遼寧地區中小型水利工程施工階段效果綜合評估研究

孫 迪

(遼寧省河庫管理服務中心(遼寧省水文局)，沈陽 110001)

大中型水利工程近些年來受區域生態環境保護影響建設項目明顯減少，目前主要發展趨勢是中小型水利工程的建設，施工階段綜合評估對于保障中小型水利工程建設質量十分必要[1]。施工階段是水利工程建設項目的核心環節之一，人員復雜、安全風險高且具有繁雜的過程是施工階段的主要特點[2]。對于施工質量提升和保障經濟效益是建設階段安全順利進行的重要條件[3]。施工階段自我評估和檢查發現問題是施工階段效果評價的主要目的，施工中的問題可通過綜合評估進行發現，同時也可對已完成的施工階段工作給予肯定[4]。如何根據施工過程中影響因素進行評估指標和標準的制定時施工階段效果評價的重點內容[5]。近些年來，國內許多學者針對水利工程施工階段效果綜合評估取得一定研究成果，但這些研究成果大都針對于大型水利工程的施工階段效果進行綜合評估，對于中小型水利工程的研究還較少，而中小型水利施工、質量、管理、環境均和大型水利工程有所差異，為提高遼寧地區中小型水利工程施工質量，文章從從質量、安全、管理、環境4個層面，優選16個評估指標建立中小型水利工程施工階段效果綜合評估指標體系，并以沈陽市橡膠壩除險加固工程為實例，采用層次分析方法對其進行施工階段效果進行綜合評估。研究成果對于區域中小型水利工程施工質量和效果評估提供重要的方法參考。

1 基于層次分析法的綜合評估模型建立

1.1 權重一致性檢驗

考慮到中小型河流施工特點，在進行綜合評估模型構建時要考慮不同評價指標之間的均衡程度，各指標之間的權重要有所獨立，因此要對各評估指標進行權重值的單級排序，并進行一致性檢驗，從而科學合理的確定各指標的權重。首先對指標權重判定矩陣的特征值進行計算：

Aw=λmaxw

(1)

(2)

式中：w為各評估指標權重；Aw為權重向量的特征值；λmax為權重向量特征值的最大值；n為評估指標的個數，文章取值為16。在λmax和w確定后對其計算值進行一致性檢驗，其檢驗指數CI的計算方程為：

(3)

在計算權重特征值的一致性檢驗指數后，對一致性比指標CR進行計算：

(4)

其中RI為平均隨機一致性指標。當CR≤0.1一致性檢驗通過，反之需要對指標權重進行重新計算，重新計算的權重再進行一致性檢驗，直到CR≤0.1條件滿足。

1.2 權重排序

在進行各指標權重計算和一致性檢驗后，還需要對不同評價層進行權重排序并進行一致性檢驗，權重總排序方程為：

(5)

式中：n為評價指標的個數；q為評價層次權重，文章分別為4個層次，即m為4，Q為目標函數的總權重；各指標在準則層單列排序的指標權重分別為p1j、p2j、…pmj。按照方程(5)中的總階數對總權重進行一致性檢驗：

(6)

式中：CIi為一致性檢驗指標；RIi為一致性平均隨機性指標，當CR≤0.1，一致性檢驗通過。

1.3 指標隸屬度矩陣的建立

評估指標集按照專家建設經歷進行評價集的建立，建立方程為：

V={v1、v2、…vn}

(7)

式中：V為各專家的評價意見集；vi為不同評價意見，建立不同評價指標集的隸屬度函數，構建方程分別為：

rij=vj(uj)

(8)

ri=(ri1，ri2，…rim)

(9)

在指標隸屬度權重、檢驗的基礎上確定其層次分析綜合評估矩陣，通過計算矩陣R值對其施工效果進行綜合評估，矩陣R方程為：

(10)

式中：ri為評價層指標隸屬度；rij為評估指標的隸屬度。

2 工程實例應用

2.1 工程概況

文章以沈陽地區橡膠壩加固為工程實例，該橡膠壩工程位于渾河支流，流域面積961km2。橡膠壩壩址以上流域面積 123.26km2。橡膠壩全長66m，為充水式橡膠壩，是一座具有蓄水灌溉功能的水利工程。

2.2 評估指標的建立

結合中小型水利工程的特點，分別從從質量、安全、管理、環境4個層面，選取16個指標進行中小型水利工程施工階段的評估指標體系，具體如表1所示。

表1 中小型水利工程施工階段綜合評估指標體系

2.3 評估指標判定矩陣的建立

對表1中中小型水利工程施工階段綜合評估指標進行歸一化處理后，分別對施工安全、施工質量、施工管理以及施工環境4個層次的權重指數進行確定，并對各評價層進行單一排序，各評價層指標權重確定結果如表2所示。結合整個評價指標體系結構，對各評價層的指標權重進行分析和判定，各層次對應的評估指標隸屬度矩陣分別如表3、表4、表5以及表6所示。

表2 目標及各評價層排序矩陣

表3 施工安全評價層隸屬度矩陣

表4 A施工質量評價層隸屬度矩陣

表5 施工管理評價層隸屬度矩陣

表6 施工環境評價層隸屬度矩陣

從表3施工安全評價層各指標隸屬度判定矩陣分析可看出，安全生產目標A1和法律法規安全體系指標A2的隸屬度最高，在法律法規安全體系下實現中小型水利工程施工安全生產的目標，其次是施工安全指標A4，其隸屬度達到3，施工生產的目標就是以施工安全指標作為其重要的評定標準，保障施工安全目標得到實現。從施工質量評價層各指標之間隸屬度判定矩陣可看出，對于中小型水利工程而言，其施工過程中的工程開挖質量B1與水泥攪拌質量B2及砂壤土回填質量B4具有相同的隸屬度。從表5施工管理評價層各指標隸屬度判定矩陣可看出施工人員合同管理C1和建立完善的施工管理體系C3的指標隸屬度最高，中小型水利工程完善的施工管理體系可以保障施工人員合同管理的有效和規范，其次施工企業自我評價C4與施工人員合同管理C1及施工管理體系C3具有較好的隸屬度。從表6施工環境自我評價層對應的評估指標隸屬度判定矩陣分析結果可看出，施工環境評價層中水污染控制D1和廢棄污染控制D2以及生態環境保護D4具有相同的隸屬度，施工環境是中小型水利工程中評價層權重及綜合排序較高的評價層指標，在中小型水利工程施工過程中，要尤其注重施工環境質量，重點關注施工過程中的大氣污染和生態環境保護[6-8]。

2.4 評估指標判定矩陣的建立

分別從準則層和4個評價層的單層索引對其其評估指標的權重判定矩陣進行分析，并對其指標權重判定矩陣進行不同層次的一致性檢驗，分析結果如表7所示。

表7 不同評價層的權重判定矩陣及一致性檢驗結果

從施工環境、施工質量、施工管理、施工環境作為4個準則層中，施工安全的權重值最高，為0.4527，其次是施工質量，施工管理和施工環境的權重值較為接近，在4個準則層中最低。從4個準則層的一致性檢驗指標CR≤0.1，均可通過一致性檢驗。從施工安全單層索引中可看出，施工安全A4的權重值最高，達到0.3980，其次為法律法規的安全體系A2的指標權重，安全生產目標A1和建筑工人職業健康體系A3指標的權重較為接近，各指標權重的一致性檢驗值CR≤0.1，均可通過一致性檢驗，權重設置合理、有效。從單層索引2的各指標權重分析結果可看出，對于中小型水利工程施工質量而言，回填質量的權重最高，在施工質量準則層中各項評估指標中的一致性檢驗指標CR≤0.1，也均可通過一致性檢驗，表明施工質量各項指標權重設置合理、有效。從施工管理準則層各項指標權重可看出，施工管理體系C3指標權重最大，其對施工管理的影響較大，完善的施工管理體系可以有效支撐施工管理，施工管理準則層各指標權重一致性檢驗指標CR≤0.1，設置的施工管理各指標權重合理。從施工環境準則層各指標權重分析可看出，水污染控制指標D1的權重最高，對中小型水利工程而言施工環境一定要注意水污染控制，有效避免施工過程中產生的廢土、廢渣對河流產生二次污染，此外施工環境中對施工現場噪聲達標率D3要求也較高，其權重值達到0.2895，中小型水利工程施工階段的施工環境要注意降低施工現場噪聲，以免影響居民生活。從施工環境準則層各指標權重的一致性檢驗結果可看出，其CR≤0.1，也可通過一致性檢驗。

2.5 綜合評估結果

在中小型水利工程施工階段效果評估指標權重建立及一致性檢驗的基礎上，結合層次分析方法建立評級指標標準層次集U=施工{安全、質量、施工、環境}、次標準層指數集U1={A1、A2、A3、A4}&U2={B1、B2、B3、B4}&U3={C1、C2、C3、C4}&U4={D1、D2、D3、D4}，指標評價集V={優、良、中、差}，建立評價矩陣，結果如表8所示。

表8 基于層次分析方法的中小水利工程施工階段效果綜合評價結果

按照方程(10)和表6可看出，R1、R2、R3、R4為各評估指標的模糊隸屬度計算矩陣值，結合層次分析方法對各單層索引模糊評估矩陣計算方程分別為：

Ei=PiRi

(11)

由方程(11)可以計算不同索引層的評估值Ei：

E1=[0.1489 0.1631 0.1572 0.1359]；

E1=[0.2408 0.20851 0.2059 0.1854]；

E3=[0.1794 0.2042 0.1720 0.1765]；

E4=[0.1805 0.2159 0.2337 0.1934]。

施工安全性E1按照隸屬度最大原則E1∈v2，施工安全單層評價結果為良，施工質量E2按照隸屬度最大原則E2∈v1，施工質量單層評價結果為優，施工管理E3按照隸屬度最大原則E3∈v2，施工管理單層評價結果為良，施工環境E4按照隸屬度最大原則E4∈v3，施工環境單層評價結果為中。E1、E2、E3、E4采用次標準層進行組合進行隸屬度矩陣R的計算：

Ec=Bs·Es=
[0.1800 0.1885 0.1829 0.1629]

以最大隸屬度為綜合評估Ec評估標準，山城橡膠壩加固工程施工階段效果綜合評估值E∈v2，其施工階段效果綜合評價等級為良，山城橡膠壩加固工程從項目建設期施工管理、施工安全、施工環境、施工質量總體較為規范，安全制度體系較為規范和完善，施工質量保障措施較好，因此其效果評定總體為良，和工程實際情況吻合度較高，因此文章基于層次分析方法的中小型水利工程施工階段效果綜合評價結果總體合理、客觀。

3 主要結論

1)安全生產目標和法律法規安全體系兩個指標是施工安全影響主因，基礎施工質量的高低是中小型水利工程施工質量的重要保障，施工人員合同和施工管理體系是施工管理主要評估因子，各準則層綜合排序為施工安全、施工質量、施工環境、施工管理。

2)通過施工階段效果綜合評估，可為施工單位的現場管理體制、施工整體水平、安全保障程度、現場生態環境保護給予建議和對策，為施工單位后續施工效果的保障和完善提供依據。

3)文章評價指標體系對于施工效果覆蓋面還有所局限，存在不足，在后續研究中還應對評估指標體系進行豐富，提高綜合評估結果的準確度。