瀝青鋪面拌合場質量狀態灰色模型評測體系構建

紀 倫,徐琳琳,鄔金麒,郝 晟,2,周艦航,譚憶秋

(1.哈爾濱工業大學 交通科學與工程學院,哈爾濱 150090;2.天津市政工程設計研究總院有限公司,天津 300392;3.龍建路橋集團第六工程有限公司,哈爾濱 150096)

瀝青鋪面項目質量控制、混合料質量管理都應該且需要對拌合場材料狀況和拌合設備性能、運行參數等進行科學管控與評價,進而從根本上實現預判和控制混合料材料品質的目的。長期以來,中國瀝青鋪面項目忽視了拌合場質量管控工作的特殊性,單純通過材料指標性能對項目備料進行評價,未將拌合場涉及的材料變異性、數量均衡性、拌合場設置參數和運營狀況等要素進行系統分析或科學管控,不利于混合料質量的保證,不利于瀝青鋪面技術的進步[1-2]。

建立科學、有效的拌合場質量狀態檢查評價體系,提高拌合場質量管控的“績效”,是瀝青鋪面項目管理中亟待解決的重要課題[3-5]。本文結合灰色系統理論,通過具體示例,構建基于灰色模型的瀝青鋪面拌合場質量狀態評測體系,供項目管理人員參考。

1 瀝青鋪面拌合場質量狀態的灰色特征及評測程序

1.1 評測問題的灰色特征

1981年,中國控制論專家鄧聚龍教授提出灰色系統的概念,結合應用數學方法,形成了一套解決信息不完備系統的理論和方法[6-7]。瀝青鋪面項目拌合場質量評價問題具有“灰色”特征,具體表現在以下3個方面:1)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態評測系統具有層次、界限不清晰,結構關系模糊的特點。限于當前的技術水平,通過調查、核實和測評也僅可獲得較少的或不確切的僅可片面表示灰色系統行為特征的原始數據序列。2)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態分析數據具有動態變化的特點,評價數據的獲得具有隨機性。3)限于對質量評價工作的理解,以及當前該領域的研究深度,測評指標可能考慮不全面,或不完備;評價量值的考慮因素可能不全面或標準不合理;測評系統中包含已知信息,又含有未知信息或非確知信息。

1.2 灰色模型評測程序

灰色模型通過指標量化,計算研究對象各影響指標因素之間的貼近程度的關聯系數,比較分析關聯系數,實現對灰色系統的判斷和預測。瀝青鋪面拌合場質量狀態灰色模型評價方法可依據如下程序進行[8-9]:1)構建質量評價的指標體系和確定指標權重;2)獲取指標量化數據,建立反映系統質量行為特征的參考數列矩陣;3)確定影響系統質量行為的比較數列矩陣,確定論證評價指標的最底層最優指標集,根據指標的屬性選擇最優指標集;4)對參考數列和比較數列進行無量綱化處理;5)計算參考數列與比較數列的灰色關聯系數,分析關聯特征;6)評價或預測,依據關聯系數對評價對象進行排序,或賦予評價分值。

2 瀝青鋪面拌合場質量狀態灰色模型評測指標體系

2.1 質量評測指標

結合拌合場質量管控的特點,以及灰色模型分析需要,構建質量狀態評測體系[10-15]。拌合場質量管控工作的專業化水平高,充分考慮其涉及的關鍵技術工作及其質量管控特點,分析拌合場質量管控要素及邏輯關系,質量狀態要素控制如圖1所示。可見,瀝青鋪面拌合場質量控制可從材料數量和質量、礦料在拌合場中的處理工藝環節、質量控制關鍵技術予以管控。表1列出了某項目拌合場質量狀態評測指標。

表1 某項目所屬瀝青鋪面拌合場質量狀態評測指標和初始結果

圖1 瀝青鋪面拌合場質量狀態要素示意圖

可見,拌合場質量狀態包括8個一級評測指標,二級評測指標有30個,從材料控制、工藝管控、成品質量評價,在事前、事中和事后全過程監管,全面涵蓋了拌合場質量管控的要素。表1同時列出了5座拌合場A1、A2、A3、A4和A5的考核成績。指標檢查分可參照或依據相應的質量檢查評定標準或規范、文獻等制定。而限于當前的研究狀況,個別的分值量化標準可再深入研究,此處不再贅述。

2.2 評測指標的賦權

2.2.1 專家測評數據采集

指標量化涉及取值標準和指標間數值的比例、關系[10]。為了準確評價質量狀態,需要針對指標間的重要性進行權重分析。該項工作可采用專家調查法,通過向專家進行問卷的形式獲得。針對30個指標出現問題的概率,及其對混合料綜合性能的影響程度進行調查,問卷調查表可參考表2(問卷中需刪除最后一列)。表中列明對指標信息理解的灰度值,取值為0～1,對被測評指標越了解,數值越小。具體“信息量”與“灰度值”對應關系為:充分(0,0.2)、較充分(0.2,0.4)、一般(0.4,0.6)、較貧乏(0.6,0.8)和貧乏(0.8,1.0)。按照相關測評辦法,獲得7份專家測評結果見表2。表2的最后一列列出了專家1的初始賦權計算值。

表2 質量評測指標權重專家測評結果

2.2.2 指標賦權

專家賦權值的計算公式為

bis=pis×Iis

(1)

式中:bis為第i個指標,專家s的測評賦權值;i=1～k,k為指標總數;s=1～n,n為專家總數;pis為出現問題概率;Iis為指標對混合料性能影響程度。依據測評專家采集信息,建立基于模糊灰度的指標初始賦權矩陣。

(2)

由于專家習慣、性格和對指標認識程度的差異,對指標量值標準會有顯著差異,可基于測評專家信息灰度值,分析專家自我認識能力評價。對于本例,專家信息灰度值和的均值為0.27,變異系數為9.7%,小于10%,可認為專家組成員能力水平接近,不對專家賦權值進行取舍。對賦權矩陣進行數據列的一致性-實數化處理。處理后的賦權矩陣為

(3)

表3 質量評測指標權重分析專家數據

鑒于專家對于指標認識和理解,可對每一個評測指標的專家測評權重進行數據取舍,進一步分析得到權重值。本文采用肖維納特法進行數據分析(一組分析數據的樣本數為n=7,肖維納特系數Kn取1.8)。分析數據與樣本平均值差的絕對值大于1.8倍的標準差時,該分析數據作為“可疑”數據,予以刪除。針對各個指標,刪除了13個數據(具體參見表3)。數據取舍和一致性處理后,得到拌合場質量狀態測評指標權重向量為

B0=[1.3,3.7,0.5,0.5,3.1,1.9,2.1,2.2,7.7,3.0,3.3,6.9,4.5,3.3,0.5,0,2.3,4.2,3.1,4.0,0.1,0.8,4.3,4.9,4.1,0.3,9.3,7.3,7.4]T

(4)

根據拌合場質量檢查指標最終權重向量,分析一級指標賦權情況,如圖2所示。可見,材料質量變異性作為質量管控的基礎,獲得了最大權重27%;配合比實現程度,作為瀝青混合料質量管理最終目標也獲得了相當的權重24%;而作為過程控制的冷、熱料倉控制,以及人為操控的權重在9%～15%之間,冷料倉的控制作為控制的基礎環節得到較大的權重15%;而不易出現問題、管理難度小的技術環節權重也較低,如集料干燥、升溫和除塵的權重為3%。

圖2 一級指標賦權權重分配結果

3 瀝青鋪面拌合場質量狀態灰色模型體系構建

3.1 評測指標數據系列的構建

拌合場質量狀態評測結果(表1數據)和權重向量(4),構成質量狀態評測數據序列。設第j個拌合場質量狀態考核評測方案中對應的第i個評價指標為xj(i),xj(k)與對應的指標關聯如下:

Xj=[xj(1),xj(2),xj(3),…,xj(k)]

(5)

3.2 灰色模型的指標評測方法

對于拌合場質量狀態評測,從各評測結果中選擇對應指標的最優值,構成拌合場質量狀態的評測方案參照向量:

X0=[x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(k)]

(6)

對于上述拌合場質量狀態指標向量與參照向量進行極小化歸一化處理,見式(7),其中aj(k)j=0,…,n代表各指標歸一化處理所對應的數值。

(7)

下一步,進行關聯度分析,計算拌合場質量狀態考核評測指標與參照指標間的近似關系,對應的計算公式如下,其中ξ[a_j(k),a_0 (k)]為描述指標間貼近關系的關聯系數;ρ代表分辨系數,取值0<ρ<1。

ξ[aj(k),a0(k)]=

(8)

計算各拌合場質量狀態的各指標與參照指標間的近似關系,對各個拌合場的指標關聯系數進行求和,并列舉各拌合場質量管控關聯系數為1的指標個數,進行評價。

4 基于灰色模型的瀝青鋪面拌合場質量狀態評測分析

4.1 評測數據的歸一化處理

采用上文的5座拌合場相關數據作為示例,按照構建的方法進行分析。從瀝青鋪面拌合場質量狀態指標評測結果中選擇參照向量:

X0=[1.3,3.7,0.5,0.5,2.8,3.0,1.8,1.9,2.1,7.3,2.9,3.2,6.9,4.3,3.1,0.5,0,2.2,4.2,3.1,3.8,0.1,0.8,4.1,4.9,3.9,0.3,9.0,6.7,7.1]T

對拌合場質量狀態的指標向量與參照向量進行極小化歸一化處理,參照向量a0=1,得到評判數據序列,處理結果列于表4。

表4 拌合場質量狀態評測結果極小化歸一化處理結果

4.2 評測數據的關聯度分析

通過關聯分析計算公式(8),計算拌合場質量狀態考核評測指標與參照指標間的近似關系(取值為ρ=0.3),圖3繪制了權重≥4.5%的二級指標關聯系數情況,涉及到的指標在圖中所列。

圖3 部分指標的關聯系數情況(ρ=0.3)

參照關聯系數在0～1之間,參照關聯系數越大,說明該指標越接近最優值,參照關聯系數1為最優值。計算各拌合場質量狀態的指標參照關聯系數總和與指標最優值個數如圖4所示。

圖4 指標參照關聯系數總和與最優值個數(ρ=0.3)

參照關聯系數總和對拌合場質量狀態進行綜合排序為:A5、A1、A4、A3、A2,圖3所列的各拌合場關鍵指標關聯系數和存在顯著差異,排序與關聯系數綜合一致,其數值在1.8～7.0之間,具有明顯的區分度。以A1和A5為例,采用高權值指標的關聯系數與關聯系數總和相比,兩者A1分別為A5的59.3%和73.6%。因此,從區分度、工作量效率角度考慮,可選擇高權重簡化指標體系構建灰度模型。

4.3 灰色模型分辨系數參數對質量狀態評測結果的影響

在關聯系數分析中,涉及分辨系數ρ,現分析其對測評結果的影響。取ρ=0.2～0.9,分析各拌合場的評測結果,如圖5所示。

圖5 分辨系數與參照關聯系數總和的關系

可見,優劣順序沒有改變;而ρ=0.2時的差異區分度最大。隨著分辨系數的增大,參照關聯系數總和增加,拌合場質量評測的優劣次序并未發生改變,優劣差異減小;ρ=0.2和0.9時,最優和最劣兩個拌合場的參照關聯系數總和的差值分別為18.8和11.6。可見,分辨系數ρ的確可作為區分度控制的指標,特別適合涉及項目管控中獎懲和績效分值測算的情形。

5 結 論

通過對瀝青鋪面項目拌合場質量狀態評測的灰色特征的分析,建立測評指標體系,分析完善灰色模型分析的賦權等要素,構建特征數據序列。明確了灰色模型質量狀態分析程序,結合示例,闡述了方法的構建和評價過程。具體得出如下結論:

1)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態評測具備灰色系統特征,可采用灰色模型評測分析法。

2)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態測評指標體系需要合理設計,避免關聯項目重置、邏輯混亂;質量狀態分析指標權重需要合理賦值,需針對具體工程項目特點確定。

3)瀝青鋪面項目拌合場灰度模型分析系統涉及的分辨系數,顯著影響評測的區分度,需要合理選定。