輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法分析

梁 宵，徐 斌

（1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021；2.長(zhǎng)春東電電力工程有限公司，長(zhǎng)春 130021）

全壽命周期過(guò)程是在設(shè)計(jì)階段考慮產(chǎn)品壽命歷程的所有環(huán)節(jié)，將所有相關(guān)因素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化的一種設(shè)計(jì)理論，其最終目標(biāo)是盡可能在質(zhì)量、環(huán)保等約束條件下縮短設(shè)計(jì)時(shí)間并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品壽命周期最優(yōu)化。本文根據(jù)輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)特點(diǎn)，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合的模糊層次評(píng)價(jià)法，進(jìn)行輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。

1 模糊層次評(píng)價(jià)法的基本內(nèi)容

模糊層次評(píng)價(jià)方法是將德?tīng)柗品ā哟畏治龇ㄅc模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，進(jìn)而構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系、確定各指標(biāo)的權(quán)重，通過(guò)各指標(biāo)對(duì)于評(píng)語(yǔ)集的隸屬度確定其相應(yīng)等級(jí)的一種計(jì)量方法。

1.1 德?tīng)柗品?/h3>

德?tīng)柗品ㄓ址Q專家調(diào)查法。該方法主要依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見(jiàn)的方式，即專家之間采取“背靠背”的方式發(fā)表意見(jiàn)，不得互相討論，只與調(diào)查人員有關(guān)，對(duì)所要預(yù)測(cè)的問(wèn)題多輪次征求專家意見(jiàn)，然后把反饋的信息整理、歸納、統(tǒng)計(jì)，再匿名反饋給各專家，再次征求意見(jiàn)，再集中，再反饋，直至得到穩(wěn)定的意見(jiàn)。德?tīng)柗品ㄗ鳛橐环N主觀、定性的方法，不僅可以用于預(yù)測(cè)領(lǐng)域，還可以廣泛應(yīng)用于各種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立和具體指標(biāo)的確定過(guò)程。德?tīng)柗品ǖ木唧w實(shí)施步驟見(jiàn)參考文獻(xiàn)［1］。

1.2 層次分析法

層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的以定量為主、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。該方法首先將所要分析的問(wèn)題層次化，根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和要求達(dá)到總目標(biāo)，將問(wèn)題分解成不同的層次結(jié)構(gòu)，按照指標(biāo)間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系，將指標(biāo)按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次分析結(jié)構(gòu)模型。層次分析法的實(shí)施步驟如下。

1.2.1 構(gòu)建多層次指標(biāo)體系

運(yùn)用層次分析法決策時(shí)，首先要按照條理化、層次化構(gòu)建層次指標(biāo)體系，在這個(gè)體系中，復(fù)雜的問(wèn)題被分解成若干指標(biāo)因素。該體系應(yīng)該包括最高層（目標(biāo)層）、中間層（指標(biāo)層）、最底層（方案層或者評(píng)價(jià)層），每一下層指標(biāo)對(duì)上一層指標(biāo)有一定程度的隸屬關(guān)系及權(quán)重。

1.2.2 構(gòu)造判斷矩陣［2］

構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣的目的是通過(guò)專家對(duì)于每一層指標(biāo)對(duì)下層指標(biāo)的支配程度的判斷來(lái)確定該指標(biāo)體系中各層指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)矩陣中各指標(biāo)的兩兩判斷，可以消弱因?yàn)閭€(gè)別判斷失誤對(duì)整個(gè)指標(biāo)體系權(quán)重判斷的影響。構(gòu)建兩兩指標(biāo)比較的判斷矩陣需要遵循Seaty的1－9標(biāo)度法，判斷矩陣標(biāo)度及含義見(jiàn)表1，其中，A為評(píng)估總目標(biāo)，ai、aj分別為矩陣的行和列。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及含義

表1反應(yīng)了根據(jù)專家打分，指標(biāo)i相對(duì)于指標(biāo)j的相對(duì)重要性情況，從而可以得到判斷矩陣A：

1.2.3 層次單排序

層次單排序是指判斷矩陣A對(duì)應(yīng)于最大特征值的特征向量W，經(jīng)歸一化即為同一層次相應(yīng)因素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值的歸一化過(guò)程，具體步驟如下。

d.一致性檢驗(yàn)。采用方根法來(lái)計(jì)算各判斷矩陣的最大特征跟λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量，對(duì)特征向量做歸一化處理，確定各層次單排序權(quán)向量W，即為同一層次分解后的各因素對(duì)于上一層次各因素的相對(duì)重要性的排序權(quán)值，這一過(guò)程即為層次單排序。計(jì)算各判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI，CI＝λmax－n/（n－1），進(jìn)一步計(jì)算隨機(jī)一致性比率CR＝CI/RI，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。當(dāng)CR＜0.10時(shí)，認(rèn)為層次單排序的不一致程度在允許范圍之內(nèi)，便可用其歸一化后的特征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造判斷矩陣A，再次進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，直到通過(guò)檢驗(yàn)。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值列于表2。

表2 不同判斷階數(shù)RI 值確定

e.層次總排序。層次總排序是確定最底層所有指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)相對(duì)重要性的排序權(quán)值過(guò)程，需要自下而上對(duì)指標(biāo)體系中的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行合成。在層次單排序中，根據(jù)專家打分和層次分析法，可以確定層次單排序的各指標(biāo)的權(quán)重值，然后對(duì)層次單排序中的各指標(biāo)值的權(quán)重進(jìn)行層次總排序，可以得到在整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算總排序隨機(jī)一致性比率CR進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

1.3 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)［3］

結(jié)合輸電線路工程特點(diǎn)，每一因素（如可實(shí)施性、環(huán)保節(jié)約性、可擴(kuò)建性等）可分為5個(gè)等級(jí)，各因素評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 各因素評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 模糊綜合評(píng)價(jià)法在設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)標(biāo)方法。該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問(wèn)題，適合各種非確定性問(wèn)題的解決，是利用模糊數(shù)學(xué)理論針對(duì)有大量非定量化因素的評(píng)估系統(tǒng)而提出的一種評(píng)估方法。它是在確定評(píng)估指標(biāo)及其權(quán)重和評(píng)估標(biāo)度的基礎(chǔ)上，用模糊隸屬度的方式來(lái)度量評(píng)估分析對(duì)象，從而獲得評(píng)估系統(tǒng)各替代方案優(yōu)先順序的有關(guān)信息，評(píng)估的具體步驟如下。

2.1 確定評(píng)估指標(biāo)集及評(píng)判評(píng)語(yǔ)集

結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司2014試行的《輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》所提出的指標(biāo)體結(jié)構(gòu)圖，確定評(píng)估指標(biāo)集。設(shè)評(píng)估總目標(biāo)為A，則A＝（A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8），其中A1＝（A11，A12，A13，A14，A15，A16），A2＝（A21，A22，A23，A24，A25，A26，A27），其余A3、A4…，照此類推。

確定評(píng)判評(píng)語(yǔ)集：評(píng)估值V＝（V1，V2，V3，V4，V5），V1代表最好，V2代表好，V3代表較好…，以此類推，見(jiàn)表1。

設(shè)指標(biāo)Uij隸屬于第K（K＝1，2，3，4，5）個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度為rijk，則可構(gòu)造評(píng)估矩陣Ri：

式中：rijk是整個(gè)評(píng)審專家組在第K種評(píng)語(yǔ)對(duì)第Uij項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估的概率，rijk＝mijk/N通過(guò)統(tǒng)計(jì)調(diào)查法得到，N表示參與評(píng)審的專家人數(shù)，mijk表示對(duì)第Uij項(xiàng)指標(biāo)合計(jì)有mijk個(gè)人在第K個(gè)評(píng)語(yǔ)上畫“√”。

2.2 得到一級(jí)模糊綜合評(píng)估向量

對(duì)每個(gè)Ui＝｛Ui1，Ui2，…，Uim｝的m個(gè)因素，按一級(jí)模糊綜合評(píng)判得一級(jí)綜合評(píng)估向量Ai：

式中：i＝1，2，…，7；Wi為Ui指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，其值由層次分析法確定；Ri為對(duì)Ui的單因素評(píng)估矩陣；符號(hào)“○”表示模糊合成運(yùn)算；aik＝（wi1ri1k）⊕（wi2ri2k）⊕（wi3ri3k）⊕…⊕（wijrijk）；k＝1，2，…，5。

2.3 得到二級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣

將Ui（i＝1，2，…，5）看成一個(gè)指標(biāo)，這樣W＝｛W1，W2，…，W5｝，得出二級(jí)綜合評(píng)判矩陣Ri：

得到一級(jí)綜合評(píng)估向量A：

2.4 對(duì)模糊綜合評(píng)估進(jìn)行評(píng)判和分析

根據(jù)最大隸屬度原則對(duì)模糊綜合評(píng)估進(jìn)行評(píng)判和分析。最大隸屬度原則，即評(píng)估向量中的最大值所對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)為項(xiàng)目各自的評(píng)估等級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，是通過(guò)先計(jì)算不同評(píng)語(yǔ)子集的隸屬度與相應(yīng)的評(píng)分值的乘積，再整體相加，得到一個(gè)確定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值，為后面的項(xiàng)目決策提供依據(jù)，評(píng)估值V為：

式中F為評(píng)語(yǔ)分值向量。

3 輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)多層次指標(biāo)體系的構(gòu)建

輸電線路總的目標(biāo)層就是對(duì)方案做出總的評(píng)價(jià)。總目標(biāo)層A下有路徑、導(dǎo)線、地線、基礎(chǔ)、桿塔、絕緣子、金具防雷接地等在此處鍵入公式，8個(gè)評(píng)價(jià)要素組成指標(biāo)層，輸電線路全壽命周期設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。每一評(píng)價(jià)要素都包括或部分包括了安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約環(huán)保性、可實(shí)施性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、可回收性7項(xiàng)性能指標(biāo)，組成了指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)層，評(píng)價(jià)指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)要素見(jiàn)表4。A為目標(biāo)層A1～A8為指標(biāo)層A11～A16為A1指標(biāo)的評(píng)價(jià)層，以此類推。

圖1 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

表4 指標(biāo)層各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)要素

4 判斷矩陣的構(gòu)建

運(yùn)用表1所示的Seaty 1－9標(biāo)度法構(gòu)建各級(jí)各要素的判斷矩陣，以獲得各層評(píng)價(jià)要素的權(quán)重向量。構(gòu)造判斷矩陣需要采用專家打分法，本次沒(méi)進(jìn)行此項(xiàng)內(nèi)容，故判斷矩陣各隸屬度的數(shù)值均系工程設(shè)計(jì)者主觀選取而得。

a.目標(biāo)層判斷矩陣的構(gòu)建。以A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8構(gòu)建目標(biāo)層判斷矩陣，考慮到輸電線路工程除導(dǎo)線有不同方案的選擇外，其他各項(xiàng)如路徑、絕緣子等均沒(méi)有不同方案，因此，目標(biāo)層判斷矩陣不計(jì)算。

b.指標(biāo)層判斷矩陣的構(gòu)建。導(dǎo)線有不同的方案選擇，故本節(jié)以導(dǎo)線為例，構(gòu)建判斷矩陣見(jiàn)表5。

根據(jù)表5可得出判斷矩陣A：

c.對(duì)判斷矩陣A的每一列進(jìn)行歸一化處理。

d.對(duì)規(guī)一劃處理后的矩陣Mij進(jìn)行求和得到。

此即為評(píng)估指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

f.計(jì)算判斷矩陣的最大特征根Λmax。

表5 導(dǎo)線權(quán)重計(jì)算判斷矩陣

g.進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

RI查表4、表5知RI＝1.32

一致性比率CR＝CI/RI＝0.130 47/1.32＝0.098 8＜0.1

故可以認(rèn)為層次單排序的結(jié)果是滿意的。

5 模糊層次評(píng)價(jià)法在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

本工程共選用了4類6種導(dǎo)線：普通鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線（共2種）、中強(qiáng)度全鋁合金絞線和高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線（共2種）。此4類導(dǎo)線，除進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)年費(fèi)用比較外，尚需用模糊層次評(píng)價(jià)法對(duì)各類導(dǎo)線的優(yōu)劣進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。以鋁合金芯鋁絞線為例，對(duì)此種導(dǎo)線在本工程中的應(yīng)用做定量評(píng)估。

5.1 確定項(xiàng)目評(píng)語(yǔ)概率

各評(píng)語(yǔ)概率值均由工程設(shè)計(jì)者主觀選定，鋁合金芯鋁絞線評(píng)語(yǔ)概率見(jiàn)表6。

5.2 對(duì)鋁合金芯鋁絞線進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)

表6 鋁合金芯鋁絞線評(píng)語(yǔ)概率

5.3 對(duì)鋁合金芯鋁絞線進(jìn)行最終定量評(píng)估

本工程可依次對(duì)普通鋼芯鋁絞線等其他3類導(dǎo)線依上述所述原則和步驟進(jìn)行評(píng)估，以最終定量評(píng)估得分最高者為最優(yōu)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)模糊層次評(píng)價(jià)法的研究和應(yīng)用，將使輸電線路設(shè)計(jì)方案的選擇更加全面和完善，從而使得工程在全壽命周期內(nèi)更加安全、可靠和經(jīng)濟(jì)。

［1］ 關(guān)志民，朱軍意.馬飲海.學(xué)文論文質(zhì)量的多層次模糊綜合評(píng)價(jià)模型及其應(yīng)用［J］.科研管理，2005，（5）：153－157.

［2］ 周維，葉義成.矩陣方法在單因素模糊綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水運(yùn)，2007，（10）：201－203.

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