基于多級模糊識別模型的疏浚工程施工效果評價

孫宏偉，于雪峰，孫奇琦

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080)

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基于多級模糊識別模型的疏浚工程施工效果評價

孫宏偉，于雪峰*，孫奇琦

(黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080)

疏浚工程項目施工效果評價既涉及定量指標(biāo)又涉及具有模糊性的定性指標(biāo),目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。針對這一問題，建立包含具有模糊性的定性指標(biāo)和定量指標(biāo)相結(jié)合的評價指標(biāo)體系,提出該指標(biāo)體系的4級評價標(biāo)準(zhǔn),采用多級模糊識別模型進(jìn)行評價，結(jié)合工程實(shí)例討論了該評價指標(biāo)體系、二元比較指標(biāo)權(quán)重確定法和評價模型在疏浚工程評價中的應(yīng)用。

疏浚工程;指標(biāo)體系;指標(biāo)權(quán)重;二元比較;模糊模式識別

現(xiàn)代運(yùn)輸方式包括公路、鐵路、水運(yùn)、航空和管道等多種形式，水運(yùn)與其他運(yùn)輸方式相比具有不可替代的優(yōu)越性，如投資省、運(yùn)量大、運(yùn)費(fèi)低、收效快、節(jié)約能源等。航道是水運(yùn)的基礎(chǔ)，航道疏浚是港口發(fā)展、航道建設(shè)和維護(hù)的重要手段，因此，疏浚工程項目施工效果評價對航道疏浚工程建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。

目前針對疏浚工程項目評價模型的研究較少，但有關(guān)評價模型的研究與應(yīng)用在其它領(lǐng)域得到了很好的發(fā)展，例如：主要成分分析法[1]、模糊數(shù)學(xué)模式評價法[2]、灰色評價法[3]、物元分析法[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法[5]和遺傳算法評介法[6]等在相應(yīng)領(lǐng)域均取得了較好的效果。

疏浚工程項目施工效果的“優(yōu)”與“劣”是一個模糊概念，在評價過程中指標(biāo)的選取直接影響評價結(jié)果的有效性，本文在評價指標(biāo)的選取中，將“施工難易程度”、“建設(shè)單位滿意度”這兩項具有模糊不確定性的指標(biāo)作為評價指標(biāo)。施工難易程度指標(biāo)是指工程所在地的自然、社會、經(jīng)濟(jì)環(huán)境等因素對項目順利實(shí)施的支撐程度，以及工程項目本身施工技術(shù)復(fù)雜程度對項目建設(shè)施工的影響；建設(shè)單位對施工企業(yè)的誠信、素質(zhì)等方面的綜合評價。評價模型采用陳守煜教授建立的工程模糊集理論的模糊識別模型[7-8]對疏浚工程項目進(jìn)行評價。該模型用于工程評價中有兩種模式,其一是有評價標(biāo)準(zhǔn)的多級模糊識別模型和沒有評價標(biāo)準(zhǔn)的二級模糊識別,疏浚工程項目評價目前還沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，本文結(jié)合實(shí)際工程建立了疏浚工程項目的4級評價標(biāo)準(zhǔn)，通過計算評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)與評價指標(biāo)特征值之間加權(quán)距離，求得樣本對標(biāo)準(zhǔn)級別的相對隸屬度，并用級別特征值表示最終評價結(jié)果。

關(guān)于多項評價指標(biāo)的權(quán)重確定，不同的確定方法得到不同的權(quán)重，直接影響評價結(jié)果。指標(biāo)權(quán)重確定法有二元比較法[7-8]、層次分析法[9]、專家調(diào)查法(Delphi法)[10-11]、主成分分析[12]、基于粗糙集的權(quán)重確定法[13]等。本文采用二元比較法，它符合人思維習(xí)慣，物理概念清晰，在實(shí)際應(yīng)用中簡潔方便。

1 二元比較法確定指標(biāo)權(quán)重的模型[7-8]

設(shè)有待進(jìn)行重要性比較的目標(biāo)或指標(biāo)集為：

A=(a1,a2,…,am)

(1)

目標(biāo)集中的元素經(jīng)兩兩比較得關(guān)于重要性的二元比較定性排序標(biāo)度矩陣:

k=1,2,…,m;l=1,2,…,m。

(2)

ekl取值方法是將ak與ah比較，(1)若ak與ah同等重要，則ehk=ekh=0.5； (2)若ak比ah重要，則ekh=0.5；ehk=0;(3)若k=l時，對角線元素ekk=0.5。

將矩陣(2)各行元素求和，按由大到小排序得各行重要性排序列向量，令排序為1的指標(biāo)對重要性的隸屬度為1，其它指標(biāo)與排序為1的指標(biāo)進(jìn)行重要性比較，按語氣算子與隸屬度關(guān)系(表1)，得其重要性相對隸屬度，將各指標(biāo)相對隸屬度歸一化，得到指標(biāo)權(quán)重。

表1 語氣算子與相對隸屬度

2 多級模糊識別的理論模型[7-8]

X=(xij)

(3)

式中xij為樣本j指標(biāo)i的特征值，i=1,2,…,m;j=1,2,…n。

若樣本集依據(jù)m個指標(biāo)按c個狀態(tài)(或級別)的已知指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行識別，則有指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值矩陣:

Y=(yih)

(4)

式中yih為狀態(tài)(或級別)h指標(biāo)i標(biāo)準(zhǔn)特征值,i=1,2,…,m;h=1,2,…,c。

將式(3)和式(4)轉(zhuǎn)化為相對隸屬度矩陣得到指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值隸屬度矩陣(5)和指標(biāo)特征值相對隸屬度矩陣(6)。

S=(sih)

(5)

R=(rih)

(6)

根據(jù)文獻(xiàn)[7-8]采用表示樣本j對級別h的相對隸屬度的加權(quán)距離：

(7)

式中P為距離參數(shù)，P=1為海明距離，P=2為歐式距離。距離dhj表示樣本j對級別h的相對隸屬度，加權(quán)廣義權(quán)距離，dhj越小則樣本對級別h的相對隸屬度就越高，本文采用P=2為歐式距離，模糊綜合識別模型如下：

(8)

用式(8)對式(5)、式(6)相對隸屬度矩陣進(jìn)行計算求得樣本集模糊優(yōu)屬度矩陣：

U=(uhj)

(9)

式中uhj為樣本j對級別h關(guān)于模糊概念A(yù)的相對隸屬度，j=1,2,…,n;h=1,2,…,c。

評價級別特征值為：

(10)

3 應(yīng)用實(shí)例

某疏浚工程公司，近年完成多項疏浚工程項目，為提高工程管理水平，總結(jié)工程經(jīng)驗，現(xiàn)選取已完成的4個疏浚工程項目甲、乙、丙、丁，進(jìn)行工程質(zhì)量評價，經(jīng)分析擬定評價指標(biāo)為：進(jìn)度目標(biāo)完成率(%)、項目利潤率(%)、項目質(zhì)量等級(分)、施工難易程度(分)、施工設(shè)備完好率(%)、分部分項合格率(%)、安全達(dá)標(biāo)合格率(%)、建設(shè)單位滿意度(分)等8項指標(biāo)。

3.1 疏浚工程4級劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)有關(guān)規(guī)范和施工經(jīng)驗確定疏浚工程項目施工效果評價指標(biāo)4級標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

表2 評價指標(biāo)4級標(biāo)準(zhǔn)值

用矩陣表示評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值：

(11)

將矩陣式(11)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值轉(zhuǎn)化為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)相對隸屬度如下：

(12)

指標(biāo)i=1,2,…,8；級別h=1,2,…,4。

3.2 疏浚工程項目指標(biāo)特征值

對擬定的4個工程項目進(jìn)行分析，得到各工程項目指標(biāo)特征值見表3。

表3 各個疏浚工程項目的指標(biāo)特征值

指標(biāo)特征值矩陣：

(13)

將矩陣(13)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值轉(zhuǎn)化為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)相對隸屬度如下：

指標(biāo)i=1,2,…,8;樣本j=1,2,…,6表示待評價項目。

3.3 疏浚工程項目施工效果評價指標(biāo)權(quán)重

確定進(jìn)度目標(biāo)完成率、項目利潤率、項目質(zhì)量等級、施工難易程度、施工設(shè)備完好率、分部分項合格率、安全達(dá)標(biāo)合格率、建設(shè)單位滿意度8項指標(biāo)重要性排序一致性標(biāo)度矩陣：

(4)

以排序為(1)的第2項指標(biāo)逐一與排序(2)至(4)指標(biāo)作關(guān)于重要程度的二元比較判斷如下：

排序為(1)的指標(biāo)2與排序為(2)的指標(biāo)3、6相比，處于“同樣”與“稍稍”重要之間，相對隸屬度為0.905；排序為(1)的指標(biāo)2與排序為(3)的指標(biāo)4相比，處于“稍稍”重要，相對隸屬度為0.818；排序為(1)的指標(biāo)2與排序為(4)的指標(biāo)1、5、7、8相比，處于“稍稍”與“略為”重要之間，相對隸屬度為0.739；得非歸一化權(quán)重向量如下：

w′=(0.739,1,0.905,0.818,0.739,0.905,0.739,0.739)

歸一化得8項指標(biāo)重要性權(quán)重如下：

w=(0.112 2,0.151 9,0.137 5,0.124 2,0.112 2,0.137 5,0.112 2,0.112 2)。

3.4 疏浚工程項目施工效果多級模糊識別

利用式(8)模糊識別模型進(jìn)行評價得到各工程各級別的優(yōu)屬度矩陣如下：

利用式(10)可求出各個疏浚工程項目的級別特征值:

H=(2.181 7 2.520 8 1.614 5 2.124 3)

得到疏浚工程施工項目效果評價結(jié)果見表4。

表4 疏浚工程評價結(jié)果

4 結(jié) 論

根據(jù)評價結(jié)果,評價項目丙為一級；項目甲、乙、丁為二級。結(jié)合公司產(chǎn)值、利潤率、安全、設(shè)備完好率、工程質(zhì)量，建設(shè)單位滿意度等方面，該結(jié)果與實(shí)際相符，同時可根據(jù)該評價結(jié)果得到項目施工效果的排序為項目丙、丁、甲、乙，為公司綜合考核提供依據(jù)，達(dá)到了施工效果評價的目的。

本文建立的疏浚工程項目效果評價指標(biāo)體系，提出其4級評價標(biāo)準(zhǔn)，并采用多級模糊識別模型進(jìn)行評價。結(jié)果表明對沒有統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)的疏浚工程項目，該評價方法是可行的。

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Evaluation of dredging project construction effect based on multi-level fuzzy recognition model

SUN Hong-Wei,YU Xue-Feng*,SUN Qi-Qi

(CollegeofHydraulicandElectricPower,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Evaluation of the dredging project construction effect involve quantitative indexes and qualitative indexes with fuzzy,and there is no unified assessment standard.To solve this problem,the evaluation index system is established which includes the qualitative indexes and quantitative indexes,puts four grades classification standard,and takes the multi-level fuzzy recognition mode as the dredging projects evaluation model.Combined with practical examples,the application of the index system,binary comparison weight determination method and the model in dredging project evaluation is discussed in detail.

dredging project；index system；index weight；binary comparison method； fuzzy pattern recognition

10.13524/j.2095-008x.2016.04.050

2016-10-17

黑龍江省自然科學(xué)基金資助項目(D201410)；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(12521411)

孫宏偉(1985-)，男，黑龍江尚志人，碩士研究生，研究方向：工程管理與施工，E-mail:sun20053783@163.com;*通訊作者：于雪峰(1964-)，男，黑龍江綏化人，教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：水利水電工程系統(tǒng)優(yōu)化與決策、工程管理與施工，E-mail:Xuef_Yu@163.com。

U616.2

A

2095-008X(2016)04-0008-06