基于模糊层次分析法的高层建筑施工安全评价研究
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摘
要
随着我国城市化进程的加快和国家综合实力的增强，作为国家经济建设的发展和国家综合实力象征之一的高层建筑越来越大量的兴建。高层建筑施工安全生产问题已经成为比较严峻的社会问题和建筑领域的“难题”，已引起了全社会的广泛关注。安全生产的核心是安全管理，而如何对施工现场的安全性进行评价是解决安全管理问题的前提。
论文首先对高层建筑安全评价的相关问题从国内外的现状进行了系统的分析和阐述，提出了研究的意义、研究内容、方法以及路线；其次，针对建筑安全评价问题，从安全系统、安全体系以及危险识别三个角度进行了相关的理论研究和论证，对主要的影响要素及研究方法进行了分析，紧接着对安全评价的方法进行了比较和阐述；第三，依据层次分析法指标体系建立的原则，并结合“垠地·中
山城”的工程项目的实际情况，确定安全评价的指标体系，并对指标进行了相应的修正，确保指标的可行性、针对性；最后，建立了基于模糊层次分析法的安全综合评价模型，并进行应用研究。
本论文取得的研究成果主要有：
（1）构建了基于模糊层次分析的综合评价模型，对相关指标的权重的确定做了具体的阐述；
（2）通过结合“垠地·中山城”实证分析以及专家打分的情况，对结果进行
了分析，验证了该模型的可行性以及合理性，同时针对该项目的安全工作特性出发，从人、材、机、环境以及管理方法五个方面提出了相应的措施。
关键词：高层建筑；施工安全管理；层次分析法；模糊综合评价
Abstract
With the speedup of urbanization and increasing national power of China, as one of the symbols of national economic construction and comprehensive national power, more and more high-rise buildings are being constructed. The safety production problems in high-rise building construction has become a serious social problem and a puzzle in construction field and caused widespread attention of the whole society. The core of safety production is safety management, and how to evaluate the safety of construction sites is the premise to solve the problem of safety management.
This paper first analyzes and expounds on the relevant problems in the safety evaluation of high-rise buildings in China and foreign countries and puts forward research significance, contents, methods and rationale. Secondly, in view of the safety evaluation of buildings, it carries out theoretical studies and argumentations from three aspects: security system, safety structure and risk identity and makes an analysis into the major affecting factors and research methods, to make a comparison between different methods of safety evaluation. Thirdly, according to the principle of setting up an indicator system in analytic hierarchy process (AHP), combining the actual engineering project of Zhongshan City (Yindi), the indicator system for safety evaluation is determined and the indicators are corrected accordingly, to ensure the feasibility and pertinence of indicators. Finally, a comprehensive safety evaluation model, based on fuzzy AHP is established and its application is studied, too.
The research findings of this paper are:
(1) It builds a comprehensive evaluation model based on fuzzy AHP and elaborates on the weights of related indicators in detail.
(2) Through an empirical analysis into Zhongshan City (Yindi) as well as the scoring of experts, the results are analyzed. The feasibility and rationality of model are tested. Meanwhile, from the security features of project, corresponding measures are proposed from five aspects: people, materials, machines, environment and management.
Key words: High-rise buildings; Safety management in construction; Analytic hierar- chy process (AHP); Fuzzy comprehensive evaluation
基于模糊层次分析法的高层建筑施工安全评价研究
目录
摘要......................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................... II 第1章绪论. (1)
1.1研究背景及意义 (1)
1.1.1研究背景 (1)
1.1.2研究意义 (2)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.1高层建筑高度界定 (3)
1.2.2高层建筑的施工特点 (3)
1.2.3高层建筑施工的安全评价研究现状 (5)
1.2.4高层建筑施工的安全原因分析 (8)
1.3论文研究主要内容及技术路线 (10)
1.3.1研究内容 (10)
1.3.2技术路线 (11)
第2章建筑安全体系及施工安全评价方法 (12)
2.1安全系统 (12)
2.1.1安全与系统安全 (12)
2.1.2安全系统工程 (13)
2.2建筑安全体系 (14)
2.2.1建筑工程系统安全分析 (14)
2.2.2建筑工程系统安全评价 (15)
2.3高层建筑施工的危险识别 (15)
2.3.1危险源辨识的基本方法与工作程序 (15)
2.3.2高层建筑施工危险类型 (16)
2.4建筑施工安全评价方法探讨 (19)
2.4.1指数评价法 (19)
2.4.2安全检查表法 (20)
2.4.3概率风险评价方法 (20)
2.4.4常规统计法 (21)
2.4.5层次分析法 (21)
2.4.6模糊综合评价法 (21)
2.5本章小结 (22)
第3章基于模糊层次分析法的安全综合评价模型 (23)
3.1高层建筑施工安全评价指标体系构建 (23)
3.2施工安全综合评价模型 (23)
3.2.1 层次分析法确定权重 (23)
3.2.2 模糊综合评价 (26)
3.3本章小结 (27)
第4章施工安全综合评价的应用探讨 (28)
4.1工程概况 (28)
4.2建筑施工安全评价指标权值的计算 (28)
4.2.1第一层指标权值 (28)
4.2.2第二层权值计算 (29)
4.3施工现场安全综合评价 (32)
4.3.1单因素隶属度的确定 (32)
4.3.2第一层模糊层级分析 (36)
4.3.3综合模糊层次评判 (37)
4.4安全对策与措施 (37)
4.4.1项目安全评价结果 (37)
4.4.2“垠地.中山城”项目施工安全控制对策 (38)
4.5本章小结 (41)
结论 (42)
参考文献 (44)
致谢 (46)
第1章绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
高层建筑是城市化和工业化发展的产物。一方面，科技的进步使得大量的新工艺、新材料以及新结构在建筑科学领域出现，从而为高层建筑的发展提供了条件。另一方面，经济全球化促进了世界各国在建筑领域的技术交流与合作，这对高层建筑的发展也起到了一定的推动作用。世界各城市的经济水平达到一定程度后，都在不断发展高层建筑，以取得更大的社会经济效益。高层建筑的优越性主要表现在：第一，可以最大限度利用城市空间，大幅度减少大面积建筑的用地量；第二，使各种市政配套设施建设相对集中，节省了市政投资；第三、由于建筑内部存在横向和竖向交通，从而缩短了各部门的联系距离，并使人口得到集中，从
[1]
而提升了效率。
随着我国经济建设的发展和国家综合实力的增强，国家会越来越重视基础设施建设，建筑业得到了空前的发展机会，而高层建筑作为一个国家软实力的象征，
[2]
随着城市化进程的加快，在我国的发展已是大势所趋。
然而，由于建筑业自身的特点，其向来是一个安全事故不断的高危行业。近年来，我国建筑业的快速发展更是使这一行业特征加剧，建筑安全生产问题已成
[3]
为一个不容忽视的问题。一方面，据不完全统计，我国建筑业每年新增的建设
工程量保持在20亿平方米的水平，而这个数据还在不断增长；作业量大、任务重、
2
安全生产压力大是其最主要的特点；另一方面，由于作业人员素质、作业条件等多方面的原因，与经济技术水平较高的欧美国家相比，我国的安全管理水平相对较差。据调查，在欧美等发达国家，每年因建筑事故所造成的损失约相当于工程总成本的3%，而对照我国建筑行业安全生产的现状，其境况更是不容乐观，每年因建筑事故所造成的经济损失约占到了国民生产总值的2%。
近年来，因为各类事故在工程建设过程中频繁发生，国务院相关职能部门加大了对生产安全的调控力度，建设工程安全问题得到了国家的高度重视。我国相关部门出台了一批建筑工程施工安全相关法规和技术标准，定期开会研究安全生产问题已经成为政府工作的一个重要方面，这使得建设工程安全问题得到了一定程度上改善。但是，一方面，逐年递增的建筑业生产规模仍使得安全事故率居高不下；另一方面，随着经济的发展，生活条件的改善，人们也越来越重视与自己生产生活息息相关的建筑生产安全问题，对建筑安全管理水平也提出了更高的诉
[4] 求。这两方面的因素使得建筑施工安全问题逐渐成为人们关注的焦点问题。
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综上所述，安全管理问题在建筑企业内部管理或外部监督管理中都存在，从
而使我国高层建筑安全工作的开展受到很大程度上的限制。为防止和减少安全事
故的发生，加强施工现场的安全管理以及建立健全高效安全保障体系就显得特别
重要。如何识别、预测建设施工过程中可能发生的危险，怎样找到存在的危险源，
如何针对项目作安全评价。这一系列问题就成为施工安全生产所要研究的重要课
题。
1.1.2研究意义
安全评价，即危险评价，主要是针对工程项目系统安全、建设安全问题，运
用相关的安全系统工程的机理和方法，对建筑施工过程中存在的危险以及有害的
因素进行及时有效地识别和分析，制定相应的防范措施减少或控制事故发生。本
文试图从高层建筑安全体系、危险识别同工程建设实际相结合，深入探讨施工过
程中影响安全的主要因素，这一研究具有以下意义：
1.探索高层建筑安全综合评价方法
通过对高层建筑安全综合评价的方法进行研究比较，探索出适合该建筑工程
项目安全综合评价的方法，找出影响施工安全的主要因素，为进行安全系统危险
识别以及制定相应的控制措施提供有效的参考价值，为提高整个建筑安全性能以
及企业的整体效益提供最优的方法和措施。
2.安全综合评价实证分析有效指导建设项目进行
通过提出高层建筑施工安全评价指标体系，建立基于模糊层次分析法的综合
评价模型，综合实践，使之有效地控制施工过程中不安全风险因素的发展，减少
或避免安全事故的发生，指导建设施工安全作业；同时，安全综合评价可有助于
改善整个建筑施工项目的管理和实施，促进建筑项目在建设过程中的安全问题的
解决，提高建筑行业的建设水平，可有效指导建筑施工项目的顺利进行，对施工
安全进行及时且有针对性地预测、预防，对工程实践具有重要的指导意义和实用
价值。
1.2国内外研究现状
高层建筑自古就有。公元前280年，埃及修建了一百多米高的亚历山大港灯
塔，为石结构。公元523年，高四十米的中国河南登封嵩岳寺塔建成，为砖结构。公元1056年，高约六十七米的山西应县佛宫寺释迦塔完工，为木结构。
美国是现代高层建筑的发源地。1883年，11层高的某保险公司大楼在芝加哥
落成。1974年，芝加哥建成号称世界最高建筑的威尔斯大厦，高433米。近些年来，日本的高层建筑也发展得较快，位于东京的池袋阳光大楼就有60层，高433米。1998年，吉隆坡的国家石油公司双塔大楼建成，共88层，高452米，为高轧制钢梁支托的金属板及钢筋混凝土结构。
1.2.1 高层建筑高度界定
[5]
高层建筑是指超过一定高度和层数的多层建筑 。
如何界定和区分高层建筑，每个国家制定的标准并不一样 。如德国规定高层 建筑的起点高度为 22米；美国则为： 24.6米或 7层；英国是 24.3米；日本的标 准相对较高一些，为 31米或 8层。
就我国而言，建筑领域不同定义也会不同，根据新版《高层建筑混凝土结构 技术规程》，住宅楼宇及房屋层数超过 10层和高度超过 24米的其他民用建筑为高 层建筑。
在《民用建筑设计通则》中，民用建筑分类需符合下列规定：
（1）住宅建筑以层数划分： 3层及 3层以下为低层住宅； 4至 6层为多层； 7 至 9层为中高层； 10层以上为高层。
（2）就民用建筑（不包含住宅）而言，高度在 24米以下的为单层和多层建 筑， 24米以上的则为高层建筑。
（3）超高层建筑指高度超过 100米的民用建筑。
《高层民用建筑设计防火规范》规定， 10层以上（包括 10层）的居住建筑 以及建筑高度在 24m 以上的公共建筑为高层建筑。
1.2.2 高层建筑的施工特点
就施工技术层面而言，高层建筑施工在某些方面与低层及多层建筑有相似之 处，例如建筑、结构、设备等。但随着高度的增加，施工条件产生变化，因此， 高层建筑施工也具有了其固有的特点，比如工程质量要求高，对施工技术和组织 [6]
管理要求也更高。除此之外，高层建筑施工还具有如下特点 ：
2010年，阿拉伯联合酋长国的迪拜塔在其首都迪拜落成，162层，高828米，为管状多塔组成单式结构。
20世纪20年代开始，高层建筑逐步在中国兴起，一批有代表性的高层建筑陆续被建成。改革开放后，各大城市更是掀起了修建高层建筑的热潮。1985年底，深圳国际贸易中心大厦落成，地上50层，地下3层，高160米。1998年，上海金茂大厦在上海浦东建成，地上共93层（包括尖塔楼层），地下三层。2008年 8月底完工的上海环球金融中心地上共 101层，高492米，楼高在国内排名第二，世界排名第三。2003年，香港国际金融中心完工，共88层，高415.8米。同年建成的台北101大楼高508米。地上101层，地下3层。2010年9月底，上海紫峰大厦竣工，地上89层，地下3层，高450米。另外还有一批正在建设的工程，如将于2014年完工的上海中心大厦高度为632米，地上
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1.工程量大、工序多、配合复杂
高层建筑工程量大，人员、材料、机具设备需求量庞大且复杂，材料用量通
常以吨为计量单位。同时，工序繁多，实行多工种、多工序联合交叉施工，施工
组织难度大。
2.施工准备工作量大
由于高层建筑主要在城市中修建，周边环境复杂，用地受限。因此，为确保
工程顺利进行，应尽量减少材料储存及在施工现场制作而挤占施工场地的情况，
建设所需的材料应尽量采用半成品材料，如预制商品混凝土构配件。另外，高层
建筑体积大，建筑物资需求量大，品种多，运输量及采购量也极大，为确保施工
正常进行，需提前做好与施工准备相关的工作。
3.施工周期长、工期紧
据相关统计资料，单栋高层建筑工期一般为2～4年，结构工期为3～10天一层，通常是多班连续作业，冬、雨期仍需正常施工，周期长，工期紧。为保证施
工质量和施工安全，应严格按照施工方案和施工组织设计进行施工，以确保能如
期保质完工。
4.基础深、基坑支护和地基处理复杂
基于高层建筑施工时自身稳定性的考虑，其基础一般较深，根据建筑高度的
不同以及稳定性要求，至多可建成4层地下室。但基坑开挖以及地基处理的技术
较为复杂，开挖时可能会引起周边建筑市政设施的沉降，且对支护结构的强度位
移变化要求高，若因基坑失稳引发安全事故，损失很大。
5.高处作业多、垂直运输量大
高层建筑高度一般都在45米以上，施工时高空作业多，材料、机具设备、作
业人员甚至建筑垃圾均需通过垂直运输机械运输，对运输机械性能要求较高，需
合理选择运输设备以提升工作效率。
6.层数多、高度大，安全防护要求严
由于高层建筑层自身的特点，施工难度相当大，高层建筑施工时的安全防护、
物资供给、消防措施、通信联系、垃圾处理等问题是其施工过程的主要难题。随
着建筑物高度增加，高层建筑施工也对垂直运输设备性能也提出了较高的要求。
另外，高层建筑内部作业场地狭窄，需采用纵横向交叉作业，且高空作业多，因
此需采取多种高空安全防护措施。为了确保高层建筑下的行人安全，施工单位应
高度重视高层建筑施工过程的安全防护工作，尤其应注意防范高空坠物打击事故。
7.结构装修、防水质量要求高，技术复杂
为了满足高层建筑的相关性能要求，其内外部结构的装修标准均需维持在一
个较高的水平上。高层建筑的内外部墙面以及内部管道均不应出现渗漏水的情况，
结构装修的材料和施工质量都需要达到优良的水准，施工技术保障措施需完善，
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应大量采用先进的工艺、技术、材料以及机具设备，总而言之，应确保高层结构
装修能体现出当前高层建筑施工技术的发展趋势。
为了满足高层建筑的相关性能要求，其内外部结构的装修标准
8.平行流水、立体交叉作业多，机械化程度高
在进行施工时，一般都采取立体交叉、平行流水作业以及机械化施工的方式，
一是为了扩大作业面，二是提升工作效率，这就要求解决好不同工种、不同工序
在建筑物内部上下层次之间及横向作业的交叉配合问题，以确保施工有章法的稳
步进行。
同时，高层建筑施工时，由于存在大量高空作业以及建筑物本身的复杂性，
许多关键技术问题有待解决，这就对施工人员和施工技术都提出了很高的要求。
此外，高层建筑施工时易影响周边环境，高层建筑主要在城市修建，施工区
域附近建筑物多，而施工开挖的又都是深基坑，易造成周边建筑物地基沉降变形
或破坏。因此，在作业期间施工单位应重视周边区域的环境保护和加强建筑物的
沉降监测。
1.2.3 高层建筑施工的安全评价研究现状
随着我国经济水平的提高，城市化进程加快，国家加大了对基础设施的投资
力度，使得建筑施工企业和施工作业队伍不断增加。2003年，建筑业从业人数为3893万人，总产值约为220亿元。到了2012年，全国建筑业总产值达135303亿元，建筑行业急剧扩张所造成的直接后果是从业人员素质不高，而安全管理难度
加大，从而导致安全事故层出不穷，安全形势不容乐观。
1.2.3.1国内外建筑工程安全的研究现状
1.我国建筑工程安全管理研究现状
多年以来，建筑安全事故率一直居高不下。从建筑业各个时期的安全事故统
计数据可以看出，凡是政府和企业对施工安全重视、相关监督监管措施较为完备
的时期，安全事故就会减少；反之，事故率则会上升。
因此，要减少安全事故的产生，企业需重视施工安全工作，监督监管措施要
到位，不断提升管理和施工人员的安全生产素质；运用先进的技术对安全防护设
施进行全面改造；严格执行各项安全生产管理规定；加大安全检查的力度；落实
安全经费的使用情况；定期对施工机械进行维护；规范施工现场用电；同时必须
对建筑施工安全加大研究力度。
对于开展建筑施工安全管理方面的研究，我国起步较晚，但近些年来加快了
发展步伐。主要集中体现在企业的安全管理体制、安全管理机制，标准化系统化
的安全管理，建筑工程的安全评价以及安全事故造成的损失的研究上。
当前，为有效提升安全管理水平，部分学者采用了更为先进的管理方法进行
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了试验探讨。但是，总体来说，具有很强针对性的、全面性的、行之有效的办法 去解决或者大量减少目前我国在建筑领域不断出现的安全管理问题的研究成果仍 然不多。
李敏认为企业良好的安全管理制度有助于提升企业安全管理水平，应该加强 [7]
安全管理制度的建设 ；张文琪指出，安全文化是一个企业安全生产的灵魂，企 [8]
业良好的安全文化可以促进员工的安全意识的形成 ；马兆国认为，建筑企业良 好的安全文化有助于改善安全管理水平，起到提升企业经济效益的作用。杨君华 [9]
指出，确定好安全教育培训的目标和指标是做好安全教育工作的前提 ；李建友 认为，要最好安全生产管理工作，就必须要明确好一个项目安全管理的重点和难 点，有针对性的最好安全防护措施，减少事 故发生 [10]
；张彦民指出，建筑企业员
工的素质是施工安全管理中最关键的因素之一 [11]；黄世国对建设工程安全管理 PDCA 循环的操作过程和全新方法进行了研究，以期减少建筑安全事故率，进而 提升建筑业的社会经济效益 [12] ；王原认可建设安全工作的重要性，对建设工程安 全管理的特点及存在的问题做了说明，进而提出改进建设工程安全管理的方法
[13]。华燕、王际芝强调了安全管理标准化的重要性，并认为项目管理层应采取标
准化管理手段来保证建筑工程施工安全 [14] 。
2.国外的建筑工程安全管理的研究现状
安全管理的目的是通过危险预警来控制甚至杜绝事故的发生，在建筑安全领 域，国外的研究人员已做了多方面的工作，并且有较多的成果 [15] 。
Lingard 和 Rowlinson 在行为因素理论的基础上，提出了行为安全管理的方法。 其主要是通过设定建筑施工安全管理目标，然后与安全评价的结果相对照，针对 实际情况，采取相应的处理措施 [16] 。
Blair 认为，所有施工安全相关方都应参与到安全管理中，只有设计、施工、 业主、监理等相关责任单位全面介入到安全管理中来，才能促 使企业采取有效的 安全管理措施并最大限度的提升施工现场的安全水平 [17] 。
Levitt 和 Parker 指出，项目决策层和管理层的安全意识对施工安全很重要， 一个经常开展安全教育培训的企业，其保证安全施工的能力要较不开展正规培训 的企业要高得多 [18] 。
Sangoub 等采用专家咨询的手段识别系统中的危险因素，并对这些因素进行 分析以评价系统的安全程度，还研究了所有相关因素对施工安全的影响程度，研 究结论认为，与单因素相比，多个影响因素相互作用造成的事故的可能性要大得 多[19] Geller 指出所有建设项目相关人员都是其安全管理系统不可或缺的一份子， 都应当参与到项目安全管理中来 [20]
。
。
Bird 的研究成果认为，管理不当所造成的人的不安全行为是导致多数事故产
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生的主要原因 [21] 。
Hinze 和 Figone 指出，对中小型项目而言，项目分包方是否按进度计划来组 织施工对施工安全影响重大，严格按计划施工的项目安全境况相对要好，而对大 型项目而言，总承包方对分包方的监管是否到位是影响施工安全的最主要的因素
[22]。
Randall S Harper 等研究认为，施工人员对危险行为的防护意识与合理的安全 管理程序可以有效的控制事故的发生，增加作业人员的安全度 [23] 1.2.3.1国内外建筑工程安全评价的研究现状
。 1.我国的建筑工程安全评价研究现状
自上世纪 80年代“安全系统工程”这个概念在我国出现以来，经过几十年的 研究发展，其在安全管理方面的作用逐渐受到了人们的重视。近几年来，国内安 全事故频发，相关行业尤其是危险系数高的建筑行业对其的依赖性进一步加强， 其在建筑施工安全管理方面的作用不容忽视。我国研究者在学习总结国外先进安 全相关理论和方法的基础上，结合安全系统工程的基本理论，探索出适合我国建 筑安全管理现状的安全分析和评价方法，对提升我国建筑安全管理水平起到良好 的推动作用。
程杰认为，控制安全事故发生的关键在于明确 项目建设中的安全状态，故而 提出了在建筑安全管理中引入了安全评价的理念 [24] 次分析法对施工过程进行安全评价从并根据评价结果对其分级 [25]
层次分析法和模糊评价方法，对建设工程施工作了安全评价 [26]
种针对建设工程安全事故的综合评价模型，该模型建立在 Vague 相似度量理论的 基础上 [27] ；丁传波等人运用模糊综合层 ；卢岚等学采用 ；钮永祥等提出一 ；雷中英等通过建立物元模型及关联函数，结合与建设工程安全评估有 关的因素，基于物元分析方法对建设工程安全分级评价做了研究 [28] 。
2.国外的建筑工程安全评价的研究现状
上世纪六十年代，美国率先在安全评价领域开展了相关研究，并推广应用形 成了相关领域的系统安全评价方法。经过几十年的发展，其在安全预警方面的作 用逐渐为人们所重视，世界各国各领域相继提出具有应用价值的安全评价方法。 近些年，建筑领域的安全评价方法的研究也取得了较多的成果。
20世纪 70年代中期，全面评价美国商用核电站危险状况的研究成果由 AEC 完成并在麻省理工学院公开发表，在全球科学界和工程界引起轰动。为了达到某 一安全标准或提升安全水准，一个安全绩效评估体系由 S.Thomas Ng 等人提出， 用来控制和检测施工企业的安全行为 [29]。cameron 和 Duff 提出了一种有效的评价 模型并验证了其良好的评价效果。为了提升承包商的管理有效性，一种针对安全 管理系统作评价的方法由 Youngsoo Jung 等人提出。 Youngsoo Jung 认为，安全管 理信息系统有助于工程项目的安全管理 [30] 。为了对安全管理水平和施工安全状态
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作出合理的评价，基于实测和统计取得的数据，澳大利亚的Mohamed尝试建成一种安全指标体系，从而为明确安全业绩指标和施工现场安全管理指标的关系作
出了贡献[31] 。
1.2.4 高层建筑施工的安全原因分析
安全，是指在生产过程中，系统的运行不会对人类产生超出自身接受能力的
危害的状态[32] 。对高层建筑施工而言，安全问题主要来源于两个方面，高层建筑
自身的特点是一个方面，另一方面则源自施工安全管理和控制，当然，政府及法
律监管也是原因之一。
1.高层建筑施工自身的安全问题
近些年，随着建筑业的蓬勃发展，建设工程量越来越大，高层建筑越建越高，还出现了许多新的建筑形式，但同时也带来了相当多的问题。与一般建筑相比，
高层建筑由于自身的特点，其在施工过程中更容易发生各种事故。
高层建筑的施工作业环境主要是高空，作业条件复杂，因高空坠物致人死亡
的事故时有发生。此外，较平地而言，解除高空作业过程中产生的火警的难度要
大得多。因而，必须采用高层建筑施工安全技术以解决这些高空作业引发的不安
全的因素。
高层建筑施工相交作业多。高层建筑内部是一个垂直空间，施工作业多层次化，上下层次之间交互作业时，可能导致伤亡事故的发生。
高层建筑施工由于工序多，流程复杂，作业人员流动性大，安全管理相对复杂，容易引发事故，因此必须落实好各项安全管理制度，严格执行相关奖惩措施。
高层建筑建设周期长。一般是1~2年两年，在此期间，相关施工设备可能会
随环境等因素的改变导致性能异常，因此，在高层建筑施工期间，必须警惕由于
时间延续而产生的安全隐患。
高层建筑施工时，物料的提升困难，需要借助塔机、施工电梯、混凝土输送
泵等设施进行输送，需防止因设备异常而造成的安全事故。
高层建筑的露天作业多，作业易受天气条件的影响，风雪雷电都可能对作业
人员造成伤害。
2.施工安全管理和控制的问题
目前高层建筑施工安全管理最主要的问题包括三方面[33]
：管理基础薄弱；管理制度不完善；安全监理不到位。
管理基础薄弱。高层建筑安全防护技术的研究基础薄弱，难以产生具有较高
应用价值和市场导向型的安全防护成果；与发达国家比，我国对建筑安全管理的
重视程度不够，施工安全防护措施跟不上实际的需要；另外，施工管理人员缺乏
安全意识，安全素质较低，应急能力不够，这些都是导致安全事故频发的原因。
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管理制度不完善。部分企业的安全管理组织机构不完备，没有安排专职的安全管理人员，导致施工安全管理措施难以落实到位，安全管理制度形同虚设。
安全监理不到位。有些工程监理单位和人员对自身的职责认识不清，安全意识薄弱，不能主动的开展监理工作；而部分监理人员由于工程经验不足，不能及时发现安全隐患，故难以有效的开展监理工作；施工单位安全经费投入不足，安全防护设施配备不齐，也是安全监理工作难以开展的原因。
3.政府法律和监管方面原因
在过去，安全管理一直由政府主导。但随着我国建设工程投资体制的改变，现行的建筑生产方式与原有的建筑生产安全管理已不相适应，这使得政府主导的管理模式中出现了很多漏洞。另外，社会监督体系不健全，政府监管乏力，建筑安全相关法规不完善，导致安全管理难以有效进行，与市场经济环境相适应的建筑安全管理体制尚未形成。
另外，我国法律中的“环境与健康”这一部分过于薄弱；譬如，现行《建筑
法》仅有一章与施工安全生产的监督管理有关，提及了建筑安全生产管责分工。由此可见，我国建设工程安全管理工作还没能完全实现行业管理，而是一种分散管理状态。这导致了建筑安全管理标准和模式不适应，管理工作的职责相互交叉，难以厘清。
4.企业安全管理方面的原因
（1）建设单位将工程发包给资质或能力不够的单位甚至非法施工队伍，或向施工单位技术交底不全面，导致了施工作业现场出现不安全的因素。
（2）勘察设计单位违规进行勘察或设计工作，造成相关成果出现问题，进而导致施工作业过程中出现安全隐患。其次工程监理单位玩忽职守，未认真履行监理职责，也是造成施工安全风险的一个原因。
（3）政府为地方发展，拉动内需，加大基建投资的力度，同时鼓励建筑业发展，调整建筑企业准入政策，从而使得施工企业和队伍不断壮大。在建筑施工活动中，因为施工单位处于主体地位，所以建筑安全问题主要由施工单位造成。具体表现在安全管理组织机构不健全；安全管理制度不落实；作业人员安全意识不强，整体素质不高，对新工艺和新材料的认识和准备不充分；市场行为不规范等多方面。
高层建筑安全事故的发生通常有以下原因：
（1）部分建设单位不按相关法律规程操作，将工程分包出去，且要求分包方垫资施工，导致分包方安全生产经费不足，安全防护措施难以到位。另外，由于压缩工期造成了交叉施工和疲劳作业，更加剧了安全风险。还有一些监理单位不认真履行职责，只重质量，而对安全生产的重视程度不够，导致安全监理工作不能有效开展。
基于模糊层次分析法的高层建筑施工安全评价研究
（2）部分施工单位的安全生产管理制度不健全，安全生产责任制度不落实，从而导致施工单位管理不到位。施工生产安全保障措施不足，作业人员安全技术
知识缺乏，某些施工单位甚至将作业任务承包给不具备相关作业条件或不具有相
应施工资质的作业单位和人员。
（3）有些地方的建设工程安监机构人员不足，经费来源缺乏，安全监督作用不能有效发挥。而建设工程从业人员素质又不高，一些单位为了赶工期，使用没
有经过安全生产培训过的农民工，他们安全意识薄弱，自我安全防护能力很差，
以上种种，直接导致施工安全不能得到有效保障。
（4）工程大部分实行低价中标。由于建筑市场竞争激烈，竞标单位相互压价，使得大部分中标价都低于标底价。
虽然相关法条规定投标价不可以低于成本价，但由于成本价难以准确的界定，不具备可操作性。而依据现行的工程量清单计价方法，多数情况下，安全措施费
费用太少，且中标价过低，施工单位往往挤占安全费用以维持经营。这种做法给
安全生产带来极大隐患。
（5）在一些地方，各类开发投资及旧村改造项目违法违规建设的现象较为严重，部分工程没有履行相关的建设审批手续便直接进行施工，从而导致缺乏有效
的监督，给建设工程增加了安全隐患。
（6）目前，大部分施工企业未能有效运用信息管理手段来提升管理水平，应充分利用先进信息技术来加强安全生产管理。
1.3论文研究主要内容及技术路线
1.3.1 研究内容
本论文对国内高层建筑施工管理现状进行了深入的调研，结合安全评价相关
原理，对建筑施工安全评价作了深入的研究，并采用模糊层次分析法对高层建筑
施工安全作了评价。模糊层次分析法安全综合评价是建立在对特定的安全事故进
行质化分析的基础上，基于事故成因的不同，对各个因素赋予相应的值（权重），并逐级归类评价因素，最后形成了分级综合评价结果。
本文主要研究内容如下：
（1）据相关资料对我国高层建筑施工事故频发的原因作了详细分析，经归纳总结后认为控制事故发生的关键是要对施工过程作风险预测。
（2）建立高层建筑工程安全系统和选择安全评价方法。
（3）确定高层建筑施工安全评价指标体系。
（4）运用模糊层次分析法的相关原理和方法对影响事故发生的指标做权重计算。
工程硕士学位论文
（5）利用模糊层次分析安全综合评价方法对建筑安全进行评 价并根据评价结 果采取对应的施工安全保证措施。
（6）进行讨论和总结。
1.3.2 技术路线
本论文在总结安全生产基本知识、基本理论的基础上，分析了典型安全体系 中的人、机及环境组成因素及其关系，并对高层建筑施工危险进行识别，建立了 辨识危险源的基本方法，组建了相关工作程序，确定了高层建筑施工危险类型的 分析。同时，对建筑施工安全评价方法中的指数评价法、综合评价法、安全检查 表法、概率风险评价法、常规统计法、层次分析法、模糊综合法等方法进行了阐 述，最后，结合层次分析法及模糊层次法的优点，确定模糊层次分析法作为本论 文综合评价高层建筑施工安全的评价方法，并运用在一个具体的建筑工程实例中， 通过上述研究，以期在对我国高层建筑工程安全评价工作的开展起到积极的作用。
本论文技术路线如图 1.1所示。
收集资料、现场调查研究
建筑施工安全评价方法
建筑安全体系 高层建筑施工危险识别
概 安 机 层 次 分 析 法 综 合 评 价 法
指 数 评 价 法
常 规 统 计 法
率 风 险 评 价 法
高 处 坠 落 物 体 打 击
械 和 起 重 伤
触 电 事 故
全 检 查 表 法
机 械
环 境
人
基于模糊层次分析法的高层建筑 施工安全综合评价应用研究
结论与展望
图 1.1论文技术路线图
基于模糊层次分析法的高层建筑施工安全评价研究
第2章建筑安全体系及施工安全评价方法
2.1安全系统
2.1.1 安全与系统安全
安全，是指无事故、无隐患的一种状态。安全存在于人类生活的每一个领域，其无时不刻的对人类的生产活动产生影响，是人类最基本的需求之一。可以说，
安全问题伴随人类的出现而产生。
安全问题是一个复杂的系统工程问题，采用系统工程的原理来解决安全问题的方法就叫安全系统工程。安全系统存在着客观性和特殊性，其客观性是毋庸置
疑的，而其特殊性或可概括为如下几点[34] ：
1.系统性
构成安全系统的因素多而且杂，各因素之间联系紧密，相关性高，相互之间大多存在一定的重合度。安全系统是由人、机械和环境有机组合而成的系统，其
相互之间的关系如下图 2.1所示。
人
环境
机械
图2.1安全系统典型的组成因素及其关系
2.开放性
安全系统是客观存在的。这是由于安全系统有其物质基础。但同时安全系统是寄生在客体（另一个系统）中。若将客体视为黑匣子，根据“三流”（能量流、
信息流及物流）穿过客体的流量变化趋势，安全系统可判断出危险发生的概率大小，由此可以认为安全系统是一个开放性的系统。
3.确定性与非确定性
制约系统演化的规则是确定性的称之为“确定性”。而“非确定性”是指演化
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方向和结果不能被精确预测的性质。
非确定性包括模糊性和随机性。
“随机性”可能的来源有二：其一是在无外在因素干扰的情况下，“确定性”
系统自行演化形成，即本质随机性。其二则是在外在因素随机作用下产生，即外在随机性。由于环境亦是安全系统的组成成分，所以这二者在安全系统中并无绝对的区分。
“模糊性”是指对事物的类别没有进行明确区分而造成判断上的不确定性。
就安全系统而言，指的是系统构成要素之间以及目标和构成要素的相互作用关系不明确。系统中存在的主观模糊性和客观模糊性可能是前述“不明确”的主要来
源。例如，基于模糊数学相关原理建立的描述安全运行轨迹的数学模型就存在主观模糊性。这是因为数学模型在许多情况下是很难“精确地”定义系统内各要素
及目标之间完整的相互作用关系。当然，前述问题的出现并不可完全归咎于系统自身的不确定性，还可能是由于人对安全系统的理解存在偏差造成的（即主观模糊性）。对于一个系统来说，由于其安全评价体系不可被精确量化，故而在系统安全评价中存在客观模糊性。
4.有序与无序
有序是指系统各构成要素间的关系是稳定的、规则的，时空有序和结构有序是其主要表现形式。无序是指系统各构成要素之间的无规律性。不稳定、无规则是其常规属性。混沌序是介于有序与无序之间的一种状态，相对于有序态，其不存在严格的对称性和周期。据相关理论，演化中的系统各性质相异的序之间可互相转化。而序的类型及系统是否能承受特定序的运动直接决定了系统序的转化结果是否会造成不良后果。系统在演化时，其各种性质能通过内部结构的变化表现出来。
5.突变性或畸变性
安全系统存在突变性或畸变性。从哲学原理上来看，渐变、突变或畸变可用于描述事物从量变到质变的过程。而一个安全系统中，事故的发生也符合这一过程，如果说，安全系统的渐变只是说明事故有发生的可能性，那么系统的突变或畸变则体现了事故发生的必然性。
综上述，安全系统与其他系统相比，既有相似性又有特殊性，而其特殊性是它与其他系统相异的根本原因。
2.1.2 安全系统工程
安全系统工程，是在系统理论的指导下，运用系统工程学原理对安全生产和管理进行研究的新学科[35] 。其主要研究内容有：识别系统中存在的危险因素；对安全事故进行分析和预测；消除或控制系统中潜在的危险因素。对安全系统工程
基于模糊层次分析法的高层建筑施工安全评价研究
进行研究的主要目的是通过控制系统的风险，使系统的安全性符合预期目标。
对这个定义，可从以下三个方面解释：
（1）安全系统工程的关键点是：识别系统中存在的危险因素；对安全事故进
行分析和预测；消除或控制系统中潜在的危险因素。
（2）安全系统工程的目标是使生产条件安全化，在现有条件下尽可能减少事
故的发生，保证系统整体的安全水平。
（3）安全系统工程是建立在系统工程学和安全工程学基础上的学科。
2.2建筑安全体系
建筑安全系统工程，是指在系统论的指导下，运用工程学原理结合建筑专业
知识对建筑安全生产和管理进行研究的技术，它是安全系统工程的一个分支 [36]
。它的主要技术手段是安全决策与事故控制以及安全分析与评价。
2.2.1 建筑工程系统安全分析
对引起建筑工程系统故障或事故的不安全因素进行分析，以确定各因素之间
的作用关系，称之为建筑工程系统安全分析。其主要内容如下：
（l）对可能诱发事故的直接或间接的不安全因素及其作用关系进行研究和分
析。
（2）对与系统相关的人的因素、物的因素、环境因素以及其他因素进行研究
和分析。
（3）对可采用合适的工具、技术、材料及规范来处理某种特殊危险因素的方
法进行分析。
（4）对潜在不安全因素所采取的控制措施及其操作方法进行调查和研究。
（5）对不能被彻底消除的不安全因素失控或削弱控制可能导致的后果进行调
查研究。
（6）对为了防范不安全因素失控而采取的安全防护措施进行能源节约方面的
调查研究。
在建筑领域应用的系统安全分析主要包括以下几个方面：
（l）对深基础、高层建筑等作业条件复杂的构筑物进行施工时，需采用安全
分析方法对其安全施工条件进行评价。
（2）设计重要安全设施时，应进行安全评价。
（3）对于重大工程建设项目，系统安全分析方法可起到全面协调施工组织和
管理的作用，使施工阶段和过程衔接顺利，从而保证了施工安全。
（4）系统安全分析方法对条件复杂的施工作业具有较好的指导作用，可有效
帮助处理好施工安全管理中的各种关系。
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（5）建筑企业确定本企业安全规划时，要对自身过去的情况、现在所具备的条件以及规划方向作一个系统分析，并根据分析结论确定规划目标并整理出方案，然后依实际情况进行优化。
要减少或避免建筑施工安全事故的发生，就必须能预测或提前找出建筑工程
系统中存在的安全隐患，并有针对性的采取相关安全举措，以提升建筑工程系统
的安全性。换而言之，系统安全分析的目的就是对系统可能发生的危险进行预测。
危险是指系统内部和外部的一种蛰伏状态，一旦被诱发，则可能导致人员财
产损害及工作环境破坏。
危险源是指可能造成人员财产损害及工作环境破坏的潜在的危险因素，其构
成要素包括：①诱发条件；②潜在的危险；③存在条件。
根据危险源在事故起因和造成损害方面所起作用的不同将其分成以下两类：
一类危险源，就是指可能意外释放的能量或危险物质。
二类危险源：指系统中的相关安全防护措施突然失效或被破坏而引发的危险
因素，如管理不善、设备失灵以及操作失误等。
通过发掘系统中的不安全因素并依具体情况对其进行定量、定性描述的方法
就称为建筑工程系统安全分析。
2.2.2 建筑工程系统安全评价
建筑施工过程中的安全评价目的是降低安全事故的发生率，减少事故损失，
确保安全生产，提高生产安全管理效率，使经济效益最大化，而为达到这一目的，我们需对系统的各因素进行辨识和分析。所以，系统安全分析的目的就是为了进
行安全评价。通过分析明确系统中的安全隐患并判断事故发生的可能性及造成损
害的程度，然后以这些因素作为依据进行安全评价。
进行系统安全评价时，首先需对系统中的危险因素进行全面分析并形成评价
指标，依据评价结果，采取相应降低风险的措施。目前，国内建筑业施工安全评
价主要参照《施工企业安全生产评价标准》执行。
2.3高层建筑施工的危险识别
2.3.1 危险源辨识的基本方法与工作程序
危险源辨识，指的是对危险源进行识别并掌握其特征的过程。通过危险辨识，全面发掘系统中的潜在危险因素并进行相关分析，进而可了解系统的危险状况。
但目前已存在的危险辨识方法多都是针对特定对象的，因此，在开展系统危险辨
识工作时，需针对具体研究对象的特征选择相应的分析方法。
危险辨识的主要工作包括以下几方面[37] ：系统掌握主要事故特征；全面了解系统的危险因素的分布状况、内容等信息；一旦危险发生，其能对人体造成伤害
基于层次分析法的模糊综 合评价模型 Prepared on 22 November 2020
2016江西财经大学数学建模竞赛A题 城市交通模型分析 参赛队员:黄汉秦、乐晨阳、金霞 参赛队编号：2016018 2016年5月20日~5月25日
承诺书 我们仔细阅读了江西财经大学数学建模竞赛的竞赛章程。 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C中选择一项填写）：A 我们的参赛队编号为2016018 参赛队员(打印并签名)： 队员1.姓名专业班级计算机141 队员2.姓名专业班级计算机141 队员3.姓名专业班级计算机141 日期：2016年5月25日
编号和阅卷专用页 2016年5月15日制定
城市交通模型分析 摘要 随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快，我国机动车保有量及道路交通流量急剧增加，交通出行结构发生了根本变化，城市道路交通拥挤堵塞问题已成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一。本篇论文针对道路拥挤的问题采用层次分析法进行数学建模分析，讨论拥堵的深层次问题及解决方案。 首先建立绩效评价指标的层次结构模型，确定了目标层，准则层（一级指标），子准则层（二级指标）。 其次，建立评价集V=(优，良，中，差)。对于目标层下每个一级评价指标下相对于第m 个评价等级的隶属程度由专家的百分数u 评判给出，即U ＝[0,100]应用模糊统计建立它们的隶属函数A(u)，B(u)，C(u)，D(u)，最后得出目标层的评价矩阵Ri ，（i=1,2,3,4,5）。利用A,B 两城相互比较法，根据实际数据建立二级指标对于相应一级指标的模糊判断矩阵P i （i=1,2,3,4,5） 然后，我们经过N 次试验调查，明确了各层元素相对于上层指标的重要性排序，构造模糊判断矩阵P ，利用公式 []R W R W R W R W R W W R W O 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 ,,,,==计算出权重值，经过一致性检验公式 RI CI CR = 检验后，均有0.1CR <，由此得出各层次的权向量()12,,T n W W W W =。然后 后，给出建立绩效评价模型（其中O 是评价结果向量），应用模糊数学中最大隶属度原则，对被评价城市交通的绩效进行分级评价。 接着在改进方案中，我们具体以交叉口为中心建立模型，其中包括道路长度、宽度、车辆平均长度、车速等等考虑因素。通过车辆排队长度可以间接判断交通拥堵情况，不需要测量车速、时间等因素而浪费的人力物力和财力，有效的提高了工作成本和效率。为管理城市交通要道提供了良好的模型和依据。 【关键字】交通拥堵层次分析法模糊综合评判绩效评价隶属度 一、问题重述 随着我国经济社会持续快速发展，群众购车刚性需求旺盛，汽车保有量继续呈快速增长趋势，2015年新注册登记的汽车达2385万辆，保有量净增1781万辆，均为历史最高水平。汽车占机动车的比率迅速提高，近五年汽车占机动车比率从%提高到%，群众机动化出行方式经历了从摩托车到汽车的转变，交通出行结构发生了根本性变化。 2015年，小型载客汽车达亿辆，其中，以个人名义登记的小型载客汽车（私家车）达到亿辆，占小型载客汽车的%。与2014年相比，私家车增加1877万辆，增长%。全国有40个城市的汽车保有量超过百万辆，北京、成都、深圳、上海、重庆、天津、苏州、郑州、杭州、广州、西安11个城市汽车保有量超过200万辆。全国平均每百户家庭拥有31辆私家车，北京、成都、深圳等大城市每百户家庭拥有私家车超过60辆。
一、引言 层析分析法是将定量与定性相结合的多目标决策法,是一种使用频率很高的方法,在经济管理、城市规划等许多领域得到了广泛应用。由于其结果受主观思维的影响较大,许多科研工作者对其进行了深入的研究,将模糊理论与层次分析法相结合,提出了模糊层次分析法。为克服层次分析法中判断矩阵的一致性与人类思维的一致性存在的显著差异,文献[1-2]引入了模糊一致矩阵。为解决解的精度及收敛问题,文献[3-4]引入幂法来求排序向量。运用模糊层次分析法研究实际问题时,常采用迭代法来得到精度更高的排序向量,这就要求选择合适的初始值并通过大量的计算,为此,文中利用三种方法计算了初始排序向量,并给出了算法的Matlab程序,最后通过实例说明。 二、模糊层次分析法 为解决AHP种所存在的问题,模糊层次分析法引入模糊一致矩阵,无需再进行一致性检验,同时使用幂法来计算排序向量,可以减少迭代齿数,提高收敛速度,满足计算精度的要求.具体步骤: 1.构造优先关系矩阵 采用0.1～0.9标度[2],建立优先判断矩阵 2.将优先关系矩阵转化为模糊一致矩阵 3.计算排序向量 (1)和行归一法: (2)方根法: (3)利用排序法: (4)利用幂法[5-6]求精度更高的排序向量: 否则,继续迭代。 三、模糊层次分析法的程序实现 给出模糊层次分析法的Matlab程序。 clear; clc; E=input('输入计算精度e:') Max=input('输入最大迭代次数Max:')
F=input('输入优先关系矩阵F:'); %计算模糊一致矩阵 N=size(F); r=sum(F'); for i=1:N(1) for j=1:N(2) R(i,j)=(r(i)-r(j))/(2*N(1))+0.5; end end E=R./R'; % 计算初始向量---------- % W=sum(R')./sum(sum(R)); % 和行归一法 %--------------------------------------------------------- for i=1:N(1) S(i)=R(i,1); for j=2:N(2) S(i)=S(i)*R(i,j); end end S=S^(1/N(1)); W = S./sum(S);%方根法%-------------------------------------------------------- % a=input('参数a=?'); %W=sum(R')/(N(1)*a)-1/(2*a)+1/N(1); %排序法 % 利用幂法计算排序向量----V(:,1)=W'/max(abs(W)); %归一化 for i=1:Max V(:,i+1)=E*V(:,i); V(:,i+1)=V(:,i+1)/max(abs(V(:,i+1))); if max(abs(V(:,i+1)-V(:,i)))k=i; A=V(:,i+1)./sum(V(:,i+1)); break Else End End 四、计算实例
模糊层次分析法理论基础 FAHP及计算过程层次分析法(AHP)是20世纪70年代美国运筹学家T.L. Saaty教授提出的一种定性与定量相结合的系统分析方法,该方法对于量化评价指标,选择最优方案提供了依据,并得到了广泛的应用。然而, AHP存在如下方面的缺陷:检验判断矩阵是否一致非常困难,且检验判断矩阵是否具有一致性的标准CR < 0. 1缺乏科学依据;判断矩阵的一致性与人类思维的一致性有显著差异。为此,本文结合模糊数学理论,首先介绍了模糊层次分析法(Fuzzy - AHP) FAHP ,然后用FAHP对公共场所安全性指标权重进行了处理。 1. 1 模糊一致矩阵及有关概念[4 ,5 ] 1. 1. 1 定义1. 1 设矩阵R = ( rij) n×n ,若满足: 0 ≤( rij) ≤ 1 , ( i = 1 ,2 , ……n , j = 1 ,2 , ……n)，则称R 为模糊矩阵 1. 1. 2 定义1. 2 若模糊矩阵R = ( rij) n×n ,若满足: Πi , j , k 有rij= rik - rij + 0. 5 ,则称模糊矩阵R 为模糊一致矩阵。 1. 1. 3 定理1. 1 设模糊矩阵R = ( rij) n×n是模糊一致矩阵,则有 (1) Πi ( i = 1 ,2 , …n) ,则rij = 0. 5 ; (2) Πi , j ( i = 1 ,2 , …n , j = 1 ,2 , …n) ,有rij + rji= 1 ; (3) R 的第i 行和第i 列元素之和为n ; (4)从R 中划掉任一行及其对应列所得的矩阵仍然是模糊一致矩阵; (5) R 满足中分传递性,即当λ≥0. 5 时,若rij≥λ, rjk ≥λ,则rij ≥λ;当λ≤0. 5 时,若rij ≤λ, rjk ≤λ,则rij ≤λ。(证明见文献1) 。 1. 1. 4 定理1. 2 模糊矩阵R = ( rij) n×n是模糊一致矩阵的充要条件是任意指定行和其余各行对应元素之差是一个常数。 1. 1. 5 定理1. 3 如果对模糊互补矩阵 F = ( f ij) n×n按行求和,记为ri = 6nk = 1f ik ( i = 1 ,2 , …, n) ,并施之如下数学变换:rij =ri - rj2 m + 0. 5 (1)，则由此建立的矩阵是模糊一致的。 1. 2 模糊一致判断矩阵的建立 模糊一致判断矩阵的建立R 表是针对上一层某元素,本层次与之有关元素之间相对重要性的比较,假定上一层次元素T 同下一层次元素a1 , a2 ,…, an 有关系,则模糊一致判断矩阵可表示为: rij的实际意义是:元素ai 和元素aj 相对于元素T 进行比较时, ai 和aj 具有模糊关系“…比…重要得多”的隶属度,表1采用0. 1～0. 9 数量标度来说明其模糊关系。
层次分析法与模糊综合判别的区别与联系 1、层次分析法 [ 参考文献：吋义成, 柯丽华, 黄德育. 系统综合评价技术及其应用[M]. 北京: 冶金工业出版社,2006] 人们在日常生活中经常要从一堆同样大小的物品中挑选出最重要的物品，如重量最大的物品，即至少要确定各物品的相对重量。这时，经验和常识告诉我们，可以利用两两比较的方法来达到目的。 若在没有称量仪器的条件下对一组物体的重量进行估计，则可以通过爱对比较这组物体相对重量的方法，得出每对物体相对重量比的判断，从而形成比较判断矩阵，再通过求解判断矩阵的最大特征根和它所对应的特征向量问题，就能计算出这组物体的相对重量。 将此方法应用到复杂的社会、经济和科学管理等领域中，就能确定各种方案、措施、政策等 相对于总目标的重要性排序情况，以供领导者决策。 一般的层次分析法模型由图5-1 所示，分为目标层、准则层、指标层、方案层组成。需要注意几点： （1）层次分析法的评价结构并非是上述部分一成不变的，其中的当指标层因素较少时准则层可以省去（图5-2 ），当某一准则对应的指标层元素过多时可以将其指标层细分为“子准则层和指标层”（图5-4 ）。由于层次分析法是利用两两比较完成的，为了便于人的比较与判别，每层的元素个数在3~7 之间为佳，超过7 以后增加了比较判断的难度，因此当元素过多时，可以将其分类后分成两层或多层来判别。 （2）准则层与指标层之间的关系可以对比一下图5-1 和图5-4 ，即每个准则可能有独 用的指标体系，也可能是各准则之间共用某几个指标。 （3）层次分析法的特点是基于某个目标，对多个待评价方案进行评价，从而得到方案的重要性排序。具体到某个问题，其并无相应的数据。而模糊综合判别有相应的基础数据。两者可以结合一起用，比如常用的是模糊综合评判过程中，权重可以由层次分析法计算。 层次分析法的骤如下： 1）在作者建立评价模型后，根据经验对每层里的各个元素建立重要性判别矩阵，从判 别矩阵中可以得到某一层中各个指标的归一化权重（表5-1中的W B,W C1,W C2,W C3,W C4）。（表5-1和5-2 的数据为图5-1 模型的） 2）由层与层之间权重的传递可以得到最低层（具体指标层）的综合权重。如图5-1 所示的图中有得到各个C ij的综合权重W ij（表5-2第2列）。 3）最后，在指标层与方案层之间建立判别矩阵，针对每一个指标C ij 都需要建立一个各 方案A i的比较矩阵，判别A针对C j的重要性w A i （表5-2的每一行）。最后将指标C ij的综合权重W ij与W Ai进行乘法求和，从而得到方案A的最终综合权重刀（W ij心Ai），即为续表5-2的最后一行。
层次分析法步骤与实例 1 层次分析法的思想：将所有要分析的问题层次化；根据问题的性质和所要到达的总目标，将问题分为不同的组成因素，并按照这些因素间的关联影响即其隶属关系，将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次分析结构模型；最后，对问题进行优劣比较排序. 2 次分析法的步骤：
3 以一个具体案例进行说明： 【案例分析】市政工程项目建设决策：层次分析法问题提出 市政部门管理人员需要对修建一项市政工程项目进行决策，可选择的方案是修建通往旅游区的高速路（简称建高速路）或修建城区地铁（简称建地铁）。除了考虑经济效益外，还要考虑社会效益、环境效益等因素，即是多准则决策问题，考虑运用层次分析法解决。 【案例分析】市政工程项目进行决策：建立递阶层次结构 在市政工程项目决策问题中，市政管理人员希望通过选择不同的市政工程项目，使综合效益最高，即决策目标是“合理建设市政工程，使综合效益最高”。 为了实现这一目标，需要考虑的主要准则有三个，即经济效益、社会效益和环境效益。但问题绝不这么简单。通过深入思考，决策人员认为还必须考虑直接经济效益、间接经济效益、方便日常出行、方便假日出行、减少环境污染、改善城市面貌等因素（准则），从相互关系上分析，这些因素隶属于主要准则，因此放在下一层次考虑，并且分属于不同准则。 假设本问题只考虑这些准则，接下来需要明确为了实现决策目标、在上述准则下可以有哪些方案。根据题中所述，本问题有两个解决方案，即建高速路或建地铁，这两个因素作为措施层元素放在递阶层次结构的最下层。很明显，这两个方案于所有准则都相关。 将各个层次的因素按其上下关系摆放好位置，并将它们之间的关系用连线连接起来。同时，为了方便后面的定量表示，一般从上到下用A 、B 、C 、D 。。。代表不同层次，同一层次从左到右用1、2、3、4。。。代表不同因素。这样构成的递阶层次结构如下图。 目标层A 准则层B 准则层C 措施层D 图1 递阶层次结构示意图
、模糊层次分析法的程序实现 给出模糊层次分析法的Matlab程序。 clear; clc; E=input('输入计算精度e:') Max=input('输入最大迭代次数Max:') F=input('输入优先关系矩阵F:'); %计算模糊一致矩阵 N=size(F); r=sum(F'); for i=1:N(1) for j=1:N(2) R(i,j)=(r(i)-r(j))/(2*N(1))+0.5; end end E=R./R'; % 计算初始向量---------- % W=sum(R')./sum(sum(R)); % 和行归一法 %--------------------------------------------------------- for i=1:N(1) S(i)=R(i,1); for j=2:N(2) S(i)=S(i)*R(i,j); end end S=S^(1/N(1)); W = S./sum(S);%方根法%-------------------------------------------------------- % a=input('参数a=?'); %W=sum(R')/(N(1)*a)-1/(2*a)+1/N(1); %排序法 % 利用幂法计算排序向量----V(:,1)=W'/max(abs(W)); %归一化 for i=1:Max V(:,i+1)=E*V(:,i); V(:,i+1)=V(:,i+1)/max(abs(V(:,i+1))); if max(abs(V(:,i+1)-V(:,i)))k=i; A=V(:,i+1)./sum(V(:,i+1)); break Else End End 四、计算实例 由优先关系矩阵得到模糊一致矩阵 利用三种方法计算排序向量分别为:
第二节 层次分析法的应用实例 设某港务局要改善一条河道的过河运输条件，要确定是否建立桥梁或隧道以代替现在的轮渡。 此问题可得到两个层次结构：过河效益层次结构和过河代价层次结构；由图5-3(a)和(b)分别表示。 例 过河的代价与效益分析。 (a) 过河效益层次结构 (b) 过河代价层次结构 图5-3 过河的效益与代价层次结构图 过河的效益 A 过河的效益 2B 经济效益 1B 过河的效益 3B 隧 道 2D 桥 梁 1D 渡 船 3D 美化 11 C 进出方便 10 C 舒适 9 C 自豪感 8 C 交往沟通 7C 安全可靠 6 C 建筑就业 5 C 当地商业4C 岸间商业3C 收入2C 节省时间1 C 过河的代价 A 社会代价 2B 经济代价 1B 环境代价 3B 隧 道 2D 桥 梁 1D 渡 船 3D 对生态的污染 9 C 对水的污染 8 C 汽车的排放物 7 C 居民搬迁 6 C 交往拥挤 5C 安全可靠 4 C 冲击渡船业 3 C 操作维护 2 C 投入资金 1 C
关于效益的各个判断矩阵如表5-9—表5-23所示。 表5-9 表5-10 表5-11 表5-12 表5-13 表5-14 表5-15 表5-16
表5-17 表5-18 表 5-19 表 5-20 表5-21 表5-22 表 5-23 这样我们得到方案关于效益的合成顺序为 T )07.0 ,36.0 ,57.0()4(=益ω 效益层次模型的整体一致性比例C.R.(4)<0.1（最后一个矩阵的一致性较差，但因
５．结论 由以上计算过程可以看出，模糊层次分析法同普通层次分析法相比具有以下优点：（１）检验一次性更方便。根据定理２．１或定理２．２可直接检验模糊矩阵是否具有一致性。（２）调整过程更简洁。通过调整模糊矩阵的元素可很快使模糊矩阵具有模糊一致性。（３）判断依据更合理。根据定理２．１或定理２．２作为检验一致性的标准更科学简便。 参考文献［１］张吉军．模糊层次分析法．模糊系统与数学，２０００，１４（２）：８０－８８ ［２］吕跃进．基于模糊一致矩阵的模糊层次分析法的排序．模糊系统与数学，２００２，１６（２）：７９－８５ ［３］ＪｏｈｎＭＧｌｅａｓｏｎ．Ｆｕｚｚｙｓｅｔｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｒｉｓｋａｎａｌｙｓｉｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９１，３８（２）：１７７－１７８ ４．３．２层次总排序 同理，可求得其他矩阵对应元素的权重，并得到Ｃ层次总排序如下： ４．３．５结论 球面网壳动力稳定临界力简化计算 王节１黄显民２ （１．黑龙江省林业设计研究院２．哈尔滨工业大学建筑设计研究院１５０００８） 摘要：球面网壳动力稳定临界力简化估算公式是针对跨度３０ｍ￣６０ｍ，矢跨比１／１０￣１／６的单层球面网壳，对于其它类型的网壳结构要具体分析。 关键词：单层球面网壳动力稳定动力稳定临界力中图分类号：ＴＢ１２２文献标识码：Ａ 网壳结构是杆件沿曲面有规律布置而组成的空间杆系结构。具有刚度大、自重轻、受力均匀、在水平、竖向及多维地震作用下的动内力分布均匀且较小，结构抗震性能良好。结构在罕遇地震作用下的动力失稳临界峰值较高，随着矢跨比增加，结构刚度增大，地震作用稳定性提高。而且造型丰富美观、综合技术指标好等特点，是大跨度、大空间结构的主要结构形式之一。目前世界上跨度最大的网壳结构是美国新奥尔良体育馆的超级穹顶，跨度２１３米。近年来，网壳结构在我国获得了迅速的发展，哈尔滨速滑馆，由筒壳及两个半球壳组成的组合网壳，网壳平面投影８６．２ｍ×１９１．２ｍ，是已建成最大的网壳结构。 在我国，单层球面网壳多应用在跨度较小的结构中，主要原因是该类结构为缺陷敏感性结构，在大雪、强风和强烈地震作用下，杆件进入塑性，结构通过塑性变形吸收地震能量，随着地震输入能量的增加，结构产生很大的塑性变形甚至失稳倒塌破坏。目前关于球面网壳的研究主要集中在结构静力稳定性及静力后屈
模糊层次分析法基本理论基础 FAHP及计算过程层次分析法(AHP)是20世纪70年代美国运筹学家T.L.Saaty教授提出的一种定性与定量相结合的系统分析方法，该方法对于量化评价指标，选择最优方案提供了依据，并得到了广泛的应用。然而，AHP存在如下方面的缺陷：检验判断矩阵是否一致非常困难，且检验判断矩阵是否具有一致性的标准CR<0.1缺乏科学依据;判断矩阵的一致性与人类思维的一致性有显著差异。 为此，结合模糊数学理论，首先介绍了模糊层次分析法(Fuzzy-AHP)FAHP，然后用FAHP对公共场所安全性指标权重进行了处理。 1.1模糊一致矩阵及有关概念 1.1.1定义1.1 设矩阵R=(rij)n×n，若满足:0≤(rij)≤1，(i=1，2，……n，j=1，2，……n)，则称R为模糊矩阵 1.1.2定义1.2 若模糊矩阵R=(rij)n×n，若满足:Πi，j，k有rij=rik-rij+0.5，则称模糊矩阵R为模糊一致矩阵。 1.1.3定理1.1 设模糊矩阵R=(rij)n×n是模糊一致矩阵，则有 (1)Πi(i=1，2，…n)，则rij=0.5; (2)Πi，j(i=1，2，…n，j=1，2，…n)，有rij+rji=1;
(3)R的第i行和第i列元素之和为n; (4)从R中划掉任一行及其对应列所得的矩阵仍然是模糊一致矩阵; (5)R满足中分传递性，即当λ≥0.5时，若rij≥λ，rjk≥λ，则rij≥λ;当λ≤0.5时，若rij≤λ，rjk≤λ，则rij≤λ。(证明见文献1)。 1.1.4定理1.2 模糊矩阵R=(rij)n×n是模糊一致矩阵的充要条件是任意指定行和其余各行对应元素之差是一个常数。 1.1.5定理1.3 如果对模糊互补矩阵F=(fij)n×n按行求和，记为ri=6nk=1fik(i=1，2，…，n)，并施之如下数学变换:rij=ri-rj2m+0.5(1)，则由此建立的矩阵是模糊一致的。 1.2模糊一致判断矩阵的建立 模糊一致判断矩阵的建立R表是针对上一层某元素，本层次与之有关元素之间相对重要性的比较，假定上一层次元素T同下一层次元素a1，a2，…，an有关系，则模糊一致判断矩阵可表示为: rij的实际意义是:元素ai和元素aj相对于元素T进行比较时，ai
2016江西财经大学数学建模竞赛 A题 城市交通模型分析 参赛队员: 黄汉秦、乐晨阳、金霞 参赛队编号：2016018 2016年5月20日~5月25日
承诺书 我们仔细阅读了江西财经大学数学建模竞赛的竞赛章程。 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C中选择一项填写）： A 我们的参赛队编号为2016018 参赛队员(打印并签名) ： 队员1. 姓名专业班级计算机141 队员2. 姓名专业班级计算机141 队员3. 姓名专业班级计算机141 日期： 2016 年 5 月 25 日
编号和阅卷专用页 江西财经大学数学建模竞赛组委会 2016年5月15日制定
城市交通模型分析 摘要 随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快，我国机动车保有量及道路交通流量急剧增加，交通出行结构发生了根本变化，城市道路交通拥挤堵塞问题已成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一。本篇论文针对道路拥挤的问题采用层次分析法进行数学建模分析，讨论拥堵的深层次问题及解决方案。 首先建立绩效评价指标的层次结构模型，确定了目标层，准则层（一级指标），子准则层（二级指标）。 其次，建立评价集V=(优，良，中，差)。对于目标层下每个一级评价指标下相对于第m 个评价等级的隶属程度由专家的百分数u 评判给出，即U ＝[0,100]应用模糊统计建立它们的隶属函数A(u)， B(u)， C(u) ，D(u)，最后得出目标层的评价矩阵Ri ，（i=1,2,3,4,5）。利用A,B 两城相互比较法，根据实际数据建立二级指标对于相应一级指标的模糊判断矩阵P i （i=1,2,3,4,5） 然后，我们经过N 次试验调查，明确了各层元素相对于上层指标的重要性排序，构造模糊判断矩阵P ，利用公式 1 ,ij ij n kj k u u u == ∑ 1 ,n i i j j w u ==∑ 1 ,i i n j j w w w == ∑ []R W R W R W R W R W W R W O 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 ,,,,==计算出权重值，经过一致性检验公式 RI CI CR = 检验后，均有0.1CR <，由此得出各层次的权向量()12,,T n W W W W =。然后后， 给出建立绩效评价模型（其中O 是评价结果向量），应用模糊数学中最大隶属度原则，对被评价城市交通的绩效进行分级评价。 接着在改进方案中，我们具体以交叉口为中心建立模型，其中包括道路长度、宽度、车辆平均长度、车速等等考虑因素。通过车辆排队长度可以间接判断交通拥堵情况，不需要测量车速、时间等因素而浪费的人力物力和财力，有效的提高了工作成本和效率。为管理城市交通要道提供了良好的模型和依据。 【关键字】交通拥堵 层次分析法 模糊综合评判 绩效评价 隶属度