AHP方法在桥梁高墩柱翻模与爬模设备综合效益评析中的应用

AHP方法在桥梁高墩柱翻模与爬模设备综合效益评析中的应用

苏元  黄楠

云南工程建设总承包股份有限公司

[摘要]山岭地区桥梁工程项目中，高墩柱施工占比较高，目前较为普遍的施工方法有翻模施工或爬模施工。本文采用AHP方法对不同环境下翻模、爬模施工进行综合评价，为模板的合理选用提供决策依据，并分析得出两种模板的适用条件。

关键词：AHP方法、模板选用、综合评价

Application of AHP Method in the Selection of High Pier Column Turnover Formwork and Climbing Formwork Equipment

[Abstract] In bridge engineering projects in mountainous areas, high pier column construction accounts for a relatively high proportion. At present, the more common construction methods include turnover formwork construction or climbing formwork construction.In this paper, AHP method is used to comprehensively compare the turnover formwork and climbing formwork construction under different environments, to provide decision-making basis for the rational selection of formwork, and to analyze the applicable conditions of the two types of formwork.

Keywords:AHP, Selection of pier column formwork, Comprehensive evaluation

0引言

公路工程桥梁墩柱施工时，首先应该对施工方案进行选择，依据现在的相关规范及交通部相关文件要求，翻模与爬模是推荐的两项工法，滑模因其施工质量存在较大缺陷而被限制使用。模板的选择需主要结合安全性、施工速度（即工期）、经济性三项指标为依据进行综合分析。而多个因素的综合判断需要科学的方法来指引，系统工程方法论就为此类问题提供了较为便捷的解决方法。将AHP方法引入高墩柱模板选用分析中，为解决同类问题具有较大的参考意义。

1翻模、爬模施工技术特点

1.1翻模施工原理及特点

翻模是用两三节钢模板组成一个单元进行墩柱施工，单节模板高度为 2.25 米，单次浇筑完成后，预留最上一节模板作为支撑承重系统，将下面一节或二节模板拆下，吊装到最上一节模板上，实现新一节墩身的模板安装，如此循环往复，整个高墩施工就完成了，整个墩柱高度为 2.25 米预留模板与墩身之间的摩擦力为整套模板系统附着于墩柱的主要原因。

翻模具有工艺简单、经济优势大、周转速度快等优点，但墩柱高度过高时具有较高的安全风险，适用于等截面、变截面的实心或薄壁空心墩。

1.2爬模施工原理及特点

爬模是另一种墩柱施工方法，它综合了大型模架和滑升模架的工艺特点。它主要由爬升装置、外组合模架、移动模架、上爬架、下吊架、液压控制系统等几个部分组成，主要有以下几个方面的内容： 一、机动式机动架。爬模工艺原理是通过液压油缸交替顶升导轨和爬架，二者相互不关联，能够相互运动。爬模作业时，预埋件支座上支撑着导轨和爬模支架，两者之间没有相对移动。

爬模具有爬升整体稳定性好，爬升过程平稳、同步、安全等特点，但单次投入成本较高，适用于各种类型的墩柱。

2 AHP方法基本原理

层次分析法(AHP)是 20 世纪 70 年代初期由美国运筹学家、美国匹兹堡大学 T.L.Saaty 教授提出的，是一种简便、灵活、实用的多准则决策方法，用于定性问题的定量分析。AHP 方法是将复杂的问题按逻辑关系分解为阶梯式的层次结构，然后将这些因素层层分解，从而对复杂的问题进行分析。两相比较，确定了各因素在层次上的相对重要性。然后再综合相关人员的判断，确定一个总的排序，这个排序对备选方案来说是相对重要的。包含建立层级架构、构建判断矩阵、层级单次排序、层级总排序四个步骤。

3 AHP方法在高墩模板选用中的应用

3.1建立层次结构

高墩模板选用的目的是实现模板选用合理化，达到综合效益最大。主要考虑三个因素：安全性，建设速度，经济性。选用翻模和爬模作为备选方案。建立如下层次结构：

图3.1  选用高墩模板层次结构图

3.2构造判断矩阵

    构造判断矩阵时，要素与要素相比的重要性标度定义如下表：

表3.2-1  判断矩阵标度定义

    按照以上方法，分两种情况建立判断矩阵。情况一是当工程为常规建设项目时，工程经济性一般大于施工速度，此时经济性比施工速度重要。情况二是当工程为抢险救灾或者某些政治工程时，施工速度一般大于经济性，此时施工速度比经济性重要。

3.2.1情况一判断矩阵

    第一种情况的判断矩阵A1建立如下：

  重要度向量W=,采用方根法进行求解。

    归一化得权重向量：

    进行一致性检验：

,具有满意的一致性。

3.2.2情况二判断矩阵A2

第二种情况的判断矩阵A2建立如下：

同理，计算可得：

    重要度向量W==

    ，具有满意的一致性。

3.3层次单排序

对以往施工经验进行总结分析，对于高墩柱施工而言，墩高低于35m的墩柱与高于35m的墩柱，用翻模与爬模在安全度及施工速度上将产生较大区别，因为墩高过高之后，翻模安拆所耗费的时间明显增长，循环周期变长，且安全风险显著增加。在经济性上，根据2018年某施工项目沙拉托大桥桥墩使用不同模板采购及摊销费用进行对比，爬模施工工期85天，使用费用在150元/m³；翻模板施工工期90天，摊销费用为30元/m³。单套翻模模板（含防护）材料费用一般为单套爬模模板（含防护）费用的1/5。下面以35m高度为分界线进行两次分析。

3.3.1墩柱模板（h≤35m）层次单排序

当墩柱高度低于35m时，翻模在安全性上虽然仍然低于爬模，但在有效的安全管控下，总体安全性仍然比较可控，且可利用模板快速周转的特点，在施工速度上略快于爬模。

    C1-P:

    C2-P:

    C3-P:

3.3.2墩柱模板（h＞35m）层次单排序

当墩柱高度高于35m时，翻模由于高处安拆模板时人员操作、机械配合上难度增加，效率降低且安全风险明显降低，因此施工整体效果随着墩高的增加越来越低于爬模,经济性也随之降低。

    C1-P:

    C2-P:

    C3-P:

3.4层次总排序

3.4.1墩柱模板（h≤35m）层次总排序

    1.基于前述情况一的判断矩阵A1:

    2.基于前述情况二的判断矩阵A2:

    说明方案P2（爬模）略优于方案P1（翻模），主要原因为中对安全性的重视程度更高，同时在层次单排序中认定P2的安全性稍高于P1,得到，进一步扩大了安全性对模板选择的影响。

3.4.2墩柱模板（h＞35m）层次总排序

    1.基于前述情况一的判断矩阵A1:

    2.基于前述情况二的判断矩阵A2:

说明当墩高大于35m时，方案P2（爬模）明显优于方案P1（翻模），这是因为随着墩柱高度的增加，安全风险显著增高，采用爬模综合效益明显。

3.4.3进一步深入分析

    针对墩高低于35m的情况，在保证施工速度、经济性重要性标度保持不变的情况下，单一改变C1-P中安全性重要性标度，则中P1所占权值变化如下。

图3.4.3-1  中P1所占权值随安全性标度变化图

由上图可知，当P1比对P2的安全性标度在2以内时，即P1的安全性相当于或略低于P2时，P1的可选择性增加。而通过项目管理知识可知，安全性的大小与施工过程的监管，作业队伍的技术水平、安全意识，以及安全防护措施等强相关。因此，当墩柱高度低于35m时，通过选用有经验、责任感强的作业队伍，强化安全管理，完善安全防护措施等手段，可以考虑使用P1(翻模)，以进一步提高经济效益。结合经验可以判断，当墩高低于20m时，P1比对P2的安全性标度基本为1，此时应当优先选用翻模组织施工。

4总结

将层次分析法运用于高墩柱模板的选用中，为施工决策提供了一种较为科学的评价方法，具有较大的应用意义，值得在其他方案决策中加以使用。同时，通过层次分析法（AHP法）对翻模与爬模的选用进行系统分析，得出如下结论：

（1）对于高度大于35m的桥梁墩柱，应当优先选用爬模组织施工。

（2）对于高度介于20m与35m之间的桥梁墩柱，通过加强安全管理，翻模与爬模的区别不大。

（3）对于高度低于20m的桥梁墩柱，考虑到经济效益最大化，应当优先选用翻模进行施工。

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