基于FAHP的中小型水利工程施工階段效果綜合評價

韋榮茂

(南寧市峙村河水庫管理所，南寧 530400)

1 概 述

近年來，由于生態(tài)環(huán)境保護等問題，大中型水利工程建設項目明顯減少，中小型水利工程建設項目成為目前主要的發(fā)展趨勢，中小水利工程的施工各方面綜合評估也就顯得極為必要。作為組成水利工程項目建設中核心環(huán)節(jié)之一的施工階段，具有過程長而繁雜、參加人員眾多、安全危害高等特點[1]。因此，保障建設階段的順利和安全進行，對于提高水利工程的施工質(zhì)量和經(jīng)濟效益至關(guān)重要。

施工階段效果評價的主要目的是自我評價和檢查發(fā)現(xiàn)建設過程中的問題并加以改進，是工程建設的重要部分。通常，可由評價內(nèi)容發(fā)現(xiàn)施工時的問題所在，同時對完成得好的部分工作給予肯定[2]。施工階段效果評價的重點在于如何根據(jù)工程實際施工的影響因素制定評價標準和選定評價指標。如李靜[3]等對鶴灘水利樞紐工程進行了綠色生態(tài)工程評價，從生態(tài)環(huán)境保護、水能源資源的合理利用和綜合管理3個方面選擇了31個指標構(gòu)成綠色施工效果評價指標體系，并引入模糊物元法評價形成模型，綜合評價結(jié)果合格。張煒[4]采用模糊綜合評價法從建設項目準備、建設和竣工3個階段的7個方面，選取39個評價指標構(gòu)建了施工建設階段效果評價模型，提出使用該方法評價中小型水利水電工程施工質(zhì)量的效果良好。

上述學者運用模糊物元法和模糊綜合評價法等，從多方面對水利水電工程建設過程進行評價。本文從水利工程施工建設的質(zhì)量、安全、管理和環(huán)境4個方面，并基于模糊層次分析法(FAHP)選取16個施工效果評價指標，運用模糊層次分析法(FAHP)從安全、質(zhì)量、管理和經(jīng)濟等方面，構(gòu)建施工建設中小型水利工程的階段效果評價模型[15]。

2 水利工程施工階段施工效果綜合評價模型

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)和判斷矩陣

1) 一項再小的水利工程也涉及到很多的部分。從結(jié)構(gòu)上來說，有主體大壩的施工、泄洪洞的施工、發(fā)電涵洞的施工；從時間上來說，有河道的截流和導流、大壩地基的施工、面板的施工等；從水利項目的施工結(jié)構(gòu)復雜多變的特點和安全無污染的原則兩個方面出發(fā)，構(gòu)建綜合評價模型。

2) 基于層次分析法，通常對于復雜化難以決策的問題來說，在模型評價時有3項指標。對決策者而言，考慮評價指標的平衡性來說，為均衡考慮各種因素，各指標應當擁有部分權(quán)重。

2.2 計算單級權(quán)值排序與一致性檢驗

計算各判斷矩陣的特征值：

Aω=λmaxω

(1)

由式(1)計算可得到每個評價指標的權(quán)重ω，再進行各評價指標權(quán)重重新組合，并將組成的矩陣記為Ak下B1、B2、…和Bn的權(quán)重順序。在計算λmax和ω后，再檢驗所得結(jié)果的一致性。一致性指數(shù)CI計算如下：

(2)

計算出CI值后，通過計算CI與一致性指標RI平均隨機的比值，得到一致性比指標CR的數(shù)值：

(3)

若CR≤0.1，證明通過了一致性檢驗；否則不通過，無法信任該指標權(quán)重結(jié)果，應循環(huán)上述計算的流程，直到滿足CR≤0.1。

2.3 分層總體排序與測試一致性

通過各層的一致性測試后，還需對分層總排序進行檢驗。評價指標的總排序權(quán)重為：

(4)

式中：設Q層有n個評價指標，即Q1、Q2、…、Qn，相對于總目標的權(quán)重分別為Q1、Q2、…、Qn；p1j，p2j，…，pmj為評價指標權(quán)重在準則層的單列排序。總階數(shù)按式(4)計算，檢查總排序的一致性：

(5)

式中：CIj為一致性指標；RIj為隨機性指標。

當CR≤0.1時，檢驗合格。

2.4 結(jié)構(gòu)指標、指標集和隸屬度評價矩陣

根據(jù)該地區(qū)以往的施工項目的建設經(jīng)歷和專家的指導，將各評價指標建立為評價集V，見式(6)：

V={v1,v2,…,vn}

(6)

式中：V為各指標評價的一組評價意見；vi為不同的評價意見。rij與ui的關(guān)系如下：

rij=vj(ui),j=1,2,…,m

(7)

ri=(ri1,ri2,…,rim),i=1,2,…,n

(8)

綜合上面對判斷矩陣的檢驗、權(quán)重的計算，得出模糊關(guān)系矩陣為式(9)，通過計算R值來評價一項水利工程的施工建設效果。

(9)

3 案例應用——老虎嶺水利樞紐

老虎嶺水庫樞紐位于南寧市高新區(qū)安寧街道辦事處六覃村西南面附近，距邕武路約3 km，距離南寧市區(qū)約12 km，壩址位置E108°20′27″，N22°56′32″，是一座以人飲供水為主，兼顧防洪、灌溉為一體的綜合型小(Ⅰ)型水利工程。

3.1 評價指標的建立

項目的施工過程評價應當完整。因此，本文根據(jù)中小水利工程的特點對中小型水利水電建設項目過程進行綜合評價時，將二級指標細分為16項三級指標，見圖1。

圖1 施工效果評價體系

3.2 建立層次分析判斷矩陣

結(jié)合施工效果評價體系結(jié)構(gòu)，依據(jù)對各評價指標進行對比和評分。各評價層的判斷矩陣分別見表1和表2。由于篇幅的限制，省略其他判斷矩陣。

3.3 模糊層次權(quán)重指數(shù)

對表1和表2所建立的判斷矩陣進行歸一化處理，得出每一層的權(quán)重指數(shù)，這個過程被稱為層次單一排序。各指標權(quán)重系數(shù)計算見表3。

表1 矩陣判斷表E-(A、B、C、D)

表2 矩陣判斷表A-(A1、A2、A3、A4)

表3 單項評價指標權(quán)重及CR值

3.4 模糊層次綜合指數(shù)評價

標準層次指數(shù)集U=施工{安全、質(zhì)量、施工、環(huán)境}，次標準層次指數(shù)集U={A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4}，指標評價集V={優(yōu)、良、中、差}。建立判斷矩陣，見表4。

表4 評價指標的專家評價矩陣

由式(9)和表4可知，各評價指標的模糊隸屬度矩陣為R1、R2、R3和R4。基于FAHP的中小型水利工程施工階段效果評價的模糊矩陣計算公式為：

Ei=Pi·Ri

(10)

由式(10)計算得到：

E1=[0.1497 0.1633 0.1567 0.1360]

E2=[0.2408 0.2084 0.2072 0.1855]

E3=[0.1794 0.2042 0.1720 0.1767]

E4=[0.1804 0.2158 0.2336 0.1933]

由最大隸屬度原則可知，施工安全性E1∈v2施工安全性評價等級為良；施工質(zhì)量E2∈v1，施工質(zhì)量評價等級為優(yōu)；施工管理E3∈v2，施工管理評價等級為良；施工管理E4∈v3，施工環(huán)境評價等級為中。由次標準層評價指標E1、E2、E3、E4的組成隸屬度矩陣R如下：

Ec=Bs·Es=[0.1800 0.1885 0.1829 0.1629]

根據(jù)Ec結(jié)果最大值為標準，老虎嶺水利樞紐施工階段效果綜合評價為E∈v2，為良。結(jié)果表明，該工程項目從建設階段管理到實施比較規(guī)范，總體施工階段建設效果較好。

4 結(jié)論與建議

本文基于模糊層次分析法(FAHP)，系統(tǒng)分析了老虎嶺水利樞紐施工階段，并搭建了施工層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了建設效果綜合評價模型，并成功地應用于廣西省老虎嶺水利樞紐建設階段的建設效果評價。由模型評價可知，老虎嶺水利樞紐施工安全評價等級為良，施工質(zhì)量評價等級為優(yōu)，施工管理評價等級為良，施工環(huán)境評價等級為中，總體施工效果評價等級為良。評價結(jié)果證明，本文構(gòu)建的施工階段模型在老虎嶺水利樞紐項目中得到較好的應用，評價結(jié)果符合實際情況。通過模型評價與實地檢驗考察，項目施工效果總體較好，但在一些方面還略顯不足，如施工安全、施工管理和施工環(huán)境，特別要注意的是施工對生態(tài)環(huán)境造成的影響與危害。期望在今后的工程項目中更加注重綠色生態(tài)工程，為施工項目提供指導和借鑒，以達到更高的評價等級。