基于模糊層次分析的中小型水利工程施工效果綜合評(píng)價(jià)

(甘肅省引大入秦工程管理局,甘肅 蘭州 730030)

1 前 言

近年來(lái)，新建工程中大型水利工程日趨減少，中小型水利工程日漸增多。中小型水利工程評(píng)價(jià)也成為研究的熱點(diǎn)[1]。建設(shè)階段是水利工程重要階段，具有流程復(fù)雜、人員參與度大、風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)[2]。水利工程施工階段的評(píng)價(jià)是施工過(guò)程中自我評(píng)價(jià)和自查的重要環(huán)節(jié)。從對(duì)施工過(guò)程的評(píng)價(jià)中可以發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的缺點(diǎn)和問(wèn)題，也是對(duì)一些方面工作的肯定[3]。其評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定。張浩從安全生產(chǎn)目標(biāo)等13個(gè)方面選取47個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用成熟度評(píng)價(jià)模型將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)，進(jìn)而對(duì)水利水電工程施工安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并通過(guò)案例驗(yàn)證了該方法的有效性[1]。蔣峰采用模糊層次分析對(duì)中小型水利水電工程綠色施工進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將該模型應(yīng)用于鶴灘水電站工程,綜合評(píng)價(jià)結(jié)果合格[3]。張毅從建設(shè)項(xiàng)目籌建、項(xiàng)目建設(shè)和項(xiàng)目完成三個(gè)階段的7個(gè)方面選取39個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)中小型水利水電工程建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，模糊綜合評(píng)判法能較好地用于中小型水利水電工程建設(shè)質(zhì)量評(píng)價(jià)[4]。上述學(xué)者采用成熟度評(píng)價(jià)法、模糊物元法和模糊綜合評(píng)價(jià)法從水利水電工程的安全、綠色和質(zhì)量三個(gè)方面對(duì)水利工程的施工工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)[5-8]。本文將運(yùn)用模糊層次分析法 (FAHP)從安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)中小型水利水電工程施工階段的施工效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 水利工程施工階段施工效果綜合評(píng)價(jià)模型

本研究旨在對(duì)中小型水利水電工程施工階段施工效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并利用FAHP進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。FAHP是對(duì)AHP(層次分析法)模型的改進(jìn)。

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)和判斷矩陣

a.結(jié)合水利工程特點(diǎn)和評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇原則，建立中小型水利水電工程建設(shè)階段施工效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

b.模型的評(píng)價(jià)一般分為三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：目標(biāo)層、標(biāo)準(zhǔn)層和次標(biāo)準(zhǔn)層。層次結(jié)構(gòu)反映了水利水電工程施工效果評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，但標(biāo)準(zhǔn)層中標(biāo)準(zhǔn)所占比例在目標(biāo)測(cè)量中不一定相同。在政策制定者心目中，它們各自占有一定的比例。

2.2 計(jì)算單層權(quán)重排序和一致性檢驗(yàn)

通過(guò)計(jì)算判斷矩陣，得到同一層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，最終得到各層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。然后計(jì)算每個(gè)判斷矩陣的特征值：

Aω=λmaxω

(1)

由式(1)計(jì)算ω，對(duì)所得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行處理，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重構(gòu)成的矩陣記B1、B2、…、Bn的權(quán)重階數(shù)。計(jì)算λmax和ω后，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。如果一致性檢驗(yàn)合格，可以使用指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果，計(jì)算一致性指數(shù)CI：

(2)

計(jì)算CI值后，結(jié)合平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，計(jì)算一致性比值指數(shù)CR：

(3)

如果一致性比值指數(shù)CR<0.1，則認(rèn)為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣一致；反之，一致性檢驗(yàn)不滿意，不能使用指標(biāo)權(quán)重結(jié)果，應(yīng)重新計(jì)算判斷矩陣，直至符合一致性檢驗(yàn)條件。

2.3 分級(jí)總排序和測(cè)試一致性

需要通過(guò)分級(jí)總排序的一致性檢驗(yàn)后再通過(guò)分級(jí)檢驗(yàn)。分級(jí)總排序是各評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重排序，評(píng)價(jià)指標(biāo)的總排序權(quán)重為

(4)

(5)

在式(4)中：讓Q層具有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)?？傆唵斡墒?4)計(jì)算。檢查總排序的一致性：在式(5)中：CIj是各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)準(zhǔn)則層的子準(zhǔn)則層的一致性指標(biāo)，RIj為模糊綜合評(píng)價(jià)的隨機(jī)性指標(biāo)。當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的判斷矩陣通過(guò)檢驗(yàn)。

2.4 結(jié)構(gòu)指標(biāo)、指標(biāo)集和隸屬度評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)水利工程實(shí)例和專家經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集，以向量V形式表示：

V=[v1,v2,…,vn]

(6)

式(6)中：V代表對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)評(píng)價(jià)的一組評(píng)論，vi代表對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的不同評(píng)論。一般將評(píng)價(jià)等級(jí)分為3～5級(jí)，結(jié)合工程建設(shè)，本文將等級(jí)設(shè)置為4級(jí)。然后，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集U，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)ui逐一進(jìn)行評(píng)判，由評(píng)價(jià)指標(biāo)vi得出評(píng)價(jià)等級(jí)rij的隸屬度：

rij=vj(ui),j=1,2,…,m

(7)

由此可以得到，各種模糊向量之間的ui評(píng)價(jià)與評(píng)價(jià)集V可以表示為

Vi=(ri1,ri2,…,rim),i=1,2,…,n

(8)

將上述各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的模糊關(guān)系進(jìn)行積分，得到U與V之間的模糊關(guān)系矩陣R，根據(jù)R判斷水利工程建設(shè)效果的最終評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)。

(9)

3 案例分析

馬雄溝是四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣碩曲河左岸的一級(jí)支流。馬熊溝2號(hào)水電站是馬熊溝水電站梯級(jí)規(guī)劃方案中的第二級(jí)水電站。水電站在S217省道馬雄溝大橋下游壩段引水，由左岸2769m高程隧道引水至馬雄溝Ⅲ水電站上游90m處發(fā)電。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

根據(jù)中小型水利工程建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，劃分了三個(gè)等級(jí)的指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目有決定性影響的可行性等指標(biāo)為一級(jí)指標(biāo)[9-10](一級(jí)指標(biāo)不在本文討論范圍)。在項(xiàng)目施工階段，施工安全、施工質(zhì)量、施工管理、施工環(huán)境為4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，這4個(gè)二級(jí)指標(biāo)又細(xì)分為16個(gè)三級(jí)指標(biāo)，如表1所列。

表1 水利工程施工階段施工效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

續(xù)表

3.2 構(gòu)建層次分析判斷矩陣

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)圖，利用層次分析法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較評(píng)分。標(biāo)準(zhǔn)層判斷矩陣見(jiàn)表 2，施工安全子標(biāo)準(zhǔn)層判斷矩陣見(jiàn)表3，由于空間限制，省略了其他判斷矩陣。

表2 矩陣判斷表E-(A,B,C,D)

表3 矩陣判斷表A-(A1,A2,A3,A4)

3.3 分層單排序、總排序和一致性檢查

判斷矩陣A對(duì)應(yīng)最大特征值的特征向量W。歸一化后，是同一層對(duì)應(yīng)因子對(duì)前一層某一因子相對(duì)重要性的排序權(quán)重值。這個(gè)過(guò)程被稱為分層單一排序。各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)計(jì)算見(jiàn)表4。

經(jīng)檢驗(yàn)，CR值均小于 0.1，認(rèn)為水平一致性檢驗(yàn)符合要求。

3.4 模糊層次整體指標(biāo)評(píng)價(jià)

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)層次指標(biāo)集u1[施工安全、施工質(zhì)量、施工管理、施工環(huán)境]，分標(biāo)準(zhǔn)層次指標(biāo)集u2[A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4]，確定指標(biāo)評(píng)價(jià)集V[優(yōu)、良、中、差]。邀請(qǐng)?jiān)擃I(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域的16位專家對(duì)施工效果評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí)，形成判斷矩陣，如表5所列。

表4 個(gè)體評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與CR值

表5 施工效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的專家評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)式(9)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊隸屬度矩陣為R1、R2、R3和R4。根據(jù) FAHP 綜合評(píng)價(jià)模型原理，建筑安全、施工質(zhì)量、施工管理和施工環(huán)境的模糊矩陣計(jì)算公式為

Ei=Pi×Ri

(10)

E1=[0.1425 0.1625 0.1600 0.1236]

E2=[0.2417 0.2006 0.2014 0.1877]

E3=[0.1687 0.2055 0.1641 0.1703]

E4=[0.1807 0.2047 0.2337 0.1825]

按照最大隸屬度原則，可獲得施工安全等級(jí)為良好、施工質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)良、施工管理等級(jí)為良好、施工環(huán)境等級(jí)為中等的評(píng)價(jià)。由子標(biāo)準(zhǔn)層評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果組成的標(biāo)準(zhǔn)層評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)隸屬度矩陣R如下：

Ec=[0.1900 0.1956 0.1823 0.1703]

根據(jù)最大隸屬度原則，可以從準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)指標(biāo)中得到模糊評(píng)價(jià)結(jié)果。四川省馬雄溝Ⅰ號(hào)水電站建設(shè)效果綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為良好，說(shuō)明馬雄溝Ⅰ號(hào)水電站建設(shè)階段從管理到實(shí)施更加規(guī)范，總體建設(shè)效果較好。

4 結(jié)論與建議

本文采用 FAHP 建立中小型水利工程施工效果綜合評(píng)價(jià)模型，并將該評(píng)價(jià)模型成功應(yīng)用于四川省馬雄溝Ⅱ水電站施工階段施工效果評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果為：施工安全評(píng)價(jià)等級(jí)較好、施工質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)較好、施工管理評(píng)價(jià)等級(jí)較好、施工環(huán)境評(píng)價(jià)等級(jí)中等、總體施工效果評(píng)價(jià)等級(jí)較好。該模型在本例中應(yīng)用較好，更符合實(shí)際情況。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，項(xiàng)目施工效果總體較好，但施工安全、施工管理和施工環(huán)境不夠好，尤其是施工環(huán)境。因此，在今后的工程中，施工企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)施工安全培訓(xùn)，提高施工人員的整體素質(zhì)，完善企業(yè)的管理制度，提高企業(yè)管理的整體水平，施工中應(yīng)特別注意環(huán)境保護(hù)，如減少施工過(guò)程中的噪聲污染，避免建筑垃圾對(duì)水和空氣的污染等。