基于GA-PP模型的水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系研究

司 新 毅

(中國(guó)水務(wù)投資有限公司，北京100053)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口、資源和環(huán)境的矛盾愈加突出，粗放的生產(chǎn)生活方式與生態(tài)環(huán)境承載力之間的矛盾加劇。當(dāng)前，我國(guó)水利工程質(zhì)量整體水平有所提高，但質(zhì)量問(wèn)題仍然不少。作為投資建設(shè)單位，隨著項(xiàng)目越來(lái)越多，地域跨度越來(lái)越大，對(duì)工程質(zhì)量掌控力越來(lái)越弱，如何建立規(guī)范的水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，對(duì)水利工程質(zhì)量進(jìn)行客觀、公正評(píng)估，制定合理的整改方案，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

以往，各行業(yè)根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律、法規(guī)和行業(yè)規(guī)定，構(gòu)建適用于本行業(yè)的質(zhì)量檢查體系。在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，大多采用訪談、專(zhuān)家打分法確定各因素的影響力大小，再通過(guò)層次分析法[1]等確定各個(gè)因素的權(quán)重。這類(lèi)方法是以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)，要求采訪的專(zhuān)家達(dá)到一定數(shù)量，否則帶有很大的主觀因素，而投影尋蹤方法則比較客觀，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛[2-6]，而將此模型應(yīng)用在質(zhì)量評(píng)價(jià)研究方面相對(duì)較少，本文通過(guò)建立水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，應(yīng)用構(gòu)建的GA-PP模型，通過(guò)Matlab模擬編程，對(duì)水利工程質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行客觀和合理評(píng)價(jià)。

1 水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

影響水利工程質(zhì)量的因素很多，在構(gòu)建水利工程質(zhì)量檢查體系指標(biāo)時(shí)，應(yīng)遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、可操作性三原則，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)際情況選取指標(biāo)并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行解釋。水利工程質(zhì)量檢查體系包含三大體系：質(zhì)量監(jiān)督體系、質(zhì)量控制體系和質(zhì)量保證體系。

(1)質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)督體系包括政府部門(mén)和項(xiàng)目法人對(duì)監(jiān)理單位和施工單位施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，按國(guó)家基本建設(shè)程序、規(guī)范、規(guī)程等進(jìn)行檢查，作為投資建設(shè)單位，無(wú)權(quán)對(duì)政府部門(mén)進(jìn)行檢查，所以質(zhì)量監(jiān)督體系中不包含對(duì)政府部門(mén)的檢查。內(nèi)容包括對(duì)項(xiàng)目法人質(zhì)量管理制度建設(shè)、機(jī)構(gòu)建設(shè)、監(jiān)督手續(xù)辦理情況、設(shè)計(jì)變更和歷次發(fā)現(xiàn)問(wèn)題整改情況的檢查，具體見(jiàn)表1。

(2)質(zhì)量控制體系主要是指施工監(jiān)理單位根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)施工、監(jiān)理規(guī)范和規(guī)程對(duì)施工全過(guò)程、全方位進(jìn)行監(jiān)督檢查，做好質(zhì)量、進(jìn)度、資金三大控制和合同條款管理實(shí)施工作。內(nèi)容包括機(jī)構(gòu)建設(shè)、監(jiān)理質(zhì)量檢查、簽發(fā)各類(lèi)文件、監(jiān)理日志和月報(bào)情況。

(3)質(zhì)量保證體系部門(mén)包括勘測(cè)設(shè)計(jì)單位和施工單位?？睖y(cè)設(shè)計(jì)質(zhì)量保證包括勘察設(shè)計(jì)文件質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)及工作記錄等方面；施工質(zhì)量保證包括施工質(zhì)量管理制度建立與執(zhí)行、現(xiàn)場(chǎng)施工管理機(jī)構(gòu)及責(zé)任人、施工過(guò)程質(zhì)量控制、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定和質(zhì)量驗(yàn)收等等。

(4)評(píng)分細(xì)則。打分標(biāo)準(zhǔn)將質(zhì)量評(píng)價(jià)體系指標(biāo)的完成情況分為4個(gè)等級(jí)：完全符合(9～10分)，基本符合(6～9分)，部分符合(2～6分)，不符合(0分)，由專(zhuān)家對(duì)23項(xiàng)指標(biāo)層按照打分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，均值為該工程該指標(biāo)層得分。

2 計(jì)算模型建立

投影尋蹤方法最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末，krusca首先使用投影尋蹤方法，把高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，找到一個(gè)反映數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征的最優(yōu)投影方向，用來(lái)分析和處理高維數(shù)據(jù)，是非線性、非正太高維數(shù)據(jù)的新興統(tǒng)計(jì)方法。目前廣泛地應(yīng)用于分類(lèi)、模式識(shí)別、遙感分類(lèi)、圖像處理等領(lǐng)域。該模型主要包含4個(gè)步驟。

表1 水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系指標(biāo)

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)于統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)樣本集數(shù)據(jù)，有的越大越優(yōu)，有的越小越優(yōu)，需將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。指標(biāo)樣本集：

{x*(i,j)|i=1,2,…,m;j=1,2,…,n}

(1)

式中：x*(i,j)是第i個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的第j指標(biāo)；m為樣本數(shù)；n為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

對(duì)于越大越優(yōu)指標(biāo)：

(2)

對(duì)于越小越優(yōu)指標(biāo)：

(3)

式中：xmax(j)是第j指標(biāo)最大值；xmin(j)是第j指標(biāo)最小值。

2.2 函數(shù)構(gòu)建

設(shè)a(j)為投影向量，樣本i在該方向上的投影為：

(4)

其中，‖a‖=1，Z(i)的分部特征應(yīng)該滿足：投影點(diǎn)局部盡可能密集，在整體上盡可能散開(kāi)。類(lèi)間散開(kāi)度由Z(i)的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示：

(5)

類(lèi)內(nèi)密集度由函數(shù)DZ來(lái)表示：

(6)

式中：E(Z)為投影值Z(i)的均值；R為局部密度窗口值，一般取0.1SZ；r(i,j)為樣本投影值Z(i)和Z(j)之間的距離，r(i,j)=|Z(i)-Z(j)|；u(t)為單位越階函數(shù)，當(dāng)t≥0時(shí)，其值取1，當(dāng)t<0時(shí)，其值取0。

綜上所述，可構(gòu)造指標(biāo)函數(shù)：

Q(a)=SZDZ

(7)

指標(biāo)函數(shù)Q(a)會(huì)隨著投影向量a的變化而變化，投影尋蹤法就是找出對(duì)應(yīng)的投影向量a，使得Q(a)取最大值，即：

目標(biāo)函數(shù)：

maxQ(a)=SZDZ

(8)

約束條件：

(9)

2.3 函數(shù)求解

構(gòu)造的函數(shù)為非線性優(yōu)化問(wèn)題，傳統(tǒng)方法求解比較困難，本文采用遺傳算法[7]求解該問(wèn)題，但是直接求解有一定難度，首先將帶有約束條件的極大值函數(shù)問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即目標(biāo)函數(shù)：

(10)

式中：為保證投影向量平方和為1，M可以設(shè)為一個(gè)極大值，本文中取M=10 000。

遺傳算法主要包括以下幾個(gè)步驟：①生成初始群體。隨機(jī)產(chǎn)生 個(gè)數(shù)據(jù)組，構(gòu)成一個(gè)初始群體。每個(gè)數(shù)據(jù)組包含23個(gè)變量，即投影變量。②交換。由交換概率挑選的每?jī)蓚€(gè)父代通過(guò)將相異的部分基因進(jìn)行交換，從而產(chǎn)生新的個(gè)體。③變異。首先在群體中隨機(jī)選擇一定數(shù)量個(gè)體，對(duì)于選中個(gè)體會(huì)以一定的概率改變某個(gè)數(shù)據(jù)基因的值。同生物界一樣，變異發(fā)生的概率很低。④適應(yīng)度。將生成的n個(gè)數(shù)據(jù)組代入公式(10)中，目標(biāo)值函數(shù)值越小，說(shuō)明適應(yīng)性越好，其適應(yīng)值越大，下次交換概率也就會(huì)越大。⑤中止。給定遺傳代數(shù)mgen，算法迭代到此代數(shù)時(shí)停止。

通過(guò)Matlab7.1進(jìn)行編程計(jì)算，為計(jì)算比較精確，n=100，megn=5 000。

2.4 分類(lèi)和優(yōu)化排列

通過(guò)遺傳算法，可以求出最優(yōu)投影變量a*，將其代入式(4)，能夠得到最能反映高維數(shù)據(jù)特征的投影向量Z*，將Z*按從小到大順序排列。

3 實(shí)例分析

將歷年水利工程質(zhì)量檢查指標(biāo)打分情況進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)，并歸一化進(jìn)行處理，投影向量中每個(gè)值在[0,1]范圍內(nèi)，利用Matlab7.1，通過(guò)遺傳算法，對(duì)投影尋蹤模型進(jìn)行求解，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，并將歷年投影值進(jìn)行排序，具體見(jiàn)圖 1。

表2 水利工程評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果

圖1 歷年水利工程投影值情況變化表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，最佳投影向量都在[0,1]范圍內(nèi)，且平方和為1，計(jì)算結(jié)果滿足約束條件。

近年來(lái)，政府為了減輕財(cái)政負(fù)擔(dān)，政府與企業(yè)之間多采用PPP模式進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目建設(shè)，包含BOT，TOT等多種模式，企業(yè)利潤(rùn)主要來(lái)自于運(yùn)營(yíng)階段，而工程的建設(shè)質(zhì)量直接決定了運(yùn)營(yíng)的收益和運(yùn)行成本，作為以建設(shè)、運(yùn)營(yíng)為主的投資單位，工程建設(shè)質(zhì)量尤其重要。由圖1可以看出，歷年水利工程投影值逐年遞增，說(shuō)明水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量管控力越來(lái)越大，質(zhì)量越來(lái)越好，企業(yè)處在一個(gè)良性的發(fā)展當(dāng)中。

雖然工程質(zhì)量不斷提高，但并不代表沒(méi)有問(wèn)題，建設(shè)方仍然存在一些制度、質(zhì)量評(píng)定、工程驗(yàn)收等方面的問(wèn)題，各項(xiàng)目公司針對(duì)自己存在問(wèn)題，根據(jù)專(zhuān)家提出的意見(jiàn)，認(rèn)真制定整改方案，把工程質(zhì)量工作落到實(shí)處，從源頭上減少質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)基于GA-PP水利工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系研究，結(jié)論主要包含以下幾方面。

(1)GA-PP模型的建立，避免了客觀賦值的干擾，而且評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確合理，為質(zhì)量評(píng)價(jià)體系研究提供了新的方法。

(2)最佳投影向量各分量的大小，決定了各指標(biāo)對(duì)整個(gè)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的影響程度，為質(zhì)量檢查提供了參考依據(jù)。

(3)工程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系指標(biāo)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于體系指標(biāo)選取的全面性、科學(xué)性和完備性，有待進(jìn)一步研究。

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[1] 鄧 雪，李家銘，曾浩健，等．層次分析法權(quán)重計(jì)算方法分析及其應(yīng)用研究[J]．?dāng)?shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，42(7)：93-100．

[2] 鄧楚雄，謝炳庚，李曉青，等．基于投影尋蹤法的長(zhǎng)株潭城市群地區(qū)耕地集約利用評(píng)價(jià)[J]．地理研究，2013，32(11)：2 000-2 008．

[3] 高 楊，黃華梅，吳志峰．基于投影尋蹤的珠江三角洲景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(21)：5 894-5 903．

[4] 魏龍亮，陳元芳，程 龍，等．投影尋蹤模型在典型洪水選擇中的應(yīng)用[J]．水電能源科學(xué)，2013，31(1)：34-37．

[5] 繆萍萍，董增川，李慶航，等．投影尋蹤模型在地表水環(huán)境質(zhì)量后評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]．水電能源科學(xué)，2010，28(5)：33-35．

[6] 萬(wàn)玉文．丘陵山地雨水集蓄工程設(shè)計(jì)方案的投影尋蹤優(yōu)選[J]．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011，(12)：55-57．

[7] 馬永杰，云文霞．遺傳算法研究進(jìn)展[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，29(4)：1 201-1 206．