基于Fuzzy-AHP的輸變電工程評價系統設計

蔣 宇， 單鴻濤， 施一萍， 袁建平， 賈日晶

(上海工程技術大學 電子電氣工程學院，上海 201600)

0 引言

對輸變電工程項目進行評價是電網企業提高決策水平的重要途徑。通過對已有的工程項目進行總結分析，吸取實施過程中的經驗教訓，一方面，為未來決策提供量化指標，規避風險；另一方面有助于電網企業對后續的工程項目進行改進，改善項目投資，提高項目決策水平[1]。目前已有很多學者對輸變電工程項目進行了評價研究，如文獻[2～4]運用模糊綜合評價法分別對輸變電工程的環境效益、安全性與項目風險進行了評價研究，缺乏綜合性的評價；此外，由于輸變電工程評價指標的復雜性，考慮評價過程中產生的評價數據的多樣性與數據處理的復雜性，目前，缺乏一套完整的可供相關專家對輸變電工程進行評價的系統；涉及輸變電工程的大部分評價還是以傳統的手工計算的形式。基于此，本文運用模糊數學理論與AHP(層次分析法)相結合建立評價綜合模型，由該模型設計評價系統軟件；考慮評價軟件制作通常需要制作者具備專業的計算機編程能力，開發成本高，維護成本同樣很高；運用Microsoft Office Access數據庫管理技術與Excel技術相結合[5],利用Access強大的數據統計分析能力[6]以及Excel精確快速的數據處理能力[7]，制作新一代的輸變電工程評價系統軟件。該評價系統的開發相對簡單、制作成本低、方便維護，給相關評價軟件的設計開發提供一種借鑒與參考。

1 構建Fuzzy-AHP綜合評價模型

1.1 輸變電工程評價指標體系的構建

構建科學完善的評價指標體系是建立評價模型的第一步。結合輸變電工程項目自身的特點[8]，遵循評價指標體系的建立原則[9]；通過廣泛征求專家意見，根據項目全壽命周期理論，將整個輸變電工程分為準備工作、施工、后期評價3個階段，以時間跨度為分段基準進行指標體系的構建[10]。該評價指標體系共分為4層，其中第4層有24個定性指標。

具體指標選取構建的評價指標體系如圖1所示。

圖1 輸變電工程綜合評價指標體系

1.2 AHP確定指標權重

AHP(層次分析法)是一種將定量與定性相結合的、系統化的、層次化的主觀賦權方法[11]。利用層次分析法來計算評價因素的權重，基本流程如下：

(1)建立評價的層次結構模型[12]，確定評價指標集(如圖1所示)。

(2)采用1-9標度法[13](如表1所示)，通過兩兩比較來構造相對重要性判斷矩陣[14]。

表1 指標標度的含義

表2 RI取值

(4)采用基于特征值法的組合賦權法求取權重[18]。將乘積方根法與列和求逆法計算的指標權重進行加權平均，由此得出最終的指標權重。該方法大大提高了指標賦權的客觀性與準確性，具體計算步驟如下所示。

①采用乘積方根法求取權重[19]。即設n階判斷矩陣為：

②采用列和求逆法求取指標權重。

最后，加權平均乘積方根法與列和求逆法計算的指標權重，得出最終權重w，w=(wj+wj′)/2。

1.3 模糊綜合評價

模糊綜合評價是模糊數學理論實際應用的一種表現形式，主要應用于多因素影響事物全面評價中。評價模型構建流程如下:

(1)建立評價因素集(指標集)，U={U1,U2,…,Um}。

(2)建立權重集[20]，對各個因素Ui(i=1,2,…,n)賦予一相應的權數wi(i=1,2,…,n)，各權數所組成的集合W={w1,w2,…,wm}稱為因素權重集，各個指標的權重通過AHP法確定。

(3)建立評語集V={v1,v2,…,vm}=(優，良，中，差)[21]。

(5)建立綜合評價模型[22]。B=w°R其中°為模糊算子[23]，w為權重向量[24]，B為每一層評價后的結果。得到綜合評價結果后依據最大隸屬度原則[25]，就可以判定最終的評價結果。

2 輸變電工程評價系統的設計

Access與Excel都是微軟公司旗下的產品[26]，其中Access是一個將數據庫引擎的圖形界面與其他軟件開發工具相結合的數據庫管理系統，它具有強大的統計分析能力，并可以直接導入或鏈接其他數據；而Excel是一款主流的辦公軟件，它的內部包含大量公式函數可選，具有高效而精確的數據計算能力。文中采用Microsoft Office Access2007版本與Excel相結合進行輸變電工程評價系統軟件設計，通過Access搭建數據庫表格與軟件評價界面，其中軟件評價界面會將用戶的評價數據收集到數據庫表格進行保存，然后將其導入Excel中，在Excel中進行評價數據的處理，并最終得出評價結果。輸變電工程評價系統結構設計如圖2所示。

圖2 輸變電工程評價系統結構設計

2.1 系統數據庫表格搭建

數據庫表格用于接收Access軟件評價時評價人員輸入的數據，即主要用于評價數據的收集與保存工作。而在設計評價系統軟件之前，建立好評價時所用的數據庫表格是開始的第一步。根據Access軟件設計功能需求與上文評價模型中構建的指標體系，輸變電工程數據庫表格的搭建步驟如下：

(1)搭建評價人員登錄的表格。表格的內容有單位、工號、姓名和職位。主要存放評價人員的具體信息。

(2)對一到四級指標進行數據庫表格的搭建。分析各層指標的特性，一二級指標相對較少，因此可以將一二級指標的相關數據分別存放到一個表中；三級四級指標較多，若將兩者存放到同一個表中，可能會導致表中數據較多，不利于分析情況，為此將三四級指標分成幾塊存放于數據表中。

綜上所述，完成評價系統數據庫表格的搭建。而在建立了相關的表格以后，要求相關字段中評價時填入相應的內容，因此要對相應表格中的字段做數據類型的設定。比如信息等字段所要填入的為文本信息，評價指標等字段要求輸入的值為數字格式。而這些數據的格式，通過Access的“設計視圖”功能塊中的“數據類型”進行設置。評價系統部分數據庫表格設計如圖3所示。

圖3 評價系統部分數據庫表格設計

2.2 Access軟件操作界面設計

窗體(即評價界面)是Access數據庫的對象之一，它是用戶和Access數據庫交互的圖形界面，便于用戶進行數據輸入，以及實現各項數據庫的控制功能。輸變電工程評價系統整體界面設計流程如圖4所示。

圖4 評價系統整體界面設計流程圖

通過6個界面的設計，滿足了通過Access評價軟件進行評價人員信息的記錄與評價數據的收集與保存工作。對應的評價信息，將被相應的保存在搭建好的數據庫表格中。選取部分軟件操作界面進行展示，如圖所示：圖5為評價系統歡迎界面。圖6為評價系統權重評價界面。圖7為評價系統子質量評價界面。

圖5 評價系統歡迎界面

圖6 評價系統權重評價界面

圖7 評價系統子質量評價界面

2.3 Excel數據處理設計

結合前文所述Fuzzy-AHP評價模型，將評價算法進行算術拆分，在Excel工作簿中，通過在指定單元格所對應的函數欄中編輯公式函數來進行評價算法的設計。具體設計方法如下所示。

(1)通過選擇Excel的“數據”菜單，導入評價完成的Access數據庫表格，并將其設置在Excel工作簿中的特定單元格區域塊內。

(2)利用Excel的公式函數，根據(1)中導入的Access數據庫表格的位置，選擇與之相對應的單元格，進行函數編輯。由于篇幅有限，以第一級指標評價權重求取方法為例，Excel單元格中的詳細編輯方法與算法如下所示：

①根據一級指標Access數據庫表格的格式，在Excel工作簿中，選擇L、M、N、O四列導入一級指標數據庫表格。L列為評價人員ID值，M、N、O三列分別記錄評價數據。

②將Fuzzy-AHP評價模型中的權重算法進行拆分，分別進行單元格公式編輯。

第一步：求列平均。M1、N1、O1所對應的單元格函數欄中分別編輯公式“=AVERAGE(表_項目.accdb_1[[#全部],[準備工作階段]])”、“=AVERAGE(表_項目.accdb_1[[#全部],[施工階段]])”、“=AVERAGE(表_項目.accdb_1[[#全部],[后期評價]])”。三組公式的編輯，成功將Access數據庫表格中的一級指標評價數據引入。

第二步：根據第一步的數據在指定位置構造判斷矩陣，判斷矩陣Excel工作簿中對應單元格所對應的函數欄編輯內容如表3所示。

表3 一級指標基于Excel函數的判斷矩陣

第三步：由乘積方根法獲取指標權重w1。方法如下：在M10-M12單元格對應的函數欄中分別編輯公式“=GEOMEAN(M6:O6)”、“=GEOMEAN(M7:O7)”、“=GEOMEAN(M8:O8)”求出行幾何平均；在M13單元格對應的函數欄中編輯“=SUM(M10:M12)”求出平均和，最后通過在單元格M16-M18對應的函數欄中分別編輯公式“=M10/M13”、“=M11/M13”、“=M12/M13”，即可求出權重w1。

第四步：由列和求逆法獲取指標權重w2。方法如下：在單元格M20-M22對應的函數欄中分別編輯“=1/SUM(M6:M8)”、“=1/SUM(N6:N8)”、“=1/SUM(O6:O8)”求取“1/列和”；然后在單元格M24-M26對應的函數欄中分別編輯“=M20/N20”、“=M21/N21”、“=M22/N22”即可求出權重w2。

最后，加權平均由M30-M32單元格所對應的函數欄中編輯“=(M16+M24)/2”、“=(M17+M25)/2”、“=(M18+M26)/2”即可求出最終權重w。

同理，根據在Excel工作簿中導入的Access數據庫表格，在特定的單元格所對應的函數欄中進行對應公式函數的編輯，即可得到最終的評價結果。綜上所述，結合Access與Excel的相關設計即可完成該輸變電工程評價系統軟件。

3 實例評價

以湖南長沙地區某220 kV輸變電工程為例進行評價研究。該輸變電工程占地5.32萬m2，總投資達3.12億元，于2011年1月開工，歷時18個月修建，并于2012年9月投入運行。

筆者邀請國網湖南省電力公司經濟技術研究院的5位電網專家利用本文制作的輸變電工程評價系統軟件對該輸變電工程進行打分評價。而評價數據過于龐大，由于篇幅有限，選取一級指標評價數據與最后一級模糊綜合評價數據為例進行分析。如表4，表5，表6所示。

表4 一級指標Access評分數據

表5 一級指標權重Excel計算數據

表6 最后一級模糊綜合評價Excel計算數據

其中，表4為筆者整理的Excel工作簿中導入的一級指標Access評分數據。專家通過評價系統軟件進行打分，數據匯總到Access數據庫表格進行保存；將其導入Excel，得表4數據。表中ID值為5位專家的身份編號，M、N、O列中的數據為對應指標的打分情況。

表5為Excel工作簿中計算一級指標權重值的數據結果。根據前文所述，在Excel特定單元格對應的函數編輯欄中進行公式編輯，當評價數據導入之后，Excel立刻計算得出結果，該過程快速而準確。

而表6為Excel工作簿中最后一級模糊評價的數據。分析表格中的評價數據，根據表格最后一行的數據值，0.509 9為最大值，由最大隸屬度原則可得該輸變電工程的綜合評價為良等級。

4 結論

本文結合AHP法與模糊數學理論，構建基于Fuzzy-AHP的輸變電工程模糊綜合評價模型。結合該模型，利用Microsoft Office Access數據庫管理技術與Excel技術，完成了輸變電工程評價系統軟件的設計。該評價系統軟件開發成本低，方便維護；具有良好的用戶界面，操作方便。為相關專家進行輸變電工程的評價工作提供了一個重要的平臺。而結合實例評價分析，通過該軟件得出的評價結果與實際情況一致，也證明了該軟件的可行性，可以為輸變電工程的評價系統軟件設計提供一種參考與借鑒。

參考文獻：

[1]穆冬冬.Y市220kV輸變電工程項目綜合評價研究[D].北京:華北電力大學,2013.

[2]康艷芳，郭新菊，李大鵬，等.基于模糊綜合評價法的輸變電工程環境效益后評價[J].中國管理信息化,2017,20(24)：96-97.

[3]姚俊偉,何奇，駱子瀠，等.基于AHP的輸變電工程安全性后評價體系研究[J].電力學報,2016,31(5)：420-423.

[4]鄒松濤，劉學慧. 基于模糊評價法的輸變電工程項目風險評估研究[J].科技論壇,2016,8(4)：3-4.

[5]蘇先娜.基于Excel/Access的人事管理信息系統開發[J].中國管理信息化,2011(1)：50-53.

[6]劉輝，陳素羨，周彥輝.基于Access的營養評價系統的設計與實現[J].科技論壇,2016,3(5)：63-64.

[7]羅勃.在Excel中建立技術經濟評價系統[J].鋼鐵,2014,10(37)：894-895.

[8]李波.220kV午山站輸變電工程項目后評價[D].北京:華北電力大學,2017.

[9]唐勇俊,張錚，魏小淤，等.上海電網輸變電工程項目后評價指標體系研究[J].電力與能源,2016,37(3)：322-324.

[10]趙星文.基于全壽命周期的變電站工程項目評價體系構建[D].北京:華北電力大學,2012.

[11]韓威, 李佳桐. 基于層次模糊評價的輸變電工程施工質量控制評價[J]. 山東工業技術, 2016(18):177-177.

[12]孫洪波, 訾建章, 杜代華,等. 模糊綜合評價模型在輸變電工程項目后評價中的應用[J]. 土木建筑與環境工程, 2013(s2):101-103.

[13]韓紅雅. 簡述110千伏先鋒變電工程淺談輸變電工程建設后的評估方法[J]. 中國科技信息, 2011(24):58-58.

[14]李軍.智能化變電站工程評價指標體系與評價方法研究[D].北京:華北電力大學,2016.

[15]孟彬. 基于access數據庫的信息管理系統實現[J]. 自動化與儀器儀表, 2017(4):190-191.

[16]張志奇，劉華勇，呂志盛.電網輸變電工程項目經濟評價研究[D].北京:華北電力大學,2013.

[17]徐瑞林.配電網供電能力評價體系研究[J].全國電力系統配電技術寫作網年會,2015,5(3):4-5.

[18]孫陸杰.曹妃甸一港池輸變電工程項目經濟效益與社會效益研究[D].北京:華北電力大學，2016.

[19]梅林.彬長發電廠火電工程項目建設過程后評價研究[D].北京:華北電力大學,2014.

[20]李君宏.基于模糊綜合評價的輸變電工程經濟效益后評價研究[J].華北電力大學報(社會科學報),2012,10(5):42-44.

[21]侯學良, 王媛. 輸變電工程施工質量綜合評價指標體系的構建[J]. 華北電力大學學報(社會科學版), 2017，15(3):41-46.

[22]王冠, 陳棟梁, 郭弘. 輸變電工程的環境保護[J]. 電力科技與環保, 2014, 30(3):4-7.

[23]唐自強, 林宇彬. 基于層次分析法的輸變電工程綜合評價方法研究[J]. 科技與企業, 2015(18):38-39.

[24]韋鋼，楊毅，王建，等. 基于綜合評價方法的輸變電工程技術后評價[J]. 電網技術，2010，34(3)：112-116.

[25]路寬, 孫雯雪, 牛新生,等. 基于模糊綜合評價的質量掙值法在輸變電工程項目成本管理中的應用[J]. 山東電力技術, 2013(4):14-17.

[26]董玲. 關于使用綜合評價方法的輸變電工程技術后評價之分析[J]. 中國城市經濟, 2011(27):175-175.