基于層次分析法的船型標(biāo)準(zhǔn)化綜合評(píng)價(jià)體系研究

劉暢++陳曉明++王紅梅++楊啟武

摘要：立足于廣東省航道系統(tǒng)航標(biāo)工作船船型特點(diǎn)，引入層次分析法，并綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保節(jié)能等因素影響，設(shè)定12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以此建立廣東省航標(biāo)工作船船型標(biāo)準(zhǔn)化的綜合評(píng)價(jià)體系，把定性分析與定量計(jì)算有機(jī)地結(jié)合起來，避免僅憑某個(gè)或少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)來選擇方案的片面性，使標(biāo)準(zhǔn)船型的選取更具有科學(xué)性。

關(guān)鍵詞： 航標(biāo)工作船；評(píng)價(jià)指標(biāo) ；層次分析法；船型標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：U674.28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Comprehensive Evaluation System of Ship Type Standardization Based AHP

LIU Chang1， CHEN Xiaoming2，3， WANG Hongmei2，3， YANG Qiwu2

（1. Waterway Bureau of Guangdong Province，Guangzhou 510000；

2. South China University of Technology， Guangzhou 510640；

3.CSIC Architecture Design and Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100024）

Abstract： Based on the characteristics of beacon vessel in Guangdong province， the scientific comprehensive evaluation system of ship type standardization is established，which adopts AHP method to make the organic combination of qualitative analysis and quantitative calculation. Meanwhile， In order to avoid the one-sided approach of choosing a solution by one or a few indicators， 12 evaluation indexes of beacon vessel in Guangdong province are set to make the selection of standard ship is more scientific under comprehensive consideration of technology， economy， safety， environmental protection and energy saving.

Keywords： Beacon Vessel； Evaluation Indicator； AHP； Ship type standardization

1 引言

船型標(biāo)準(zhǔn)化是改變船型品種過于繁雜，以及改善船型雜亂帶來的諸多弊端的有效途徑。為了適應(yīng)未來廣東省航道保障事業(yè)的發(fā)展，有必要加強(qiáng)對(duì)廣東省航道系統(tǒng)航標(biāo)工作船船型標(biāo)準(zhǔn)化的研究，按照船型各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)船型，并逐步淘汰不符合標(biāo)準(zhǔn)的船型。標(biāo)準(zhǔn)化船型的研究和開發(fā)，將為廣東省航道系統(tǒng)航標(biāo)工作船的設(shè)計(jì)與建造提供優(yōu)秀的母本，對(duì)推動(dòng)航標(biāo)工作船技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)航運(yùn)事業(yè)科學(xué)發(fā)展，加快發(fā)展暢通、高效、平安、綠色航運(yùn)具有重要的意義。

2 船型標(biāo)準(zhǔn)化綜合評(píng)價(jià)的基本原則

根據(jù)廣東省航道系統(tǒng)航標(biāo)工作船特征，其船型標(biāo)準(zhǔn)化綜合評(píng)價(jià)的基本原則應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：

（1）適應(yīng)船舶專業(yè)化、系列化的發(fā)展趨勢

以適用于普通燈浮標(biāo)作業(yè)為前提，調(diào)整總體布局，增大作業(yè)設(shè)備能力，突出航標(biāo)作業(yè)專用船型的特點(diǎn)；采用先進(jìn)技術(shù)與專用裝備，提高甲板作業(yè)機(jī)械化程度；優(yōu)化推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高操縱性能，滿足航標(biāo)作業(yè)特點(diǎn)需要，并兼顧其它作業(yè)功能的需要。

（2）適應(yīng)廣東省航道航運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)備的條件

根據(jù)廣東省相應(yīng)航區(qū)和航道航運(yùn)的條件，內(nèi)河航標(biāo)船應(yīng)適用于狹窄航道、淺水水域或養(yǎng)殖區(qū)附近水域的浮標(biāo)設(shè)置，提高航標(biāo)助航保障效能。

（3）滿足規(guī)范、法規(guī)，體現(xiàn)安全、綠色環(huán)保

以滿足我國現(xiàn)有規(guī)范、法規(guī)為基本前提，推進(jìn)安全和綠色導(dǎo)向，遵守規(guī)范、法規(guī)對(duì)節(jié)能減排及環(huán)保的要求；考慮法規(guī)對(duì)船員生活設(shè)施的要求，體現(xiàn)和諧發(fā)展；考慮廣東省各航區(qū)和航道的航標(biāo)保障工作的需要，注重適應(yīng)各種航標(biāo)保障的系列化船型匹配，為促進(jìn)廣東省航標(biāo)系統(tǒng)行業(yè)整體助航保障能力提供積極的服務(wù)。

（4）具有較好的經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能

具有較好的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性，是船型方案推薦需要遵循的最重要的原則。在滿足規(guī)范前提下，考慮造價(jià)、船舶年維護(hù)成本的重要影響。

3 標(biāo)準(zhǔn)化船型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分析

根據(jù)廣東省航道系統(tǒng)航標(biāo)工作船船型的特點(diǎn)，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保節(jié)能等方面，確定航標(biāo)工作船標(biāo)準(zhǔn)化船型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使標(biāo)準(zhǔn)船型選取具有科學(xué)性。

3.1 與技術(shù)性相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）載重量系數(shù)

載重系數(shù)為船舶載重量與船舶排水量之比。在同一排水量下，載重量系數(shù)越高，船舶裝載能力就越大，船舶經(jīng)濟(jì)效益也越好。

（2）吃水

由于水深受限制，因此對(duì)沿海船、內(nèi)河船的吃水限制較嚴(yán)。

（3）航速

航標(biāo)搶修和維護(hù)的時(shí)限性是航標(biāo)管理部門的命脈所在，航速是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。

（4）初穩(wěn)性

船舶穩(wěn)性是保證船舶航行安全的重要性能。對(duì)于小型航標(biāo)船，由于航標(biāo)基本堆放在甲板上，重心較高，因而要求初穩(wěn)性較高。endprint

3.2 與營運(yùn)適應(yīng)性相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）航標(biāo)起重機(jī)的形式

航標(biāo)起重機(jī)是航標(biāo)工作船最直接的作業(yè)機(jī)械設(shè)備，因技術(shù)特征、使用性、安全性、質(zhì)量和安裝布置形式的差異而有優(yōu)劣之分。隨著機(jī)械化程度的提高，其形式主要經(jīng)歷4個(gè)階段：吊桿式起重機(jī) A型架起重機(jī)龍門式起重機(jī) 旋轉(zhuǎn)臂起重機(jī)。

（2）起重系數(shù)

起重系數(shù)為船舶起吊重量與船舶排水量之比。在同一排水量下，起重系數(shù)越高，船舶經(jīng)濟(jì)效益將越好。

（3）單位功率載標(biāo)量

單位功率載標(biāo)量為船舶載標(biāo)數(shù)量與船舶主機(jī)功率之比，體現(xiàn)不同船型的建造水平。單位功率載標(biāo)量越高，船舶航標(biāo)保障能力越強(qiáng)，船舶經(jīng)濟(jì)效益將越好。

（4）作業(yè)甲板面積利用系數(shù)

作業(yè)甲板面積利用系數(shù)為作業(yè)甲板面積與船舶起吊重量之比。增加作業(yè)甲板面積能夠有效提高航標(biāo)船載標(biāo)量，以及提高投標(biāo)、收標(biāo)作業(yè)的安全性與工作效率。作業(yè)甲板面積利用系數(shù)越大，船舶航標(biāo)作業(yè)能力越強(qiáng)，船舶經(jīng)濟(jì)效益將越好。

（5）吊標(biāo)作業(yè)效率

吊標(biāo)作業(yè)效率決定船舶航標(biāo)作業(yè)能力，吊標(biāo)作業(yè)效率越高，船舶航標(biāo)保障能力越強(qiáng)。

3.3 與經(jīng)濟(jì)性、綠色環(huán)保相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1） 造價(jià)

造價(jià)與船舶經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。

（2） 船舶年維護(hù)成本

船舶年維護(hù)成本決定了船舶營運(yùn)成本，船舶年維護(hù)成本越低，船舶經(jīng)濟(jì)性越好

（3） 單位碳排量

為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)、綠色船舶的要求，特設(shè)立單位碳排量評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算公式為：

單位碳排量=主機(jī)功率×單位油耗×航運(yùn)時(shí)間×2.65 / 載標(biāo)數(shù)量； （1）

標(biāo)準(zhǔn)化單位碳排量指的是航標(biāo)工作船裝載單位航標(biāo)量航行所需二氧化碳排量（kg）。

4 船型綜合評(píng)價(jià)體系的確定方法

4.1 層次分析法

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)人員主要是通過擬定一定數(shù)量的航標(biāo)工作船方案，并對(duì)其進(jìn)行分析論證而得到船型標(biāo)準(zhǔn)化最優(yōu)方案。但在實(shí)踐中，該方法存在工作量大、人為因素多、決策隨意性大等局限性。為了克服上述問題，本文建立了基于層次分析法[1]的廣東省航標(biāo)工作船標(biāo)準(zhǔn)化船型綜合評(píng)價(jià)體系，通過定性和定量分析相結(jié)合的決策方法來優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)船型。層次分析法能夠?qū)⒋蛢?yōu)選排序這一多目標(biāo)決策問題有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等有序?qū)哟危趯?duì)實(shí)際問題的深入分析基礎(chǔ)之上，確定表達(dá)每一層次全部元素的相對(duì)重要性次序的權(quán)值，確定層次總排序，并最終得到綜合指標(biāo)最優(yōu)的船型方案。

4.2 層次分析法計(jì)算步驟

4.2.1 遞階層次結(jié)構(gòu)的建立

基于航標(biāo)工作船的船型特點(diǎn)，本文建立了船型多方案優(yōu)選排序的層次結(jié)構(gòu)模型，即將船型有關(guān)的元素分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層三個(gè)層次的遞階層次結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 遞階層次結(jié)構(gòu)

4.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

對(duì)于層次分析法在船型標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的應(yīng)用，最關(guān)鍵的一步是確定遞階層次結(jié)構(gòu)中每一層次各元素的相互重要性，并以判斷矩陣方式數(shù)值表達(dá)出來。本文根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)、專家意見和決策者的認(rèn)識(shí)水平加以綜合平衡后，得出準(zhǔn)則層的判斷矩陣B，見表1。

表1中的數(shù)值表示對(duì)于總目標(biāo)O而言的準(zhǔn)則層C各評(píng)價(jià)指標(biāo)因素之間的相對(duì)重要性。其中：數(shù)字1表示Ci與Cj同等重要；5表示Ci比Cj一般重要；9表示Ci比Cj非常重要；其他數(shù)值具有類似的意義。

4.2.3 判斷矩陣計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

判斷矩陣B對(duì)應(yīng)于最大特征值λmax的特征向量W，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值。為了保證層次分析法的科學(xué)性，需要保證判斷矩陣的標(biāo)準(zhǔn)具有一致性。衡量判斷矩陣是否具有一致性，可通過偏差一致性指標(biāo)CI來反映[3]：

（2）

當(dāng)隨機(jī)一致性比例CR=CI/RI <0.10時(shí)，可認(rèn)為層次單排序結(jié)果有滿意的一致性，否則需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使其具有滿意的一致性。

本文通過編程，求解上述表1中的判斷矩陣，其計(jì)算結(jié)果為：λmax=12.969，CI= 0.088，RI=1.540，CR=0.057 <0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。

因此，船型綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層的各評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的權(quán)重為：W= [aj]=（0.018， 0.088， 0.106， 0.053， 0.158 ，0.085 ，0.141， 0.053， 0.070 ，0.123 ，0.035， 0.070）。

4.2.4 層次總排序計(jì)算

已知準(zhǔn)則層包含m個(gè)因素A1，A2，…，Am ，則對(duì)于目標(biāo)層的單排序值為a1，a2，…，am。方案層P層包含n個(gè)因素P1，P2，…，Pn，它們關(guān)于Aj的單排序權(quán)重分別為p1j，p2j，…，pnj（當(dāng)Aj與Pj無關(guān)聯(lián)時(shí)，pij=0）。那么方案層各因素的層次總排序權(quán)重 ， ，…， 為：

（3）

5 應(yīng)用實(shí)例

內(nèi)河起吊3t航標(biāo)工作船（縱吊船型）船型系列，適應(yīng)平原航道（含庫區(qū)航道）等狹窄航道的高等級(jí)航道，能夠滿足HF1.8/HF1.5浮標(biāo)及以下尺寸所有浮標(biāo)的布放、回收、安裝及維護(hù)工作，同時(shí)滿足測量和清障的要求，是廣東省航道系統(tǒng)的主要航標(biāo)工作船型之一。根據(jù)實(shí)際需要，應(yīng)用上述船型標(biāo)準(zhǔn)化綜合評(píng)價(jià)體系對(duì)其進(jìn)行研究。

5.1 船型方案

內(nèi)河起吊3t航標(biāo)工作船（縱吊船型）船型方案，來源于廣東省航道系統(tǒng)實(shí)際船型，如表2。

5.2 船型綜合評(píng)價(jià)

5.2.1 指標(biāo)值計(jì)算

計(jì)算各個(gè)船型方案的12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值，并對(duì)其進(jìn)行歸一化，如表3所示。

5.2.2 船型優(yōu)選總目標(biāo)的層次排序權(quán)值計(jì)算

內(nèi)河起吊3t航標(biāo)工作船（縱吊船型）各方案，相對(duì)于船型方案優(yōu)選總目標(biāo)的層次排序結(jié)果，如表4所示。

5.2.3 優(yōu)選方案評(píng)價(jià)

由表4可知，第5方案的總排序值最大，船型具有較大優(yōu)勢，適合作為內(nèi)河起吊3t航標(biāo)工作船（縱吊船型）的標(biāo)準(zhǔn)船型，這與用常規(guī)方法進(jìn)行的方案選擇結(jié)果相同。表5為第5方案標(biāo)準(zhǔn)船型的主要要素。

表5 第5方案標(biāo)準(zhǔn)船型的主要要素

方案 總噸位 總長 （m） 型寬（m） 型深（m） 吃水 （m） 設(shè)計(jì)速度（kn） 船員人數(shù)

（人） 肋距

（m） 主機(jī)功率（kw） 生產(chǎn)能力 航區(qū)

產(chǎn)量（m3/h） 吊重（t）

5 110 26.36 5.8 2.2 1.51 10 8 0.5 203 3 A

6 結(jié)束語

本文基于層次分析法的標(biāo)準(zhǔn)化船型綜合評(píng)價(jià)體系，能夠?qū)?shí)際船型的定性分析與定量計(jì)算結(jié)合起來，層次分明、計(jì)算簡捷，適用于多目標(biāo)多方案船型優(yōu)選決策，在船型標(biāo)準(zhǔn)化研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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