風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法研究與工程應(yīng)用綜述

阮欣，尹志逸，陳艾榮

摘要：目的：風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法概念清晰、使用方便、評(píng)估結(jié)果簡潔易懂，在許多國家或地區(qū)相關(guān)部門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中得到了應(yīng)用，但由于該方法不能采用試驗(yàn)反饋的形式對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，其可靠性和有效性一直飽受質(zhì)疑。本文基于國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的綜述，從工程應(yīng)用的角度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法進(jìn)行總結(jié)，明確其數(shù)學(xué)模型、評(píng)價(jià)指標(biāo)等幾個(gè)基本理論問題，并探討提高評(píng)估方法有效性的可能方向。方法：通過探討投資組合理論中的協(xié)方差矩陣與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣的相似性，確立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣的形式特點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度相關(guān)性。在常見風(fēng)險(xiǎn)矩陣的形式基礎(chǔ)上，建立了矩陣的分級(jí)函數(shù)數(shù)學(xué)模型。從探討風(fēng)險(xiǎn)矩陣在邏輯兼容性方面存在的缺陷出發(fā)，定義了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不穩(wěn)定性，即由于評(píng)估者認(rèn)知局限性、評(píng)估工具的不合理性等導(dǎo)致的矛盾、模糊甚至錯(cuò)誤的評(píng)估結(jié)果。由此，借助于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的數(shù)學(xué)模型，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定性問題進(jìn)行闡述，并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣改進(jìn)措施。結(jié)果：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析階段的不穩(wěn)定性主要由于項(xiàng)目評(píng)估人員的主觀偏差與認(rèn)知不完備性造成，在任何風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法種均可能存在。目前，由風(fēng)險(xiǎn)矩陣自身原因造成的不穩(wěn)定主要集中在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)階段，主要包括：（1）風(fēng)險(xiǎn)矩陣構(gòu)建過程引發(fā)的不穩(wěn)定性，這是由于風(fēng)險(xiǎn) 矩陣沒有統(tǒng)一構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建過程無法反應(yīng)決策者的真實(shí)意愿。在風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法的工程應(yīng)用中，受風(fēng)險(xiǎn)管理人員的認(rèn)知局限性等因素影響，風(fēng)險(xiǎn)矩陣的構(gòu)建存在非常大的主觀性和隨機(jī)性，同一工程項(xiàng)目中不同專家可能得到不同矩陣，導(dǎo)致矛盾的評(píng)估結(jié)果，造成評(píng)估不穩(wěn)定性。（2）風(fēng)險(xiǎn)結(jié)的存在造成的不穩(wěn)定性，風(fēng)險(xiǎn)結(jié)是指處于同一等級(jí)具有基本相同的屬性還可以繼續(xù)細(xì)分的風(fēng)險(xiǎn)模塊，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣方法評(píng)價(jià)多風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)時(shí)，會(huì)使得不同的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)歸于同一等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，這是矩陣對(duì)連續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)概率值與損失值進(jìn)行離散化歸類帶來的不可避免的問題，是評(píng)價(jià)方法自身的固有問題。（3）風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)價(jià)形式引起的不穩(wěn)定性，風(fēng)險(xiǎn)矩陣離散的等級(jí)形式對(duì)對(duì)存在量級(jí)差別的極大值與較大值、極小值與較小值無法進(jìn)行合理區(qū)分，這在應(yīng)對(duì)工程中常見的小概率、高損失的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景時(shí)較為不利，造成這一現(xiàn)象的原因是基于風(fēng)險(xiǎn)損失期望的評(píng)估方法與風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法對(duì)“風(fēng)險(xiǎn)值”的理解與表達(dá)不同，而風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)質(zhì)上是一個(gè)與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)的管理過程，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法意味著接受該方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的理解，比較其與風(fēng)險(xiǎn)損失期望結(jié)果之間的差異并無實(shí)質(zhì)意義。結(jié)論：風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法作為一種易于執(zhí)行、輸出結(jié)果明確的評(píng)估方法，在工程應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)十分明顯。相較于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估決策方法，風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法憑借其模糊且有依據(jù)的判斷，往往可以得出更有說服力和工程實(shí)用價(jià)值的決策方案。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法存在的不穩(wěn)定性問題，可以在風(fēng)險(xiǎn)矩陣構(gòu)建過程中，融入效用理論以對(duì)決策者風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度進(jìn)行描述，使得風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法輔助的決策過程更具工程針對(duì)性。

來源出版物：同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2013, 41(3):381-385

入選年份：2017

可更換連梁保險(xiǎn)絲抗震性能試驗(yàn)研究

呂西林，陳云，蔣歡軍

摘要：目的：連梁是聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)中重要的耗能構(gòu)件。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土連梁通常由于跨高比較小，形成塑性鉸耗能模式較難實(shí)現(xiàn)。更重要的是，連梁破壞后修復(fù)或更換非常困難，代價(jià)昂貴。近年來，國內(nèi)外的部分學(xué)者提出了可更換連梁的概念即在連梁的跨中設(shè)置一個(gè)耗能構(gòu)件，稱之為保險(xiǎn)絲，通過保險(xiǎn)絲的塑性變形耗散能量，而且在地震后對(duì)連梁的保險(xiǎn)絲部分進(jìn)行更換比較方便。鑒于連梁的保險(xiǎn)絲對(duì)連梁的耗能有著決定性的作用，提出了3種不同類型的連梁保險(xiǎn)絲并對(duì)其抗震性能進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究，為其工程應(yīng)用提供了參考。方法：提出的3種不同類型的連梁保險(xiǎn)絲分別介紹如下。（1）普通工字型鋼，腹板開有菱形孔，稱為保險(xiǎn)絲1。腹板開菱形孔是為了使腹板能夠大部分屈服耗能，增強(qiáng)保險(xiǎn)絲的耗能能力，合理的屈服順序是最弱的截面先屈服，通過材料的強(qiáng)度硬化，達(dá)到腹板大部屈服的目的。這類保險(xiǎn)絲一般設(shè)計(jì)為剪切屈服耗能構(gòu)件。（2）雙層腹板的工字型鋼，腹板和翼緣組成的箱型截面內(nèi)部灌鉛，稱為保險(xiǎn)絲 2。這種保險(xiǎn)絲類似于由工字型鋼和鉛剪切耗能器復(fù)合而成的構(gòu)件。雙層腹板和翼緣組成的空腔內(nèi)灌鉛有兩個(gè)目的，其一是鉛的剪切變形能夠耗散一定能量，其二是鉛能夠在一定程度上阻止腹板的屈曲。這類保險(xiǎn)絲也通常設(shè)計(jì)成剪切屈服耗能構(gòu)件。（3）兩根平行鋼管，每根鋼管內(nèi)部灌鉛，稱為保險(xiǎn)絲 3。兩根平行設(shè)置的鋼管之間沒有腹桿連接，因此兩根鋼管分別抵抗相同的彎矩和剪力。這類保險(xiǎn)絲可以設(shè)計(jì)成彎曲屈服和剪切屈服混合型耗能構(gòu)件，可以通過鋼管彎曲和鉛的剪切耗能。鉛的作用除了剪切耗能外，還能起到阻止鋼管屈曲的作用。通過低周反復(fù)加載試驗(yàn)對(duì)這3種保險(xiǎn)絲的抗震性能進(jìn)行了全面研究，比較了3種保險(xiǎn)絲的滯回性能、強(qiáng)度和剛度退化性能、耗能能力和疲勞性能。結(jié)果：研究結(jié)果表明：（1）從各方面的性能比較來看，保險(xiǎn)絲 2（雙層腹板內(nèi)灌鉛）的抗震性能最優(yōu)，不僅滯回曲線穩(wěn)定飽滿，骨架曲線的下降段平緩，延性系數(shù)大，剪切變形能力強(qiáng)，而且耗能能力強(qiáng)，強(qiáng)度退化小，抗疲勞性能強(qiáng)，非常適合在可更換連梁中使用。（2）保險(xiǎn)絲1在開裂前的性能非常好，不僅剛度和強(qiáng)度與保險(xiǎn)絲2類似，而且在剪切位移角小于3.5%時(shí)其耗能性能最好，但是腹板開裂后其各方面性能下降較多。這表明在保險(xiǎn)絲的腹板開菱形孔確實(shí)能夠擴(kuò)大腹板的屈服面積，增強(qiáng)保險(xiǎn)絲的耗能能力，但要適當(dāng)增大孔洞的夾角并采取有效措施減小開孔處的應(yīng)力集中。（3）保險(xiǎn)絲 3的承載力和剛度都遠(yuǎn)小于保險(xiǎn)絲1和2，其絕對(duì)的剪切變形能力雖弱于保險(xiǎn)絲1和2，但其延性系數(shù)較大，剛度退化最小，等效粘滯阻尼系數(shù)的最大值也高于保險(xiǎn)絲1和2，最大的不足就是剪切變形能力較小，最大剪切角能夠達(dá)到4.9%，而且過了峰值荷載后破壞較快。根據(jù)其破壞主要是由于根部的應(yīng)力較大和焊接殘余應(yīng)力引起的，建議適當(dāng)加強(qiáng)鋼管根部的強(qiáng)度，并采取有效措施減小焊接殘余應(yīng)力的影響。結(jié)論：上述的3種可更換連梁保險(xiǎn)絲各有特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)型式、不同的連梁跨度進(jìn)行優(yōu)選，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。例如保險(xiǎn)絲1可適用于剪切變形較小的連梁，能夠充分發(fā)揮其在剪切變形較小時(shí)耗能能力較強(qiáng)的特點(diǎn)；保險(xiǎn)絲2的綜合性能最優(yōu)，因此適用范圍較廣；保險(xiǎn)絲3可應(yīng)用于跨高比較大的可更換連梁，并可以設(shè)計(jì)成彎曲屈服型保險(xiǎn)絲。

來源出版物：同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2013, 41(9):1318-1325

入選年份：2017

基于云模型的地震區(qū)公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

賈興利，許金良

摘要：目的：由于缺乏對(duì)路域地震風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)估，導(dǎo)致公路路線方案不能很好地適應(yīng)地震區(qū)環(huán)境，進(jìn)而加劇了震時(shí)的破壞程度。本文從考慮公路路線方案選擇、通過形式等宏觀角度出發(fā)，借助地理信息系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，引入云模型理論，提出基于云模型-層次分析法的地震區(qū)公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估賦權(quán)方法，建立地震區(qū)公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。方法：首先從地形地震風(fēng)險(xiǎn)因子、地震源風(fēng)險(xiǎn)因子、地質(zhì)地震風(fēng)險(xiǎn)因子、植被地震風(fēng)險(xiǎn)因子等方面對(duì)影響地震區(qū)公路震害風(fēng)險(xiǎn)的因素進(jìn)行辨識(shí)，并采用主成分分析法以及文獻(xiàn)法確定峰值加速度、植被覆蓋率、地層巖性和地表坡度作為主導(dǎo)標(biāo)志。然后，為克服依靠主觀經(jīng)驗(yàn)確定因子權(quán)重的不足，建立基于云模型-層次分析法的地震區(qū)公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估賦權(quán)方法，首先完成基于云模型標(biāo)度的判斷矩陣構(gòu)建，利用九朵云模型來建立重要性決策標(biāo)度，采用黃金分割法計(jì)算九朵云模型的熵和超熵，再利用浮動(dòng)云的偏好集結(jié)進(jìn)行兩兩重要性判斷，根據(jù)前述決策方法建立鄰層指標(biāo)在云模型下兩兩重要性比較的判斷矩陣。通過專家咨詢打分，最終完成路遇地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的構(gòu)建。結(jié)果：選取甘肅省隴南某高速公路為研究對(duì)象，根據(jù)評(píng)估模型得到該高速公路沿線震害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在1.00～6.96之間，其中大部分區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)處于5以下，路線起點(diǎn)南及東南為高峰值加速度、硬巖、大邊坡坡度區(qū)域，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)接近7，屬于高地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；傳統(tǒng)峽谷地區(qū)選擇的沿溪線區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高，相同峰值加速度情況下，因峽谷地區(qū)兩岸巖性條件較差，震害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)其他區(qū)域更高；通過汶川地震震后實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，該高速公路沿線地震破壞嚴(yán)重程度與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算結(jié)果基本一致。結(jié)論：（1）以地震動(dòng)峰值加速度、植被覆蓋率、地層巖性和地表坡度作為震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子，提出云模型層次分析法的公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估賦權(quán)方法，建立了公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，表征了公路沿線區(qū)域潛在的地震風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。（2）引進(jìn)云模型理論，改進(jìn)傳統(tǒng)層次分析法的不足，利用云模型的集結(jié)算法可以將多人決策的賦值全部帶入到計(jì)算公式中，克服了依靠主觀經(jīng)驗(yàn)確定因子權(quán)重的不足，提高了公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的客觀性和可靠性。（3）運(yùn)用基于云模型的公路震害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可以準(zhǔn)確地評(píng)估公路沿線區(qū)域的地震風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了地震風(fēng)險(xiǎn)的量化轉(zhuǎn)換，為公路路線方案選擇、構(gòu)造物布置、路線通過形式等建設(shè)方案的決策提供了數(shù)據(jù)支撐。

來源出版物：同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2014, 42(9):1352-1358

入選年份：2017