基于G1法的電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)云模型研究

王 娟，薛楠楠，張建榮，張 偉

（華中科技大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074，E-mail：zhang_wei98@hust.edu.cn）

近年來(lái)，國(guó)家高度重視工程質(zhì)量問(wèn)題，提出要規(guī)范建筑市場(chǎng)秩序、約束質(zhì)量管理行為和消除常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)化是工程質(zhì)量管理的重要手段[1，2]。電力工程是指與電能的生產(chǎn)、輸送、分配有關(guān)的工程，包括各種類(lèi)型的火電廠、風(fēng)力電站、太陽(yáng)能電站、核電站及輔助生產(chǎn)設(shè)施[3，4]。作為一種專業(yè)性較強(qiáng)的工程門(mén)類(lèi)，電力工程具有復(fù)雜異變性[5]、事故突發(fā)性[6]、特殊不確定性[7]等特點(diǎn)。電力工程是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，支撐著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)運(yùn)行[8，9]。

電力工程建設(shè)項(xiàng)目是一個(gè)多參與方、多階段、多要素的復(fù)雜工程，但當(dāng)前行業(yè)未形成完整覆蓋各方面的電力工程標(biāo)準(zhǔn)化管理體系[10]、未建立系統(tǒng)的電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系[11]、缺乏系統(tǒng)的激勵(lì)手段[12]，無(wú)法從整體上掌握質(zhì)量管理實(shí)況，為質(zhì)量管理“優(yōu)獎(jiǎng)劣罰”提供依據(jù)。因此，明確電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化的概念和系統(tǒng)要素，吸納相關(guān)行業(yè)的先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)并構(gòu)建電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系，對(duì)于電力工程質(zhì)量管理水平的持續(xù)提升具有重要意義。

1 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)思考

1.1 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化概念界定

標(biāo)準(zhǔn)化是指為在既定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，促進(jìn)共同效益，對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題或潛在問(wèn)題確立共同使用和重復(fù)使用的條款及編制、發(fā)布和應(yīng)用文件的活動(dòng)[13]。工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化是指通過(guò)確立合理?xiàng)l款、編制規(guī)范文件等途徑，統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化工程質(zhì)量管理活動(dòng)[14]。

電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化，就是工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化在電力行業(yè)的具體落實(shí)[15]。除了要適應(yīng)一般工程項(xiàng)目周期長(zhǎng)、參與主體多、技術(shù)復(fù)雜性等特點(diǎn)，還要符合電力工程獨(dú)有的特點(diǎn)和質(zhì)量管理體系，實(shí)現(xiàn)電力工程質(zhì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2 相關(guān)行業(yè)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)驗(yàn)梳理

以ZJ、WK、BGY、HN省建筑業(yè)協(xié)會(huì)等企業(yè)或協(xié)會(huì)為例，梳理各方工程質(zhì)量管理工作方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，包括：質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)有章可循，要有明確依據(jù)或工作指南；質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)覆蓋不同管理層級(jí)，且以項(xiàng)目級(jí)評(píng)價(jià)為基本單元；質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)覆蓋管理制度、組織、技術(shù)、人員、工藝等各方面；質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)分成不同級(jí)別，體現(xiàn)工程質(zhì)量管理規(guī)范化的總體水平，如表1所示。

表1 相關(guān)行業(yè)和企業(yè)質(zhì)量管理及其評(píng)價(jià)做法比較

1.3 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)分解

系統(tǒng)分析是指將綜合性的事物或問(wèn)題看作包含許多具體因素的有機(jī)整體，通過(guò)分解、整合等方法來(lái)分析系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)、相互關(guān)聯(lián)和相對(duì)重要性等，為生產(chǎn)和管理提供決策支持[16]?；谙到y(tǒng)分析方法，電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)應(yīng)覆蓋電力工程的不同管理主體、項(xiàng)目實(shí)施各階段和不同管理要素，可分為多個(gè)子系統(tǒng)與系統(tǒng)要素，具體如下：

（1）質(zhì)量管理組織子系統(tǒng)。指電力工程項(xiàng)目的質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)、管理人員、職責(zé)履行等。

（2）質(zhì)量管理方法子系統(tǒng)。指支撐電力工程質(zhì)量管理的技術(shù)方法和手段，包括制度建設(shè)、質(zhì)量管理體系、教育培訓(xùn)、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施、信息技術(shù)等。

（3）質(zhì)量行為子系統(tǒng)。包括施工單位的施工方案編制、技術(shù)交底、施工記錄、材料質(zhì)量控制、機(jī)械設(shè)備管理等，設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)方案交底、設(shè)計(jì)變更控制及監(jiān)理單位的旁站、巡視、檢驗(yàn)評(píng)定等。

（4）實(shí)體質(zhì)量子系統(tǒng)。以變電站工程為例，包括建筑工程、電氣安裝、性能指標(biāo)、檔案等方面。

基于該系統(tǒng)分解框架，在電力工程實(shí)際質(zhì)量檢查和評(píng)價(jià)中還要根據(jù)工程內(nèi)容、管理單位要求等構(gòu)建具體的評(píng)價(jià)體系。

2 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)云模型

2.1 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合建設(shè)行業(yè)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)驗(yàn)和電力工程特點(diǎn)，從第三方工程質(zhì)量管理評(píng)估的角度構(gòu)建電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。對(duì)于質(zhì)量管理方法較為傳統(tǒng)和成熟，本次評(píng)價(jià)中不作為評(píng)價(jià)對(duì)象；電力工程線路跨度大，分包較多，需加入分包管理；在質(zhì)量行為標(biāo)準(zhǔn)化方面分別考慮設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理質(zhì)量行為；輸電工程實(shí)體質(zhì)量包括基礎(chǔ)、鐵塔、架線、附件、接地裝置等；將工程檔案的規(guī)范管理納入其中。最終構(gòu)建的電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系

2.2 基于G1法的電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)權(quán)

重計(jì)算

G1法是通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)因素的重要性排序，依據(jù)特定算法確定指標(biāo)權(quán)重的方法，無(wú)需構(gòu)造判斷矩陣和進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[17，18]。具體步驟如下：

（1）確定各級(jí)指標(biāo)的重要性排序。將指標(biāo)集記為U={u1，u2，…，un}（n表示本級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)），專家首先確定U中最重要的因素，記為從剩余指標(biāo)中繼續(xù)篩選出最重要的因素，記為x2′；重復(fù)得到所有指標(biāo)的重要性排序，記為。

（2）確定各級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要程度。專家根據(jù)表2的標(biāo)準(zhǔn)判斷U′中相鄰指標(biāo)的重要程度。其中，rk為uk′-1與uk′的重要性之比，即：

表2 因素重要性判斷標(biāo)準(zhǔn)

式中，ωk-1，ωk分別表示因素uk′-1，uk′的權(quán)重。

（3）各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算。專家給出所有的rk值，計(jì)算第n個(gè)因素的權(quán)重值：

其他因素的權(quán)重計(jì)算：

（4）各層致因綜合權(quán)重計(jì)算。根據(jù)致因?qū)哟螜?quán)重向量Wα和各層致因權(quán)重向量Wb計(jì)算綜合權(quán)重。

式中，Wa=[ωA，ωB，ωC]，Wb=[ω1，ω2，…，ω20]；W′表示綜合權(quán)重向量，W′ =[ω1′,ω2′ , … ,ω2′0]。

2.3 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)云模型

云模型方法屬于不確定性的人工智能范疇，是一種處理定性概念和定性描述的相關(guān)轉(zhuǎn)換模型[19]。云特征值Cu是定性概念的定量描述，包括：期望Ex，云滴的分布重心；熵En，定性概念的不確定度；超熵He，熵的不確定性度量。云模型方法需要計(jì)算評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云和評(píng)價(jià)綜合云特征值，通過(guò)對(duì)比分析來(lái)確定評(píng)價(jià)等級(jí)與結(jié)果[20]。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)云確定

依據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)劃分評(píng)價(jià)區(qū)間，將每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)區(qū)間記為[Amin，Amax]，利用下式計(jì)算各評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)云模型數(shù)字特征，生成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云。

式中，b為常數(shù)，可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 指標(biāo)評(píng)價(jià)云特征值計(jì)算

將專家打分結(jié)果記為Zpq= (zp1,zp2, … ,zp20)（p表示專家數(shù)；q表示指標(biāo)數(shù)），計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)云的數(shù)字特征值。

式中，n為第n個(gè)指標(biāo)；EXn為第n個(gè)指標(biāo)的期望值；ENn為第n個(gè)指標(biāo)的熵值；EEn為第n個(gè)指標(biāo)的超熵。

2.3.3 評(píng)價(jià)綜合云生成

將指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)云特征值代入下式，得到評(píng)價(jià)綜合云特征值CU=(EX,EN,HE)，通過(guò)正向云發(fā)生器生成評(píng)價(jià)綜合云。

3 昆柳龍工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)實(shí)證分析

3.1 昆柳龍工程概況

烏東德特高壓直流示范工程（簡(jiǎn)稱昆柳龍工程）是國(guó)家《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》及《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》輸電重點(diǎn)工程，也是國(guó)家特高壓示范電力工程，跨云南、貴州、廣西、廣東四省。含3個(gè)換流站及20個(gè)標(biāo)段輸電線路，全長(zhǎng)1452km，總投資約242.5億元。

2020年4月，由NFDW能源發(fā)展研究院牽頭，邀請(qǐng)外部專家成立9人專家組，對(duì)該工程各標(biāo)段進(jìn)行了質(zhì)量檢查。重點(diǎn)抽查：線路建設(shè)管理情況；質(zhì)量制度、質(zhì)量管理體系、質(zhì)量管理過(guò)程、局部實(shí)體質(zhì)量；安全、健康、環(huán)境管理；進(jìn)度管理；檔案管理情況等。

3.2 評(píng)價(jià)過(guò)程

3.2.1 指標(biāo)權(quán)重確定

為確保評(píng)價(jià)工作的準(zhǔn)確性，減少G1法專家主觀性的影響[21]，邀請(qǐng)長(zhǎng)期從事工程項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)管工作的專家完成本次評(píng)價(jià)中各項(xiàng)指標(biāo)的重要性排序及重要程度打分工作，從而得到指標(biāo)的綜合權(quán)重。

（3）重復(fù)上述步驟。運(yùn)用式（4）得到各指標(biāo)的綜合權(quán)重，如表3所示。

表3 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重

從結(jié)果來(lái)看，對(duì)實(shí)體質(zhì)量最為重視，其次為質(zhì)量行為、組織管理。具體指標(biāo)中，組織方面對(duì)質(zhì)量管理責(zé)任制、施工質(zhì)量管理人員，行為方面對(duì)監(jiān)理旁站與記錄、質(zhì)量檢查與驗(yàn)收，實(shí)體質(zhì)量方面對(duì)基礎(chǔ)工程、鐵塔工程等較為重視。指標(biāo)權(quán)重可視檢查評(píng)估的角度不同而適度調(diào)整，如建設(shè)單位對(duì)施工單位質(zhì)量管理進(jìn)行檢查評(píng)估，可適當(dāng)提高質(zhì)量行為指標(biāo)的權(quán)重；施工單位自檢自評(píng)，則可適當(dāng)提高實(shí)體質(zhì)量指標(biāo)的權(quán)重。

3.2.2 評(píng)價(jià)云模型（1）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云。本次評(píng)價(jià)以激勵(lì)為導(dǎo)向，因而將各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分值區(qū)間定為[60，100]，并劃分為5個(gè)等級(jí)。劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)等級(jí)

各等級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)云特征值如表5所示。使用Matlab軟件繪制評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云圖，如圖2所示。

表5 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云參數(shù)

圖2 電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云圖

（2）指標(biāo)云特征值。以標(biāo)段8為例計(jì)算指標(biāo)評(píng)價(jià)云和綜合云。檢查標(biāo)段8線路工程實(shí)況，發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題13項(xiàng)，其中“安健環(huán)”管理問(wèn)題9項(xiàng)，技術(shù)問(wèn)題1項(xiàng)，進(jìn)度管理1項(xiàng)，實(shí)體質(zhì)量問(wèn)題2項(xiàng)。

專家對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行打分后，按式（6）~式（9）計(jì)算20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)云的數(shù)字特征值，結(jié)果如表6所示。

表6 標(biāo)段8評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)云特征值

（3）評(píng)價(jià)綜合云。將表6數(shù)據(jù)代入式（10），得到標(biāo)段8質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)綜合云的特征值為CU=（89.3527，1.4667，0.5179），綜合云圖如圖3所示。該標(biāo)段評(píng)價(jià)綜合云介于“4A”與“3A”標(biāo)準(zhǔn)云之間，且更趨近于“4A”等級(jí)。

圖3 標(biāo)段8質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)綜合云圖

3.3 結(jié)果分析

9名專家依次對(duì)烏東德特高壓直流示范工程共計(jì)20個(gè)標(biāo)段及牛從改線路質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行指標(biāo)打分，利用打分結(jié)果，重復(fù)上述步驟得到評(píng)價(jià)結(jié)果。選取有代表性的線路標(biāo)段1、5、8和16的綜合云圖進(jìn)行展示，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，如圖4所示。

標(biāo)段1線路：檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題10項(xiàng)，利用式（6）~式（10），得到標(biāo)段1線路評(píng)價(jià)綜合云特征值CU=（95.7624，1.4521，0.4687）。如圖4（a）所示，綜合云圖介于“4A”與“5A”等級(jí)之間，靠近“5A”級(jí)，接近于“行業(yè)標(biāo)桿”水平。

標(biāo)段5線路：檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題16項(xiàng)，利用式（6）~式（10），得到標(biāo)段5線路評(píng)價(jià)綜合云特征值CU=（66.3950，1.4528，0.5405）。如圖4（b）所示，綜合云圖介于“A”和“2A”之間，并貼近于“A”級(jí)，也就是剛剛達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)段8線路：評(píng)價(jià)綜合云特征值CU=（89.3527，1.4667，0.5179），如圖4（c）所示。

標(biāo)段16線路：檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題19項(xiàng)，利用式（6）~式（10），得到標(biāo)段16線路評(píng)價(jià)綜合云特征值CU=（73.4472，1.5051，0.3906）。如圖4（d）所示，綜合云圖介于“A”和“2A”之間，并與“2A”級(jí)趨于一致，也就是接近于“良”。

由上述評(píng)價(jià)結(jié)果可見(jiàn)：基于云模型方法評(píng)價(jià)的結(jié)果與專家組在工程質(zhì)量實(shí)際檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的數(shù)量多少及嚴(yán)重性保持一致，評(píng)價(jià)結(jié)果較為可信；云模型評(píng)價(jià)方法考慮了評(píng)價(jià)過(guò)程中的隨機(jī)性和模糊性，利用云模型也實(shí)現(xiàn)定性語(yǔ)言與定量數(shù)值之間的自然轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)形式較為生動(dòng)和直觀；不同標(biāo)段的評(píng)價(jià)結(jié)果也顯示出了必要的差距，便于管理者掌握工程質(zhì)量管理的總體情況，并對(duì)管理薄弱標(biāo)段進(jìn)行專項(xiàng)改進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

基于電力工程存在復(fù)雜易變、問(wèn)題突發(fā)且后果嚴(yán)重、特殊的不確定性等特點(diǎn)，對(duì)電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了系統(tǒng)思考。在電力行業(yè)工程質(zhì)量管理做法基礎(chǔ)上，借鑒相關(guān)行業(yè)和單位質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，明確電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化的概念和系統(tǒng)要素，為建立電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系奠定了基礎(chǔ)。從組織標(biāo)準(zhǔn)化、管理行為標(biāo)準(zhǔn)化及實(shí)體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化3個(gè)層面建立了電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用G1計(jì)算獲得指標(biāo)權(quán)重值，運(yùn)用云模型方法計(jì)算各指標(biāo)云特征值，繼而得到評(píng)價(jià)綜合云特征值及其云圖分布，并確定了評(píng)價(jià)對(duì)象的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化等級(jí)。以昆柳龍電力工程為實(shí)例，驗(yàn)證了該電力工程質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)方法的有效性和實(shí)用性。以標(biāo)段8線路為例展示了評(píng)價(jià)過(guò)程，并從項(xiàng)目中選取其它3個(gè)具有代表性的標(biāo)段，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較分析。不同標(biāo)段的評(píng)價(jià)結(jié)果與專家組在工程質(zhì)量實(shí)際檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的多少及嚴(yán)重程度保持一致，并顯示各標(biāo)段質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化水平的差距，有利于提煉管理經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。