基于spss線性回歸及德爾菲專家法的泵站管理分級

宋德楊 朱 浩 李 科 徐元開

（昆明排水設施管理有限責任公司，云南 昆明 650000）

0 引言

對公共排水泵站進行分級管理能有效提升泵站管理的標準性和規范性。同時在現場運行、生產管理、綜合調配中起到上下信息統一、意識統一、管理統一的作用。通過對泵站的管理分級，對泵站設備的備品備件、物資采購等提供參考依據及準則，在運行決策及運行調度過程中，也起到重要的參考作用，對泵站的更新改造、日常運營管理、污水處理廠和排水設施聯合運行等也具有重要的指導作用。

目前我國城市排水泵站并沒有明確的管理分級標準或模型方法可直接使用，僅在GB 50265—2010《泵站設計規范》[1]中按照設計流量和裝機功率兩個指標來進行分類，分為大（1）型、大（2）型、中型、小（1）型、小（2）型5 類。

通過這種分級的方法并不能直接用于指導城市排水泵站的管理分級，作為城市服務的主體之一，泵站管理單位在日常公共排水設施運營管理過程中，需要考慮社會影響、政治環境、經濟效益、日常運行、人員配置和安全等多方面的因素。因此，進行泵站管理級別的劃分，需要根據當地的實際情況進行選取和權重的劃分。

采用頭腦風暴法和德爾菲專家法進行數學建模，利用SPSS 進行數據統計匯總和線性回歸，對泵站的運行數據、建設屬性、設計功能等進行數學處理和權重劃分，并以此得出其中的因變量與某些自變量之間的相關關系，建立具有良好相關性的回歸線方程或函數表達式[2]，通過函數的應用最終獲得合理的泵站管理分級結果。

1 模型的建立過程

1.1 指標的分類建立

目前，國內還沒有完整的泵站管理指標體系，也沒有可供參考的較為完整的泵站管理指標文獻和研究，要建立一套科學、合理、規范、易行的指標體系來進行評價，需要以客觀指標為主、主客觀結合，并具備可行性和可操作性，因此采用頭腦風暴法來選取泵站管理的指標。頭腦風暴法的簡要實施步驟分為3 步。1）確定討論主題：泵站管理分級的指標分類和選取。2）確定參會人員：運營管理專家4 人、規劃設計專家5 人、信息管理專家2 人、給排水行業專家4 人，共15 人。3）會議的實施步驟有4 步。①各參會人員獨自提交泵站管理分級的類別，經主持人匯總后公示討論。②通過篩選、綜合確定類別為3 類：基礎指標，運行指標，糾偏指標。③各參會人員獨自提交泵站管理分級類別下的具體指標。④通過篩選、綜合確定具體指標為5 個：設計流量、裝機容量、日均抽排量、日運行時間以及位置功能因素。

通過來自不同角度的行業專家、設計者和實際管理者提出的指標進行分類和提取后，對泵站管理的影響因素進行剖析，從政治環境、社會需求、內部條件和運營管理等多方面綜合考慮后，由專家提出具體的指標類別和指標名稱。其中，基礎指標是泵站設計、建設完成后的固定性評價指標，不隨環境的變化而變化，如設計流量、裝機容量。運行指標是指泵站在實際運行中實際發揮的作用和能力，運行指標的值不是固定性的，而是根據每年的運行數據進行統計分析后確定的指標，如日均抽排量、日均運行時間。公共排水泵站屬于公益性的城市基礎設施，不能簡單以經濟效應、成本效益作為評價指標，還需要考慮對生態環境、交通通信、財產安全等方面的影響，因此，設置一個糾偏指標：位置功能因素進行調節。最終討論結果見表1。

表1 評價指標

確定指標是進行泵站管理分級的重要步驟，通過頭腦風暴法集成各參會人員的智慧和經驗，最終討論決策的指標具有較高的適用性和嚴謹性。明確各指標后，得出評級的數學模型為：

式中：Y—泵站綜合評分。

x1—最大抽排量（m3）。

x2—日均抽排量（m3）。

x3—日均運行時間（h）。

c、a、b—回歸指數。

Z—位置功能因素（糾偏因素）。

G—裝機功率。

1.2 權重的劃分

確定指標和數學模型后，需要對指標進行權重的劃分。確定各個指標的權重采用4 分值專家評分法進行，根據指標間重要性和影響力的相互對比，進行指標重要性打分[3]。

通過對指標間橫向指標與縱向指標的對比評分得出分值，使用專家評分法中的加法評價法[4]，將評價各指標項目所得的分值用連加求和，所得總分表示指標的評價結果。

式中：Wj—第j個指標對象總分值；Wi—第i位專家評分值值；n—專家數。

得出每個指標的評分結果后，以100 分為總值，計算出每個指標的權重系數。

計算公式為：

式中：Wj—第j個指標對象總分值。

Bi—第i位指標權重值。通過2 個部分的計算后得出各個分值的權重系數。利用評分后給出的權重系數和指標歷史值，采用一元線性回歸方法計算出各指標的回歸指數[5]，并得出最終的數學模型。

表2 回歸指數值

最終求出的函數為：

1.3 各泵站的分值及分組方式

按照確定的數學模型、權重系數及分級方法，逐一進行泵站的指標打分，最后得出的各泵站的分值及區間。

通過評分后，92 座泵站的分值利用spass 軟件進行貝葉斯單樣本正態分布統計，以便于下一步進行泵站管理的分級，分析結果見表3。

表3 正態分布

分析后得出主要分值分布符合正態分布概率分布，置信區間在36～48。通過分值數據與實際管養經驗對比，分值分布基本符合現有泵站運營成本、維修頻率、人力投入等方面的情況，同時驗證選取的指標及數學模型的可行性和可信度符合預期要求。

根據ABC 的管理法則，將泵站管理分級，分為4 個組。組距的確定為：組距=（最大值-最小值）÷組數

得出組距為25，最終確定的級別及分值區間、數量見表4。

表4 分級分布表

2 驗證及應用

為了驗證數學建模的實用性和科學性，通過現有的運維數據和得出的管理分級進行驗證，通過現有值守人員配置及2019 年主要設備故障報修統計反向驗證數據模型的合理性，現有管轄泵站，16 座3 人值守泵站中93.75%為一類泵站，水泵故障前十中70%為一類，剩余30%為二類，控制類故障前十中80%為一類，剩余20%為二類等，符合ABC 管理分類法的科學原則。

進行泵站管理分級后，可應用于以下3 個方面。1）信息系統的建設和應用，在設施編碼、設備編碼、數據庫建立、GIS 字段屬性、報表統計、數據分析等運用過程中，都具備了統一的方法和準則。2）備品備件和應急管理中，按照ABC 分類的原理，將泵站的備品備件按照泵站評分進行分級儲備，對一級泵站進行備品、備件的優先補充和應急物資的庫存完善。在發生降雨或故障處置時，以優先保障一級泵站的運行為主。3）在調度分析和運營決策過程中，通過級別劃分后，在一定程度上解決了過去以經驗為主的調度方式，形成了較為科學的決策依據和方法，同時在廠站聯合調度、站網聯合等方面提供了調度的依據。在進行數據分析時，避免了以往的混亂分析，進行合理的分級后，通過相同級別之間的對比、不同級別之間的對比等方式，對單位成本、能耗分析，都提供了更加客觀的分析依據和方法。

3 結論

通過指標確認、數學建模、實證研究等幾個步驟后，最終得出的管理分級模型，能夠良好和充分地對日常的公共排水設施管理進行指導和支持，同時該方法也可以作為調蓄池、水閘等運行管理分級的重要參考。這樣的分級方式對泵站設計、排水規劃和老舊改造等方面都提供依據和決策支撐。隨著城市化步伐的不斷進步和發展，排水設施管理企業管理的設施量逐年增加，運營要求也必將逐步提高，進行管理的分級能夠幫助排水設施管理企業以較為優化的管理方式、管理效率和管理成本開展日常的管養維護，對解決企業運營成本和運營目標之間的矛盾，起到一定的緩和作用。