基于AHP的公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價方法研究

林　莉

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川　成都　610041)

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基于AHP的公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價方法研究

林莉

(四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川成都610041)

林莉(1976—)，工程師，工學(xué)碩士，主要從事公路機電設(shè)施、交通安全設(shè)施檢測領(lǐng)域的研究工作。

摘要：文章針對運營期公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價的特點，分析了公路機電設(shè)施技術(shù)狀況現(xiàn)有評價方法的問題和不足，提出了一種基于層次分析法(AHP)的公路機電設(shè)施檢測評價方法。主要討論了評價體系構(gòu)造和權(quán)值計算等關(guān)鍵技術(shù)問題，并以某省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測評價項目的實施為例，論述了該方法運用于公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價的可行性和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：公路；機電設(shè)施；AHP；技術(shù)狀況評價；方法

0引言

高速公路機電設(shè)施是保證高速公路安全有效運營的重要基礎(chǔ)設(shè)施，一般包括監(jiān)控、通信、收費、供配電、照明和隧道機電工程等子系統(tǒng)。

隨著我國高速公路通車里程的不斷增長，高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，對高速公路運營管理水平的要求越來越高，機電設(shè)施的重要性越來越突顯，保證機電設(shè)施維持良好的工作狀態(tài)日益成為高速公路運營管理的工作重點。而要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要通過對高速公路機電設(shè)施的實際工作狀況進行客觀地分析評價，找出影響、制約、提高機電設(shè)施工作性能的關(guān)鍵影響因素，才能為運營管理工作提供有效的支撐。

目前，行業(yè)內(nèi)并未有專門針對運營期高速公路機電設(shè)施技術(shù)狀況檢測評價的方法規(guī)定，行業(yè)內(nèi)普遍參考《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80-2004)之第二冊——機電工程分冊(以下簡稱檢評標(biāo)準(zhǔn))所規(guī)定的工程質(zhì)量檢驗評定方法[1]進行評價時會出現(xiàn)諸多問題，不能很好滿足運營管理的評價需求的現(xiàn)實情況，本文針對此情況提出一種基于層次分析法(AHP)公路機電設(shè)施檢測評價方法，通過構(gòu)造公路機電工程質(zhì)量評價的層次結(jié)構(gòu)模型，運用細化分析的系統(tǒng)化方法，對公路機電設(shè)施技術(shù)狀況進行評價。

1現(xiàn)有方法運用于運營期的公路機電設(shè)施評價的不足

公路建設(shè)完成交付使用前，相關(guān)管理部門依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》判定公路機電設(shè)施質(zhì)量是否符合質(zhì)量檢驗評定要求，但將上述方法直接用于運營期的公路機電設(shè)施技術(shù)狀況檢測評價，就會出現(xiàn)以下問題：

1.1　無法區(qū)分不同機電設(shè)施運行狀況的細節(jié)差異

檢評標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定關(guān)鍵項目的合格率必須為100%，而關(guān)鍵項目不符合要求時，則該分項工程評為不合格，這就意味著無論關(guān)鍵項目是有1項不合格還是全部不合格，最終的評價結(jié)果都相同。

1.2　無法反映公路機電設(shè)施對整體系統(tǒng)性能影響的差異性

事實上，不同的機電設(shè)施對于公路運營管理的重要性是存在差異的，而目前的評價體系對于不同的機電設(shè)施的權(quán)值設(shè)置相同，不能體現(xiàn)不同機電設(shè)施對運營管理貢獻大小的差異性，評價結(jié)果自然也就不能體現(xiàn)機電設(shè)施整體性能的差異性。

1.3　無法全面反映公路機電設(shè)施在系統(tǒng)層面存在的問題

由于評價體系中只包含高速公路現(xiàn)有的機電設(shè)施，現(xiàn)有的機電設(shè)施的檢測結(jié)果好，則最終的評價結(jié)果就高。但是，若高速公路的機電設(shè)施在整體配置上存在缺陷，比如機電設(shè)施配置的種類或數(shù)量上有缺陷時，是無法在評價結(jié)果中得到反映的。

造成上述問題的根本原因，在于工程質(zhì)量檢驗評定和運營期間的公路機電設(shè)施技術(shù)狀況檢測評價從目的到細節(jié)都存在一定差異性。(1)前者的評價基礎(chǔ)是建設(shè)期間的設(shè)計文件，而后者則應(yīng)采用最新的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)更為合適。這是因為機電設(shè)施在經(jīng)過較長時期的運營期后，用建設(shè)時期的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)基本無法滿足當(dāng)前服務(wù)管理的需要。(2)前者是判斷工程質(zhì)量是否合格，而后者是對目前運營中的機電設(shè)施的整體性能的評價。因此，不能簡單套用檢評標(biāo)準(zhǔn)中的工程質(zhì)量檢驗評定方法。

2基本要求和關(guān)鍵技術(shù)探討

層次分析法(The analytic hierarchy process)簡稱AHP，在20世紀70年代中期由美國運籌學(xué)家托馬斯·塞蒂(T.L.Saaty)正式提出[2]。它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。在交通運輸領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[3-6]。

運用AHP解決公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價問題時，應(yīng)以滿足評價需求為最終目標(biāo)構(gòu)建評價體系和權(quán)值計算。基本要求和關(guān)鍵技術(shù)為：

(1)目標(biāo)層為最上層，只能有一個元素，即公路機電設(shè)施的技術(shù)狀況總評價值。

(2)對象層為最下層。對象層的構(gòu)建參數(shù)應(yīng)全面，因為參數(shù)的遺漏會導(dǎo)致最終評價結(jié)果的缺陷。對象層參數(shù)不僅應(yīng)包括各項機電設(shè)施設(shè)備的檢測參數(shù)，還應(yīng)充分考慮影響系統(tǒng)性能的其他指標(biāo)，例如設(shè)備平均故障次數(shù)等。

(3)指標(biāo)層為中間層。指標(biāo)層是目標(biāo)層與對象層之間的多級結(jié)構(gòu)層，是評價體系構(gòu)造的關(guān)鍵。指標(biāo)層的每一級構(gòu)造都必須滿足能夠集中體現(xiàn)上層元素在某方面的特性，成為下層元素的聚類和歸納。當(dāng)一層的指標(biāo)數(shù)量過多時(通常要求≤9個)，應(yīng)該對該層指標(biāo)進行分解和聚類，構(gòu)建上層指標(biāo)；若上層指標(biāo)的數(shù)量仍然過多，則應(yīng)進一步構(gòu)建更高層指標(biāo)[2]。“設(shè)備配置的完備度”應(yīng)作為一項指標(biāo)納入指標(biāo)層，通過該指標(biāo)的引入，可以保證公路機電設(shè)施在系統(tǒng)層面存在的問題在最終的評價結(jié)果中得到有效的反映。

(4)為反映不同種類的機電設(shè)施的重要程度，體現(xiàn)公路機電設(shè)施系統(tǒng)的性能差異，應(yīng)該保證關(guān)鍵項目的得分在最終評價結(jié)果中占有應(yīng)有的比重，權(quán)值構(gòu)造時，不僅要進行一致性檢驗[2，7]和組合一致性檢驗[2，7]，還需保證關(guān)鍵項目的權(quán)值一定大于非關(guān)鍵項目。為達到這一目標(biāo)，本文提出關(guān)鍵項目占比校驗方法。

實施環(huán)節(jié)：關(guān)鍵項目占比校驗在一致性檢驗之后，組合一致性檢驗之前進行；

步驟組成：包括關(guān)鍵項目單項占比檢驗和關(guān)鍵項目組合占比檢驗兩個步驟；先進行單項占比檢驗，然后進行組合占比校驗；

具體計算方法：

確定單一關(guān)鍵項目i最小占比0≤ai≤100%，關(guān)鍵項目組合最小占比0≤b≤100%。要求?i，b≥ai。

構(gòu)造單一關(guān)鍵項目檢驗矩陣。關(guān)鍵項目i的檢驗矩陣是在原成對比較矩陣的基礎(chǔ)上，保留所有非關(guān)鍵項目，剔除所有除i之外的關(guān)鍵項目所在的行和列構(gòu)成的矩陣。

做單一關(guān)鍵項目占比校驗。計算單一關(guān)鍵項目檢驗矩陣的權(quán)向量，并將i所對應(yīng)的權(quán)值與關(guān)鍵項目最小占比ai相比較，若前者大于后者，檢驗通過，否則應(yīng)重新構(gòu)造成對比較矩陣。

做關(guān)鍵項目組合占比校驗。將所有單一關(guān)鍵項目校驗矩陣的權(quán)值相加，與關(guān)鍵項目組合最小占比b相比較，若前者大于后者，檢驗通過，否則應(yīng)重新構(gòu)造成對比較矩陣。

3層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造實例

以某省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測評價為例，具體說明基于AHP的公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價方法。

本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測評價的范圍覆蓋了該省所有已通車高速公路路段，檢測的目的首先是掌握已通車高速公路路段現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況，在此基礎(chǔ)上，對影響高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的主要原因進行分析，為提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況提供對策措施。

本次高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況評價層次結(jié)構(gòu)模型的最上層為目標(biāo)層，目標(biāo)層只有一個元素，即本次檢測范圍內(nèi)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況總評價值。

其次研究評價模型的對象層?！稒z評標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的各項監(jiān)控設(shè)施設(shè)備的檢測指標(biāo)自然應(yīng)該納入本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測評價模型的對象層。同時，必須看到，檢評標(biāo)準(zhǔn)中的檢查項目尚不足以支撐本次檢測評價活動的所有需求，例如已通車高速公路維護管理工作的執(zhí)行情況，現(xiàn)有檢評標(biāo)準(zhǔn)中基本沒有能夠反映這一方面的檢查項目，因而必須補充相應(yīng)的基層指標(biāo)。這些基層指標(biāo)包括運營監(jiān)測值班制度及執(zhí)行情況、維護保養(yǎng)制度及執(zhí)行情況、設(shè)備檔案管理及執(zhí)行情況、備品備件管理以及其他必要的指標(biāo)。

由于對象層的指標(biāo)遠遠超過9個，因此必須構(gòu)建指標(biāo)層。

由于本次檢測的高速公路包括分屬于不同業(yè)主的多個高速公路路段，因此指標(biāo)層的第一層選擇為各高速公路路段監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的綜合評價值，以便于從總體上對各高速公路路段監(jiān)控設(shè)施的技術(shù)狀況進行比較。

指標(biāo)層的第二層選擇為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的4個主要影響因素：

(1)設(shè)備材料質(zhì)量。顯然，監(jiān)控設(shè)施設(shè)備的質(zhì)量越高，整個監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況就容易維持在較高的水平，反之亦然。

(2)工程施工質(zhì)量。要構(gòu)成一個有效運行的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，僅有外場設(shè)備是遠遠不夠的。①外場設(shè)備必須得到正確的安裝和調(diào)試；②需要建設(shè)將外場設(shè)備集成到一個系統(tǒng)中的通信線路、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)；③系統(tǒng)集成的關(guān)鍵，還在于開發(fā)和配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件，才能驅(qū)動整個監(jiān)控系統(tǒng)完整有效地發(fā)揮其效能。

(3)維護管理工作的有效性。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在長期運行過程中，其設(shè)備設(shè)施不可避免地會出現(xiàn)老化、磨損和失效，如果不能及時采取相關(guān)的維護管理措施，則高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行將不可避免地受到影響。

(4)設(shè)備配置的完善度。對于建設(shè)時間較早的高速公路路段，若沒有及時進行升級改造，則其監(jiān)控設(shè)施設(shè)備配置很可能不能達到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所要求的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況對其監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況造成了不利影響。

第二層的4個因素，分別可以綜合反映制造商(設(shè)備材料質(zhì)量)、集成商(工程施工質(zhì)量)、運營管理方(維護管理工作的有效性、設(shè)備配置的完善度)的工作對高速公路監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的影響，從其相應(yīng)的評價值可以看出影響該高速公路路段監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的主要因素，便于在整改過程中采取針對性的措施。

在指標(biāo)層的第一層、第二層按上述規(guī)則確定之后，將所有對象層元素分別歸類。顯然，所有對象層元素首先按所屬的高速公路路段歸類，在此基礎(chǔ)上，每個高速公路路段的所有對象層元素再分別被歸入四個影響因素的類別中去。以車輛檢測器為例(見表1)：

進行上述歸類之后，如果某一個類別中的對象層元素仍然遠多于9個，按照AHP的要求，就必須進一步構(gòu)造更下層的指標(biāo)層，直到每個指標(biāo)所對應(yīng)的類別中的對象層元素符合AHP的要求為止。例如在本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測評價體系構(gòu)造過程中，考慮到屬于檢測范圍的監(jiān)控外場設(shè)備種類較多，各類設(shè)備的檢查項目中屬于設(shè)備材料質(zhì)量類的對象層元素總數(shù)遠多于9個，因此首先將設(shè)備材料質(zhì)量類的對象層元素按設(shè)備類型進行歸類，例如將車輛檢測器的設(shè)備材料質(zhì)量歸為一類，作為設(shè)備材料質(zhì)量類對象層元素的上級指標(biāo)，同時是設(shè)備材料質(zhì)量指標(biāo)的直接下級指標(biāo)。層次結(jié)構(gòu)模型體系如圖1所示：

表1　車輛檢測器檢查項目分類表

圖1　層次結(jié)構(gòu)模型體系圖

整個層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造完成后，從對象層開始，按照本文提出的權(quán)值計算方法，分級構(gòu)造成對比較矩陣，并計算各級的權(quán)值向量。

得到整個體系完整的權(quán)值向量組合之后，將檢測值代入計算，得到每一級各項指標(biāo)的中間結(jié)果，并最終得到總的評價結(jié)果。

總的評價結(jié)果作為全省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的總評價結(jié)果值。而每一級各項指標(biāo)的中間結(jié)果則可用于各路段的橫向比較，以及不同設(shè)備之間的橫向比較。

該項目共檢測了19條高速公路的路段監(jiān)控系統(tǒng)，得到所有路段的總評分排序和設(shè)備材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、維護管理、設(shè)備配置的單項評分排序。

通過該項目的實施，發(fā)現(xiàn)了各路段機電設(shè)備設(shè)施普遍存在的問題。比如設(shè)備配置情況不理想、監(jiān)控設(shè)備覆蓋率差等，并分析了成因，提出了合理化建議。

4結(jié)語

層次分析法(AHP)是一種處理復(fù)雜的評價和決策問題的有效方法。將AHP運用于運營期公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評價彌補了現(xiàn)有方法的不足，為管理部門全面掌握高速公路監(jiān)控系統(tǒng)運營現(xiàn)狀，進一步規(guī)范和促進系統(tǒng)運行管理工作，提高運營管理水平指明了方向，具有積極的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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Research on AHP-based Technical Situation Evaluation Method for Highway Electromechanical Facilities

LIN Li

(Highway Planning Survey and Design Institute of Sichuan Department of Transportation，Chengdu，Sichuan，610041)

Abstract：Aiming at the technical situation evaluation characteristics of electromechanical highway facil-ities during the operation stage，this article analyzed the problems and inadequacy of current technical situation evaluation methods for electromechanical highway facilities，and proposed an AHP-based(Analytic Hierarchy Process)detection and evaluation method of electromechanical highway facilities. It mainly discussed some key technology problems such as evaluation system configuration and weight calculation，and with the implementation of expressway monitoring system technology situation detection and evaluation project in a province as the example，it discussed the feasibility and advantages of using this method in technical situation evaluation of electromechanical highway facilities.

Keywords：Highway；Electromechanical facilities；AHP；Technical situation evaluation；Method

收稿日期：2015-07-03

文章編號：1673-4874(2015)08-0016-05

中圖分類號：U415.5

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.004

作者簡介