结合AHP-EWM-SPA的公路隧道施工安全管理评价方法

《Eng》：An Integrated AHP–EWM–SPA Approach for Evaluating Safety Management in Highway Tunnel Construction

　　

公路隧道施工中的安全管理评价由于多层次、多指标和不确定特征而涉及显著的复杂性。为应对这些挑战，本研究提出了一种结合层次分析法（AHP）、熵权法（EWM）和集对分析（SPA）的综合评价方法。从系统防御能力角度建立了评价指标体系，涵盖四个维度——组织管理、人员管理、物资管理和信息管理——共19个指标。采用SPA通过同一性、差异性和对立性量化指标间的关系，同时采用混合赋权方案结合主观判断与客观数据。进一步引入基于置信度的识别准则以提高分类的稳健性。将所提模型应用于某公路隧道工程，结果与现场观测情况吻合良好。分析表明，该方法有效捕捉了安全管理系统中的中间状态和不确定性，同时减少了单一赋权策略和最大隶属度决策相关的偏差。所提出的框架为安全管理评价提供了实用可靠的方法，并支持隧道施工中基于风险信息的决策。

公路隧道施工环境复杂、地质条件多变，安全管理面临多层次、多指标和高度不确定性的挑战。现有评价方法多依赖单一赋权（如纯主观的AHP或纯客观的EWM），难以兼顾专家经验与数据变异，且最大隶属度原则在等级相近时易产生误判。为此，研究人员提出将AHP、EWM与SPA融合的集成评价框架，旨在提升评价结果可靠性和风险决策适用性。论文发表在《Eng》。

主要关键技术方法包括：（1）基于AHP获取主观权重，通过专家两两比较构建判断矩阵并检验一致性（本研究邀请了5位隧道工程专家）；（2）基于EWM从数据变异中提取客观权重，计算信息熵与差异系数；（3）采用线性组合方式计算混合权重（加权系数k=0.6）；（4）利用SPA建立同一性-差异性-对立性联系度函数，量化各指标与等级标准的关系；（5）引入置信度识别准则（λ=0.6）代替最大隶属度原则，增强等级划分稳定性。案例来自大庆-广州高速公路南康-龙南段扩建工程的一个分离式隧道，左线长1850 m，右线长1845 m，最大埋深约164 m，前期评估存在5个高垮塌风险区段。

**4.1 项目概况**：研究选取的隧道工程位于江西省龙南县，采用分离式六车道设计。通过前期地质调查，在不考虑安全管理因素时，已识别出5段具有较高垮塌概率的区段。

**4.2 评价结果**：5位专家对19个指标评分后取均值，其中C12（组织管理制度完备性）、C13（物资管理规范）、C14（信息传递可靠性）得分较高，而C3（安全投入比例）、C5（培训有效性）得分偏低。
**4.2.1 指标权重计算**：混合权重显示C18（地质预测准确性）、C13、C15（个人防护装备配备）排前三，突出其主导作用；主观权重更强调关键指标，客观权重分布更均匀，混合权重平衡了两者偏差。
**4.2.2 单指标联系度确定**：根据指标类型（定量/定性、效益型/成本型）代入式(6)或式(8)，计算各指标对五个等级的隶属程度。结果表明大多数指标以差异性分量（b₁、b₂、b₃）为主，其中b₂（中等差异）占优，系统处于中间状态；C15表现出较高的同一度（a），C7（培训覆盖率）和C3则呈现较高对立度（c）趋势。
**4.2.3 基于混合权重的多指标联系度**：将混合权重与单指标联系度加权聚合，得到综合联系度 μ = 0.2472 + 0.1141p₁ + 0.5138p₂ + 0.1144p₃ + 0.0105q，表明p₂项主导，系统处于中等差异状态。
**4.2.4 基于置信准则的等级确定**：设置λ=0.6，当k=3时累计值0.6387>0.6，故安全管理防御能力被判定为III级（中等防御能力），相应折减系数γ=1.0，即垮塌概率不调整。

**5 讨论与验证**：现场实际发生了4处垮塌（位于K126+102.3~K126+140段），原因包括地质预测仅依赖地质雷达精度不足、施工人员经验欠缺、支护设计不当等。采取增加超前钻孔、加密衬砌、加强培训等整改措施后，重新评价得到综合联系度显示k₀=4时累计值0.9309>0.6，防御能力提升至IV级（较高防御能力），折减系数γ=0.9。后续未再发生垮塌，模型结果与现场表现一致。

**6 结论**
本研究通过结合SPA与混合赋权方法，开发了隧道施工安全管理的综合评价框架。主要结论如下：
（1）建立了多层评价体系，通过同一性-差异性-对立性关系表征安全管理绩效。融合AHP和EWM后，模型同时捕获了专家知识和数据变异，实现了系统防御能力的结构化评估。
（2）混合赋权方案有效平衡了主观与客观信息，减少了潜在偏差，提高了评价结果的可靠性。引入基于置信度的识别准则进一步增强了分类稳定性，尤其在不确定性条件下。
（3）工程案例应用表明，模型结果与现场观测一致。安全管理措施的改善清晰地反映在评价等级的提升上，证实了所提方法的灵敏性和实用适用性。
总体而言，所提框架为隧道施工安全管理评价和风险控制提供了实用的决策支持工具。