劉 苗 樸日善 張維秀 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

基于層次-灰色關(guān)聯(lián)分析的總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)

劉 苗＊樸日善 張維秀 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院 吉林 132002

分析總圖設(shè)計(jì)方案比選的重要意義,建立總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上介紹層次-灰色關(guān)聯(lián)分析法的基本原理和評(píng)價(jià)步驟,并以兩個(gè)總圖方案的比選為例,運(yùn)用該模型進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析,得出評(píng)價(jià)結(jié)論,從而證實(shí)模型的可行性和有效性。

灰色關(guān)聯(lián) 總圖設(shè)計(jì)方案 評(píng)價(jià)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,化工企業(yè)建設(shè)規(guī)模日趨擴(kuò)大,產(chǎn)品種類不斷增多,化工企業(yè)總圖設(shè)計(jì)的內(nèi)容越來(lái)越復(fù)雜。在項(xiàng)目的可行性研究階段,總圖方案基本確定后,所有專業(yè)的基本格局就確定,不會(huì)再有大的改變,并且總圖設(shè)計(jì)方案直接影響工程投資、運(yùn)營(yíng)效果以及新建項(xiàng)目帶來(lái)的社會(huì)效益和環(huán)境效益。因此,運(yùn)用先進(jìn)的評(píng)價(jià)方法,優(yōu)選出最佳總圖方案,使整個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、自然與社會(huì)效益最優(yōu)就顯得十分重要。

傳統(tǒng)的總圖設(shè)計(jì)方案比選側(cè)重于定性分析,利用設(shè)計(jì)人員或?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)推薦方案。當(dāng)兩套方案差異較大時(shí),可通過(guò)一兩個(gè)特殊指標(biāo)排除不合適的方案,但當(dāng)兩種方案比較接近時(shí),僅僅通過(guò)設(shè)計(jì)人員主觀判斷來(lái)取舍方案就不盡合理,所以需要尋找一種比較科學(xué)的方法,量化評(píng)價(jià)指標(biāo),用數(shù)學(xué)方法對(duì)比不同方案的優(yōu)劣,從而選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

1 總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 指標(biāo)選擇的基本原則

工業(yè)企業(yè)總圖設(shè)計(jì)方案是在保證生產(chǎn)、滿足工藝要求前提下,結(jié)合場(chǎng)地的自然條件,合理確定建構(gòu)筑物、交通運(yùn)輸線路、管線、綠化美化等設(shè)施的平面位置,使各設(shè)施成為統(tǒng)一的有機(jī)整體,使方案在平面上符合工藝流程、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約費(fèi)用、環(huán)境上符合環(huán)保要求、豎向上滿足排水要求等?？梢?jiàn),總圖方案涉及多方面的內(nèi)容,是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在設(shè)置總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),指標(biāo)的篩選尤其重要,除了要滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本規(guī)范外,還必須遵循以下原則:

(1)科學(xué)性原則:指標(biāo)體系一定要建立在科學(xué)基礎(chǔ)上,指標(biāo)概念必須明確。

(2)可操作性原則:指標(biāo)的設(shè)置要盡可能利用現(xiàn)有資料,方便計(jì)算或者易于量化。

(3)相對(duì)完備性原則:指標(biāo)系統(tǒng)作為一個(gè)有機(jī)整體,應(yīng)該能比較全面反映和評(píng)價(jià)被評(píng)價(jià)方案的特點(diǎn),且定量和定性指標(biāo)相結(jié)合。

(4)相對(duì)獨(dú)立性原則:各指標(biāo)間往往存在包含關(guān)系,應(yīng)盡可能選擇相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo),以消除各指標(biāo)間的相互影響。

(5)可比較性原則:所選指標(biāo)既要反映實(shí)際情況,又便于比較優(yōu)劣。

(6)指標(biāo)體系既應(yīng)反映現(xiàn)狀,又要考慮未來(lái)可能的影響,滿足可持續(xù)發(fā)展要求。

1.2 指標(biāo)的基本框架

結(jié)合總圖專業(yè)工作內(nèi)容,主要完成對(duì)總平面、道路(鐵路)、豎向、管線、綠化等幾個(gè)方面設(shè)計(jì),所以在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),從以上幾個(gè)方面入手,作為指標(biāo)框架的目標(biāo)層展開(kāi)評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取原則,結(jié)合總圖專業(yè)常用國(guó)家及行業(yè)規(guī)范,確定總圖方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的基本框架,對(duì)于不同的項(xiàng)目,可以取舍合適的指標(biāo)加以利用。總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。

2 層次—灰色關(guān)聯(lián)分析法的基本原理

該方法將層次分析法和關(guān)聯(lián)分析法有機(jī)地結(jié)合起來(lái),應(yīng)用層次分析法確定各層次各指標(biāo)權(quán)系數(shù),并把按乘法準(zhǔn)則合并而得的各指標(biāo)權(quán)系數(shù)加入關(guān)聯(lián)度的計(jì)算,即將各元素下的關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值改進(jìn)為取加權(quán)平均,從而更加準(zhǔn)確地分析評(píng)價(jià)對(duì)象。

表1 總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)T.L.Saaty教授于上世紀(jì)70年代中期提出的系統(tǒng)分析方法層次分析法(The Analytic Hierarch Process,簡(jiǎn)稱AHP)。它將復(fù)雜的問(wèn)題分解為各個(gè)組成因素,將這些因素按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu),通過(guò)兩兩比較的方式確定層次中諸因素(指標(biāo))的相對(duì)重要性,綜合人的判斷以決定諸因素相對(duì)重要性的順序。

根據(jù)層次分析法的基本原理,本文使用Matlab數(shù)學(xué)軟件包確定各指標(biāo)的權(quán)重,其步驟如下:

(1)由專家調(diào)查法得到判斷矩陣bij。

(2)利用Matlab的求特征根的語(yǔ)句[a,c] =eig(b),得到矩陣a和矩陣c,其中c為矩陣b的所有特征根所組成的對(duì)角矩陣,c11的值即為最大特征根;a為特征根所對(duì)應(yīng)特征向量組成的矩陣,[ai1]為最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量。

(3)一致性檢驗(yàn),計(jì)算CR=CI/R I的值,其中CI=(λmax-n)/(n-1),R I可查表2獲得。

表2 R I值表

如果CR<0.10,說(shuō)明判斷矩陣具有一致性,則進(jìn)入下一步,否則調(diào)整判斷矩陣。

(4)對(duì)矩陣c的第一列進(jìn)行規(guī)一化處理:

2.2 灰色加權(quán)平均關(guān)聯(lián)度

灰色關(guān)聯(lián)分析綜合評(píng)價(jià)方法是根據(jù)灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)分析方法經(jīng)改造后提出的一種綜合評(píng)價(jià)方法。它的基本思想是已知一個(gè)最優(yōu)序列的前提下,計(jì)算實(shí)際評(píng)判序列與最優(yōu)序列之間的關(guān)聯(lián)性。這個(gè)關(guān)聯(lián)性實(shí)質(zhì)上是曲線間幾何形狀的差別,因此可以將曲線間差值的大小作為關(guān)聯(lián)程度的衡量尺度,稱指標(biāo)序列與特征序列的關(guān)聯(lián)系數(shù),關(guān)聯(lián)系數(shù)越大,代表評(píng)價(jià)矩陣越接近最優(yōu)方案。

灰色加權(quán)平均關(guān)聯(lián)度的一般步驟為:

(1)構(gòu)造指標(biāo)序列:評(píng)價(jià)指標(biāo)一般分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。對(duì)于定性指標(biāo),評(píng)價(jià)集{好,較好,一般,較差,差}對(duì)應(yīng)分值為{1,0.8, 0.6,0.4,0.2,0}。對(duì)于定量指標(biāo),要進(jìn)行歸一化處理。當(dāng)評(píng)價(jià)值與方案優(yōu)劣成反比時(shí),歸一化結(jié)果應(yīng)進(jìn)行逆化處理。

設(shè)有m個(gè)方案,n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),pi(k)是方案i的第k個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值,則

(2)構(gòu)造特征序列:特征序列由每個(gè)獨(dú)立指標(biāo)的最優(yōu)或者最理想值組成。即特征序列為X0= x0(k),x0(k)是m個(gè)方案中第k個(gè)指標(biāo)的最優(yōu)值。

(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù),利用公式:

取ρ=0.5,計(jì)算各指標(biāo)數(shù)列與構(gòu)造數(shù)列在各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù):ξ0i(k)。

(4)計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度,按式(4)計(jì)算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度:

(5)ri的大小反映了方案的優(yōu)劣程度,max ri即為推薦方案。

3 實(shí)例分析

以某化工企業(yè)初步設(shè)計(jì)的兩個(gè)方案為例,運(yùn)用層次-灰色關(guān)聯(lián)分析法,對(duì)方案進(jìn)行比較。

3.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況,把各項(xiàng)可用指標(biāo)設(shè)計(jì)成咨詢問(wèn)卷的方式,征求有關(guān)專家的意見(jiàn),請(qǐng)專家根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)指標(biāo)體系中各指標(biāo)逐一打分,從打分結(jié)果中去掉平均得分低于3分的指標(biāo)。同時(shí),收集盡可能多的資料,剔除無(wú)法得到的指標(biāo),從而確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

首先要求專家對(duì)各指標(biāo)重要程度進(jìn)行打分,得到判斷矩陣,再根據(jù)層次分析法原理確定指標(biāo)權(quán)重。以道路長(zhǎng)度和鐵路占地面積為例,兩個(gè)指標(biāo)重要程度相同,權(quán)重各占50%。權(quán)重矩陣為:

3.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

根據(jù)灰色加權(quán)平均關(guān)聯(lián)度的一般步驟,統(tǒng)計(jì)兩個(gè)方案各指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值Pi(K),分別構(gòu)造指標(biāo)序列Xi(k)、特征序列X0(k),并根據(jù)式(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi。

以“功能分區(qū)合理性”指標(biāo)為例:

最后根據(jù)式(4)計(jì)算ri,從而比選出maxri作為推薦方案。

3.4 計(jì)算過(guò)程及結(jié)果

評(píng)價(jià)時(shí),可采用excel軟件進(jìn)行計(jì)算,具體計(jì)算過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)過(guò)程各參數(shù)計(jì)算結(jié)果—準(zhǔn)則層

表4 總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)過(guò)程各參數(shù)計(jì)算結(jié)果—指標(biāo)層

由計(jì)算結(jié)果r01>r02可以判斷,方案1更接近最優(yōu)結(jié)果,推選方案1為最佳方案。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)該項(xiàng)目可行性研究報(bào)告完成后,業(yè)主組織有關(guān)專家對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià),最終選擇了方案1。專家組的選擇結(jié)果與用層次-灰色關(guān)聯(lián)分析法得出的結(jié)論一致。

(2)實(shí)踐證明,層次-灰色關(guān)聯(lián)分析法可以很好地運(yùn)用于總圖設(shè)計(jì)方案的比選,該模型具有很好的可行性和有效性。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展,把評(píng)價(jià)模型通過(guò)計(jì)算機(jī)編程處理,加載進(jìn)入總圖軟件,可以使總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)過(guò)程快速而準(zhǔn)確,具有重要的推廣價(jià)值。

1 傅 立.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991.

2 王秋平.基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的總圖設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009(6).

3 疏義勝.鋼鐵企業(yè)總圖方案的模糊評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代冶金, 2009(6).

4 何凱旋.工廠總圖設(shè)計(jì)的多維性及其評(píng)價(jià)[J].有色金屬設(shè)計(jì),1997(4).

5 雷 明.工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

Introduce the concept,for mulae deduced,diversity index of influence on the crack andthe precautions in construction.Summarizethe precautions to control the crack ofmass concrete.

TechnicalM easure of Controlling Crack ofMass Concrete

Liu Junkai
(PetroChina Northeast Refining&Chem ical Engineering Co.Ltd.Jilin Design Institute,Jilin132002)

mass concrete heat of hydration temperature stress crack

＊?jiǎng)?苗:工程師。2006年6月畢業(yè)于吉林大學(xué)交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理專業(yè)獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)從事總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:(0432) 63958465,E-mail:liumiao@cpene.com。

(修改回稿2011-01-10)