基于模糊層次分析法的露天礦山外包模式優(yōu)選

張振龍　劉　鋒　閆永平

(兗州中材建設(shè)有限公司)

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基于模糊層次分析法的露天礦山外包模式優(yōu)選

張振龍劉鋒閆永平

(兗州中材建設(shè)有限公司)

摘要為選擇合適的外包模式，對(duì)國(guó)內(nèi)露天礦山常見(jiàn)外包模式進(jìn)行了分析，結(jié)合水泥礦山承包開(kāi)采特點(diǎn)，采用模糊層次分析法，建立了水泥礦山外包模式層次結(jié)構(gòu)優(yōu)選模型，得出了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；并采用模糊綜合評(píng)判對(duì)兩種外包模式進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，得出了對(duì)于老礦山分包模式優(yōu)于總承包模式的結(jié)論。為業(yè)主結(jié)合自身情況及礦山概況選擇合適的外包模式和承包商提供參考。

關(guān)鍵詞模糊層次分析法露天礦山承包模式

隨著露天礦山開(kāi)采規(guī)模逐年擴(kuò)大，礦床開(kāi)采深度日益加深，開(kāi)采難度越來(lái)越大，同時(shí)由于社會(huì)分工越來(lái)越細(xì)和生產(chǎn)方式趨向于向?qū)I(yè)化方向發(fā)展，我國(guó)礦業(yè)承包開(kāi)采出現(xiàn)了總承包和分包開(kāi)采等多種生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式。如何選擇最佳承包模式和承包商，降低礦山生產(chǎn)投資，實(shí)現(xiàn)礦山業(yè)主和承包商雙贏，是一個(gè)重要的研究問(wèn)題。模糊層次分析法(簡(jiǎn)稱FAHP)長(zhǎng)期以來(lái)在方案優(yōu)選中得到了廣泛應(yīng)用[1-5]，取得了較好的效果，因此，本文采用FAHP，對(duì)露天礦山外包模式優(yōu)選進(jìn)行探討。

1　露天礦山外包模式

(1)礦業(yè)承包開(kāi)采。礦業(yè)承包開(kāi)采[6]是指礦山企業(yè)或礦山所有人為了降低礦床開(kāi)采成本、獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，將其采礦權(quán)范圍內(nèi)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采或基建工程全部或部分承包給具有獨(dú)立法人資格的專(zhuān)業(yè)化施工單位，由該單位完成一定礦石生產(chǎn)量或工程量的開(kāi)采經(jīng)營(yíng)方式。

(2)礦山承包開(kāi)采方式。目前，我國(guó)露天礦山承包開(kāi)采主要有兩種方式[6-7]：①開(kāi)采總承包，將整個(gè)施工工程或礦產(chǎn)資源開(kāi)采以總包形式進(jìn)行外部承包，比如深部開(kāi)采工程、二期改擴(kuò)建工程等；②按作業(yè)區(qū)域或生產(chǎn)環(huán)節(jié)分包，將某一區(qū)域的礦產(chǎn)資源承包或某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)承包，如露天采場(chǎng)不同臺(tái)階、不同區(qū)域分包，或剝離、穿爆、采裝及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)分包。

2　露天礦山外包模式選擇的影響因素

露天礦山承包開(kāi)采的關(guān)鍵是承發(fā)包模式的選擇，合理的承發(fā)包模式不僅有利于工程質(zhì)量及工期的控制，而且可以適當(dāng)降低工程成本[2]。結(jié)合露天礦山開(kāi)采特點(diǎn)，本文將影響露天礦山外包模式選擇的因素分為4個(gè)方面：①業(yè)主；②承包商；③礦山建設(shè)要求；④環(huán)境因素。

(1)業(yè)主。業(yè)主即為礦山采礦權(quán)所有人，礦山承發(fā)包模式的決策者和發(fā)包單位。做承發(fā)包模式選擇決策時(shí)，業(yè)主必須考慮礦山工程的建設(shè)特點(diǎn)，根據(jù)礦山自身建設(shè)技術(shù)水平、礦山協(xié)調(diào)能力、綜合管理能力、生產(chǎn)管理人員水平以及所面臨的風(fēng)險(xiǎn)等，選擇合理的承發(fā)包模式及承包商。

(2)承包商。承包商是礦山工程或基建工程的直接施工方，負(fù)責(zé)部分或整個(gè)礦山工程的施工。在滿足礦山工程建設(shè)特點(diǎn)及業(yè)主偏好前提下，承包商的技術(shù)水平、設(shè)備生產(chǎn)能力、生產(chǎn)管理人員業(yè)務(wù)水平、承包商的管理能力及承包商所面臨的風(fēng)險(xiǎn)等，都影響承發(fā)包模式的選擇。

(3)礦山建設(shè)要求。礦山開(kāi)采或基建工程是礦山承發(fā)包的主體，在其承發(fā)包模式選擇時(shí)，業(yè)主需要正確處理好與礦山工程本身因素的切合度，充分考慮礦山建設(shè)規(guī)模、礦山建設(shè)進(jìn)度、礦山建設(shè)質(zhì)量及礦山建設(shè)成本等因素，以滿足礦山建設(shè)的需求。

(4)環(huán)境因素。對(duì)于大型工程建設(shè)項(xiàng)目，由于工程本身特征及其所處環(huán)境的復(fù)雜性，選擇合理的承發(fā)包模式難度較大，因此，能否應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的環(huán)境變化是承發(fā)包模式的主要選擇標(biāo)準(zhǔn)[2]。礦山工程建設(shè)過(guò)程中的環(huán)境因素主要分為3個(gè)方面：自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境。

3　模糊層次分析法

3.1定理

FAHP是將Fuzzy數(shù)學(xué)的分析原理融入AHP中得到的一種新的分析方法[8-9]。FAHP是基于Fuzzy集合理論的模糊一致矩陣和模糊一致關(guān)系[10]。

定義：①設(shè)矩陣A=(aij)n×n，若滿足0≤aij≤1(i,j=1,2,…,n)，稱A是模糊矩陣；②若模糊矩陣A=(aij)n×n滿足aij+aji=1，稱模糊矩陣A是模糊互補(bǔ)矩陣；③若模糊互補(bǔ)矩陣A=(aij)n×n滿足aij=aik-akj+0.5(k=1,2,…,n)，稱模糊互補(bǔ)矩陣A是模糊一致矩陣；④模糊一致矩陣A=(aij)n×n中，當(dāng)aij=0.5時(shí)，表示元素i與元素j同等重要；當(dāng)0≤aij<0.5時(shí)，表示元素j比元素i重要；當(dāng)0.5

定理1：設(shè)A=(aij)n×n是模糊一致矩陣，則有如下性質(zhì)：①?i(i=1,2,…,n)，aii=0.5；②?i,j(i,j=1,2,…,n)，aij+aji=1；③A中的第i行與第j列元素之和為n；④從A中任意刪除一行及其對(duì)應(yīng)列所剩下的子矩陣仍為模糊一致矩陣；⑤A滿足中分傳遞性，即當(dāng)λ≥0.5時(shí)，若aij≥λ,ajk≥λ，則aik≥λ；當(dāng)λ≤0.5時(shí)，若aij≤λ,ajk≤λ，則aik≤λ。

3.2步驟

FAHP評(píng)價(jià)步驟為[10]：

第1步：建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。首先對(duì)待選方案進(jìn)行分析并確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響因素構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，從上到下依次為目標(biāo)層(總目標(biāo))、指標(biāo)層(一級(jí)或二級(jí))、方案層(方案比較層)。

第2步：建立優(yōu)先關(guān)系矩陣。對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)層中，每一層的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響因素針對(duì)其上層因素的相對(duì)重要性構(gòu)建矩陣，該矩陣稱之為模糊互補(bǔ)矩陣。

第3步：建立模糊一致矩陣。根據(jù)定理2的方式，將第2步中建立的模糊互補(bǔ)矩陣變換成模糊一致矩陣。

第4步：層次單排序。根據(jù)模糊一致判斷矩陣，計(jì)算各個(gè)層次中不同因素的重要次序即權(quán)重。常采用方根法對(duì)權(quán)重指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，即

(1)

第5步：層次總排序。在以上層次單排序的基礎(chǔ)上，計(jì)算出各種方案的優(yōu)劣程度系數(shù)

(2)

4　某水泥礦山外包模式選擇案例分析

某水泥礦的位于四川盆地西北邊緣與龍門(mén)山前交接地帶，根據(jù)礦床賦存特點(diǎn)，確定礦山為山坡露天礦，采用自上而下、水平分臺(tái)階開(kāi)采。礦山已經(jīng)生產(chǎn)近20 a，擁有部分設(shè)備和技術(shù)人員，根據(jù)市場(chǎng)需求，需要提高礦山生產(chǎn)能力，為降低投資成本，在后期生產(chǎn)中，初步計(jì)劃采用承包開(kāi)采的方式。

4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定

基于我國(guó)水泥礦山開(kāi)采現(xiàn)狀及目前國(guó)內(nèi)露天礦山工程外包模式發(fā)展情況，結(jié)合該礦山的實(shí)際情況，確定采用模糊層次分析法對(duì)開(kāi)采總承包、分包兩種方案進(jìn)行比較和優(yōu)選。選擇了 4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、19 個(gè)二級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建承發(fā)包模式選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1　礦山開(kāi)采外包模式選擇的評(píng)價(jià)體系層次結(jié)構(gòu)模型

4.2評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定4.2.1建立優(yōu)先關(guān)系矩陣

按照FAHP評(píng)價(jià)步驟的第2步建立優(yōu)先關(guān)系矩陣，指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層、準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的相對(duì)重要性用0.1～0.9數(shù)量標(biāo)度[11]表示，指標(biāo)數(shù)量標(biāo)度見(jiàn)表1，從而建立模糊互補(bǔ)矩陣A=(aij)n×n。判斷矩陣具有如性質(zhì)：aij+aji=1,aii=0.5。

表1　0.1～0.9數(shù)量標(biāo)度[11]

目標(biāo)層與一級(jí)指標(biāo)之間構(gòu)成的矩陣為A-B，一級(jí)指標(biāo)與二級(jí)指標(biāo)之間構(gòu)成的矩陣為Bi-Ci(i=1,2,3,4)，以A-B、B1-C1矩陣為例，見(jiàn)表2～表3。

表2　A-B優(yōu)先關(guān)系矩陣

表3　B1-C1優(yōu)先關(guān)系矩陣

4.2.2建立模糊一致矩陣

依據(jù)定理2，將優(yōu)先關(guān)系矩陣轉(zhuǎn)換成模糊一致矩陣，見(jiàn)表4～表5。

表4　A-B模糊一致矩陣

表5　B1-C1模糊一致矩陣

4.2.3層次單排序

按照FAHP評(píng)價(jià)的第4步，采用方根法計(jì)算各因素的權(quán)重。其中，一級(jí)指標(biāo)各個(gè)因素(B層)相對(duì)于目標(biāo)層(A層)的權(quán)重為

w0=(w1,w2,w3,w4)T=(0.598,0.535,0.434,0.408)T，歸一化后得：w0=(0.303,0.271,0.220,0.207)T。

同理，可得出各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重：

w1=(w11,w12,w13,w14,w15,w16)T=(0.186,0.167,0.172,0.161,0.147,0.167)T；

w2=(w21,w22,w23,w24,w25,w26)T=(0.181,0.175,0.167,0.158,0.147,0.172)T；

w3=(w31,w32,w33,w34)T=(0.212,0.244,0.282,0.263)T；

w4=(w41,w42,w43)T=(0.307,0.396,0.297)T.

4.2.4層次總排序

根據(jù)模糊層次分析法評(píng)價(jià)第5步進(jìn)行層次總排序，按公式w=wiw0(i=1,2,3,4)計(jì)算，可得在水泥礦山外包模式選擇評(píng)價(jià)體系中，各個(gè)二級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重，具體分配見(jiàn)表6。

表6　各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重分配

4.3模糊綜合評(píng)判

模糊數(shù)學(xué)主要的4個(gè)綜合評(píng)判要素包括：評(píng)語(yǔ)集X={x1，…，xm}、因素集F={f1,…，fn}、評(píng)判矩陣R=(rij)n×m和權(quán)重分配向量W。

設(shè)因素集F={f1,…，f19}={c11,…,c16,c21,…,c26,c31,…c34,c41,…,c43}，評(píng)語(yǔ)集X={x1，…,x5}={優(yōu)(90)，良(80)，中(60)，差(40)，很差(20)}。對(duì)2

種外包方案進(jìn)行綜合評(píng)判，得模糊評(píng)價(jià)矩陣見(jiàn)表7。

依據(jù) 4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)和 19 個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分配(表6)以及模糊評(píng)價(jià)矩陣(表7)，由下式

(3)

可計(jì)算出兩種外包模式的主指標(biāo)權(quán)重：BD1=(0.213 5,0.259 3,0.287 4,0.181 8,0.059 3),BD2=(0.201 7,0.297 5,0.289 2,0.138 2,0.074 5)。

歸一化后：BD1=(0.213 2,0.259 1,0.287 1,0.181 6,0.059 2),BD2=(0.201 5,0.297 2,0.288 9,0.138 1,0.074 4)。

根據(jù)最大隸屬度原則可知，方案1總承包模式的評(píng)估結(jié)果為“中”，方案2分包模式的評(píng)估結(jié)果為“良”，即對(duì)于該水泥礦山，采用分包模式相對(duì)優(yōu)于總承包模式。

5　結(jié)　論

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取充分考慮了業(yè)主、承包商、礦山工程概況及外部環(huán)境因素的影響，所建立的模型為結(jié)合業(yè)主自身需求及礦山概況選擇的外包模式和承包商，具有一定的參考價(jià)值。本案例中礦山為老礦山，業(yè)主本身?yè)碛幸欢ǖ脑O(shè)備和人員，且對(duì)礦山生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)均較熟練，分析結(jié)果表明采用分包較為合適，而對(duì)新建礦山而言，建議采用總承包的外包模式。

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(收稿日期2016-03-16)

OptimizationofOutsourcingModeinOpen-pitMineBasedonFuzzyAnalyticHierarchyProcess

ZhangZhenlongLiuFengYanYongping

(YanzhouSinomaConstructionCo.,Ltd.)

AbstractIn order to select the appropriate out sourcing mode,the common outsourcing modes of domestic open-pit mine are analyzed. Combining with contract mining features of cement mine,the hierarchy preferred model of cement mine outsourcing mode is established by using the fuzzy analytic hierarchy process,the weight of each index are obtained.The two outsourcing modes is conducted fuzzy comprehensive evaluated by fuzzy comprehensive evaluation method,the results show that the subcontract model is better than the general contract mode for the old mines.The above analysis results can provide the reference for the owners to select the appropriate outsourcing mode with their own situations and mining overviews.

KeywordsFuzzy analytic hierarchy process,Open-pit mine,Subcontract mode

張振龍(1974—)，男，工程師,272100 山東省濟(jì)寧市。