基于模糊層次分析的中小型水利工程施工效果綜合評價

(甘肅省引大入秦工程管理局,甘肅 蘭州 730030)

1 前 言

近年來，新建工程中大型水利工程日趨減少，中小型水利工程日漸增多。中小型水利工程評價也成為研究的熱點[1]。建設階段是水利工程重要階段，具有流程復雜、人員參與度大、風險高的特點[2]。水利工程施工階段的評價是施工過程中自我評價和自查的重要環節。從對施工過程的評價中可以發現施工過程中的缺點和問題，也是對一些方面工作的肯定[3]。其評價的關鍵在于評價指標的構建和評價標準的制定。張浩從安全生產目標等13個方面選取47個綜合評價指標，利用成熟度評價模型將評價等級劃分為5個等級，進而對水利水電工程施工安全進行綜合評價，并通過案例驗證了該方法的有效性[1]。蔣峰采用模糊層次分析對中小型水利水電工程綠色施工進行評價，并將該模型應用于鶴灘水電站工程,綜合評價結果合格[3]。張毅從建設項目籌建、項目建設和項目完成三個階段的7個方面選取39個評價指標，采用模糊綜合評判法對中小型水利水電工程建設質量進行評價。結果表明，模糊綜合評判法能較好地用于中小型水利水電工程建設質量評價[4]。上述學者采用成熟度評價法、模糊物元法和模糊綜合評價法從水利水電工程的安全、綠色和質量三個方面對水利工程的施工工藝進行評價[5-8]。本文將運用模糊層次分析法 (FAHP)從安全、質量、經濟等方面對中小型水利水電工程施工階段的施工效果進行綜合評價。

2 水利工程施工階段施工效果綜合評價模型

本研究旨在對中小型水利水電工程施工階段施工效果進行評價，并利用FAHP進行綜合評價。FAHP是對AHP(層次分析法)模型的改進。

2.1 建立層次結構和判斷矩陣

a.結合水利工程特點和評價指標選擇原則，建立中小型水利水電工程建設階段施工效果評價指標體系。

b.模型的評價一般分為三個評價指標：目標層、標準層和次標準層。層次結構反映了水利水電工程施工效果評價指標之間的關系，但標準層中標準所占比例在目標測量中不一定相同。在政策制定者心目中，它們各自占有一定的比例。

2.2 計算單層權重排序和一致性檢驗

通過計算判斷矩陣，得到同一層評價指標的權重，最終得到各層評價指標的權重。然后計算每個判斷矩陣的特征值：

Aω=λmaxω

(1)

由式(1)計算ω，對所得各評價指標的權重進行處理，將各評價指標權重構成的矩陣記B1、B2、…、Bn的權重階數。計算λmax和ω后，對計算結果進行一致性檢驗。如果一致性檢驗合格，可以使用指標的權重結果，計算一致性指數CI：

(2)

計算CI值后，結合平均隨機一致性指標RI，計算一致性比值指數CR：

(3)

如果一致性比值指數CR<0.1，則認為各評價指標的判斷矩陣一致；反之，一致性檢驗不滿意，不能使用指標權重結果，應重新計算判斷矩陣，直至符合一致性檢驗條件。

2.3 分級總排序和測試一致性

需要通過分級總排序的一致性檢驗后再通過分級檢驗。分級總排序是各評價指標相對于目標層評價指標的權重排序，評價指標的總排序權重為

(4)

(5)

在式(4)中：讓Q層具有n個評價指標?？傆唵斡墒?4)計算。檢查總排序的一致性：在式(5)中：CIj是各評價指標對準則層的子準則層的一致性指標，RIj為模糊綜合評價的隨機性指標。當CR<0.1時，認為評價指標組成的判斷矩陣通過檢驗。

2.4 結構指標、指標集和隸屬度評價矩陣

根據水利工程實例和專家經驗，設置各評價指標的評價集，以向量V形式表示：

V=[v1,v2,…,vn]

(6)

式(6)中：V代表對每個指標進行預評價的一組評論，vi代表對每個指標進行評價的不同評論。一般將評價等級分為3～5級，結合工程建設，本文將等級設置為4級。然后，建立評價指標集U，對各評價指標ui逐一進行評判，由評價指標vi得出評價等級rij的隸屬度：

rij=vj(ui),j=1,2,…,m

(7)

由此可以得到，各種模糊向量之間的ui評價與評價集V可以表示為

Vi=(ri1,ri2,…,rim),i=1,2,…,n

(8)

將上述各評價指標之間的模糊關系進行積分，得到U與V之間的模糊關系矩陣R，根據R判斷水利工程建設效果的最終評價指標等級。

(9)

3 案例分析

馬雄溝是四川省甘孜州鄉城縣碩曲河左岸的一級支流。馬熊溝2號水電站是馬熊溝水電站梯級規劃方案中的第二級水電站。水電站在S217省道馬雄溝大橋下游壩段引水，由左岸2769m高程隧道引水至馬雄溝Ⅲ水電站上游90m處發電。

3.1 評價指標的建立

根據中小型水利工程建設項目的特點，劃分了三個等級的指標對其進行綜合評價。其中，對建設項目有決定性影響的可行性等指標為一級指標[9-10](一級指標不在本文討論范圍)。在項目施工階段，施工安全、施工質量、施工管理、施工環境為4個二級指標，這4個二級指標又細分為16個三級指標，如表1所列。

表1 水利工程施工階段施工效果評價指標體系

續表

3.2 構建層次分析判斷矩陣

根據層次結構圖，利用層次分析法對各評價指標進行比較評分。標準層判斷矩陣見表 2，施工安全子標準層判斷矩陣見表3，由于空間限制，省略了其他判斷矩陣。

表2 矩陣判斷表E-(A,B,C,D)

表3 矩陣判斷表A-(A1,A2,A3,A4)

3.3 分層單排序、總排序和一致性檢查

判斷矩陣A對應最大特征值的特征向量W。歸一化后，是同一層對應因子對前一層某一因子相對重要性的排序權重值。這個過程被稱為分層單一排序。各指標權重系數計算見表4。

經檢驗，CR值均小于 0.1，認為水平一致性檢驗符合要求。

3.4 模糊層次整體指標評價

設置標準層次指標集u1[施工安全、施工質量、施工管理、施工環境]，分標準層次指標集u2[A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4]，確定指標評價集V[優、良、中、差]。邀請該領域或相關領域的16位專家對施工效果評價指標進行評級，形成判斷矩陣，如表5所列。

表4 個體評價指標的權重與CR值

表5 施工效果評價指標的專家評價矩陣

根據式(9)，各評價指標的模糊隸屬度矩陣為R1、R2、R3和R4。根據 FAHP 綜合評價模型原理，建筑安全、施工質量、施工管理和施工環境的模糊矩陣計算公式為

Ei=Pi×Ri

(10)

E1=[0.1425 0.1625 0.1600 0.1236]

E2=[0.2417 0.2006 0.2014 0.1877]

E3=[0.1687 0.2055 0.1641 0.1703]

E4=[0.1807 0.2047 0.2337 0.1825]

按照最大隸屬度原則，可獲得施工安全等級為良好、施工質量等級為優良、施工管理等級為良好、施工環境等級為中等的評價。由子標準層評價指標的模糊評價結果組成的標準層評價指標的模糊評價隸屬度矩陣R如下：

Ec=[0.1900 0.1956 0.1823 0.1703]

根據最大隸屬度原則，可以從準則層的評價指標中得到模糊評價結果。四川省馬雄溝Ⅰ號水電站建設效果綜合評價等級為良好，說明馬雄溝Ⅰ號水電站建設階段從管理到實施更加規范，總體建設效果較好。

4 結論與建議

本文采用 FAHP 建立中小型水利工程施工效果綜合評價模型，并將該評價模型成功應用于四川省馬雄溝Ⅱ水電站施工階段施工效果評價。評價結果為：施工安全評價等級較好、施工質量評價等級較好、施工管理評價等級較好、施工環境評價等級中等、總體施工效果評價等級較好。該模型在本例中應用較好，更符合實際情況。根據評價結果進行分析，項目施工效果總體較好，但施工安全、施工管理和施工環境不夠好，尤其是施工環境。因此，在今后的工程中，施工企業應加強施工安全培訓，提高施工人員的整體素質，完善企業的管理制度，提高企業管理的整體水平，施工中應特別注意環境保護，如減少施工過程中的噪聲污染，避免建筑垃圾對水和空氣的污染等。