基于AHP的公路機電設施技術狀況評價方法研究

林　莉

(四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川　成都　610041)

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基于AHP的公路機電設施技術狀況評價方法研究

林莉

(四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川成都610041)

林莉(1976—)，工程師，工學碩士，主要從事公路機電設施、交通安全設施檢測領域的研究工作。

摘要：文章針對運營期公路機電設施技術狀況評價的特點，分析了公路機電設施技術狀況現有評價方法的問題和不足，提出了一種基于層次分析法(AHP)的公路機電設施檢測評價方法。主要討論了評價體系構造和權值計算等關鍵技術問題，并以某省高速公路監控系統技術狀況檢測評價項目的實施為例，論述了該方法運用于公路機電設施技術狀況評價的可行性和優勢。

關鍵詞：公路；機電設施；AHP；技術狀況評價；方法

0引言

高速公路機電設施是保證高速公路安全有效運營的重要基礎設施，一般包括監控、通信、收費、供配電、照明和隧道機電工程等子系統。

隨著我國高速公路通車里程的不斷增長，高速公路網絡結構日益復雜化，對高速公路運營管理水平的要求越來越高，機電設施的重要性越來越突顯，保證機電設施維持良好的工作狀態日益成為高速公路運營管理的工作重點。而要實現這一目標，需要通過對高速公路機電設施的實際工作狀況進行客觀地分析評價，找出影響、制約、提高機電設施工作性能的關鍵影響因素，才能為運營管理工作提供有效的支撐。

目前，行業內并未有專門針對運營期高速公路機電設施技術狀況檢測評價的方法規定，行業內普遍參考《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80-2004)之第二冊——機電工程分冊(以下簡稱檢評標準)所規定的工程質量檢驗評定方法[1]進行評價時會出現諸多問題，不能很好滿足運營管理的評價需求的現實情況，本文針對此情況提出一種基于層次分析法(AHP)公路機電設施檢測評價方法，通過構造公路機電工程質量評價的層次結構模型，運用細化分析的系統化方法，對公路機電設施技術狀況進行評價。

1現有方法運用于運營期的公路機電設施評價的不足

公路建設完成交付使用前，相關管理部門依據《公路工程質量檢驗評定標準》判定公路機電設施質量是否符合質量檢驗評定要求，但將上述方法直接用于運營期的公路機電設施技術狀況檢測評價，就會出現以下問題：

1.1　無法區分不同機電設施運行狀況的細節差異

檢評標準規定關鍵項目的合格率必須為100%，而關鍵項目不符合要求時，則該分項工程評為不合格，這就意味著無論關鍵項目是有1項不合格還是全部不合格，最終的評價結果都相同。

1.2　無法反映公路機電設施對整體系統性能影響的差異性

事實上，不同的機電設施對于公路運營管理的重要性是存在差異的，而目前的評價體系對于不同的機電設施的權值設置相同，不能體現不同機電設施對運營管理貢獻大小的差異性，評價結果自然也就不能體現機電設施整體性能的差異性。

1.3　無法全面反映公路機電設施在系統層面存在的問題

由于評價體系中只包含高速公路現有的機電設施，現有的機電設施的檢測結果好，則最終的評價結果就高。但是，若高速公路的機電設施在整體配置上存在缺陷，比如機電設施配置的種類或數量上有缺陷時，是無法在評價結果中得到反映的。

造成上述問題的根本原因，在于工程質量檢驗評定和運營期間的公路機電設施技術狀況檢測評價從目的到細節都存在一定差異性。(1)前者的評價基礎是建設期間的設計文件，而后者則應采用最新的設計標準更為合適。這是因為機電設施在經過較長時期的運營期后，用建設時期的設計標準基本無法滿足當前服務管理的需要。(2)前者是判斷工程質量是否合格，而后者是對目前運營中的機電設施的整體性能的評價。因此，不能簡單套用檢評標準中的工程質量檢驗評定方法。

2基本要求和關鍵技術探討

層次分析法(The analytic hierarchy process)簡稱AHP，在20世紀70年代中期由美國運籌學家托馬斯·塞蒂(T.L.Saaty)正式提出[2]。它是一種定性和定量相結合的、系統化、層次化的分析方法。在交通運輸領域已經得到廣泛應用[3-6]。

運用AHP解決公路機電設施技術狀況評價問題時，應以滿足評價需求為最終目標構建評價體系和權值計算?；疽蠛完P鍵技術為：

(1)目標層為最上層，只能有一個元素，即公路機電設施的技術狀況總評價值。

(2)對象層為最下層。對象層的構建參數應全面，因為參數的遺漏會導致最終評價結果的缺陷。對象層參數不僅應包括各項機電設施設備的檢測參數，還應充分考慮影響系統性能的其他指標，例如設備平均故障次數等。

(3)指標層為中間層。指標層是目標層與對象層之間的多級結構層，是評價體系構造的關鍵。指標層的每一級構造都必須滿足能夠集中體現上層元素在某方面的特性，成為下層元素的聚類和歸納。當一層的指標數量過多時(通常要求≤9個)，應該對該層指標進行分解和聚類，構建上層指標；若上層指標的數量仍然過多，則應進一步構建更高層指標[2]。“設備配置的完備度”應作為一項指標納入指標層，通過該指標的引入，可以保證公路機電設施在系統層面存在的問題在最終的評價結果中得到有效的反映。

(4)為反映不同種類的機電設施的重要程度，體現公路機電設施系統的性能差異，應該保證關鍵項目的得分在最終評價結果中占有應有的比重，權值構造時，不僅要進行一致性檢驗[2，7]和組合一致性檢驗[2，7]，還需保證關鍵項目的權值一定大于非關鍵項目。為達到這一目標，本文提出關鍵項目占比校驗方法。

實施環節：關鍵項目占比校驗在一致性檢驗之后，組合一致性檢驗之前進行；

步驟組成：包括關鍵項目單項占比檢驗和關鍵項目組合占比檢驗兩個步驟；先進行單項占比檢驗，然后進行組合占比校驗；

具體計算方法：

確定單一關鍵項目i最小占比0≤ai≤100%，關鍵項目組合最小占比0≤b≤100%。要求?i，b≥ai。

構造單一關鍵項目檢驗矩陣。關鍵項目i的檢驗矩陣是在原成對比較矩陣的基礎上，保留所有非關鍵項目，剔除所有除i之外的關鍵項目所在的行和列構成的矩陣。

做單一關鍵項目占比校驗。計算單一關鍵項目檢驗矩陣的權向量，并將i所對應的權值與關鍵項目最小占比ai相比較，若前者大于后者，檢驗通過，否則應重新構造成對比較矩陣。

做關鍵項目組合占比校驗。將所有單一關鍵項目校驗矩陣的權值相加，與關鍵項目組合最小占比b相比較，若前者大于后者，檢驗通過，否則應重新構造成對比較矩陣。

3層次結構模型構造實例

以某省高速公路監控系統技術狀況檢測評價為例，具體說明基于AHP的公路機電設施技術狀況評價方法。

本次監控系統技術狀況檢測評價的范圍覆蓋了該省所有已通車高速公路路段，檢測的目的首先是掌握已通車高速公路路段現有監控系統技術狀況，在此基礎上，對影響高速公路監控系統技術狀況的主要原因進行分析，為提高高速公路監控系統的技術狀況提供對策措施。

本次高速公路監控系統技術狀況評價層次結構模型的最上層為目標層，目標層只有一個元素，即本次檢測范圍內的高速公路監控系統技術狀況總評價值。

其次研究評價模型的對象層。《檢評標準》所規定的各項監控設施設備的檢測指標自然應該納入本次監控系統技術狀況檢測評價模型的對象層。同時，必須看到，檢評標準中的檢查項目尚不足以支撐本次檢測評價活動的所有需求，例如已通車高速公路維護管理工作的執行情況，現有檢評標準中基本沒有能夠反映這一方面的檢查項目，因而必須補充相應的基層指標。這些基層指標包括運營監測值班制度及執行情況、維護保養制度及執行情況、設備檔案管理及執行情況、備品備件管理以及其他必要的指標。

由于對象層的指標遠遠超過9個，因此必須構建指標層。

由于本次檢測的高速公路包括分屬于不同業主的多個高速公路路段，因此指標層的第一層選擇為各高速公路路段監控設施技術狀況的綜合評價值，以便于從總體上對各高速公路路段監控設施的技術狀況進行比較。

指標層的第二層選擇為高速公路監控系統技術狀況的4個主要影響因素：

(1)設備材料質量。顯然，監控設施設備的質量越高，整個監控系統的技術狀況就容易維持在較高的水平，反之亦然。

(2)工程施工質量。要構成一個有效運行的高速公路監控系統，僅有外場設備是遠遠不夠的。①外場設備必須得到正確的安裝和調試；②需要建設將外場設備集成到一個系統中的通信線路、網絡系統和計算機系統；③系統集成的關鍵，還在于開發和配置相應的監控系統應用軟件，才能驅動整個監控系統完整有效地發揮其效能。

(3)維護管理工作的有效性。高速公路監控系統在長期運行過程中，其設備設施不可避免地會出現老化、磨損和失效，如果不能及時采取相關的維護管理措施，則高速公路監控系統的正常運行將不可避免地受到影響。

(4)設備配置的完善度。對于建設時間較早的高速公路路段，若沒有及時進行升級改造，則其監控設施設備配置很可能不能達到現行標準和規范所要求的標準，這種情況對其監控系統的技術狀況造成了不利影響。

第二層的4個因素，分別可以綜合反映制造商(設備材料質量)、集成商(工程施工質量)、運營管理方(維護管理工作的有效性、設備配置的完善度)的工作對高速公路監控設施技術狀況的影響，從其相應的評價值可以看出影響該高速公路路段監控設施技術狀況的主要因素，便于在整改過程中采取針對性的措施。

在指標層的第一層、第二層按上述規則確定之后，將所有對象層元素分別歸類。顯然，所有對象層元素首先按所屬的高速公路路段歸類，在此基礎上，每個高速公路路段的所有對象層元素再分別被歸入四個影響因素的類別中去。以車輛檢測器為例(見表1)：

進行上述歸類之后，如果某一個類別中的對象層元素仍然遠多于9個，按照AHP的要求，就必須進一步構造更下層的指標層，直到每個指標所對應的類別中的對象層元素符合AHP的要求為止。例如在本次監控系統技術狀況檢測評價體系構造過程中，考慮到屬于檢測范圍的監控外場設備種類較多，各類設備的檢查項目中屬于設備材料質量類的對象層元素總數遠多于9個，因此首先將設備材料質量類的對象層元素按設備類型進行歸類，例如將車輛檢測器的設備材料質量歸為一類，作為設備材料質量類對象層元素的上級指標，同時是設備材料質量指標的直接下級指標。層次結構模型體系如圖1所示：

表1　車輛檢測器檢查項目分類表

圖1　層次結構模型體系圖

整個層次結構模型構造完成后，從對象層開始，按照本文提出的權值計算方法，分級構造成對比較矩陣，并計算各級的權值向量。

得到整個體系完整的權值向量組合之后，將檢測值代入計算，得到每一級各項指標的中間結果，并最終得到總的評價結果。

總的評價結果作為全省高速公路監控系統技術狀況的總評價結果值。而每一級各項指標的中間結果則可用于各路段的橫向比較，以及不同設備之間的橫向比較。

該項目共檢測了19條高速公路的路段監控系統，得到所有路段的總評分排序和設備材料質量、施工質量、維護管理、設備配置的單項評分排序。

通過該項目的實施，發現了各路段機電設備設施普遍存在的問題。比如設備配置情況不理想、監控設備覆蓋率差等，并分析了成因，提出了合理化建議。

4結語

層次分析法(AHP)是一種處理復雜的評價和決策問題的有效方法。將AHP運用于運營期公路機電設施技術狀況評價彌補了現有方法的不足，為管理部門全面掌握高速公路監控系統運營現狀，進一步規范和促進系統運行管理工作，提高運營管理水平指明了方向，具有積極的現實意義。

參考文獻

[1]JTG F80/2-2004，公路工程質量檢驗評定標準第二冊機電工程[S].

[2]張炳江.層次分析法及其應用案例[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3]段應昌，劉亞文，邵飛.基于AHP-FUZZY算法的高等級公路養護質量評估模型[J].公路，2011，56(2)：161-165.

[4]郭大進，宋波，周文歡.基于層次分析法的在役梁橋養護狀況綜合評估[J].公路交通科技，2011，28(3)：108-112.

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[6]袁臻，劉初平，陳敏.基于層次分析法構建養護施工企業業務素質評價體系[J].中外公路，2011，31(1)：262-265.

[7]秦壽康.多人層次單排序下權重向量的算法[J].系統工程理論與實踐，1998，34(7)：89-93.

Research on AHP-based Technical Situation Evaluation Method for Highway Electromechanical Facilities

LIN Li

(Highway Planning Survey and Design Institute of Sichuan Department of Transportation，Chengdu，Sichuan，610041)

Abstract：Aiming at the technical situation evaluation characteristics of electromechanical highway facil-ities during the operation stage，this article analyzed the problems and inadequacy of current technical situation evaluation methods for electromechanical highway facilities，and proposed an AHP-based(Analytic Hierarchy Process)detection and evaluation method of electromechanical highway facilities. It mainly discussed some key technology problems such as evaluation system configuration and weight calculation，and with the implementation of expressway monitoring system technology situation detection and evaluation project in a province as the example，it discussed the feasibility and advantages of using this method in technical situation evaluation of electromechanical highway facilities.

Keywords：Highway；Electromechanical facilities；AHP；Technical situation evaluation；Method

收稿日期：2015-07-03

文章編號：1673-4874(2015)08-0016-05

中圖分類號：U415.5

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.004

作者簡介