基于決策樹的輸變電工程施工質量風險評估方法

郭彬 GUO Bin；靳雨銘 JIN Yu-ming

（國網河北省電力有限公司邢臺市環城供電分公司，邢臺 054001）

0 引言

近幾年，我國電力系統建設正處在建設密集、投產高峰的時期，也就是要確保每道工序、每一個環節的質量檢驗驗收合格，這是建設智能電網、堅強電網的前提。電網工程建設監理單位代表建設單位監督承建單位的施工行為，在各個施工過程的各個階段，采用個性化的服務模式來進行管理，可以起到控制項目目標的作用。在新的形勢下，電網施工質量管理工作對公司的業務承載能力提出了更高的要求，這為其提出了新的難題與挑戰，尤其是在輸變電工程施工現場控制方面，還存在著諸多不足。輸變電工程是一個復雜的、開放的體系，由于其投資規模大、周期長、涉及因素多、內部機制復雜等特征，使得其影響因素種類繁多，影響關系錯綜復雜，各種風險因素對結果的影響程度也各不相同[1]。在工程建設中，因工程進度規劃的不精確、工程實施的不規范等原因，很多工程未能達到預期效果[2]。通過對輸變電項目所面臨的風險進行深入分析，可有效地避免項目建設中可能存在的風險，從而實現電網的投資效益的最大化。我國在輸變電工程建設中，雖然研究起步較晚，但已經對其進行了較為系統的研究，根據實際情況，已經出現了許多不同的觀點。但目前大部分對工程施工質量進行風險評估的方法仍然停留于研究層面，并未用于實際。并且，當前已經應用的評估方法在運用到輸變電工程當中也存在評估不準確、運算量大等問題[3]。為了避免輸變電工程在建設的過程中出現關鍵工序風險控制點失管、監管人員素質參差不齊等問題，進而導致輸變電工程重大事故發生，本文下述將結合決策樹，開展對輸變電工程施工質量風險評估方法的設計研究。

1 基于決策樹的輸變電工程施工質量風險評估指標選擇

輸變電工程具備規模大、周期時間長、約束條件多等特點，這些特點的存在使得工程質量存在極大的不確定性，也使得其質量風險不易預測。對此，為實現更加準確的評估，引入決策樹，合理選擇輸變電工程施工質量風險評估的各項指標[4]。在對輸變電工程施工質量進行分析的基礎上，提出了一種基于風險結構分解的方法，同時兼顧了對目標算法的計算量和運算速度的需求。通過對輸變電工程施工過程中出現的質量問題進行分析[5]，將質量風險分為內部風險和外部風險兩個方面，以此構建如圖1 所示的輸變電工程施工質量風險決策樹。

圖1 輸變電工程施工質量風險決策樹

在圖1 所示的輸變電工程施工質量風險決策樹中，將內部風險和外部風險作為決策樹的一級結點，將兩方面風險對應的風險作為二級結點[6]。在此基礎上，明確每一個二級結點對應的風險進行分析。為實現對各個風險更直觀、更清晰的表達，假設存在任意的四個比較序列，分別為X0（t）、X1（t）、X2（t）、X3（t），選擇標準（參照）序列的目標是確定一個評估指標體系的最佳序列，其序列所對應的各項指標的取值通常是該指標在所有參與評估對象中的最佳值[7]。在收入指數上，通常以最大化為目標；在成本指數上，通常以最小為目標[8]。比較序列為影響工程質量安全可靠目標的各項相關因素，計算參考數據序列與比較數據序列之間的相對差值序列，其計算公式為：

公式（1）中，Vi（k）表示參考數據序列與比較數據序列之間的相對差值序列；X0（k）表示參考數據序列；Xi（k）表示比較數據序列。在此基礎上，計算兩級最大差和最小差，并以此計算得出關聯度系數：

公式（2）中，M 表示兩級最大差；m 表示兩級最小差，zi（k）表示關聯度系數；d 表示分辨系數。引入分辨系數d 是為了減少極值對計算結果造成的影響，通常情況下d 的取值在0～1 范圍內，一般d=0.5。

針對輸變電工程施工質量風險決策樹中的多個風險因素組合臨界值計算，選擇在貝葉斯網絡知識的框架中進行，在施工質量問題出現后，原因事件的逆向推理以及定量預測均在貝葉斯網絡中更具優勢[9]。根據上述論述，構建歷史數據庫貝葉斯網絡，其一般步驟為：第一步，在一個庫的Bayesian 網絡中確定一個變量和一個可能的數值；第二步，將變量之間的相關性用圖表表示出來；第三步，在此基礎上，根據分布參數，得到局部概率分布表[10]。在實踐中，貝葉斯網絡的構建是由以上三個過程通過不斷的、交互的、重復的過程來實現的[11]。施工質量風險評估所關心的概率其實是一個條件概率，也就是事件A 在事件B（或者N 個事件）發生的條件下可能引發的風險。根據輸變電工程施工質量風險評估的特征，將包括3 個因素事件的組合作為例子，將所有可能的因素事件的組合和質量風險管理所關注的條件概率P（ABC）的含義定義為：在因素事件A 和事件B 發生的情況下，可能引發風險的概率。

2 構建施工質量風險評估模型

根據上述論述內容，完成對輸變電工程施工質量風險評估指標選擇，并實現對各項風險的分析后，構建施工質量風險評估模型。針對多目標問題的評估，需要實現對各項指標的量化[12]。根據上述建立的輸變電工程施工質量風險決策樹，可構建層次結構。該結構共分為三層，其中第一層為目標層，即輸變電工程施工質量風險評估；第二層為準則層，對應決策樹的一級結點層；第三層為指標層，對應決策樹的二級結點層[13]。根據建立的輸變電工程施工質量風險評估出層次結構，對相同層指標分別進行兩兩比較，以此判定其相互之間的重要性程度，并構建直覺模糊互補判斷矩陣。針對各項指標，還需要對其一致性進行檢驗。以準則層為例，直覺模糊互補判斷矩陣進行集成后的綜合判斷[14]。在這一過程中設置一個可接受的一致性閾值，將判斷結果與該閾值進行對比，假設閾值為l，當判定結果大于l 時，此時稱對應的指標具有一致性，通過檢驗；反之，當判定結果小于或等于l 時，此時稱對應的指標不具備一致性，未通過檢驗[15]。假設某評估者對輸變電工程施工質量風險進行評估，其權重為x，且。將知覺模糊互補判斷矩陣轉變為直覺模糊系數，得到如下述公式所示的直覺模糊互補判斷矩陣：

公式（3）中，A（k）表示直覺模糊互補判斷矩陣表達函數；a 表示各項指標。結合上述過程可計算得出指標層的各項指標權重分配結果，將其代入到公式中實現對施工質量風險的評估，模型輸出的結果即為評估結果。

3 輸變電工程施工質量風險等級劃分

本文結合輸變電工程風險發生的可能性以及風險損失的嚴重程度，將輸變電工程施工質量風險等級劃分為五個等級，分別為I 級、II 級、III 級、IV 級和V 級。表1 中記錄了輸變電工程施工質量風險等級標準詳細內容。

表1 輸變電工程施工質量風險等級標準

表1 中橫列為損失等級，縱列為可能性等級。根據表1 中的等級標準，可實現對輸變電工程施工質量風險的等級評估。在實際對輸變電工程施工質量風險進行評估時，需要制定一套符合項目條件的評估標準。根據輸變電工程施工質量風險的特點，同時參考相關類型工程的施工質量和驗收示范，結合本文上述設計的輸變電工程施工質量風險等級標準，將輸變電工程施工質量風險劃分為I～V 共五個等級。針對不同層評估，其得出的評估結果不同。將準則層、目標層等評估公式連理得到最終的評估結果量化取值，將其代入到上述構建的各個評估等級標準中，以此完成對輸變電工程施工質量風險的定量和定性評估。

4 對比實驗

針對上述提出的基于決策樹的風險評估方法，為實現對該方法應用可行性的驗證，依托某地區某線路工程，對該工程的施工質量風險進行評估。為使實驗結果具有可比較性，選擇將基于模糊層次分析的評估方法和基于BP 神經網絡的評估方法作為對照條件，將本文提出的評估方法作為實驗條件。依托的輸變電工程項目為500kV 變電站配套線路工程架空高空壓接施工。結合歷史工程案例庫分析，該工程所處工作環境屬于較高風險隱患等級，需要監理項目部門派出專業監理工程師對其進行旁站監理。由于工程項目在施工的過程中需要在塔上較為狹窄的空間內完成施工作業，登高作業對于工程施工質量而言增加了其風險。結合該工程項目背景，分別利用上述三種評估方法對該工程項目進行評估。由于三種評估方法的評分結果不統一，包含0～1 范圍和0～100 范圍，因此針對得出的評估結果進行統一規范化處理，將所有評估結果取值在0～100范圍內的評估方法，并對其進行標準化處理。在此基礎上，針對三種方法得出的評分結果，給出對應的評估等級劃分標準，將評估結果分為低風險等級、較低風險等級、中等風險等級、較高風險等級和高風險等級五個等級。風險等級從低到高，依次對應的評估取值為0～0.2、0.2～0.5、0.5～0.6、0.6～0.8、0.8～1.0。在完成上述準備工作后，分別針對輸變電工程施工中的軟母線安裝（環節1）、主變壓器安裝（環節2）、斷路器安裝（環節3）、設備連接線安裝（環節4）、配電盤安裝（環節5）、電纜敷設（環節6）六個環節分別進行施工質量風險評估，將評估結果記錄如表2 所示，并結合工程歷史案例庫中的數據得出該工程施工中各個環節實際的施工質量風險等級，與三種評估方法得出的結果進行對比。

表2 三種評估方法評估結果對比表

針對表2 中記錄的三種評估方法得出的評估結果進行對比，只有基于決策樹的評估方法得出的評估取值與實際施工質量風險等級對應，基于模糊層次分析的評估方法和基于BP 神經網絡的評估方法得出的評估取值均與實際施工質量風險等級對應取值相差甚遠，因此通過上述得出的實驗結果可以證明，本文提出的基于決策樹的評估方法在實際應用中可實現對輸變電工程施工質量風險的準確評估。將本文設計的評估方法得出的評估結果作為依據，可為更好地開展輸變電工程施工，提升施工質量，提高施工安全性等提供更可靠的條件。

5 結束語

本文上述論述研究，在結合決策樹應用優勢的基礎上，提出了一種全新的風險評估方法。該方法主要針對輸變電施工質量風險進行評估，應用該方法可找出施工中對施工質量造成嚴重威脅的因素，進而對各項因素給出針對性的解決策略，確保工程能夠按照制定的施工計劃順利完成施工。由于輸變電工程施工項目是一項大規模，且具有復雜線性的項目，因此對其施工質量造成影響的因素眾多。由于歷史條件、現場環境等原因，在對風險分析時，使用的數據或因缺失無法獲取，因此對最終的評估結果仍然會產生一定偏差影響。針對這一問題，為進一步提高評估方法的應用適應性，在后續研究中將對其進行更加深入探索。