基于模糊理論水利施工導流多層級評價體系研究

林智艷

(遼寧省桓仁滿族自治縣水務局，遼寧 桓仁 117200)

1 概述

山區性河流受流域水文氣象變化和區域工程地質條件等因素的影響，洪水通常來勢兇猛、短時匯流集中、陡漲陡落且水位變幅大，加上河谷狹窄、施工布置場地受限，這給水利工程施工組織提出了更高的技術要求[1-2]。施工導流方案設計是水利工程建設非常重要的部分，也是影響導流規模、施工成本、進度工期和質量安全的關鍵環節。施工導流是個龐雜的系統工程，尤其是山區河流復雜的水文氣象和地形地質條件，使其具有較強的隨機性、動態性和模糊性[3-4]。目前，水利工程施工導流方案的選取大多采用橫向對比法，即對擬定的若干方案結合設計規范或圖集根據設計人員個人經驗選擇施工條件、施工難度和施工成本等幾個關鍵要素進行定量分析。此種方法在工程實際操作中簡單易行，但沒有充分考慮導流標準的匹配性、各導流方案的風險度及對總進度工期影響等因素，尤其是其中某一個或多個不確定指標選擇不當則可能造成導流方案與施工實際相差較遠。施工導流方案中許多不確定因素很難采用單一準確數學模型進行分析，為實現山區河流復雜條件的多目標優化，將模糊集理論引入到水利工程優化設計中，構筑施工導流方案的多層級模糊評價體系，為工程安全可靠、經濟優質施工建設提供重要技術支撐。

2 三層級模糊評價體系

水利工程施工導流具有較強隨機性和模糊性，很多參數指標無法通過定性或具體量化進行對比分析，需采取合理技術手段對其進行合理描述和判定[5]。從20世紀60年代美國扎德教授提出模糊集理論以來，模糊理論被廣泛應用到水資源可再生能力評價、山洪災害風險評價、地下水承載力分析等水利工程領域并發揮非常良好的應用效果[6-8]。

2.1 評價因素事件集

陳守煜教授在對工程模糊集理論進行深入研究的基礎上，將其合理應用到水工建設、生態環保等領域，提出將工程項目管理中需要解決的某一個問題或系統行為進行統計分析，簡稱為事件，并將同一研究范疇內的所有事件統稱為事件集，其具體函數定義為：

A=(a1，a2，…，an)

(1)

式中am(m=1，2，…，n)為研究范疇中第m個元素(事件)。

2.1.1第一層級評價因素

水利工程施工導流方案的評價因素較多[9-10]，從已有研究和工程實踐應用表明決定施工導流設計方案質量水平的評價因素主要為導流費用、導流時段、導流施工難易度和導流風控這4個因素，即：施工導流設計方案的第一層級評價因素事件集定義為：

P=(P1，P2，P3，P4)

(2)

式中P1為施工導流費用指標；P2為施工導流時段指標；P3為施工導流難易度指標；P4為導流風控指標。

2.1.2第二層級評價子因素

第一層級評級因素中，根據工程水文氣象、地形地質條件差異，又存在與其相對應的二層級評價子因素，如：導流時段因素，又包含導流計劃是否合理、導流技術成熟度、人材機協同度等評價子因素，即：第一層級中的每個評價因素Pi(i=1，2，3，4)又由若干二級評價子因素組成，定義為Pij(j=1，2，3，4，…，n)。

2.1.3第三層級判定等級

施工導流設計方案中對第二層級評價子因素，設置“優、良、中、差”四個判定等級，對應K值指標為Ki(i=1，2，3，4)。

將施工導流方案按照三層級進行綜合判定，即可得到每個評價因素的整體指標，再根據工程特性對因素集進行隸屬度權重賦值，即可實現對施工導流設計方案進行模糊綜合評價。

2.2 評價因素隸屬度權重集

為了反映施工導流中各層級(主)因素對設計方案質量影響的重要程度，引入模糊集權重指標，即該因素對設計方案“重要”性的相對隸屬度，其函數定義為:

B=(b1，b2，b3，…，bi)

(3)

(i=1，2，3，…，n)

式中評價因素隸屬度權重集B值，是由施工導流工程設計經驗豐富的專家、現場施工人員、流域調度人員和業主建管人員共同打分模糊確定。該值在設計方案滿足規范標準要求的基礎上，充分結合了工程特性和實踐應用經驗，確保設計方案具有較高工程適應性和可靠性。施工導流設計方案的導流費用、導流時段、導流施工難易度和導流風控這四大因素相互間存在較大“博弈”關系，這就要求方案設計和判定決策人員在實際工作中要充分結合工程特性，從時間、空間等方面進行優化匹配，設定與工程實際相匹配的評價因素集及隸屬度權重指標，確保設計方案具有較高技術可行性和經濟優越性。

3 施工導流方案三層級模糊評價體系

3.1 評價因素集組成

對于由g位專家、施工人員、調度人員和建管人員共同組成的施工導流設計方案評定小組，按照“優、良、中、差”四個等級分別對擬定方案進行模糊評定，收集后整理獲得設計方案判定的模糊集，即：評定組成員中認為評價子因素Pij為“優”、“良”、“中”、“差”四個等級的人數分別為q1、q2、q3、q4，則子因素“重要性”模糊評價集可表示為：

(4)

相應設計方案第二層級指標Pi的模糊評價集可表示為：

(5)

3.2 二三層級間模糊評價指標

對設計方案中第二層級第i個子因素在獲得其模糊評價集Ri后，結合子因素的隸屬度權重值，即可獲得二三層級間綜合模糊評價指標，即：

Ci=B23iRi={ci1，ci2，ci3，ci4}

(6)

式中B23i為第i個子因素二三層級間的隸屬度權重值。

3.3 一二層級間模糊評價指標

在獲得評價體系二三層級間綜合模糊評價指標后，結合一二層級間的“重要性”隸屬度權重值，即可實現對擬定方案的綜合模糊評價指標，即：

C=B12nCn={c1，c2，c3，c4}

(7)

式中B12n為第n個因素一二層級間的隸屬度權重值。

4 應用分析

對某中型水庫工程施工導流方案進行評價和選擇，由20位評定成員(教授級高工專家3人、設計高級工程師6人、現場施工人員5人、流域調度人員3人、建設管理人員3人)對設計方案中的各項指標進行模糊評定。設計方案優選10個評價子因素，分別按“優、良、中、差”4個等級進行模糊判定，如表1所示。

表1 施工導流方案三層級模糊評價因素及隸屬度權重

根據表1評價因素及隸屬度權重，結合式(4)～(7)計算獲得施工導流方案的模糊評價成果，如表2所示。

根據表2評定成果，獲得該施工導流方案的模糊評價指標為：C=[0.369，0.42， 0.174， 0.037]，即：“優”等級指標為0.369，“良”等級指標為0.42，“中”等級指標為0.174，“差”等級指標為0.037。按照“模糊評定指標值越大對應目標結果較好”的原則，經模糊判定該施工導流設計方案的綜合評定結果為“良好”。

表2 施工導流方案模糊評價成果

5 結語

水利工程施工導流設計方案在評價和決策過程中，由于其影響因素較多且存在不確定性和模糊性，使得采用常規方法和體系評定的方案與工程實際存在一定偏差，施工過程中有許多困難。運用模糊集理論，綜合考慮導流費用、導流時段、導流施工難易度和導流風控共4個因素10個評價子因素，建立基于三層遞階層次的施工導流設計方案模糊評定體系。實例計算結果表明，模糊綜合評價法可以準確反映方案特征，有利于優選與工程實際適應性強、匹配性好的設計方案。但該方法在實際施工導流方案設計過程中，需重點關注影響因素的選擇和隸屬度權重賦值問題，確保對設計方案作出客觀、準確的評估和優選。