刘汉增，陈桂明，胡春宇

（火箭军工程大学，西安 710025）

0 引言

阵地工程是战略导弹部队为积极防御，执行核、常反击作战任务，隐蔽、贮存和发射核、常导弹而构筑的各种工程保障设施［1］。近年来，为了满足武器装备更新换代的战略需要，阵地工程建设的任务愈发密集，规模大、系统多、技术复杂的施工特点愈发凸显。阵地工程，特别是大型和特大型的工程，其建设规模可达到十几万甚至几十万平方米，工程周期长、施工轴线长、作业断面大，空气、照明、噪声、温度等施工环境恶劣，成为诱发安全事故的重要因素，给部队的安全管理带来了严峻挑战。

目前，学者们在对阵地工程施工管理方面的研究中，对安全风险因素分析、安全管理重难点及管理方法等的研究比较多，如张俊海等［2］分析施工中人员技能、施工监管及地质环境等不利因素对坑道安全的影响；鲜麒麟等［3］提出了阵地工程施工安全管理的8 个难点问题和加强风险管理的重要环节和组织形式；张玉良［4］在缓解工程部队安全压力方面，提出抓思想认识、抓科学施工、抓组织建设和抓保障服务等具体措施，但是涉及到施工环境方面的研究较少，施工环境评价更是没有形成体系化的研究成果。当前，阵地工程施工环境评价常采用单因素、单指标的评价方法，如常用空气质量、噪声、新风送入量、粉尘浓度等来单独评价阵地内部的施工环境。该方法虽然简单方便、易于操作，但对阵地工程而言，单一指标所反映的信息量少，无法准确地表达整个施工环境真实情况。

针对多因素综合评价的问题，使用较多的方法有层次分析法、模糊综合评价法、神经网络法和综合指数法。上述方法中，层次分析法的主观性太强，模糊综合评价法的计算过程复杂，神经网络法的评价过程属于黑箱操作，综合指数法对指标数据的要求高。同时，影响环境质量的因素既有定性的，又有定量的；有的是通过仪器测定获得的定量数据，有的则是专家给出模糊的、定性的经验表达，底层指标的种类多样，而且评价信息存在不确定性。鉴于此，本文提出了一种基于证据推理算法的置信规则库推理方法（belief rule base inference methodology using evidential reasoning，RIMER）。该方法的优势主要有［5］：1）引入置信度结构来表达输入数据的不确定性，用置信规则库（belief rule base，BRB）的框架样式将评价准则、专家经验和环境质量等级进行统一表达；2）以简单证据推理的形式，能够很好地解决不同类型的底层指标融合计算的问题，避免了权重计算与一致性分析；3）整个评估过程透明，能够很好地进行因果解释分析。

1 阵地工程施工环境评价指标体系

1.1 确定施工环境评价指标

确定施工环境评价指标是开展评价研究最基础的环节，其重点工作是分析、筛选和确定影响施工环境质量的关键因素。阵地工程中既有土建项目，又有安装项目，分部、分项工程更是类别众多，而且施工周期较长，施工环境复杂多变，鉴于此，本文采用过程分析与问卷调查相结合的方式，把阵地工程施工分为若干个分部工程或分项工程，通过现场观察、施工流程和工艺过程分析，识别出施工环境质量的影响因素［6］；在此基础上，编制出《阵地工程施工环境质量影响因素调查问卷》，邀请火箭军工程大学相关领域的专家以及一线部队机关业务人员、基层分队主官和施工班组长共40 人，对阵地工程施工环境质量的影响因素再次进行识别和筛选。通过对调查问卷的整理，把阵地工程施工环境评价作为目标层，把各类环境影响（空气质量、物理环境、废弃物处理等）作为准则层，把各种环境质量因素（粉尘、照明、固体垃圾处理等）作为指标层，建立阵地工程施工环境评价指标体系，如图1 所示。

图1 阵地工程施工环境评价指标体系

1.2 评价指标的含义及参考标准

影响施工环境的空气质量因素主要有：1）氧气含量。在狭小密闭空间和长大工程的末端，自然通风和机械通风效果不佳，洁净空气难以及时补充，从而导致空气中的氧气浓度低于正常值，易造成人员头晕、四肢无力等；2）CO 浓度。爆破烟雾、机械废气、车辆尾气中含有大量的CO，CO 浓度过高，可导致机体出现视觉和听觉障碍，甚至出现中毒症状；3）粉尘浓度。放炮、掘进、车辆运输等过程中，会产生大量的粉尘，轻则干扰人员视线，重则造成肺部疾病。影响施工环境的物理因素主要有：1）环境噪声。施工机械、车辆以及临时通风设备的运行都会产生大量噪声，直接影响人员间有效的沟通交流，还会对人的听觉系统和心血管系统产生危害；2）照明。照明条件的质量直接影响人员对外界空间的感知，阵地工程施工照明主要依靠人造光，不良的照明易分散人员注意力，降低对安全事故的敏感性和反应速度；3）温度。人体在适宜的温度下，能够充分发挥机体工作效能，过高或过低的温度都会降低身体的机能和劳动效率，增大施工风险。影响施工环境的废弃物环境主要有：1）固体垃圾处理。在施工过程中会产生大量固体垃圾和生活垃圾，如碎石、土方、废料、剩饭以及人体排泄物等，处理不当会影响施工现场秩序，增加事故发生概率；2）废水处理。施工中产生的废水主要包含山体渗水、施工废水和生活污水等，在阵地密闭、有限的环境中，若处理不当，既干扰正常施工，又易滋生大量细菌。

为了进一步利用指标，就有必要确定指标参考标准。由于目前军队尚未制定阵地施工环境相关的标准，参照《公路隧道施工技术规范》［7］和《国防工程管理学》［8］等相关内容，确定了阵地工程施工环境评价指标的参考标准，如表1 所示。

表1 施工环境质量评价指标参考标准

2 基于RIMER 的评价模型

RIMER 方法是基于D-S 证据理论，建立在单集和全集的辨识证据框架理论基础上的一种专家系统分析方法［9-10］。图2 为基于RIMER 的评价模型构建流程。

图2 基于RIMER 的评价模型构建流程

2.1 构造置信规则库

在环境评价之前，首先要构建环境评价的BRB。构建BRB 的整个过程实际上就是将所有的评价准则、专家经验、环境质量置信等级的结构用统一的数据库框架显示和表达的过程。BRB 用式（1）表示［11］：

式中，E={E1，E2，…，EJ}表示评价体系中所有指标的集合，P={P1，P2，…，PI}表示BRB 中与指标对应的取值集合，Pi={Pi1，Pi2，…，Pi|Pi|}，|Pi| 表示集合Pi中元素个数。R={R1，R2，…，RL}表示所有结论的集合。F 是规则输入和输出之间的映射函数。

一条基本的置信规则是既考虑前提属性权重和规则权重，又用置信度等级结构来表达规则结论的“if-then”框架样式，第k 条规则表示为［12］：

BRB 的实质是构建了输入信息与输出结果之间的映射关系，是一种更容易理解的数学表达形式。如在空气质量评价的BRB 中，规则为：当氧气含量（E11）为20%，CO 浓度（E12）为30 mg/m3，粉尘浓度（E13）为4 mg/m3时，空气质量（E1）的等级为（良，0.7）（中，0.3）。假设该条规则中各前提属性的权重均为1，规则的相对权重也为1，则用式（2）表达为：

2.2 计算规则激活权重

2.2.1 输入数据的转换

有两点需要特别说明：一是当规则库中指标属性取值为某个单点P*时，

式中，［p，q］为输入值xi的实际取值范围。相似函数φ 在理论上可以保证：当xi=Pi*时，φ 取值刚好为1；xi距离P*越远，φ 取值越小，越能够准确刻画输入值xi与P*的相似性。二是当输入值为专家经验主观判断时，此时直接用经验值当作输入值，无需转换。如物理环境中的照明因素，在规则库中的取值包括（良，中，差），实际输入值{（良，0.5）（中，0.5）（差，0）}，则φ良=0.5，φ中=0.5，φ差=0。

2.2.2 激活权重的计算

2.3 证据推理算法集成

Wang 和Yang 等进一步提出了证据推理的解析算法，完成了对BRB 中所有规则的证据组合［15］，其计算公式如下：

本文采用加权平均值法，将置信度评价结果单值化来确定环境质量等级评估等级：给3 个等级依次赋予间距相等的数值c1，c2，c3，文中分别取100/80/60 来表示，计算式（9）所示。

式中，k 为待定系数，目的是控制较大的发挥βj作用，通常取k=1 或k=2。对照环境质量分级标准，如表2 所示，可得到环境质量等级。

表2 环境质量分级标准

3 实例分析

3.1 工程施工环境评价计算

某工程位于某县境内，地处某河中下游，属山原峡谷型地貌。该工程施工轴线总长约12 000 m，建设总面积约320 000 m2。该工程划分为A、B、C 3区，环境质量评价指标体系如下页图3～图5 所示。假设规则库中的规则权重均为1，规则的前提条件的相对权重均相等，构建的置信规则库如表3 所示。通过现场调研和测量，A、B、C 3 区的指标输入数据如表4 所示。

表3 施工环境评价置信规则库

表4 A、B、C 3 区的指标输入数据

下面以A 区为例，进行计算过程分析。

同理，可计算出A 区的物理环境E2A、固体废物环境E3A和施工环境EA的评价结果，如图3 所示。按照以上步骤，可计算出B 区和C 区施工环境评价结果，如图4、图5 所示。

图3 A 区施工环境评价结果

图4 B 区施工环境评价结果

图5 C 区施工环境评价结果

根据式（9）将E、E1、E2和E3进行单值化处理，得到A、B、C 3 区施工环境质量评价结果，如图6所示。

图6 施工环境评价单值化结果

3.2 评价结果分析

从整体施工环境质量来看，A 区为II 级偏下，B区为II 级偏上，C 区为III 级偏下。B 区的施工环境质量整体最好，特别是该区的空气质量达到I 级，但该区的物理环境和废弃物环境低于整体环境质量，温度调控和固体垃圾处理工作有待加强；A 区的物理环境为III 级偏下，严重制约了整体的施工环境质量，特别是噪声和照明两个环境指标有待改善；C 区位于阵地末端，通风条件和交通状况较差，虽在物理环境调控方面有所侧重，但是整体施工环境质量仍较差，需要持续加强机械通风和废弃物处理工作。

4 结论

针对阵地工程施工环境评价指标类型的多样性和评价信息的不确定性问题，在融合测量数据和专家经验的基础上，建立了一种基于置信规则库的证据推理的评估模型，将传统的单一因素环境评价上升为体系化的综合环境评价。结合工程施工实际，运用模型对A、B、C 区施工环境进行分析计算，其中B 区最佳，A 区次之，C 区最差，符合某工程施工的实际情况。同时，根据评价结果，掌握各区域内的氧气含量、温度、废弃物处理等8 项指标对整体施工环境的影响，为科学地制定改善施工环境措施提供了理论依据。