基于AHP的工程機械選型評價與應用研究

王蓮

（安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

基于AHP的工程機械選型評價與應用研究

王蓮

（安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

依托鐵路平改立工程，系統分析工程機械選型的影響因素，應用層次分析法（AHP），構建評價模型，通過計算評價指標權重，確定系統優化結果，為鐵路平改立工程機械選型提供相對科學的決策方法和量化指標。

工程機械；選型評價；層次分析；特征向量

近年來，隨著我國高鐵的迅速發展，各類鐵路平改立工程數量增多，這些工程項目投資大、建設周期短、質量要求高。由于作業點多、工程復雜多變，所涉及的工程機械品種和數量較多，其選型不僅關系到能否合理利用發揮最大效能，而且直接關系到施工安全、成本、工期和質量等目標的達成。因此，工程機械的選擇必須進行全面系統的分析比較，擇優配置。由于工程機械選型要達到經濟、高效、合理多個目標，涉及大量相互關聯、相互制約的多種影響因素，因此需要將這些因素層次化、條理化，并區分它們各自對選型目標影響的重要程度。

基于上述考慮，本文擬將層次分析法（AHP）引入到鐵路平改立工程機械選型評價中。層次分析法由美國著名運籌學家托馬斯·塞蒂（T.L.Saaty）于20世紀70年代創立的系統分析方法，是將決策者的經驗判斷加以量化處理，按照思維規律把決策過程模型化、數量化，在目標因素結構復雜且缺乏必要數據的情況下，使用更為方便，因而在實踐中得到廣泛應用。

1 選型評價模型的構建

層次分析法基本原理是根據所要達到的總目標，將影響因素按關聯關系聚集組合，形成一個多層分析結構模型，最終歸結為最低層（方案、措施、指標等）相對于最高層（總目標）的相對重要程度的權值問題。依照此原理，結合鐵路平改立工程機械選型的實際經驗和教訓，將與工程機械選型相關的影響因素梳理、歸類，本著技術先進、工程匹配、安全可靠和經濟實用的基本原則，構建了鐵路平改立工程機械選型評價結構模型，如圖1所示。其中：最高層為目標層；中間層主要考慮了技術性能、工程匹配性、安全和可靠性、經濟性4個主要影響因素。最底層是對應于各主要影響因素的具體評價指標。通過模型的建立，將影響選型評價問題模型化、系統化、層次化，在施工生產過程中便于操作應用。

基于技術性能的評價指標。技術性能是機械本身固有的技術指標，充分發揮技術性能，減少有形磨損和無形磨損，是使用機械設備必須考慮的首選。

基于工程匹配性的評價指標。鐵路平改立工程施工，往往多機、多工序同時作業，點多線長，尤其對施工時間有嚴格要求，需要進行開“天窗”施工，因此選擇工程機械既要技術參數相互匹配，又要工藝方法上相互協調，只有正確選擇作業組織方式和施工工序，有效利用時間，形成空中、地面立體作業網絡，才能使施工機械配套協調，高效使用。

基于安全和可靠性的評價指標。鐵路平改立工程不僅施工內容復雜多變，而且施工受多種條件限制。所選工程機械：一方面要考慮安全性能好，便于操作，易于調遷等諸因素；另一方面要使參與施工的機械相互之間的生產能力配套，可靠性高，同一工程中需多種作業機械協同作業時，不得破壞周邊已有設施和質量等。

基于經濟性的評價指標。在鐵路平改立工程施工中，必須在即有的工程條件下，權衡工程費用與機械費用的關系，確定最佳的機械類型及規格參數；同時，必須權衡安全性與經濟性的關系，在保證施工安全的前提下，優先選擇通用工程機械，以獲得較好的經濟性。因此，工程機械使用經濟性主要通過設備資產投入效率、年平均運行成本、年折舊率等評價指標來體現。

圖1 鐵路平改立工程機械選型評價結構模型

2 評價指標權重的計算

根據層次分析法1～9標度賦值規則，結合相關資料數據，經反復研究后,確定中間層A1～A4各因素對目標層Z構成的比較判斷矩陣A：

最底層B1～B15各指標對應于中間層A1～A4分別構成的比較判斷矩陣A1、A2、A3、A4：

根據AHP，為了防止判斷矩陣的不一致性，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗。

首先，利用和積法計算比較矩陣的最大特征對應的歸一化特征向量：

WA=(0.096，0.466，0.161，0.277)T；

WA1=(0.161, 0.466，0.277, 0.096)T；

WA2=(0.100，0.213，0.192，0.495)T；

WA3=(0.122，0.230，0.648)T；

WA4＝(0.623，0.239, 0.137)T。

其次，計算一致性指標CI和一致性比率CR值分別為：

CIA=0.0149；CIA1=0.0436；CIA2=0.0052；CIA3=0.0018；CIA4=0.0092。

C RA=0.0 1 6 6＜0.1；C RA1=0.0 4 8 5＜0.1；C RA2=0.0 0 5 7＜0.1；C RA3=0.0 0 3 2＜0.1；CRA4=0.0159＜0.1。

計算結果說明，比較判斷矩陣A、A1、A2、A3、A4均具有可以接受的一致性，其相應求得的特征向量為有效單排序權向量。

層次總排序權重實際上是各支配（影響）關系的層次間權重的加權之和。本模型中，B層中各指標對總目標Z的總排序權重為：bi=（i=1,2, …,14；j=1,2,3,4）

代入計算得出B層各指標的層次總排序特征向量為：

WB=(0.0155，0.0447，0.0266，0.0092，0.0466，0.0993，0.0895，0.2307，0.0196，0.0370，0.1043，0.1726，0.0662，0.0379)T

對層次總排序作一致性檢驗：

結果表明，層次總排序具有可以接受的一致性，層次總排序特征向量即為組合權向量。以組合權向量作為決策的定量依據，可以得出，鐵路平改立工程機械選型評價模型14個主要指標的重要性排序為：施工內容、設備資產投入效率、機械間組配性、作業組織方式、施工工序、年平均運行成本、作業工程量、生產效率、年折舊率、已有設施限制、節能減排性、固有危險性評估、工程通用性、日常維護保養，這一結果與鐵路平改立工程設備選型的工作實際相吻合。

3 應用與展望

通過以上的分析結果，我們可以將此層次結構模型，應用于以下兩個方面：（1）當需要選擇工程機械時，可以通過模型計算分析，盡量選擇富余系數小的各種機械。（2）可用來檢驗工程機械能否滿足優化配置的要求。

當然，由于考慮的側重點不同，層次結構模型具有受不同指標權重變動影響的可能性；另外，以上討論是建立在既有機械型號的前提下，對如何選擇機械型號并沒有做具體分析。為了解決上述兩個問題，可以建立工程機械選型管理系統數據庫，一方面，為滿足機械選型初始方案中機械型號選擇的需要，通過系統數據庫，對所收集的已通過選型評價驗證合理的已建類似工程機械選型方案進行歸納和加工，建立樣板工程機械選型優化方案的查詢條件；將在建實際工程條件與之比較、分析，為工程機械選型方案提供可靠的依據和幫助；同時，將經過驗證的機械選型方案和條件，錄入工程機械選型管理系統數據庫，供后續工程查詢，形成閉環管理。另一方面，也可與施工管理系統聯系，不僅為施工單位進行工程機械選擇提供相對科學的評判方法和量化指標，而且能有效促進施工單位積極尋找施工的作業特點，設法優化作業組織方式，建立立體作業網絡，提高施工效率；同時可根據遇到的新形勢、新問題，不斷總結和創新施工管理方法，為進一步標準化、智能化提供參考和指導。

[1]楊振林，劉金蘭.層次分析法在特種設備風險評價模型設計中的應用[J].工程機械，2009.1：40.

[2]許樹柏.層次分析法原理[M].天津：天津大學出版社，1988.

TU60

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：1671-0711（2017）09（下）-0187-02