采用模糊綜合評判法的電纜過路管敷設(shè)模型

朱立蓉，吳 煒，李露瑩，李昊揚，袁 喆

（

1.上海電力公司市北供電公司，上海200072；2.上海浦海求實電力新技術(shù)有限公司，上海200090；3.天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點實驗室，天津300072）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和大規(guī)模的城市建設(shè)，被稱為“空中視覺污染”的城市上空架空線入地改造被提到了新的高度，特別是跨越城市快速路及區(qū)域主干河流的架空線改造勢在必行，對電力過路管的敷設(shè)原則和敷設(shè)適應(yīng)性提出了新的挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)對電纜保護(hù)排管的建設(shè)模式研究主要為道路排管，對于過路管的敷設(shè)適應(yīng)性原則和發(fā)展模式鮮有研究，使目前過路管規(guī)劃建設(shè)方向不夠明確，更沒有針對具體區(qū)域的過路管的量化敷設(shè)原則。

另外，由于各個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、負(fù)荷特性和負(fù)荷發(fā)展趨勢各有特點，電力排管敷設(shè)現(xiàn)狀及架空線入地改造等因素都將影響著過路管的敷設(shè)數(shù)量，為避免跨越城市主要道路和河流重復(fù)施工影響城市正常運轉(zhuǎn)，因此在建設(shè)過路管之前，必須對該區(qū)塊進(jìn)行深入的分析和科學(xué)的規(guī)劃，提出過路管量化敷設(shè)的原則，有效地指導(dǎo)過路管規(guī)劃建設(shè)發(fā)展方向和發(fā)展模式，最終獲得電力和全社會經(jīng)濟(jì)、社會效益最大化。

在明確敷設(shè)電纜過路管的用地性質(zhì)及有無電纜排管等基礎(chǔ)條件后，可通過評判方法從眾多種敷設(shè)方案中確定一種最為合理經(jīng)濟(jì)的敷設(shè)方案。由于影響敷設(shè)方案的因素眾多，所以本質(zhì)上這是一個多指標(biāo)的綜合評判問題。本文嘗試使用模糊綜合評判的方法對電纜過路管的敷設(shè)模型進(jìn)行研究。

1 模糊綜合評判

模糊綜合評判方法是從多個指標(biāo)對被評價事物的隸屬等級狀況進(jìn)行綜合性評判的一種方法，它把被評價事物的變化區(qū)間做出劃分，又對事物屬于各個等級的程度做出分析，這樣就使得對事物的描述更加深入和客觀，故而模糊綜合評判方法既有別于常規(guī)的多指標(biāo)評價方法，又有別于強制的打分方法［1］。

1.1 評判模型

模糊綜合評判法包括以下幾個要素［2］。

（1）因素集。這里的ui是被評判事物的指標(biāo)，表明從哪些方面來評判描述。

（2）評判集。

這里的評語vi是指對被評判事物變化區(qū)間的一個劃分，即評判等級。專家針對方案某一因素的初始評判結(jié)果即為某一評語，本文方法正是利用這一模糊評判的手段來避免精確評判的不確定性。

（3）方案總數(shù)l和專家總數(shù)h。

（4）方案評判矩陣，將針對各個方案所收集的專家評判結(jié)果進(jìn)行整合，即可形成各個方案的評判矩陣Rk，其中，1≤k≤l。

此矩陣表示針對方案k在因素集U中的因素ui對應(yīng)于評判集V中的評語vj的隸屬關(guān)系。其中，模糊關(guān)系矩陣中的數(shù)值由下式確定：

1.2 評判方法

針對上述模型，若可確定因素集U的權(quán)重向量A1×m，則可以輸出一個評判結(jié)果向量Bk。

其中o是一個合成算子。從理論上說，算子有很多，此處使用加權(quán)平均型算子（﹒，＋）［3］，該算子在使用中的計算方法如下：

該方法不僅考慮了所有因素的影響，而且保留了單因素評判的全部信息，是模糊綜合評判中常用的算子之一。選擇了合成算子之后，將權(quán)重向量A與模糊矩陣R合成即得到該方案的模糊評判結(jié)果向量為Bk。針對l個方案要重復(fù)評判l(wèi)次，以進(jìn)行結(jié)果對比。

1.3 模糊評判數(shù)量化

若要將模糊的評判結(jié)果數(shù)量化，則需首先確定評判集V的數(shù)量化結(jié)果G

然后將其與針對某一方案的評判結(jié)果向量Bk進(jìn)行加權(quán)平均處理，從而得到最終結(jié)果Ck。具體的處理方法是：

該模糊評判方法中有三個量需通過專家意見收集來獲取，分別為Rk、A和G。其中，Rk可由專家針對某一個方案的評價意見直接得出，A和G則需綜合各個專家意見方可得到，具體可采用Delphi法［4］等方法，此處不加贅述。

2 電纜過路管敷設(shè)問題分析

電纜過路管由于敷設(shè)地區(qū)的用地性質(zhì)的不同，負(fù)荷水平的不同，以及現(xiàn)狀條件有所差異，在進(jìn)行評判之前應(yīng)該分類處理，這樣才能使評判有意義。對不同類別的過路管敷設(shè)進(jìn)行模糊綜合評判，得到可能的眾多方案中最適合該方案的一種。過路管的分類如圖1所示。

（1）由于缺乏具體的過路管敷設(shè)原則和敷設(shè)規(guī)劃，過路管的敷設(shè)具有很大的隨機(jī)性和不確定性，過路管用孔數(shù)種類很多，過路管敷設(shè)無量化的原則指導(dǎo)。

（2）路口過路管的敷設(shè)數(shù)量與有無電纜排管關(guān)系密切。如果道路上有電纜排管敷設(shè)，過路管的使用量會相應(yīng)減少；但電纜排管代替不了過路管。

（3）過路管敷設(shè)孔數(shù)與負(fù)荷性質(zhì)有密切關(guān)系，商業(yè)區(qū)路口過路管的用量高于居住區(qū)。居住區(qū)根據(jù)建設(shè)年代的不同，過路管的敷設(shè)有一定的差別，老型居住區(qū)過路管敷設(shè)量較少。

（4）隨著商辦區(qū)和居住區(qū)供電可靠性要求逐漸提高，智能電網(wǎng)建設(shè)迫在眉睫，現(xiàn)狀過路管敷設(shè)中往往未考慮留有一定的裕量及檢修孔。

（5）路中過路管布置與有無排管、區(qū)域用地性質(zhì)關(guān)系不大，最大實用性孔數(shù)為4孔。

由現(xiàn)狀的分析可以看到，路中過路管的情況比較簡單，下面將只討論路口過路管，以下提到的過路管均指路口過路管。

圖1 過路管現(xiàn)狀分類Fig.1 Category of cross road pipe

3 基于模糊綜合評判的電纜過路管敷設(shè)模型

由于目前過路管的敷設(shè)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、對于過路管敷設(shè)的評判受到眾多因素的影響，模糊綜合評判能夠較好的適應(yīng)這類問題，將多指標(biāo)的問題進(jìn)行定量的評價，并客觀的體現(xiàn)專家意見。首先要建立一個針對過路管敷設(shè)的評價指標(biāo)體系，見圖2。以便在眾多可能的敷設(shè)方案中得到一個最符合環(huán)境要求并且經(jīng)濟(jì)可行的方案。

3.1 確定因素集

因素集即為直接參與評判的指標(biāo)。對于過路管的敷設(shè)方案可以從三個方面分析。

4）膽道支架：支架的材質(zhì)包括塑料類、鎳鈦合金類、不銹鋼類。該三類支架植入后行MRI檢查不會發(fā)生移位、致病性發(fā)熱。不銹鋼類支架在植入部位及附近行MRI檢查可能產(chǎn)生偽影，影響圖像質(zhì)量。

（1）方案與環(huán)境因素的契合度

由于商辦區(qū)用電需求明顯大于居住區(qū)，其通過的電纜條數(shù)一般也大于居住區(qū)，因此過路管用量也會較大；另外有排管經(jīng)過的路口，原則上過路管的用量應(yīng)少于無排管通過的路口。

（2）方案與技術(shù)要求的符合度

根據(jù)上海習(xí)慣性施工方法，若電源方向為東西方向，則道路南側(cè)為電纜和過路管的主要敷設(shè)方向，北側(cè)則為次要敷設(shè)方向；若電源方向為南北方向，則道路東側(cè)為電纜和過路管的主要敷設(shè)方向，西側(cè)則為次要敷設(shè)方向。在次要敷設(shè)方向，應(yīng)盡量減少電纜迂回敷設(shè)，一般要比主要敷設(shè)方向過路管數(shù)量少。此外，該地區(qū)負(fù)荷發(fā)展的預(yù)期也是影響過路管敷設(shè)孔數(shù)的選擇。

（3）方案的工程經(jīng)濟(jì)性

過路管敷設(shè)孔數(shù)直接影響工程成本，同時，敷設(shè)孔數(shù)的多少也決定了施工土方以及土地資源的占用等方面問題。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，為智能通信和檢修預(yù)留一些孔也是必要的。

圖2 過路管敷設(shè)評判指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system of cross road pipe

3.2 計算各分類中方案的模糊結(jié)果向量

對過路管的各種分類，分別用模糊綜合評判來計算其結(jié)果向量。對各個分類分別進(jìn)行模糊綜合評判，在眾多可能的方案中確定一種最優(yōu)方案。由專家打分確定模糊關(guān)系矩陣是最關(guān)鍵的一環(huán)，必須由經(jīng)驗豐富的專家認(rèn)真確定，從而保證整個評判的有效性和可信度。

3.3 計算評判結(jié)果向量確定敷設(shè)方案

對可能出現(xiàn)的幾個方案得到的評判結(jié)果向量進(jìn)行加權(quán)計算，得到一個綜合得分并進(jìn)行排序。最終得出該種情況下過路管敷設(shè)方案。

4 算例分析

以上海市北商辦區(qū)為例，考慮已存在道路排管敷設(shè)的路口作為算例分析對象?，F(xiàn)有四種針對某商辦區(qū)路口的實際過路管敷設(shè)方案：方案1在路口東、南、西、北四個方向敷設(shè)過路管的孔數(shù)分別6、8、6、6；方案2在路口東、南、西、北四個方向敷設(shè)過路管的孔數(shù)分別6、8、8、6；方案3在路口東、南、西、北四個方向敷設(shè)過路管的孔數(shù)分別6、8、6、8；方案4在路口東、南、西、北四個方向敷設(shè)過路管的孔數(shù)分別6、8、8、8。根據(jù)所選定的評判指標(biāo)對四個方案進(jìn)行評判，選擇一個得分最高的方案作為最終的商辦區(qū)路口過路管敷設(shè)模型。

4.1 評判的初始條件

在進(jìn)行模糊評判之前，首先確定評判的因素集和評判集。

（1）因素集。

（2）評判集。

（3）方案總數(shù)l＝4，專家總數(shù)h＝10。

然后，利用Delphi法對專家意見進(jìn)行統(tǒng)一，從而得出因素集權(quán)重及評判集數(shù)量化對應(yīng)結(jié)果。

（1）由于‘技術(shù)要求符合度’相對更為重要，而‘環(huán)境契合度’與‘工程經(jīng)濟(jì)性’重要程度相當(dāng)。因此權(quán)重向量為：

（2）評語數(shù)量化結(jié)果為｛優(yōu)，良，中，差｝＝ ｛90，80，60，50｝，故

4.2 方案評判

在此基礎(chǔ)上，即可針對各個方案進(jìn)行評價，算例只給出方案1的詳細(xì)計算過程，其他方案則直接給出評判結(jié)果。

（1）由10位專家打分為方案1進(jìn)行評價，并確定模糊關(guān)系矩陣。

表1所示為10位專家對于因素集中的指標(biāo)進(jìn)行打分的情況。例如：10位專家中有6人認(rèn)為方案1的‘環(huán)境契合度’這一指標(biāo)可以評為‘優(yōu)’，那么對應(yīng)表格中填寫‘6人’。

表1 方案1專家打分情況Tab.1 Expert evaluation results for project 1

（2）得到專家打分表之后，則可得到方案1的模糊關(guān)系矩陣。

（3）用加權(quán)平均型算子得到評判結(jié)果向量：

（4）將評判結(jié)果向量轉(zhuǎn)化為最終結(jié)果，可得C1＝81.4。

方案2和方案3的計算過程類似，其評判結(jié)果向量分別為。

方案2：B2＝ ［0.37 0.44 0.16 0.03］

方案3：B3＝ ［0.27 0.35 0.35 0.03］

方案4：B4＝ ［0.34 0.29 0.34 0.03］

分別計算得到的最終結(jié)果分別為：C2＝79.6，C3＝74.8，C4＝75.7。

將評判結(jié)果向量轉(zhuǎn)化為用單一數(shù)值表示的最終結(jié)果的得分可見方案1得分最高，因此選取方案1作為商辦區(qū)有排管時的過路管敷設(shè)模型，見圖3。

細(xì)化分析原因有如下三點：

①過路管敷設(shè)孔數(shù)多寡與電源方向相符；

②非電源方向已存在排管敷設(shè)的方位過路管孔數(shù)經(jīng)濟(jì)合理；

③方案整體經(jīng)濟(jì)性與預(yù)留余量協(xié)調(diào)合理。

圖3 商辦區(qū)有排管通過時過路管敷設(shè)結(jié)果Fig.3 Result of laying of cross road pipe in business area

5 結(jié)語

本文將模糊綜合評判方法應(yīng)用于電纜過路管敷設(shè)模型的研究中，很好地適應(yīng)了評判指標(biāo)的不確定性，并且在深入客觀地描述電纜過路管敷設(shè)方案的同時，為敷設(shè)方案決策提供理論依據(jù)。通過引入模糊綜合這一數(shù)學(xué)方法，使得傳統(tǒng)電纜敷設(shè)中定性問題定量化，對電纜過路管的施工和管理具有實際意義。

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