多因素影响下旧桥改造设计方案决策研究与工程应用

0 前言

旧危桥改造首要任务是确定改造方案。目前，桥梁的改造方案较多，主要包括维修加固法及重建法等，其中重建法包括拆除旧桥原址重建和异地选址新建两种情况；维修加固的同时还可以采取拓宽加固法等不同方案，所以，同一座桥梁的改造基本都有几个备选方案。因此，必须在众多的改造方案中找出一个相对合理的方案，即最优决策。多数情况下，设计者或管理层基于现场检测和调查结果，再结合自身的经验做出改造方案的决定，此经验判断法依赖评判者自身的知识和实践经验，在客观因素不太复杂的情况下，多数改造方案还是较为合理的。但是，由于受人为因素（主观性）影响大，当影响改造方案客观因素多而复杂的情况下，就难以对各因素之间的关联做出判断，得到的往往不一定是最优改造方案。为尽可能使改造方案合理，充分考虑各因素，将改造方案的各环节做到量化处理，通过方案排序，选出最优方案，最大程度保证评价程序的客观性和公正性。

1 工程概况

半山大桥为单线桥，上跨尤溪河，桥梁拟定桥宽9.5m，中心桩号为K0+227。桥梁纵面均位于直线段内，桥梁平面位于直线段上。桥面横坡通过支座垫石调整。纵坡通过盖梁、台帽顶高程差调整。下部结构采用柱式墩配钻孔灌注桩基础；桥台均为肋式台配钻孔灌注桩基础。伸缩缝均设置为D80型。起终点桥台均设置6m长搭板。

自测井公司专业化重组以来，每两年举办一次测井杯职业技能大赛。今年9月中旬，由测井公司吐哈分公司承办的第九届陕西省“测井杯”职业技能大赛在新疆鄯善如期举行，来自测井公司13家单位的108位参赛选手同台竞技、共同提高。通过比赛，加强测井公司各单位的思想融合、技术融合和文化融合。

该桥址区属为尤溪冲洪积谷地地貌。地面高程介于88.0～103.0m。桥址区地表上覆第四系人工填土层（Qml）、冲洪积层（Qal+pl）及侏罗纪南园组基岩凝灰熔岩（J3n）组成，地层分别为杂填土、（含泥）细砂、卵石、全风化凝灰熔岩、强风化凝灰熔岩（砂土状）、强风化凝灰熔岩（碎块状）、中风化凝灰熔岩。在勘探孔控制深度范围内场地未发现岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区、地面沉降等不良地质作用，场地整体稳定性条件较好。

2 旧桥改造决策的模糊综合评判法

影响改造方案的各种影响因素都各有不同的特征，其中有的可以量化分析（如施工工程量、工期、交通量和投资额等），有的仅能以作定性的分析（如构件缺损对力学模型的影响、改造对交通影响程度等）。对于定性分析的因素，往往受评价者或决策者本身的学识经验和主观意愿的影响较大。换而言之，改造方案的优选具有一定的模糊性。基于模糊数学理论对改造方案的进行模糊综合评判，可以很好地解决方案选择中影响因素的不确定性和主观性，做到客观性和科学性。所谓模糊就是指事物的边界不明晰，不能用非此及彼界限严格区分开，但又是客观存在的。

2.1 基本原理

模糊综合评价法的基本模型是要把影响改造方案的各项因素定量化，通过对各因素之间的模糊关联进行定量的数学分析，得到方案量值化的判断指标，从而根据评判指标的量值大小排序，做出最终方案优劣判断。

2.2 基本步骤

模糊综合评判法按以下几个主要步骤进行：

Design and Implementation of Analog Measure Device Based on Multiplexed Interface……………HUA Jin， MA Shuai(1·45)

（1）确定影响方案主要因素集合。

根据上述分析，建立影响因素集合U=(u1,u2,u3，u4),u1为结构安全性，包括结构承载能力、技术可行性等；u2为工程造价；u3为交通影响程度；u4为可持续发展；建立方案因素集合X=(x1,x2,x3)，x1为方案一桥型，x2为方案二桥型，x3为方案三桥型。

水务IT价值的核心是立足水务，促进社会管理、公共服务又好又快发展，信息类设施、设备和系统运行的安全性、稳定性与社会公众利益产生直接或间接的关联。当信息技术在事业发展中的价值量和贡献度达到一定规模，IT基础环境在技术和管理上的先进性、复杂性、复合性、密集性不断增强时，持续可靠的运行保障已成为确保IT价值实现的重要基础。

X={x1,x2,…,xm}，xi第 i个改建方案。

总之，一定要从学生的实际情况出发，注重学生良好学习习惯的培养，坚持循序渐进的教学原则，方能顺利的完成高一物理教学任务。

（3）求出评判矩阵。

R可以看为集合X到集合U的模糊关系。R∈F(X×U)，用各项数据对每个评判对象进行评价。

（4）构造因素权值矩阵。

（5）计算评价指标，方案排序。选出 最优方案。

3 旧桥改造方案层次模型的构建

利用模糊综合评价法对旧桥改造方案的决策优选时，首先运用层次分析法要把复杂的问题进行条理化、层次化的归类，构造出一个称之为递阶层次结构的模型。模型层次一般分为目标层（最佳方案）、准则层（影响方案的主要因素）和方案层（备选方案）。把影响判断的复杂因素（包括定量和定性的因素）划分成既相互独立又相互联系的不同层次，再对每一层次的相对重要性根据客观现实的判断给予定量表示，利用数学方法确定每一层次的全部因素相对重要性的权值；通过排序结果分析、解决问题。

3.1 建立旧桥改造方案层次结构图

基于模糊分层法的基本要求，依据需改造桥梁的具体状况（主要包括旧桥结构型式、规模、交通的性质、使用环境、通航及路网规划等），根据各因素对旧桥改造方案的影响程度，保留主要因素，略去次要因素。通过层次分析法，依据各层次间上、下级关系，建立各层次因素集，并组装成层次结构图。

YL82B热轧盘条合格显微组织为索氏体+珠光体，且索氏体在显微组织中占有一定的比例（不小于85%）才能使YL82B钢具有高的冷拉极限值。因为索氏体的片层间距小，当盘条拉拔变形时，片层多而薄的铁素体相可以使位错运动均匀而分散，抑制位错塞积的提前发生。另外，当索氏体中的渗碳体相为薄片形态时，它在拉拔变形时可以发生弯曲且不易发生折断。但是，如果渗碳体和铁素体片层继续变薄成为屈氏体时，在拉拔变形时渗碳体片之间发生碰撞的概率增大，使塑性变差。

3.2 方案影响因素集

一般建立如下方案影响因素：U={u1,u2,…,um}，其中ui为影响改造方案的因素。

影响每座桥梁的改造方案的因素可以根据具体情况适当调整。

3.3 方案层因素集

桥位在汶潭电站下游约0.6km处 （原渡口上游约200m），路线平面起点桩号K0+000与规划纵五线平交（近期与尤溪河西侧半山村道连接），新建（6×35）m预应力混凝土T梁（桥梁全长218m）跨越尤溪河后，终点位于尤溪河东侧与现有省道S304线平交，终点桩号K0+357.943，路线全长为357.943m，如图3所示。路线设计时速20 km/h，道路路基宽度拟为8.5m，水泥混凝土路面。本方案桥梁及接线建安费合计约1094万元，沿线拆迁93万元，建安及征迁合计约1187万元。

3.4 旧桥改造方案层次结构图

根据层次分析法，建立改造方案结构图如图1，其中最上层为目标层即最优决策方案，中间层为准则层即方案影响因素层；最下层为方案层即备选方案集。改造方案结构层次图建立后，上下层次之间因素的隶属关系就被模糊确定了。这时就可以对各层次内因素进行分析比较，分别确定判断矩阵。

图1 改造方案层次结构图

4 旧桥改造最优方案评选

桥梁上部采用（6×35）m预应力连续T梁，上部构造横断面采用4片T梁，梁高2.0m。桥面净宽8.5m，两侧设置防撞栏，总宽9.5m。桥梁下部构造采用柱式墩、肋式台、桩基础。桥墩墩柱直径1.6m，桥墩桩基础直径1.8m、桥台桩基础直径1.2m。桥梁全长218m，如图5所示。

施工管理人员要充分发挥管理才能，增加施工队伍间的协调与配合。制定施工人员的规章制度，令行静止赏罚分明一视同仁。同时管理人员在工作中要多多听取施工人员的想法，通过与施工人员沟通找出一线实际存在的问题。设定合理的质量目标并制定奖惩规则，促使施工人员共同努力保证工程建设的质量。同时项目应建立质量管理体系，明确控制文件对工程质量管理的规范和要求，建立健全的质量负责人责任制，确保工程质量落实到实处。

4.1 建立模糊评判矩阵A

首先相关专家、技术人员和业主对改造方案因素集的各项元素两两相互对比，按判断准则进行标度值赋值。然后构造出方案对影响因素的比较判断矩阵及影响因素对目标的比较判断矩阵：R=(rij)m×n，rij表示第i个因素和第j套方案的比较标度值归化值。

煤矿企业在构建财务共享平台之前，需秉承循序渐进的基本原则，不能够急于求成，可以将一些较为简单的业务放入到平台当中进行处理，慢慢地摸索经验，在能够对简单业务予以熟练操作之后，就可以形成操作规范，以便于后续复杂业务在操作的过程中能够有据可依，降低错误率。比如，煤炭企业先可以通过共享平台来解决员工的报销活动，在运行一定时间之后看处理效果如何，若发现问题应及时解决，当平台运转较为成熟之后，就可以适当地去处理一些较为复杂的业务，如对账业务等，确保平台稳定、正常的运行。

4.2 建立权重矩阵B

确定各影响因素对备选方案的影响程度，即权重值bi，B=(b1,b2，…bn)。 全部因素权重值之和为 1。 各因素权重值由桥梁的具体状况，由业主、专家及有关人员综合确定。

4.3 综合评价矩阵P

综合评判矩阵，P=B×R，即(p1,p2，…,pn)=(b1,b2，…，bn）×(rij)m×n。

4.4 方案排序与评定

根据综合评价矩阵pi数值大小，排出方案优劣次序，pi值越大，改造方案最优。

5 旧桥改方案决策工程应用

5.1 工程改造可行与必然性

（1）方案一

5.2 初步改造方案与选取原则

5.2.1 改造方案选取原则

由上可知,镜面过点O且与OM垂直.所以,只要弄清射线OM的方向是如何变化的,镜面的变化规律也就清楚了.为此,考虑入射角α不变,B在xOy平面内的单位圆上变化时,点M的变化情况.

根据本工程实例实际条件，改造方案选取应遵循的原则有：符合尤溪县公路网总体规划；满足交通功能，保证主车流畅通、安全和舒适；满足区域经济开发的需求；尽量减少拆迁；兼顾短期投资和长远效益。

5.2.2 桥位改造方案

结合目前半山村落后的交通基础设施及经济发展缓慢的局面，本项目的建设将改善沿区交通条件，解决小城镇建设无法进行发展规划及基础设施落后状况，缩短绕行距离，对半山村的经济发展及小城镇建设有着十分重要的作用。

桥位在汶潭电站下游约1.6km处，路线平面起点桩号K0+000与半山村村道平交（尤溪河西侧），新建（6×30）m预应力混凝土T梁（桥梁全长189.04）跨越尤溪河，终点位于尤溪河东侧，桥头接线可规划防洪堤的防汛公路结合建设，终点桩号K0+280.65，路线全长为280.65m，如图2所示。路线设计时速20km/h，道路路基宽度拟为8.5m，水泥混凝土路面。本方案桥梁及接线建安费合计约1205万元，沿线拆迁暂列400万元，建安及征迁合计约1605万元。

（2）方案二

方案层集，主要是旧桥改造的备选方案集合。为保证改造方案的最优，列举可能的改造方案，把其中没有竞争力方案首先剔除，然后再把难以取舍的方案建立方案集X。如果有m个备选方案，建立方案集合：X={x1,x2,…,xm}，方案集的元素xi根据被改造桥梁的具体情况确定。

图4为两种桥位改造方案平面示意图。表1列出了桥位改造方案的主要技术对比情况。

图2 方案一桥梁总体布置图（单位：cm）

图3 方案二桥梁总体布置图（单位：cm）

表1 桥位改造方案主要技术对比表

桥梁长度（m）路线总长（m）桥梁净宽（m）桥梁全宽（m）桥梁及接线建安合计（万元）沿线拆迁（万元）建安及征迁合计（万元）备注方案一 189.04 280.65 8.5 9.5 1205 400 1605 含改路方案二 218 357.943 8.5 9.5 1094 93 1187方案二比方案一增加 29 77.3 -111 -307 -418 增（+）减（-）

图4 桥位改造方案平面示意图

5.2.3 桥型改造方案

（1）方案一

在对药品加成政策全面取消后，医院主要收入来源减少，虽然医院及时进行了调整，增加手术等各方面的服务费用，但为了不对消费者造成过重负担，又不能过度进行加价，这就造成医院在收入方面损失严重，为弥补这方面的损失，国家出台相应政策，对医院加大补贴力度。由于各地区经济水平不尽相同，这就造成了一些地区的补贴远远达不到医院正常运转所需要的标准，导致医院必须自行解决一部分财政方面的问题，只能对各种医疗服务收费进行处理，加大了医疗患者的负担，虽然在取消药品加成的影响下，对服务进行收费是一种合理的解决办法，但不合理的抬高价格就会造成看病成本低，但实际消费高的情况的产生，这也是国家不希望看到的。

每一座桥所处的地理环境、地质条件及气候特征都不相同，则每座桥都有不完全相同的改造方案。但各桥梁管理单位基本都摸索出一套适合本地区桥梁改造的经验，在桥梁改造时，要调查和整理他们通常的做法，并充分听取当地专家的意见，确保改造方案是合理和最优的。

（2）方案二

桥梁上部采用（7×30）m预应力连续T梁，上部构造横断面采用4片T梁，梁高2.0m。桥面净宽8.5m，两侧设置防撞栏，总宽9.5m。桥梁下部构造采用柱式墩、肋式台、桩基础。桥墩墩柱直径1.6m，桥墩桩基础直径1.8m、桥台桩基础直径1.2m。桥梁全长218m，如图6所示。

图5 方案一桥梁桥型布置图（单位：cm）

图6 方案二桥梁桥型布置图（单位：cm）

（3）方案三

桥梁上部采用（6×35）m预应力连续箱梁，上部构造横断面采用3片箱梁，梁高2.0m。桥面净宽8.5m，两侧设置防撞栏，总宽9.5m。桥梁下部构造采用柱式墩、肋式台、桩基础。桥墩墩柱直径1.6m，桥墩桩基础直径1.8m、桥台桩基础直径1.2m。桥梁全长218m，如图7所示。

以上三种桥型方案主要技术对比如表2所示。

图7 方案三桥梁桥型布置图（单位：cm）

表2 桥型改造方案主要技术对比表

方案项目 方案一 方案二 方案三桥长（m） 全 长 218 218 218组合长 6×35 7×30 6×35结构特性上部结构 连续T梁 连续T梁 连续箱梁下部结构 柱式墩、肋式台、桩基础 柱式墩、肋式台、桩基础、柱式墩、肋式台、桩基础施工难易度 双导梁，工艺成熟 双导梁，工艺成熟 双导梁，工艺成熟养护难易度 较简单，费用低 较简单，费用高 较困难，费用高工期 较短 较短 较长建安费 全桥（万元） 767.7 885.1 900.3经济指标（万元/m） 3.52 4.06 4.13

5.3 改造方案层次模型建立与评选

影响改建方案的主要因素有荷载等级提高、工程造价、交通影响程度、可持续发展等。其中，交通影响程度、可持续发展等因素对方案的影响具有模糊性，该桥改造方案可利用模糊综合评价法进行优选。

5.3.1 建立评判因素集合 及方案集合

U={u1,u2,…,um}，ui影响方案第 i项因素。

5.3.2 计算模糊综合评判矩阵

根据同一评判因素对三个改建方案的影响度，由业主、专家及有关技术人员根据半山大桥的具体现状，根据同一评判因素对三个改建方案的影响度，按以下方式量化各项指标，然后正则化处理。

（1）结构安全性

（2）建立备选方案集合。

此三个方案上部构造所采用的结构形式均为成熟的施工工艺。30mT梁方案虽然较35mT梁方案上部构造自重轻，但比35mT梁多一跨，泄洪能力较差,造价高；35m箱梁虽然比35mT梁梁片数少6片，但其上部构造自重较大，施工难度较高，造价高，且后期养护难度较高。综合以上分析，三种方案结构相对安全性专家评定值分别为1.0、0.9和1.0。按效益型指标（指标越大越理想）归化处理，各方案 正则化系数依次r11=1.0/2.9=0.345，r12=0.9/2.9=0.310，r13=1.0/2.9=0.345。

增值税是对商品生产、流通、劳务服务中各个环节的新增价值或商品的附加值征收的一种流转税[5]，与以商品劳务的全额为计税依据的营业税相比具有避免重复征税的优点。在增值税下，同一种商品劳务只要最终售价相同，不管经过多少流通环节，其总体税负都相同，从而有利于促进社会专业化分工，避免商品劳务在多环节流转中发生价格扭曲，提高服务业的竞争水平。

（2）工程造价

按成本型指标（指标越小越理想）归化处理，各方案工程造价估算依次767.7万元、885.1万元及900.3万元，正则化系数依次为 r21=1/2（1-767.7/2553.1）=0.350，r22=1/2（1-885.1/2553.1）=0.327，r23=1/2（1-900.3/2553.1）=0.323。

（3）交通影响程度

选择2015年12月—2017年12月接受治疗的100例急性胆源性胰腺炎患者为对象，随机分为两组，每组各50例，对照组男28例，女22例，年龄20～73岁，平均年龄为（42.21±10.67）岁；观察组男26例，女24例，年龄21～74岁，平均年龄为（42.32±10.56）岁。两组患者均进行检查确诊为对急性胆源性胰腺炎，患者在了解实验基本信息后，签署研究同意书。对两组患者各指标进行比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

如前文所述，桥位方案中的方案一位于水尾处与当地建设习惯一致，如项目在本桥位建设，短期内将极大的促进半山村的小城镇建设及经济发展，远期结合纵五线的建设能为仙渡坂的旅游开发做较大贡献，同时促进汶潭村的建设发展。桥梁长度短，造价相对较低。

桥位方案中的方案二与尤溪县、梅仙镇、国省干线规划一致；与村镇进出城关主交通流方向一致；如项目在本桥位建设配合现有的省道S304线及在建横五线，能极大的促进仙渡坂的开发，加快区域经济的发展；征地拆迁量少；项目建设的近远期结合好，总投资小。

按成本型指标归化处理，以原址重建影响系数为1.0，改建桥位方案一影响系数为0.2，改建桥位方案一影响系数为0.1，则桥型三方案依次正则化系数依次为r31=1/2（1-0.1/1.3）=0.462，r32=1/2（1-0.2/1.3）=0.423，r33=1/2（1-1/1.3）=0.115。

（4）可持续发展

方案一和方案二养护及施工较简单，但方案二费用高，方案三养护及施工较困难，费用也高。按效益型指标归化处理，按照桥梁建设满足当前需要，适当照顾未来发展的原则，三方案的影响值依次确定为1.0、0.8、0.4，正则化系数依次为 r41=0.454，r42=0.364，r43=0.182。

(2)管理知识培训。组织对国家、地方及行业的建设法律法规文件进行宣贯，了解各类工程项目建设管理的基本程序、项目各阶段审批要求的前置性条件的主要内容。梳理上级主管部门和设计院内部印发的相关文件，组织相关管理者就项目管理、技术管理和质量管理进行专项培训，引导关注国家政策水平、宏观发展战略。

根据该桥改造方案的特点，各因素相应的权值矩阵B(0.35,0.20,0.15,0.30)。

计算模糊综合评价矩阵：

计算得到：P=(0.396,0.347,0.257)。

如前文所述，值越大，改造方案最优，则桥位布置选取方案二、桥型布置选取方案一，其各项指标综合值相对占优，可选为推荐方案。

5 结语

旧桥改造方案主要取决旧桥技术状况、社会条件及经济条件，它是一个模糊数学问题，用模糊综合评判法，可以很好解决多因素问题，结合层次分析法，分清影响因素主次，用数学手段且定量分析，判断各方案的优劣。影响旧危桥改造方案的因素属多因素问题，同一单因素的对不同方案的影响的程度不一样，不同因素对同一方案的影响往往相消的，尽可能减少人为因素的干扰，保证结论的科学性和客观性。

活动结束要离开台商子弟学校了，才感叹：如此近的一个学校，十年来却没有来了解过，舍近求远往往错过很多机会，教育需要更多的开放！

参考文献

[1]曾小刚,肖盛燮.模糊综合评判法在旧桥加固方案优选中的应用[J].重庆交通学院学报,2003,22（3）:1.

[2]朱建华,张克波,钟正强.基于模糊相似优先比的旧桥加固方案决策[J].公路与汽运,2005,106（1）:79.