基于層次分析法的排水管網狀態評估體系研究

江 濤 邢翰文

（中電建十四局城市建設投資有限公司，廣州南沙 511470）

排水管網是城市的重要基礎設施，具有維持城市正常運轉的作用[1]。排水管網的完備程度和運轉狀況可以衡量城市的發展水平，直接影響城鎮居民的生活品質[2]。因此，建立合理的排水管網運行狀態評價體系具有重要意義。在給水工程方面，張軼群[3]構建給水廠運營狀態評價體系，對多個實際水廠進行案例分析，評估給水廠在處理工藝、運營管理等方面的優勢與不足，指導給水廠進行合理的工藝改造。余鵬均等[4]對給水管網的運營情況進行多維評價，從管網結構、水力、水質等方面出發，構建給水管網狀態評價體系，直觀表現給水管網健康性等級，可以直接用于指導工程應用。在排水系統方面，研究主要為對污水廠運行效能的評價，排水管網運行狀態評估相關的研究較少。

對多因素影響問題進行全面評價的方法包括層次分析法、灰色系統法、人工神經網絡等。其中，層次分析法具有良好的系統性，結果可靠度高、誤差較小，但權重的評估具有一定的主觀性。在具體實施時，需咨詢具有專業經驗的相關人士，對各專家的結果進行一致性檢驗，消除方法本身帶來的不確定性，采用多位專家意見的均值可以有效保證結果的準確性和可靠度。因此，本研究采用層次分析法建立排水管網運行狀態評估體系，篩選排水管網運行狀態典型影響因素，通過專家咨詢法確定指標權值，為排水管網的運行維護及改造提供指導。

1 排水管網運行狀態評估體系建立

1.1 體系框架

（1）構建層次結構模型。

構建層次結構模型時，將能夠影響主要指標的各類因素按邏輯進行從屬關系總結。層次結構模型決定各評價指標間的內在關系，對整個評價體系的系統性、合理性具有重要影響，需全面考慮，謹慎篩選，合理排布。

（2）構造判斷矩陣。

層次結構建立后，根據各層次內指標的設置情況，得到各指標層的判斷矩陣，方便專家對同一層次內的各種因素進行比較，使結果具有更強的科學性。

（3）確定權重。

根據專家咨詢得到的判斷矩陣進行計算，得到各指標權重。本研究采用方根法，計算判斷矩陣的最大特征值與特征向量，結果為權重。

（4）一致性檢驗。

對構造的矩陣最大特征值進行計算，確定其是否滿足層次分析法要求。一致性存在問題時需進行修正。

本研究針對層次分析法運用的特點，咨詢業內具有多年排水管網設計及施工經驗的專家，對專家意見進行綜合分析，取均值作為最終結果，結果具有合理性和準確性。

影響排水管網運行狀態的因素數量多且關系繁雜，從科學性出發，需將所有指標全部納入評價體系，保證評價結果的全面性。但實際操作中很難獲取所有指標的參數，需結合實際情況對各指標的重要性、可操作性進行考量，總結具有代表性且易于操作的指標。本研究在大量調研實際工程的基礎上，結合專家意見，最終選取9項指標構建排水管網狀態評估體系。

本研究中，評估體系分三級，一級指標層為總目標，即排水管網狀態評估；二級指標層從技術、經濟、服務三個方面對排水管網狀態進行細分；三級指標層具體各可衡量的指標。

排水管網運行狀態評估體系框架如表1所示。

表1 排水管網運行狀態評估體系框架

1.2 指標解釋及分值設定

為保證權值能夠真實反映各指標的重要性，指標分值區間均為1～5分。

（1）管材（A1）。

不同管材的管道具有不同的耐久性，采用耐久性強的管材更有利于保障排水管網的正常運行。根據工程經驗及相關報道，本研究對常見管材分配分值，鋼制排水管（5分），PE、PVC管（4分），鋼筋混凝土管（3分），混凝土管（1分）。

（2）管齡（A2）。

排水管管齡大利于排水系統的正常運行。因此，管齡小于5年（5分）、5～10年（4分）、10～15年（3分）、15～20年（2分）、大于20年（1分）。

（3）施工質量（A3）。

根據市政公用工程施工總承包資質劃分施工質量評分等級，特級（5分）、一級（4分）、二級（3分）、三級（1分）。

（4）接口形式（A4）。

排水管道中的常見接口形式包括剛性接口和柔性接口。其中，柔性接口更易適應環境變化，維持排水管道的順利運行。因此，采用柔性接口得5分，剛性接口得1分。

（5）排水管網維護年投入/排水管道年收益（B1）。

排水管網運行過程中，其經濟因素主要從投入和收益兩方面進行衡量。排水管網維護年投入主要用于排水管網日常維護保養和發生爆管等問題時的搶修，排水管道年收益由收取的污水處理費按比例分配。本研究規定，排水管網維護年投入與年收益比值：小于0.2（5分）、0.2～0.4（4分）、0.4～0.6（3分）、0.6～0.8（2分）、大于0.8（1分）。

（6）污水收集率（C1）。

污水收集率可以反映排水管網運行效果。本研究規定，污水收集率：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、90%～95%（4分）、大于95%（5分）。

（7）管網覆蓋區域比例（C2）。

管網覆蓋區域比例反映排水管網的實際服務范圍，比例高表明排水管網的建設完善。本研究規定，管網覆蓋區域比例：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、大于90%（5分）。

（8）排水體制（C3）。

排水體制分為合流制和分流制。合流制排水系統對水體收納及污水廠運行一般具有較大的不利影響。因此，本研究規定，合流制排水管道占總排水管道長度比例：小于10%（5分）、10%～30%（4分）、30%～50%（3分）、50%～80%（2分）、大于80%（1分）。

（9）排水管網密度（C4）。

排水管網密度是衡量城市排水管網運行情況的重要指標，最高取值16 km/km2，最低取值2 km/km2[5]。本研究規定，排水管網密度：2～4 km/km2（1分）、4～7 km/km2（2分）、7～10 km/km2（3分）、10～13 km/km2（4分）、13～16 km/km2（5分）。

1.3 指標權值確定

本研究通過專家咨詢法確定各指標權值。打分采用1-9標度法，專家根據重要性比較進行打分。通過專家得分獲得判斷矩陣，由方根法計算得各專家所給的指標權值，并進行一致性檢驗[6]，取所有專家打分結果的平均值作為最終結果[7]。指標權值如表2所示。

表2 指標權值

根據權值代入對應分值，可以確定目標區域排水管網狀態評分。

2 案例分析及對策建議

本研究對長沙市某區域排水管網狀態進行評估，給出相應的對策和建議。

目標區域指標得分如表3所示。

表3 目標區域指標得分

結合權值，計算得該區域排水管網運行狀態評分為3.0分，歸一化分值為0.6。分析評分體系，該區域主要的問題為需要改善排水體制，合流制排水管道長度占比較高，污水收集率較低，部分污水未能收集進入水廠處理，結果與該區域排水管網較為老舊的特點相符。在技術因素方面，區域排水管道狀況較好。根據以上分析，建議該區域進行雨污分流改造及排水管網擴建，現有管道可以盡量保留，無須更換。

3 結語

本研究基于層次分析法構建排水管網狀態評估體系，對體系各指標分數賦值區間進行界定，以專家意見為指導，分配各指標權值，保證指標體系的合理性。將該體系運用至長沙市某實際排水管網評估上，得到該管網狀態評分為3.0分。評估體系很好地揭示區域管網的特點，為排水管網改造指明方向，具有較強的工程指導意義。