钢筋混凝土施工质量评价的加权距离判别模型及应用.pdf

2 0 1 1年 笫 8期 (总 第 2 6 2 期 ) N u mb e r 8i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 C：o n c r e t e 理论研究 T HEOI TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 -3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 1 2 钢筋混凝土施工质量评价的加权距离判别模型及应用 吕文晓 ( 杭州科技 职业技术学 院，浙江 杭州 3 1 1 4 0 2 ) 摘要 ： 基于马 氏距离判别分析理论 ， 综合 考虑 各判别指标对钢筋混凝土施工 质量影响程度 的差异 ， 运用专 家评 分法得到 的指标权 重 对马氏距离进行修正， 并提出新的协方差矩阵的计算方法 ， 进而提出了加权距离判别分析准则； 选取模板工程、 钢筋工程、 混凝土工程的施 工质量为评价指标， 评价钢筋混凝土施工质量程度。 通过实际工程实例的样本训练， 建立了钢筋混凝土施工质量评价的加权距离判别分析 模型。 研究发现， 加权距离判别分析模型克服了距离判别分析模型存在的协方差矩阵不可逆而导致的模型判别失效的问题， 并降低其误判 率使其接近于0 ， 因而其具有更高的正确性和更广泛的适用性， 可广泛地应用于工程实践中。 关键词： 加权距离判别分析；钢筋质量 ； 混凝土施工；评价指标 中图分类号 ： T U5 2 8 O l 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 一 O 0 3 Z - 0 2 Ap p l i c a t i o n o f we i g h t e d d i s t a n c e d i s c r i mi n a t i o n c ri t e r i on f o r e v a l u a t i n g q u a l i t y o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t L VWe n - x o ( C o l l e g e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Ha n g z h o u 3 1 1 4 0 2， C h i n a ) Ah,s t r ac t ： Ba s e d o n t h e p rin c i p l e of Ma h alano bi s d i s t a nc e di s c r i mi na n t an a l y s i s， the d i s c rimi n a t i o n o fi n fl u e n ti a l d e g r e e o f t h e d i ffe r e n t i n d e x t o q u a l i ty o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t i s t a k e n i n t o a c c o u n t ， u s i n g t h e we i g h t s o b t a i n e d b y t h e e x p e r t s c o ri n g me t h o d t o mo d i f y t h e Ma h a l a n o b i s di s t an c e， b y th e n e w c a l c u l a t i o n me t h o d o fc o v a r i a n c e ma t r i x， t h e wdg h 1 t e d d i s t a n c e d i s c r e mi n a n t an a l y s i s c rit e rio n is p r o p o s e dCo n c r e t e pr e p a r a - t i o n， t r a n s p o rta t i o n， a n d c o n s t r uc t c o n s e r v e we r e s e l e c t e d a s e v a l u a t e d i n d e x e s ， a n d a we ig h t e d d i s t a n c e d i s c r i mi n a n t an a l y s i s m o d e l i s e s t a b l i s h e d b y l e a r n i n g f r o m a g r e a t d e a l o f p r a c t i c e c a s e s T he r e s e a r c h i n d i c a t e s that we ii g h t e d d i s t an c e di s c r i mi n an t an a l y s i s mo d e l o v e r c o m e the p r o b l e m tha t di s t a nc e d i s c r i mi n a n t a n a l y s i s mo d e l d i s c rimi n a t i o n f a i l u r e c a u s e d b y the c o v a r i a n c e ma t rix is n o t i n v e r t i b l e a n d r e d u c e s the r a t i o o f mi s - d i s c r i mi uat i o n c l o s e t o z e r o He n c e i t s h i g h e r a c c ur a c y a n d wi d e r a p pl i c a b i l i t y， the me t ho d c a n b e wi d e l y u s e d i n a c t u a l e n g i n e e rin g Ke y w or ds： we i g h t e d d i s t a n c e d i s c r i mi n a n t a n a l y s i s ； q u a l i ty o f r e i n f o r c e d； c o n c r e t e c o n s t r uc t i o n； e v a l uatio n i n d e x 0 引言 钢筋混凝土是土木工程领域普遍采用的主要结构， 并在材 料 、 设计方法 、 制作工艺 、 施工技术等方面有很大发展。 在施工 中， 钢筋混凝土的质量已成为影响结构安全和耐久性的重要问 题。 在建筑结构中起主要作用 ， 钢筋混凝土工程质量的好坏， 直 接影响整个工程的质量与使用寿命 1 。 因此 ， 系统、 全面地评价 钢筋混凝土施工质量， 是工程施工管理工作的重要方面， 钢筋 混凝土施工质量评估体系中往往含有非定量的因素， 具有很大 的不确定性难以定量化， 这给评价带来很大的困难。 原因是评价 体系的输入和输出之间的关系是复杂的非线性关系。 工程施工 质量评价是利用以往类似工程的数据 ， 并运用一定的模型而进 行计算的。 但这种方法由于影响因素多且复杂， 加之受到所收集 数据的随机性 、 未确知性等的影响， 难以达到令人满意的精度。 钢筋混凝土的质量与其影响因素之间的关系也呈现高度非线 性和不确定性特征。 并且， 这些特征已不能用经典的数学模型来 准确描述。 目前国内外有关钢筋混凝土施工质量评价的方法， 有单因素预测、 多因素综合预测、 定性分析 、 量化评价等。 而钢 筋混凝土施工质量单因素预测具有一定的局限性和片面性 ， 近 年来发展来发展和广泛应用的的多因素综合预测方法有模糊 收稿 日期 ：2 0 1 l - o 2 一 l 8 数学综合评判、 灰色系统评价法 、 支持向量基方法 、 判别分析 、 以及人工神经网络等近现代方法2 - 8 。 本文采用模糊数学理论的指标权重来描述各判别指标对 混凝土施工质量影响程度的差异 ， 并运用此指标权重来修正样 本与各总体的马氏距离， 提出新的总体协方差矩阵的计算方法 ， 进而提出加权距离判别分析准则。 在考虑满足工程技术需要 、 更加接近现场实用及充分利用历史数据资料指导工程实际的 思想指导 下 ， 借鉴判别分 析理论 的原理 ， 选取影 响钢筋混凝 土 施 工质量 的主要 因素 ， 对 钢筋混凝 土施工质 量进行评估 ， 并 在 实际工程的预测中取得了良好的效果 ， 为钢筋混凝土施工质量 评估问题的研究提供了一条新思路。 1 加权距离判别分析理论 1 1 评价影响因素的权重 确定主要评价影响因素 tx ( i = l ， 2 ， ， 1 1, ) ， 在专家调查的基 础上， 应用 7标度法m 通过专家评分来确定评价影响因素的判 断矩 阵 曰， 即 ： = ( 6 ) ( 1 ) 式中： n 判别指标的数量。 进而求得各指标的权重阁 ， 计算判断矩阵曰每一行元素的 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 判断矩阵标度及含义 标度 含 义 两个 因素相 比同等重要 两个因素相比， 一个因素比另一个因素稍微重要 两个因素相比， 一个因素比另一个因素较重要 两个因素相比， 一个因素比另一个因素明显重要 两个因素相比 ， 一个 因素比另一个 因素重要 两个因素相比 ， 一个 因素比另一个 因素强烈重要 7 两个因素相比 ， 一个因素比另一 个因素极端重要 当 C R 0 1时， 认为判断矩阵 日一致性可接受 ， 说明权重分 配是合理的； 否则需要调整判断矩阵， 直到满足 C R 0 1 为止。 当 判断矩阵 B一致性可接受时， 权重可取为 。 1 2 加权 马 氏距 离判 别准 则 设总体 F为 n维总体( n个判别指标) ， 即： F = ( ， X 一， ) 。 令 m： E( X。 ) ， i = 1 ， 2 ， ， n则 总体 F 的均值 向量 为 t = ( z ， ， ， ) ， 协方差矩阵为 l = c 0 ( F) = E ( F ) ( F ) J ， 则样本 ( ， ， ， x ) 与总体 F的马氏距离定义为【 7 _ 8 ： d 2 ( ， F) ： ( X- t ) ( ) ( 7 ) 根据马氏距离定义， 综合考虑指标权重的影响， 定义了加 权马氏距离， 及马氏加权距离判别准则。 把权重写成矩阵形式： W=d i a g ( l ， 2 ， ， ) ( 8) 定义加权马氏距离为： D ( ， F) = W( ) 】 【 W( ) = ( 砷 ) WA W( ) ( 9 ) 对于m个总体 ( 卢1 ， 2 ， ， m) 而言， 得到加权距离判别准则： D ( x， F ) = W( ) w( ) F( 。 ) WA w( )( 1 0 ) X Ft D ( ， F ) = q n i n D ( ， F。 ) ， D ( ， F 2 ) ， ， D ( ， F ) ( 1 1 ) 此时， l 表示由 m个总体构成的整个总体的协方差矩阵。 38 由于实 际问题 中 t = ( i = 1 ， 2 ， ， m) 、 A均 未知 ， 可以根据各 个总体的训练样本进行无偏估计得到。 设 ” ， ” ， ， 是来 自总体 F 的训练样本， 样本容量为 tZ ； x 群 ， ， 船 是来 自 总 体 F 的训练样本 ， 样本容量为 n ； ， ， ， 是来 自总体 F 硼的训练样本， 样本容量为 n ； 整个总体的样本容量 n a ll= 1 + n 2 + + n m ， 贝 0 ： ， ( 1 2 ) n a t 一1 i = ( X i一 。) ( x 一 x ) ( 1 3 ) a l l - l i =1 为了考察此加权距离判别准则的优良l生， 采用回代估计法 来计算误判率。 以全体训练样本作为 个新样本 ， 逐个代入已 建立的判别准则中， 判别其归属。则误判率为： v = f 1 4) na i l 式 中： 在 回判过程 中， 误判 的样本个数 。 2 施 工质量 的加权距 离判 别模 型应用 2 1 评价指标体 系的建立 在大量查阅前人已有的研究基础上 ， 在考虑满足T程技术需 要 、 更加接近现场实用及充分利用历史数据资料指导工程实际的 思想指导下 ， 借鉴判别分析理论的原理 ， 选取影响钢筋混凝土施 工质量 的主要 【 素模板工程施工质量 、 钢筋工程施工质量及混凝 土工程施工质量为评价指标。 模板工程施丁质量： 支架系统失稳、 强度不足炸模 、 模板漏浆 、 拆模过早； 钢筋工程施工质量： 钢筋保 护层过大或过小、 钢筋锈蚀严重、 延伸率不合格、 同一断面钢筋接 头过多、 绑扎松扣或焊接虚焊或漏焊、 悬挑构件主筋放反或下沉； 混凝土工程施工质量： 混凝土配合 比不准 、 砂石含水计量不准 昆 凝土坍落度不符合要求、 混凝土和易性不符合要求 、 泵送混凝土 输送配管不 当或塞管 、 运输工具形成离析现象 、 运输工具 吸水 或 漏浆、 浇筑层太厚、 振捣不均漏浆、 模板支架变形、 养护强度不足。 2 2工程 买例应 用 采用文献 2 】 的有代表性的 2 5个民用住宅丁程项 目质量历 史数据( 详见表 3 ) ， 进行实证研究。 通过表 3的前 2 0组数据， 建 立判别模型， 2 1 2 6组数据作为测试样本， 对建立的模型进行验 证。 将回判结果和判别结果同时列入表 3 ， 由表 3可以看出， 该方 法评估结果与期望结果相吻合， 说明该模型评估正确率高 ， 能较 好的评估混凝土的综合施工质量。 3结 论 基于距离判别分析理论， 运用指标权重对样本到总体的马 氏距离进行修正， 并采用模板工程、 钢筋工程 、 混凝土T程的施 工质量为评价指标作为判别指标 ， 通过工程实例样本进行学习， 建立了加权距离判别分析模型 。 该模型有 以下优点 ： ( 1 ) 考虑了各判别指标对钢筋混凝土施工质量优选影响程 度的差异， 引入了指标权重， 更符合工程实际。 ( 2 ) 提出了新的协方差矩阵计算方法， 使得协方差矩阵不 存在不可逆的情况， 进而模型适用范围更广。 ( 3 ) 大大降低了模型的误判率， 采用回代估计法检验得到 的误判率为 0 。 下转第 4 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 笔者认为两者的差异关键在于： 再生混凝土的吸水率与 含水率相对普通混凝土要高。 一般混凝土材料的孔隙率在 1 0 偏上 ， 而再生混凝土中砂浆含量较高， 再生骨料中约含有 3 0 的砂浆4 1 ， 导致其孔隙率增大。 再生混凝土内存有多种微观界 面， 再生骨料因其质量离散导致再生混凝土界面结构特征比较 复杂 ， 其中新旧水泥砂浆界面、 骨料与旧水泥砂浆是再生混凝 土特有 的两种界 面。 再生骨 料在生产 中经过破碎 等工艺 ， 其 中往往 含有较 多裂痕 ， 在微观试 验中发现 ， 再 生骨料 中不 仅骨 料与水泥浆存有裂纹 ， 水泥砂浆部分同样存有裂纹。 此外， 在 试验中嘲 得出， 再生骨料的含水率约为普通石子的 2 0倍左右， 吸水率约为普通混凝土的 1 0 倍左右。 当再生混凝土在干燥情况下遭遇氯盐溶液 ， 以毛细孔吸收 为主时， 在 1 4 d内氯离子浓度会较普通混凝土迅速提高 2 0 ， 当 混凝土内部饱和以后， 以扩散为主时， 后期发展比较平缓。 可以 看出， 再生混凝土抗氯离子渗透能力较差， 尤其在干湿不断交 替环境情况下， 再生混凝土内氯离子渗入将更加明显。 4结 论 ( 1 ) 再生混凝土氯离子渗入较快、 各层水溶性氯离子浓度 较高。 再生混凝土内氯离子浓度约为普通混凝土的 1 2倍。 ( 2 ) 随着水灰比的提高， 再生混凝土的抗氯离子渗透性能降 低 ； 当水灰 比较大时 ， 再生混凝土抗氯离子渗透 胜能明显降低。 通 过减小水灰比、 提高强度可以改善再生混凝土提高其抗氯离子陛能。 ( 3 ) 由于再生混凝土内随深度的增加， 氯离子浓度逐渐递 减， 降低幅度稍小于普通混凝土。 在使用再生混凝土时， 适当提 上接第 3 8页 表 3 钢筋混凝土工程质量评价数据 高保护层厚度， 可降低侵入的氯离子含量， 防止钢筋锈蚀。 ( 4 ) 随着再生骨料取代率的提高 ， 再生混凝土中各层水溶 性氯离子浓度逐渐增加。 当再生骨料取代率在 3 0 左右时， 混 凝土内氯离子浓度提高不明显 ； 当在 7 0 、 1 0 0 H ， 混凝土内 的氯离子浓度明显升高。 为控制氯离子侵入量， 可以采用以再生 骨料部分替代普通骨料的方式制作再生混凝土。 ( 5 ) 再生混凝土氯离 子浓度 的相对 提高主要是 以毛细 孔吸 收为主要方式时引起 ； 当混凝土内部饱和之后 ， 主要 以扩散方 式为主时， 氯离子浓度增加不明显。 因此 ， 在恶劣氯盐环境 、 干 湿交替海洋环境情况下不宜采用再生混凝土结构。 参考 文献 ： 1 】洪乃丰氯盐腐蚀与钢筋阻锈剂 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 5 8 一 6 0 1 【 2 J2 赵筠 冈 筋混凝土结构的工作寿命设计针对氯盐污染环境【 J J 混凝 土 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 3 1 5 1 3 马昆林， 谢友均， 等混凝土固化氯离子影响因素的研究f J 1 _混凝土， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 2 0 2 1 1 【 4 4 RA O A， J HA K N U s e o f a g g r e g a t e f r o m r e c y c l e d c o n s t r u c t i o n a n d d e m o l i t i o n w a s t e i n c o n c r e t e J R e s o u r c e s ， C o n s e r v a t i o n a n d R e c y c l i n g ， 2 0 0 6 ( 5 0 ) ： 7 1 - 8 1 5 顾荣军， 袁江， 耿欧再 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 8 5 8 7 作者简介 联系地址 联 系电话 顾荣军( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 硕士。 常州市清潭木梳路 l 0 号 常州市建筑科学研究院有限公 司( 2 1 3 0 0 1 ) 1 3 7 7 5 8 8 5 2 3 5 ( 4 ) 学习效率高， 随着样本个数的增加 ， 可以进一步提高模 型的判别能力， 使其具有更强的针对性， 优选结果也会更合理。 参考文献 ： 1 J G J 5 5 2 0 o 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 s E 京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 1 【 2 】 郑少瑛， 陈静茹 基于神经网络在钢筋混凝土施工质量评价中的应 用研究【J J _ 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 6 ) ： 3 0 1 3 0 3 【 3 】 莫轻兵 冈 筋混凝土施工质量评价的智能方法【J J 混凝土， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 3 5 -3 7 4 】 张尚根， 陈灿寿， 夏炎 深基坑支护方案的模糊优选模型及其应用 J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 2 ) ： 2 046 2 0 4 8 5 董陇军， 李夕兵 ， 白云飞 急倾斜煤层顶煤可放性分类预测的 F i s h e r 判别分析模型及应用f J 1 煤炭学报， 2 0 0 9 ， 3 4 ( 1 ) ： 5 8 6 2 6 】董陇军 ， 李夕兵， 赵国彦， 等 露天采矿爆破振动对砌体结构破坏效 应预测的 F i s h e r 判别模型及应用 岩石力学与工程学报， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 4 ) ： 7 5 0 7 5 6 7 V A P N I K V ， 张学工 统计学习理论的本质 M 】 E 京 ： 清华大学出版 社 ， 2 0 0 0 【 8 梅长林， 周家良 实用统计方法 M E 京： 科学出版社， 2 0 0 2 ： 8 5 1 1 0 作者简介 联 系地址 注 ： 表 中优级( I ) 对 应 1 0 ， 良级 ( I I ) 对应 O 8 ， 中级 ( I I I ) 对 应 0 6 ， 差 级( ) 对应 0 4； 带 的样本 为待预测样本 。 联 系电话 吕文浇( 1 9 7 4 一 ) ， 女， 讲师， 主要研究方向： 建筑结构、 建筑 材料。 浙江省富阳市高桥镇高科路 1 9 8 号 杭州科技职业技术学 院( 3 1 1 4 0 2 ) 1 31 5 71 5 3 3 5 3 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m