的③阶段，获取各备选方案的详细信息，对各个方案的各项指标进行评价，确定评价值。最后由评价值和指标权重综合得到各备选方案的综合价值系数。
3、工程实例
某建筑结构加固工程有三个方案进行综合优选。方案一采用加大截面加固法，其优点是总价最低，直接加固费用较少，施工工艺好，进度适中，有一定的优惠条件。但是维护费用高，检测鉴定及加固设计工作一般，人员素质及设备状况一般，对使用功能无大影响；方案二采用外包钢加固法，其优点是人员素质良好，设备先进。但维护费用偏高，总价居中，直接加固费用与方案一差不多，施工管理一般，对使用功能无影响。方案三采用碳纤维加固法，其特点总价最高，但维护费用最低。施工进度合理，注重环境艺术，人员素质及设备状况一般、施工对使用功能有一定影响。三个方案各有优缺点，试对其进行综合评价，从中优选一个方案。
3.1评价指标体系的确定
对于施工方案的选择，不同的决策者会根据企业的设备情况、资源以及自己的偏好等因素得出不同的结果。因而施工方案多目标评价决策指标体系要尽可能涵盖施工方案多目标评价决策中的各种因素。然而.施工方案设计是一个创造性的过程，粗略地可以分为方案构思、初步设计、详细设计三个阶段，不同的设计阶段设计评价有不同的特点，对评价指标也有不同的要求；另外，随着各种新材料、新设备、新技术和新工艺的应用，使得这些评价指标本身也在不断变化。所以一个固定的、不能进行修改.、调整的评价指标体系，将不能满足施工方案多目标评价决策的要求。因此本文构建了动态的评价决策指标体系框架，用以动态地、全面地建立包括影响施工方案多目标评价决策的各种因素。该指标体系框架具有以下几个特点：
（1）动态性。方案评价者可以根据实际需要增加、删除、修改、重命名指标体系中的每一个指标（除目标层），并且能进行保存，便于下次调用。
（2）灵活性。该指标体系框架结构灵活，具有可扩展性。
（3）层次性。该指标体系中每一个指标都可以由若干个子指标构成，这样可以尽可能全面地描述某项评价指标的复杂内容。考虑到指标体系越复杂，进行评价决策的难度更大，可操作性差，因而在本系统中，限定了最大层次数为3层。
（4）唯一性。该评价指标体系中的评价指标都具有唯一性，即指标体系中任一被编辑的指标都不允许重复出现在同一个评价指标方案中。评价指标体系体现了方案评价者的意图和实际需求。如果评价准则发生变化，则衡量方案的性能指标体系所做出的评价结果也将随着发生改变。指标体系通常是通过层次分解的方法，首先确定总目标，然后将其分解为各个性能指标，性能指标还可再划分为子指标，逐层细分。其结构实际上反映了满足功能需求的评价准则与达到评价准则的解决方案之间的一种映射关系。从前面介绍的施工方案多目标评价
决策指标体系的建立原则可知，各个设计准则之间的相关性应尽量小，即准则之间应具有一定的独立性。
3.2建立评价层次结构模型
3.2.1确定总目标
以“选择最优加固方案”为目标层A。
3.2.2根据对该结构工程加固方案的细分，确定三种方案作为实施方案层P，具体方案是：a.加大截面加固法；b.外包钢加固法；c.碳纤维加固法。
3.2.3建立准则层；
建立评判指标体系时，不是从具体的影响因素出发，而是以评判标准为出发点，先建立一级评判标准，再把一级评判标准进行细分，建立相应的二级评判标准，其指标输入值是专家综合打分的结果。在改进的层次评判法中，首先根据评判目标A（最佳加固方案）建立一级评判指标：工程进度、工程造价、安全与质量和施工因素；在各一级评判指标的基础上建立相应的二级指标。
3.3确定指标权重向量
在最终确定指标构成以后，就要确定各指标的权重。在这里采用了改进的权重确定方法：首先由专家们对指标进行层次单排序，得到排序值，然后，结合排序结果进行指标间的两两比较，并用指数指标赋值。经过对赋值的整理和计算就得到指标相对权重。要说明的是，以上做法仅针对定性指标。定量指标不设定相对权重（分目标层出外） 。得到每一位专家的意见后，对全部专家的结果再此归一化。
4、结论
建筑结构加固工程是一个相对年轻的土程学科分支，自上世纪80年代后世界各国专家学者对其进行了大量的研究，取得了显著的成就，形成了一系列较为成熟和完整的理论，但随着建筑工程业的发展，尤其是向着更大、更高和环境条件更复杂的方向发展，还有许多理论和实践问题以待解决，比如，对建筑结构工程加固方案进行评价的问题越来越得到科研工作者和工程技术人员的重视，而且传统的评价方法已越来越不能满足实际工程的需求，因而发展了改进的层次分析方法。通过实际工程应用表明，该方法以系统工程学的理论为基础，对传统层次分析法进行了一定程度的改进，使其具有更强的适用性和可操作性。本方法降低了专家作出方案评价的难度，使专家的意见能够得到更准确的反映。同时开放性、可修改的指标体系显示了改进的层次分析法的灵活性，也更加符合实际需要。本文特别分析了传统层次分析法在进行二元对比计算权重时容易产生评价非一致性的原因，提出的层次单排序的方法有效的解决了这一问题。
