基于層次分析理論的高速公路隧道消防水源方案評價指標體系

錢經(jīng)緯, 楊順生

(西南交通大學土木工程學院， 四川成都 610031)

在目前的高速公路隧道消防水源方案評價中，依靠主觀判斷從單一或若干指標進行決策。通過從內(nèi)部因素和外部因素羅列評價指標，并定性的評價方案確實可以規(guī)避掉一些主觀隨意性，但仍然不能建立較為客觀且實用的評價方法。從最初的高速公路隧道消防水源方案的偏主觀選擇與介紹，到后來引入SWOT矩陣分析法從優(yōu)勢、劣勢、機會、威脅四個方面闡述五種取水方案進行選擇，盡可能的避免主觀偏好進行水源方案選擇。隨著高速公路隧道消防水源方案比選研究不斷深入，建立一套方案評價指標體系越來越重要。

1 水源方案評價指標體系

建立一個科學的指標體系應滿足全面性、合理性、系統(tǒng)性、可比性及差異性五個基本要求。根據(jù)指標的自身屬性和性質(zhì)篩選為定性與定量兩大類，在總結(jié)大廣高速黃龍帶隧道、渝廣高速華鎣山隧道、成自瀘高速吉口隧道等國內(nèi)多條重點高速公路隧道消防工程項目設計經(jīng)驗，并征求專家意見后建立起評價指標體系。羅列消防水源選取及必選的關(guān)鍵性指標，分類并整理后將消防水源方案指標體系劃分為4大準則層：技術(shù)方案、經(jīng)濟性、環(huán)境影響、運營及管理。

技術(shù)方案是體系的核心，因為其不僅與經(jīng)濟性密切相關(guān)，也直接影響運營及管理。技術(shù)方案分為技術(shù)條件和主要工程量，并向下繼續(xù)細分指標；經(jīng)濟性包含土建工程投資費用、設備材料購置費用(含電力自控等電氣設備安裝及購置費用)、相關(guān)工程費用；環(huán)境影響包含對生態(tài)系統(tǒng)的影響和對水環(huán)境影響；運營及管理包含后期運營和后期管理及維護。

2 評價指標體系指標權(quán)重的確定

為確定各準則層和指標之間的重要性，采用賦權(quán)的方法來確定。其中層次分析法(AHP)通過對指標兩兩比較相對重要性程度，并利用矩陣運算各指標在該準則層內(nèi)的權(quán)重值，最終得出指標在評價體系中的權(quán)重值。建立判斷矩陣A={axy},其中aij的含義為第x個指標與第y個指標進行比較，第y個因素與第x個因素的相對重要性。兩個基本指標相對于總目標的重要性取值采用1～9標度法。采用MATLAB對判斷矩陣求解出權(quán)向量，然后對矩陣進行一致性檢驗。當一致性比例指標CR不具有滿意一致性時，將重新調(diào)整判斷矩陣中各個指標的相對重要性及取值，直到能夠具備滿意一致性。

2.1 準則層對于總目標的相互比較及權(quán)重計算

采用1～9標度法，關(guān)于4個子則層和總目標重要性比較的結(jié)果如表1所示。

表1 4個子準則層和總目標重要性比較

對應的判斷矩陣為：

計算采用軟件Matlab7.0，結(jié)果為λmax=4.072。

為保證4個準則層權(quán)重向量和為1，針對特征值λmax對應的特征向量進行歸一計算的權(quán)重向量V={0.2707,0.4182,0.1906,0.1205}。

2.2 子準則層內(nèi)相對重要性比較

采用1～9標度法用如上的方法先依次開展子準則層內(nèi)指標相互比較，再依次計算指標相對于總目標及相對于子準則層的權(quán)重值。

2.2.1 技術(shù)方案準則層

技術(shù)方案準則層分為技術(shù)條件和主要工程量兩個子準則層，先計算子準則層相對于技術(shù)方案的權(quán)重值(表2)，再依次對技術(shù)條件和主要工程量兩個子準則層內(nèi)開展比較和權(quán)重計算(表3、表4)。

表2 兩個子準則層對技術(shù)方案的相對重要性比較

表3 技術(shù)條件子準則層內(nèi)指標的相對重要性比較

表4 技術(shù)條件子準則層各指標的相對重要性比較

2.2.2 經(jīng)濟性準則層

經(jīng)濟性準則層內(nèi)指標的相對重要性比較見表5。

表5 經(jīng)濟性準則層內(nèi)指標的相對重要性比較

2.2.3 環(huán)境影響準則層

環(huán)境影響準則層內(nèi)指標的相對重要性比較見表6。

表6 環(huán)境影響準則層內(nèi)指標的相對重要性比較

2.2.4 運營及管理準則層

運營及管理準則層內(nèi)指標的相對重要性比較見表7。

表7 運營及管理準則層內(nèi)指標的相對重要性比較

2.3 各指標對于總目標的權(quán)重計算

采用2.1節(jié)描述的方法和2.2節(jié)相對重要性比較結(jié)果，計算出各指標對于總目標的權(quán)重及子準則層對于總目標的權(quán)重(表8)。

表8 消防水源評價指標權(quán)重

3 評價指標體系指標權(quán)重表的分析運用

14個基本指標根據(jù)其性質(zhì)可以分為兩類：定量指標和定性指標。其中關(guān)于技術(shù)方案和經(jīng)濟性準則層主要為定量指標，其指標來源于設計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；關(guān)于環(huán)境影響和運營及管理準則層主要為定性指標，其指標影響效果來源于綜合評價。根據(jù)水源方案評價指標體系并結(jié)合層次分析法，定義各指標對方案的評價過程為一級模糊綜合評價，4個一級準則層內(nèi)指標對于方案的評價為二級綜合評價。

對于技術(shù)方案和經(jīng)濟性這2個一級準則層，指標基本為定量指標且可以根據(jù)方案設計數(shù)據(jù)定量化處理，針對技術(shù)方案和經(jīng)濟性2個一級準則層內(nèi)的定量指標，適合采用灰色理論分析。如先基于模糊理論將定量指標數(shù)值模糊化，則原可定量化指標模糊化且?guī)в兄饔^偏好性了，影響最終的分析判斷?；疑P(guān)聯(lián)度法可直接利用待評價方案的各定量指標計算數(shù)值，通過確定理想最優(yōu)方案的指標效果評價向量，并計算各方案相對于理想最優(yōu)方案的灰色關(guān)聯(lián)度，開展方案排序。

3.1 模糊層次分析

水源方案的一級模糊綜合評價過程即為單指標對總目標 的評價，或多指標對總目標的評價。設第i類的第j個指標為Aij，Aij對于第k個方案的模糊隸屬度為Aijk。由此得出單個指標的評判隸屬度矩陣，即向量Rij={rij1，rij2，...}。其中隸屬度的含義為當僅考慮Aij指標時，評價結(jié)果選取第K個方案的合理程度。同理適用于二級模糊綜合評價過程，即多指標對于總目標的影響。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

相對而言，技術(shù)方案和經(jīng)濟性采用的是相對確定的數(shù)值，可以采用灰色關(guān)聯(lián)度法將待評價方案的某個定量指標計算數(shù)值。通過確定最優(yōu)方案的指標評價矩陣計算該方案對理想最佳方案的灰色關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)數(shù)值大小繼續(xù)排序。

4 小結(jié)

隧道消防水源方案的綜合評價過程是一項復雜的且受多方面影響的系統(tǒng)價值工程，根據(jù)實際復雜情況(如地質(zhì)、地下水情況或業(yè)主偏好等)的水源方案需要考慮的側(cè)重點也不同。