基于層次-灰色關聯分析的總圖設計方案評價

劉 苗 樸日善 張維秀 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

基于層次-灰色關聯分析的總圖設計方案評價

劉 苗＊樸日善 張維秀 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院 吉林 132002

分析總圖設計方案比選的重要意義,建立總圖設計方案評價指標體系。在此基礎上介紹層次-灰色關聯分析法的基本原理和評價步驟,并以兩個總圖方案的比選為例,運用該模型進行灰色關聯分析,得出評價結論,從而證實模型的可行性和有效性。

灰色關聯 總圖設計方案 評價

隨著經濟的發展,化工企業建設規模日趨擴大,產品種類不斷增多,化工企業總圖設計的內容越來越復雜。在項目的可行性研究階段,總圖方案基本確定后,所有專業的基本格局就確定,不會再有大的改變,并且總圖設計方案直接影響工程投資、運營效果以及新建項目帶來的社會效益和環境效益。因此,運用先進的評價方法,優選出最佳總圖方案,使整個企業實現經濟、自然與社會效益最優就顯得十分重要。

傳統的總圖設計方案比選側重于定性分析,利用設計人員或專家的經驗推薦方案。當兩套方案差異較大時,可通過一兩個特殊指標排除不合適的方案,但當兩種方案比較接近時,僅僅通過設計人員主觀判斷來取舍方案就不盡合理,所以需要尋找一種比較科學的方法,量化評價指標,用數學方法對比不同方案的優劣,從而選出最優的設計方案。

1 總圖設計方案評價指標體系的構建

1.1 指標選擇的基本原則

工業企業總圖設計方案是在保證生產、滿足工藝要求前提下,結合場地的自然條件,合理確定建構筑物、交通運輸線路、管線、綠化美化等設施的平面位置,使各設施成為統一的有機整體,使方案在平面上符合工藝流程、經濟上節約費用、環境上符合環保要求、豎向上滿足排水要求等。可見,總圖方案涉及多方面的內容,是一個復雜的系統工程。在設置總圖設計方案評價指標體系時,指標的篩選尤其重要,除了要滿足統計學的基本規范外,還必須遵循以下原則:

(1)科學性原則:指標體系一定要建立在科學基礎上,指標概念必須明確。

(2)可操作性原則:指標的設置要盡可能利用現有資料,方便計算或者易于量化。

(3)相對完備性原則:指標系統作為一個有機整體,應該能比較全面反映和評價被評價方案的特點,且定量和定性指標相結合。

(4)相對獨立性原則:各指標間往往存在包含關系,應盡可能選擇相對獨立的指標,以消除各指標間的相互影響。

(5)可比較性原則:所選指標既要反映實際情況,又便于比較優劣。

(6)指標體系既應反映現狀,又要考慮未來可能的影響,滿足可持續發展要求。

1.2 指標的基本框架

結合總圖專業工作內容,主要完成對總平面、道路(鐵路)、豎向、管線、綠化等幾個方面設計,所以在建立評價指標體系時,從以上幾個方面入手,作為指標框架的目標層展開評價指標的篩選。根據評價指標的選取原則,結合總圖專業常用國家及行業規范,確定總圖方案評價指標的基本框架,對于不同的項目,可以取舍合適的指標加以利用。總圖設計方案評價指標體系見表1。

2 層次—灰色關聯分析法的基本原理

該方法將層次分析法和關聯分析法有機地結合起來,應用層次分析法確定各層次各指標權系數,并把按乘法準則合并而得的各指標權系數加入關聯度的計算,即將各元素下的關聯系數取平均值改進為取加權平均,從而更加準確地分析評價對象。

表1 總圖設計方案評價指標體系

2.1 層次分析法確定權重

層次分析法是美國運籌學家、匹茲堡大學T.L.Saaty教授于上世紀70年代中期提出的系統分析方法層次分析法(The Analytic Hierarch Process,簡稱AHP)。它將復雜的問題分解為各個組成因素,將這些因素按支配關系分組形成有序的遞階層次結構,通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素(指標)的相對重要性,綜合人的判斷以決定諸因素相對重要性的順序。

根據層次分析法的基本原理,本文使用Matlab數學軟件包確定各指標的權重,其步驟如下:

(1)由專家調查法得到判斷矩陣bij。

(2)利用Matlab的求特征根的語句[a,c] =eig(b),得到矩陣a和矩陣c,其中c為矩陣b的所有特征根所組成的對角矩陣,c11的值即為最大特征根;a為特征根所對應特征向量組成的矩陣,[ai1]為最大特征根所對應的特征向量。

(3)一致性檢驗,計算CR=CI/R I的值,其中CI=(λmax-n)/(n-1),R I可查表2獲得。

表2 R I值表

如果CR<0.10,說明判斷矩陣具有一致性,則進入下一步,否則調整判斷矩陣。

(4)對矩陣c的第一列進行規一化處理:

2.2 灰色加權平均關聯度

灰色關聯分析綜合評價方法是根據灰色系統理論的關聯分析方法經改造后提出的一種綜合評價方法。它的基本思想是已知一個最優序列的前提下,計算實際評判序列與最優序列之間的關聯性。這個關聯性實質上是曲線間幾何形狀的差別,因此可以將曲線間差值的大小作為關聯程度的衡量尺度,稱指標序列與特征序列的關聯系數,關聯系數越大,代表評價矩陣越接近最優方案。

灰色加權平均關聯度的一般步驟為:

(1)構造指標序列:評價指標一般分為定量指標和定性指標。對于定性指標,評價集{好,較好,一般,較差,差}對應分值為{1,0.8, 0.6,0.4,0.2,0}。對于定量指標,要進行歸一化處理。當評價值與方案優劣成反比時,歸一化結果應進行逆化處理。

設有m個方案,n個評價指標,pi(k)是方案i的第k個指標的實際值,則

(2)構造特征序列:特征序列由每個獨立指標的最優或者最理想值組成。即特征序列為X0= x0(k),x0(k)是m個方案中第k個指標的最優值。

(3)計算關聯系數,利用公式:

取ρ=0.5,計算各指標數列與構造數列在各點的關聯系數:ξ0i(k)。

(4)計算加權關聯度,按式(4)計算灰色加權關聯度:

(5)ri的大小反映了方案的優劣程度,max ri即為推薦方案。

3 實例分析

以某化工企業初步設計的兩個方案為例,運用層次-灰色關聯分析法,對方案進行比較。

3.1 建立評價指標體系

根據項目的實際情況,把各項可用指標設計成咨詢問卷的方式,征求有關專家的意見,請專家根據自己的經驗對指標體系中各指標逐一打分,從打分結果中去掉平均得分低于3分的指標。同時,收集盡可能多的資料,剔除無法得到的指標,從而確定評價指標體系。

3.2 確定指標權重

首先要求專家對各指標重要程度進行打分,得到判斷矩陣,再根據層次分析法原理確定指標權重。以道路長度和鐵路占地面積為例,兩個指標重要程度相同,權重各占50%。權重矩陣為:

3.3 計算關聯度

根據灰色加權平均關聯度的一般步驟,統計兩個方案各指標的實際數值Pi(K),分別構造指標序列Xi(k)、特征序列X0(k),并根據式(3)計算關聯系數ξi。

以“功能分區合理性”指標為例:

最后根據式(4)計算ri,從而比選出maxri作為推薦方案。

3.4 計算過程及結果

評價時,可采用excel軟件進行計算,具體計算過程及結果見表3和表4。

表3 總圖設計方案評價過程各參數計算結果—準則層

表4 總圖設計方案評價過程各參數計算結果—指標層

由計算結果r01>r02可以判斷,方案1更接近最優結果,推選方案1為最佳方案。

4 結語

(1)該項目可行性研究報告完成后,業主組織有關專家對兩個方案進行評價,最終選擇了方案1。專家組的選擇結果與用層次-灰色關聯分析法得出的結論一致。

(2)實踐證明,層次-灰色關聯分析法可以很好地運用于總圖設計方案的比選,該模型具有很好的可行性和有效性。在此基礎上繼續發展,把評價模型通過計算機編程處理,加載進入總圖軟件,可以使總圖設計方案評價過程快速而準確,具有重要的推廣價值。

1 傅 立.灰色系統理論及其應用[M].北京:科學技術文獻出版社,1991.

2 王秋平.基于灰色關聯分析法的總圖設計方案評價[J].蘭州理工大學學報,2009(6).

3 疏義勝.鋼鐵企業總圖方案的模糊評價[J].現代冶金, 2009(6).

4 何凱旋.工廠總圖設計的多維性及其評價[J].有色金屬設計,1997(4).

5 雷 明.工業企業總平面設計[M].西安:陜西科學技術出版社,1998.

Introduce the concept,for mulae deduced,diversity index of influence on the crack andthe precautions in construction.Summarizethe precautions to control the crack ofmass concrete.

TechnicalM easure of Controlling Crack ofMass Concrete

Liu Junkai
(PetroChina Northeast Refining&Chem ical Engineering Co.Ltd.Jilin Design Institute,Jilin132002)

mass concrete heat of hydration temperature stress crack

＊劉 苗:工程師。2006年6月畢業于吉林大學交通運輸規劃與管理專業獲碩士學位。現從事總圖運輸設計工作。聯系電話:(0432) 63958465,E-mail:liumiao@cpene.com。

(修改回稿2011-01-10)