基于改進(jìn)AHP-GRA理論的風(fēng)葉更換最優(yōu)方案探討

何青，黃久強(qiáng)，何亞，吳凡，鄭福鵬

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122；2.重慶大學(xué)，重慶 401331；3.中國礦產(chǎn)資源集團(tuán)舟山發(fā)展有限公司，浙江 舟山 316000）

1 引言

風(fēng)電工程是新能源發(fā)展的重要組成部分，將綠色進(jìn)行到底的風(fēng)中舞者在全球各地相繼現(xiàn)身。美國能源部發(fā)布了到2050 年海上風(fēng)機(jī)從4.2 萬kW 到11 000 萬kW 裝機(jī)容量的戰(zhàn)略計(jì)劃；歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)2021 年報(bào)告中也提到了期望在2022—2026 年新增裝機(jī)容量達(dá)到27.9 GW 的規(guī)模；履行大國使命，推動(dòng)發(fā)展綠色能源[1]，在國內(nèi)更是有風(fēng)、光電在2030 年達(dá)到12 億kW 總裝機(jī)容量的宏偉藍(lán)圖。

未來風(fēng)電工程規(guī)模龐大，風(fēng)機(jī)葉片作為脆弱的部件，在運(yùn)輸、安裝等過程中容易受到各種不利因素的影響而出現(xiàn)缺陷或損傷，再加上風(fēng)機(jī)高聳，極易遭受雷電的襲擊，無論是安裝或投運(yùn)過程中損壞，都將導(dǎo)致非常規(guī)的修復(fù)或拆換設(shè)備的情況。作為具有一定危險(xiǎn)性的施工方案，若能夠?qū)ⅰ敖?jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全”3 項(xiàng)指標(biāo)納入評(píng)價(jià)體系，既能降低成本，確保技術(shù)可靠，又能大大增加未來施工的安全保障。

2 引入AHP-GRA理論，構(gòu)建評(píng)價(jià)模型

構(gòu)建“目標(biāo)-準(zhǔn)則-指標(biāo)”的理論模型。對(duì)準(zhǔn)則層，指標(biāo)層的因子進(jìn)行兩兩比較，將傳統(tǒng)九級(jí)標(biāo)度簡化為更具區(qū)分度的五級(jí)標(biāo)度，如表1 所示。

表1 兩類標(biāo)度方法

2.1 建立指標(biāo)因子集特征矩陣

構(gòu)建n 個(gè)可選方案的集合X={X1，X2，…，Xn}T，設(shè)Xi={xi1，xi2，…，xim}為方案i 的m 個(gè)指標(biāo)因子，且集合中存在Xj={xi1，xi2，…，xij}表示為方案i 的第j 個(gè)指標(biāo)因子。若存在一個(gè)理想方案X0={x01，x02，…，x0m}是來自各個(gè)方案{X1}，{X2}，…，{Xn}的最佳因子，可得n+1 個(gè)方案指標(biāo)因子集的集合X'={X0，X1，X2，…，Xn}T[2]。

2.2 指標(biāo)特征矩陣的歸一化

各因子進(jìn)行無量綱處理，將數(shù)據(jù)映射到[0，1]的區(qū)間。若因子類別數(shù)值越小越好，如成本開銷，則記為I1；若因子類別數(shù)值越大越好，如技術(shù)可靠度，則記為I2[3]，顯然I1，I2∈{1，2，…，m}，令：

式中，xij是指標(biāo)矩陣（1）中第i 個(gè)方案的第j 個(gè)指標(biāo)的原始值。式（1）中，顯然Dij∈[0，1]，當(dāng)Dij越接近于1，說明該方案指標(biāo)越優(yōu)。于是，可得歸一化后的無量綱矩陣[4]：

2.3 構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

引入灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)公式，用于評(píng)判各指標(biāo)因子的關(guān)聯(lián)程度，比較指標(biāo)集合{Di}={(di1，di2，…，dim)}（i=1，2，…，n）。取歸一化處理后矩陣Di中各元素，引入式（3）灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

2.4 由指標(biāo)權(quán)重建立綜合評(píng)判矩陣

對(duì)比選方案各指標(biāo)的優(yōu)劣排序判別[5]，采用指數(shù)標(biāo)度法賦值，確定權(quán)重，得到n 階矩陣An，求出特征值λmax與特征向量W=（w1，w2，…，wn）T，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其中平均隨機(jī)一致性指標(biāo)可查平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

將上述特征向量（也即權(quán)重向量）與式（4）聯(lián)立，可建立第n 種方案的綜合評(píng)估矩陣[6]：

令Qi（i=1，2，…，n）為第i 種比選方案的評(píng)價(jià)結(jié)果，wj（j=1，2，…，m）為第j 個(gè)指標(biāo)因子的權(quán)重，則有：

3 作業(yè)方案比選

3.1 項(xiàng)目概況

越南某風(fēng)電項(xiàng)目，位于沿海平原潮間帶，是含設(shè)計(jì)、采運(yùn)、施工于一體的EPC 工程,施工結(jié)束后因一臺(tái)風(fēng)機(jī)三支葉片受損被提出需修復(fù)或更換，否則將影響到未來運(yùn)行安全。

3.2 各方案綜合指標(biāo)

基于項(xiàng)目研討結(jié)果，可歸納出各方案不同指標(biāo)的成本值、修復(fù)占用天數(shù)；技術(shù)、安全指標(biāo)依托定性判斷得出模糊量化值[7]，見表2。

表2 比選方案各因子指標(biāo)信息

4 方案擇優(yōu)模型分析

4.1 方案評(píng)估模型

基于各方案特點(diǎn)所確定的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)多為定性的，具有一定的模糊性[8]。從工期損耗、采運(yùn)費(fèi)、服務(wù)費(fèi)、技術(shù)可行性及安全性等各方面評(píng)估，可分10 類評(píng)價(jià)因子。評(píng)價(jià)模型如圖1所示。

圖1 比選方案層次評(píng)價(jià)體系

4.2 構(gòu)建判斷矩陣，確定指標(biāo)權(quán)重W

基于圖1 的層次模型結(jié)構(gòu)，借助指數(shù)標(biāo)度法，對(duì)上述4 個(gè)方案進(jìn)行比選，詳見表3～表6。

表3 判斷矩陣A-B 及W 值

表4 判斷矩陣B1-b1 及W 值

表5 判斷矩陣B2-b2 及W 值

表6 判斷矩陣B3-b3 及W 值

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，見表7，其中，n 為矩陣階數(shù)，λmax為該矩陣最大特征根，CI 為一致性指標(biāo)，CR 為一致性比率。

表7 判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

求綜合評(píng)價(jià)系數(shù)矩陣，如表8 所示。

表8 綜合評(píng)價(jià)系數(shù)

由表8 可知，Γc3>Γc4>Γc2>Γc1，即最佳是方案三。

5 結(jié)論

1）識(shí)別出的關(guān)鍵性指標(biāo)及其因子是構(gòu)建理想層次模型、實(shí)現(xiàn)有效理論計(jì)算的前提，進(jìn)而為后續(xù)實(shí)際實(shí)施進(jìn)程中的工程管控做好充分準(zhǔn)備工作。

2）利用GRA 理論規(guī)避了AHP 理論的主觀因素影響，簡化標(biāo)度法，結(jié)合關(guān)聯(lián)系數(shù)的修正得到更符合期望的理論值，而葉片更換最終達(dá)到了預(yù)期結(jié)果，也佐證了該理論模型具備一定實(shí)踐性，為今后風(fēng)機(jī)受損設(shè)備的更換或大量退役組件拆換的最優(yōu)方案選擇可提供一定指導(dǎo)價(jià)值。