多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法在高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置中的應(yīng)用

楊 平，陳永平，王麟珠

（1.福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，福建 福州 350007；2.福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福建 福州 350001）

公路，特別是高速公路是國家現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是交通運(yùn)輸事業(yè)的重要組成部分.隨著公路基礎(chǔ)建設(shè)的不斷完備，大量的公路、高速公路投入使用，高速公路及一般公路的養(yǎng)護(hù)越來越引起國內(nèi)外公路養(yǎng)護(hù)管理部門的重視.高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械的合理化配置研究一直以來都是公路交通相關(guān)行業(yè)和學(xué)術(shù)界所關(guān)注的熱點(diǎn).

但長期以來，公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械如何合理地進(jìn)行配置，從而較客觀地體現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，一直沒能得到很好解決.凌勇等采用機(jī)械配置應(yīng)符合“利用、購置與開發(fā)相結(jié)合，機(jī)械與人工相結(jié)合”的原則［1］，根據(jù)拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力來購置相應(yīng)的公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備，該方法簡單有效，但是這種方法必然帶來資金分配的教條和一定程度上的浪費(fèi).李程等提出根據(jù)確定單機(jī)（組）養(yǎng)護(hù)半徑來選擇購置相應(yīng)的機(jī)械數(shù)量新方法［2］，該方法以經(jīng)濟(jì)實(shí)效性“最低成本”單一目標(biāo)來選配公路養(yǎng)護(hù)設(shè)備，然而，高速公路的機(jī)械化養(yǎng)護(hù)不僅僅是以經(jīng)濟(jì)性或者其他單一目標(biāo)所能全面體現(xiàn)的，它還涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的影響因素，因而是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性、安全性、社會(huì)協(xié)調(diào)性等多目標(biāo)的優(yōu)化范疇.馬健萍等基于這個(gè)思路提出基于多目標(biāo)的綜合考慮的選擇方法來購置養(yǎng)護(hù)設(shè)備［3］，該方法建設(shè)性地提出多目標(biāo)的綜合考慮的選配方法，很好地克服了先前單一目標(biāo)優(yōu)化所帶來的片面性，然而，該方法忽略了各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間是客觀的相互干涉的共同體，即便是各個(gè)養(yǎng)護(hù)設(shè)備之間也是相互影響的，是個(gè)動(dòng)態(tài)的機(jī)械配置過程，而不是靜態(tài)的.因此，設(shè)計(jì)1套科學(xué)、合理、客觀、全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對于養(yǎng)護(hù)機(jī)械化的管理水平、提高養(yǎng)護(hù)機(jī)械科學(xué)使用的程度，有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義.

本研究運(yùn)用德爾菲法和層次分析法相結(jié)合的方法，不僅可以充分發(fā)揮專家經(jīng)驗(yàn)的定性分析，還可以對高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置進(jìn)行定量分析，更為科學(xué)合理地解決高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械動(dòng)態(tài)配置問題.

1 評(píng)價(jià)模型

1.1 德爾菲法

德爾菲法（Delphi Method）是在20世紀(jì)40年代由O.赫爾姆和N.達(dá)爾克首創(chuàng)，經(jīng)過T.J.戈?duì)柕呛吞m德公司進(jìn)一步發(fā)展而成的.它依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即專家之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調(diào)查人員發(fā)生關(guān)系，通過多輪次調(diào)查專家對問卷所提問題的看法，經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納、修改，最后匯總成專家基本一致的看法，作為預(yù)測的結(jié)果［4］.這種方法具有廣泛的代表性，較為可靠，對于解決被認(rèn)為有困難的、有爭論的和帶有感情色彩的問題相當(dāng)有效.

德爾菲法的實(shí)質(zhì)是利用專家集體的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對那些帶有很大模糊性、比較復(fù)雜且無法直接進(jìn)行定量分析的問題，通過選擇一批專家多次填寫征詢意見表的調(diào)查形式，取得測定結(jié)論的方法.由于德爾菲法具有匿名性、反饋性、統(tǒng)計(jì)性等特點(diǎn)，調(diào)查過程中對專家意見的統(tǒng)計(jì)、分析和反饋，充分發(fā)揮了信息反饋和信息控制的作用，使專家在充分發(fā)表自己意見的基礎(chǔ)上，通過比較分析已有調(diào)查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，適當(dāng)修正自己的意見，從而使可能是較為分散的評(píng)價(jià)意見逐漸接近，最后集中在比較一致的測定結(jié)果上.德爾菲法既能充分發(fā)揮有關(guān)專家的集體智能，又可以避免專家會(huì)議的缺點(diǎn).

1.2 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出的1種新的系統(tǒng)分析方法，它是定性與定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法［5］.通過測評(píng)指標(biāo)兩兩比較，將復(fù)雜的、無序的、定性問題進(jìn)行量化處理，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法.

具體步驟如下：①建立層次結(jié)構(gòu)模型，選擇恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)建立指標(biāo)體系；②構(gòu)建判斷矩陣；③計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn)；④計(jì)算組合權(quán)向量.

1.3 評(píng)價(jià)模型的建立

設(shè)待評(píng)價(jià)和選擇的高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置方案為xi（i＝1，2，…，n），構(gòu)成方案集合X，即

根據(jù)高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置的特點(diǎn)，建立反映高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)ui（i＝1，2，…，n），即屬性集：

將反映整個(gè)高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置合理的評(píng)估指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分類、歸納，構(gòu)成3個(gè)評(píng)估層次，分別稱為評(píng)價(jià)目標(biāo)層O、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層Ci（i＝1，2，…，n）和評(píng)價(jià)指標(biāo)層Cij（j＝1，2，…，m）.其中的關(guān)系為

式中：O，Ci分別為評(píng)價(jià)目標(biāo)層、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層向量.

在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，不同指標(biāo)的相對重要程度不同，設(shè)屬性的權(quán)重向量為

采用Saaty等提出的“1～9尺度”方法，建立成對比較陣A，

式中：aij為目標(biāo)i和目標(biāo)j的相對重要程度，即

計(jì)算A的最大特征根所對應(yīng)的特征向量，并進(jìn)行歸一化處理，所得向量即為權(quán)向量.從而可得準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)向量為

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 建立層次分析結(jié)構(gòu)圖

指標(biāo)確定了評(píng)價(jià)養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置的基本要素，養(yǎng)護(hù)機(jī)械的配置由于受到資金、管理、人員觀念、環(huán)境、社會(huì)等諸多因素的影響，需要有1個(gè)周全的考量.本研究采用德爾菲法確定了3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和與之相對應(yīng)的11個(gè)二級(jí)指標(biāo).即聘請了3～5名專家學(xué)者，請他們各自分別列出養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及相應(yīng)的影響因素，匯總后再反饋各專家進(jìn)行修正，經(jīng)過數(shù)輪后使結(jié)果趨于一致.建立層次分析結(jié)構(gòu)圖（見圖1），目標(biāo)層為：養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置評(píng)價(jià)，準(zhǔn)則層為：經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和機(jī)械化水平，每個(gè)準(zhǔn)則層又分為若干個(gè)指標(biāo)層，方案層為待評(píng)價(jià)的機(jī)械配置方案.

圖1 高速公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置評(píng)價(jià)體系Fig.1 Evaluation system of highway maintenance machinery configuration

2.2 建立成對比較陣

由專家討論對子準(zhǔn)則層中的各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，即相關(guān)指標(biāo)對上一層次的重要程度，評(píng)估采用1～9標(biāo)度法，構(gòu)造成對比較陣.建立成對比較陣如下：

準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的成對比較陣為

指標(biāo)層B3i對準(zhǔn)則層B3的成對比較陣為

2.3 計(jì)算權(quán)重

通過MATLAB軟件計(jì)算上述每個(gè)成對比較矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn).若檢驗(yàn)通過，特征向量（歸一化后）即為權(quán)向量，即可得出準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)向量和指標(biāo)層對相應(yīng)準(zhǔn)則層的權(quán)向量.表1所示為指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的權(quán)重.

表1 指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的權(quán)重Tab.1 Weight of index layer to rule layer

計(jì)算組合權(quán)向量，構(gòu)建指標(biāo)體系評(píng)價(jià)，如表2所示.

表2 指標(biāo)體系內(nèi)涵及組合權(quán)重Tab.2 Index system and combinational weight

3 效果檢驗(yàn)

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是為了能夠有效地評(píng)價(jià)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置的合理性與有效性.利用構(gòu)建好的評(píng)價(jià)體系，對養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，以檢驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的適用性與科學(xué)性.

本研究選取某省1個(gè)養(yǎng)護(hù)站作為對象，該養(yǎng)護(hù)站配備的機(jī)械設(shè)備有：養(yǎng)護(hù)工程中的一些主導(dǎo)設(shè)備，主要包括：路況檢測設(shè)備、稀漿封層機(jī)、瀝青路面修補(bǔ)機(jī)（包括熱補(bǔ)、冷補(bǔ)設(shè)備）、多功能養(yǎng)護(hù)車、銑刨機(jī)、就地?zé)嵩偕O(shè)備、除草機(jī)械、除草劃線機(jī)、公路養(yǎng)護(hù)專用車輛等.其中，國外機(jī)械占總價(jià)值的75%，施工質(zhì)量與效率較高，機(jī)械利用率尚可.除個(gè)別機(jī)械需要調(diào)劑外，設(shè)備的配套、功率與數(shù)量配備基本合理.但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通流量逐漸增大，隨著使用年限增加，維護(hù)的難度與工作量也逐漸增加.

采用模糊綜合判斷法對方案進(jìn)行評(píng)價(jià)［6］，通過上面分析的權(quán)重進(jìn)行合理化評(píng)價(jià)，具體方法如下.

3.1 評(píng)價(jià)信息的采集

選取10位專家進(jìn)行測評(píng)，通過相關(guān)部門資料與數(shù)據(jù)的收集，專家進(jìn)行充分的交流與討論，對養(yǎng)護(hù)區(qū)段的養(yǎng)護(hù)機(jī)械的配置方案，包括機(jī)械價(jià)格、數(shù)量、種類、規(guī)格型號(hào)、產(chǎn)地、使用條件等信息進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

本研究采用模糊綜合判斷法對上述評(píng)價(jià)體系進(jìn)行效果檢驗(yàn).以評(píng)價(jià)成套機(jī)械的經(jīng)濟(jì)效益為例，利用上面模型建立指標(biāo)體系評(píng)價(jià)表.專家依據(jù)掌握的信息進(jìn)行評(píng)價(jià).

確定因素集：將經(jīng)濟(jì)效益分為投資成本、使用成本、可靠性及使用壽命、機(jī)械利用率4個(gè)因素，由前面的模型（指標(biāo)對準(zhǔn)則的權(quán)重）可得此4個(gè)因素的權(quán)重，其權(quán)向量為

對每個(gè)因素的評(píng)價(jià)分為4個(gè)等級(jí)（見表2），構(gòu)成矩陣V，V＝｛優(yōu)（合理有效），良（符合要求），中（尚可使用），差（指標(biāo)欠缺）｝，通過10位評(píng)價(jià)者進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)各自評(píng)價(jià)等級(jí)所占比率，可以得到1個(gè)矩陣.

專家對某指標(biāo)的評(píng)價(jià)，則按照優(yōu)、良、中、差4個(gè)級(jí)別，以參評(píng)人數(shù)占比列出評(píng)價(jià)矩陣R，進(jìn)而進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)：

式中：?為按最大隸屬度原則進(jìn)行計(jì)算.

按最大隸屬原則，經(jīng)濟(jì)效益可以評(píng)價(jià)為良.同理，可得出社會(huì)效益、機(jī)械化水平的評(píng)價(jià)結(jié)果.可以看出，給出的模型基本符合實(shí)際情況，建立的模型是可行且可操作的.同時(shí)通過組合權(quán)重，也可以對不同的機(jī)械配置方案進(jìn)行比較評(píng)價(jià).因此，該模型在養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置這樣1個(gè)多目標(biāo)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)是較為合適的.由于模型是在普適性的基礎(chǔ)上建立的，模型對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重相對量化，體系評(píng)價(jià)又相對靈活，所以該模型在其他領(lǐng)域的機(jī)械配套方案評(píng)價(jià)中也可應(yīng)用，評(píng)價(jià)體系具有較為廣泛的適應(yīng)性.

4 結(jié)論

從上述分析可以看出，將德爾菲法和層次分析法相結(jié)合，是1種定性分析與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，可以較好地解決養(yǎng)護(hù)機(jī)械配置這樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多準(zhǔn)則、多目標(biāo)決策問題.通過效果檢驗(yàn)也可以看出，其結(jié)果基本符合實(shí)際情況.該評(píng)價(jià)方法可以輔助進(jìn)行機(jī)械的方案選優(yōu)，作為機(jī)械配置比較與評(píng)估等的參考依據(jù)，給科學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)械配置問題提出了1個(gè)新的思路與分析研究的模型.

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