基于層次分析法及模糊綜合評價的長距離輸水工程風(fēng)險綜合評價

王彥國

(遼寧水資源集團(tuán)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

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基于層次分析法及模糊綜合評價的長距離輸水工程風(fēng)險綜合評價

王彥國

(遼寧水資源集團(tuán)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

文章以南水北調(diào)某工程項(xiàng)目為例，用層次分析法建立層次結(jié)構(gòu)及綜合評價體系，構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并對各層次指標(biāo)進(jìn)行了一致性檢驗(yàn)，利用模糊綜合評價的方法進(jìn)行了綜合評價，認(rèn)為調(diào)水項(xiàng)目的風(fēng)險屬于中等的風(fēng)險等級，對此應(yīng)該對這種風(fēng)險進(jìn)行預(yù)防、控制以減小損失。

層次分析法；模糊綜合評價；長距離；輸水工程

引水工程一般可達(dá)數(shù)百千米，甚至有些可達(dá)上千千米，通常沿線有較多的輸水設(shè)施及輸水建筑物，且種類各異[1-2]。由于工程運(yùn)行管理復(fù)雜，導(dǎo)致管理過程中涉及的相關(guān)部門較多，但凡出現(xiàn)一點(diǎn)不確定的因素，都很有可能造成工程失事，出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的后果[3-5]。因此，工程運(yùn)行期間必須及時且準(zhǔn)確地找到存在的風(fēng)險因素，通過定量以及定性的系統(tǒng)分析，評估整個工程項(xiàng)目存在的風(fēng)險，通過實(shí)施工程風(fēng)險管理措施，將風(fēng)險控制在可接受范圍之內(nèi)，保障工程運(yùn)行安全[6-7]。

目前，工程決策支持系統(tǒng)與水利工程系統(tǒng)理論等現(xiàn)代化的智能輔助決策技術(shù)的發(fā)展得到了較大的提升，但是如何運(yùn)用現(xiàn)代水利相關(guān)理論、方法來進(jìn)行規(guī)劃，對長距離引水工程進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險的研究與管理，則是現(xiàn)在國內(nèi)外研究的重點(diǎn)[8]。

1 工程概況

南水北調(diào)中線部分的南端起點(diǎn)為丹江口水庫，該水庫位于湖北與河南的交界處，北端到團(tuán)城湖，位于北京的頤和園內(nèi)，調(diào)水線路的總長度為1423 km。本文所研究的南水北調(diào)中線工程，以陶岔到黃河這一段為核心研究對象。南段工程從陶岔的渠首開始調(diào)水，途徑伏牛山南面的山腳、山前面的崗垅，在平原地帶蔓延至東北方向，在河南南陽流經(jīng)白河，從長江流域與淮河流域的分界線方城埡口處進(jìn)入淮河流域范圍內(nèi)，先后經(jīng)過河南的寶豐縣、禹州市以及新鄭市的西部，然后從鄭州的西北側(cè)跨過黃河，南段的總長度為473.833 km。

當(dāng)集水面積小于 20 km2時，渠道左岸的排水建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)提升到200 a一遇；當(dāng)集水面積不小于20 km2時，干線渠道交匯交叉斷面處的建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為100 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)提升到300 a一遇；干線渠道與其他渠道相交時，渠段左岸建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)與干線上主要建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)相同。泄水建筑物按照建筑物的四級以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇，施工期避開汛期。

2 基于AHP模型的風(fēng)險綜合評價指標(biāo)體系

2.1 層次分析法(AHP)

長距離調(diào)水工程是一個復(fù)雜系統(tǒng)，分析鑒定調(diào)水的各種風(fēng)險因素，可發(fā)現(xiàn)各個風(fēng)險因子在這樣的系統(tǒng)中無法進(jìn)行比較，他們之間相互影響、彼此制約。針對指標(biāo)因子復(fù)雜多樣、難以評價的問題，可采用行之有效的層次分析法，這種方法將無法完全進(jìn)行定量的因素轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远康脑龠M(jìn)行分析并計(jì)算、解決問題。

針對研究對象，層次分析法(AHP)研究框架為兩方面。①問題拆解與組合。按照現(xiàn)狀性質(zhì)和未來目標(biāo)，將問題拆解成各個組成因子，根據(jù)各個因子彼此干預(yù)、制約的關(guān)系，從上到下進(jìn)行重新分類并組合，建立起有層次、有秩序的新結(jié)構(gòu)模型。②賦值評價。由于人們看待客觀事實(shí)具有一定的主觀性，導(dǎo)致看待問題中每個層級的因子重要性并不相同，因此須要借助數(shù)學(xué)模型來主動對各個層級的影響因子進(jìn)行賦值，根據(jù)定量標(biāo)準(zhǔn)來評判問題并作出決策。

2.2 建立層級結(jié)構(gòu)

長距離的調(diào)水比較復(fù)雜，因此工程實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險評估，以實(shí)際工程為原則進(jìn)行評價，要能夠展現(xiàn)調(diào)水系統(tǒng)工程的基本信息的各項(xiàng)特征。首先要分析系統(tǒng)工程的各項(xiàng)風(fēng)險因子，以便對風(fēng)險進(jìn)行全方位的監(jiān)測并進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。通過賦值構(gòu)建能夠具有相關(guān)度、覆蓋全面、靈活度高、操作方便、成本較低的指標(biāo)體系，經(jīng)過專家給出關(guān)鍵性、廣泛的意見后，對這些意見進(jìn)行總結(jié)，最后分解目標(biāo)，可劃分為工程建設(shè)與周期、質(zhì)量與管理、效益與費(fèi)用一共6個層次的風(fēng)險指標(biāo)結(jié)構(gòu)。這幾個層次內(nèi)部也具有支配關(guān)系，可以形成有秩序的階梯狀層級結(jié)構(gòu)，最后形成的綜合評價指標(biāo)體系如表1。

2.3 構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

以上所列舉的是長距離調(diào)水的綜合評價指標(biāo)體系以及影響因子的層級關(guān)系，對于同一個層級里面的因子來說，他們各自的重要性可以通過矩陣進(jìn)行一對一的比較。

表1 風(fēng)險綜合評價指標(biāo)體系

(1)CI代表一致性的指標(biāo)：

(1)

當(dāng)CI等于零時,可以得出矩陣結(jié)果一致，CI的數(shù)值越大，得出矩陣越不一致。

(2)RI代表隨機(jī)一致性的指標(biāo)：

(2)

將不同因子的值賦予矩陣,可以得出下表的一系列RI值。

表2 隨機(jī)一致性指標(biāo)值

(3)CR代表隨機(jī)一致性比例：

CR=CI/RI

(3)

CR不大于0.1意味著評價矩陣結(jié)果一致，可以接受微小的誤差;CR大于0.1 時，就有必要對評價矩陣進(jìn)行修改。 按照以上幾個步驟，參考其他案例可以得出各個層級的因子權(quán)值以及校驗(yàn)結(jié)果，如表3～9所示。

表3 C1-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表4 C2-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表5 C3-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表6 C4-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表7 C5-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表8 C6-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表9 O-C層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

3 風(fēng)險模糊綜合評價過程

該方法是利用模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識，對復(fù)雜性、綜合性的研究對象提出總體評估。該方法以隸屬度理論為基礎(chǔ)，采用的是模糊關(guān)系合成的原則，將定性的評價轉(zhuǎn)變成定量的評價，最后利用內(nèi)部的多種因子來對研究對象的層級情況進(jìn)行綜合評估的一種方法。

本文的研究對象——長距離調(diào)水工程具有兩個明顯的特征，一個是不確定性比較強(qiáng)，一個是風(fēng)險不容易進(jìn)行量化分析。在這種基礎(chǔ)上，綜合構(gòu)建的評價風(fēng)險的綜合指標(biāo)體系，本文認(rèn)為采用模糊綜合評價法的等級選定二級比較適合研究對象。

具體計(jì)算過程如下：

(1)構(gòu)建關(guān)于工程建設(shè)風(fēng)險的指標(biāo)集。

因子U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中u1：系統(tǒng)方面的風(fēng)險，u2：利益的風(fēng)險，u3：時間的風(fēng)險，u4：管制的風(fēng)險，u5：質(zhì)量的風(fēng)險，u2：花費(fèi)的風(fēng)險。

因素集u1={u11,u12,13}，其中u11：安全性，u12：適用性，u13：耐久性，以及因素集u2～u6。

(2)構(gòu)建評估集合。

工程的風(fēng)險將會被劃分為一共5個層級結(jié)構(gòu)，分別為低風(fēng)險，較低風(fēng)險，中等風(fēng)險，高風(fēng)險以及較高風(fēng)險，本文對其進(jìn)行賦值量化分別為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

(3)以上也提到的關(guān)于專家對評估的重要性，根據(jù)專家評估也可以得出指標(biāo)集的結(jié)果。

專家風(fēng)險指標(biāo)評估主要是依靠自己對風(fēng)險的經(jīng)驗(yàn)、資料以及所獲得的諸多知識、數(shù)據(jù)，然后對調(diào)水工程進(jìn)行關(guān)于風(fēng)險的等級劃分，其中用V1代表安全度、V2代表適用度、V3代表耐久度，將各個評分匯入表格，建立評價矩陣R1:

(4)

同理可得R2、R3、R4、R5、R6。

(4)利用最大值-最小值進(jìn)行綜合計(jì)算，并采用模型M(∧，∨)進(jìn)行評估。

對某一單個因子得出的綜合評估為：

B1=A1·R1=(0.67，0.11，0.22)·

(5)

B=A·R=(0.15,0.16,0.27,0.25,0.10,0.07)·

(6)

對結(jié)果進(jìn)行歸一可知道：B=(0.07,0.21,0.23，0.28,0.21) 。

根據(jù)上面所述可得出TO=BV=0.43。根據(jù)各個評估結(jié)果顯示，調(diào)水項(xiàng)目的風(fēng)險屬于中等的風(fēng)險等級，因此應(yīng)該對這種風(fēng)險進(jìn)行預(yù)防、控制以減小損失。

4 結(jié) 論

綜上所述，因?yàn)檎{(diào)水的質(zhì)量、花費(fèi)以及周期等多項(xiàng)因素都不固定，所以長距離的調(diào)水項(xiàng)目存在著極大的風(fēng)險。本文對于調(diào)水風(fēng)險的研究屬于當(dāng)前國家級調(diào)水背景的一個新的研究類型。本文采用了多種計(jì)算公式和研究方法，如綜合管理知識、戰(zhàn)略方法論、風(fēng)險評估方法、模糊數(shù)學(xué)理論、系統(tǒng)科學(xué)理論以及關(guān)于管理信息的相關(guān)知識，等等。本文通過對調(diào)水項(xiàng)目過程中必要程度和可行程度的風(fēng)險研究， 制定了科學(xué)的層級評估結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，能夠科學(xué)、合理地對各種影響因子進(jìn)行匯集、評級、處理，最后采用結(jié)果來進(jìn)行判斷。

[1] 余志紅,任國友.基于AHP的校園安全評價指標(biāo)研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2009(10) :31-33.

[2] 王振飛. 基于AHP和模糊綜合評價法對汽車服務(wù)備件的分類研究[D].吉林:吉林大學(xué),2011.

[3] 田林鋼,王潔.基于三角模糊數(shù)的大壩安全風(fēng)險綜合評價研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2013(2):101-103.

[4] 陳守煜.系統(tǒng)模糊決策理論與應(yīng)用[M].大連:大連理工出版社,1994.

[5] 陳守煜,聶相田，朱文彬，等.模糊優(yōu)選神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展,1999,10(1)：69-74.

[6] 聶相田,宋雅靜,段文鳳.基于模糊優(yōu)選BP 網(wǎng)絡(luò)的水利工程建設(shè)管理績效評價研究[J].水電能源科學(xué),2013(4)：136-138.

[7] 汪應(yīng)洛, 楊耀紅. 工程項(xiàng)目管理中的人工方法及其應(yīng)用[J]. 中國工程科學(xué),2004,7(6):26-33.

[8] 聶相田，郭春輝，張湛.南水北調(diào)中線干線工程風(fēng)險管理研究[J].中國水利，2011(22):37-39.

王彥國(1975-)，男，助理工程師， 主要從事水電廠運(yùn)行檢修管理及建設(shè)工作。

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