電網(wǎng)換流站土石方工程綠色施工評(píng)價(jià)體系研究

沈超, 邵先鋒, 李大華

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009； 2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230000； 3.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

電網(wǎng)換流站土石方工程綠色施工評(píng)價(jià)體系研究

沈超1, 邵先鋒2, 李大華3

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009； 2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230000； 3.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

以在建規(guī)模最大的國(guó)家電網(wǎng)換流站項(xiàng)目為例，利用層次分析法計(jì)算得到綠色施工綜合管理、資源與能源利用、環(huán)境負(fù)荷控制三大準(zhǔn)則層的各項(xiàng)綠色施工指標(biāo)，通過(guò)對(duì)各層次指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，建立了能夠定量分析的土石方工程綠色施工評(píng)價(jià)體系。研究結(jié)果表明，該套土石方綠色施工評(píng)價(jià)體系比較全面地包含了綠色施工的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，且實(shí)際應(yīng)用效果均能滿足各類綠色施工標(biāo)準(zhǔn)。該評(píng)價(jià)體系可為大型電網(wǎng)換流站項(xiàng)目土石方綠色施工方案設(shè)計(jì)提供參考，進(jìn)一步推進(jìn)綠色施工在土石方工程中的發(fā)展。

綠色施工；土石方工程；層次分析法；評(píng)價(jià)體系

西電東輸是國(guó)家對(duì)電力能源合理調(diào)配的重大決策，也是一項(xiàng)重大的民生工程。在高壓電流遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中，換流站的建設(shè)起著至關(guān)重要的作用。由于電網(wǎng)換流站占地面積較大，且多建設(shè)于地貌復(fù)雜、溝壑縱橫、植被茂盛、自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)美的山區(qū)，大面積的“三通一平”工程施工對(duì)周圍自然生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的破壞不容忽視。因此，如何建立一套適合電網(wǎng)換流站土石方工程的綠色施工評(píng)價(jià)體系，以求在施工方案的設(shè)計(jì)階段引入該體系，找出施工對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的主要影響因素，并采取相應(yīng)的防治措施，顯得十分重要。

近年來(lái)，我國(guó)專家、學(xué)者先后對(duì)如何構(gòu)建更為完善、高效的綠色施工評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了研究。申琪玉等[1]采用模糊數(shù)學(xué)的理論對(duì)如何構(gòu)建綠色施工評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了研究，詳細(xì)闡述了如何構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、編碼體系、評(píng)價(jià)方法以及評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。周厚貴等[2]通過(guò)建立土石方調(diào)配模型，闡述了如何實(shí)現(xiàn)土石方調(diào)配的可視化、多目標(biāo)化，從而達(dá)到土石方綠色施工的目的。本文以“±1 100 kV準(zhǔn)東(昌吉)—皖南(古泉)特高壓直流工程”皖南山區(qū)古泉標(biāo)段土石方工程為例，采用層次分析法進(jìn)行定性和定量分析，建立一套土石方調(diào)配綠色施工的評(píng)價(jià)體系。

1 工程概況

“±1 100 kV準(zhǔn)東(昌吉)—皖南(古泉)特高壓直流工程”是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸電容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓直流輸電工程，是特高壓直流輸電技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的新高峰。該線路工程起于新疆準(zhǔn)東(昌吉)換流站，止于安徽皖南(古泉)換流站，其中古泉站位于敬亭山地區(qū)，站址示意圖如圖1所示。

古泉換流站占地37.663 hm2，于2016年3月開(kāi)工建設(shè)，計(jì)劃2018年建成投運(yùn)，初步估算前期“三通一平”工程的挖方量約130×104m3，填方量約128×104m3，涉及土石方工程量極大，進(jìn)行大面積土石方施工期間，對(duì)于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的保護(hù)具有一定的技術(shù)難度。由于林、耕土地資源緊張，土方外運(yùn)或外購(gòu)的可能性極小，且施工場(chǎng)地周圍存在生態(tài)保護(hù)林地，因此，該項(xiàng)目對(duì)綠色施工的要求較高。

圖1 站址示意圖

2 綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

2.1 綠色施工的概念

綠色施工(Green Construction)是指在工程項(xiàng)目施工的全過(guò)程中，通過(guò)建立切實(shí)有效的管理和工作制度，達(dá)到節(jié)能減排、最大限度地減小施工對(duì)周圍環(huán)境的影響[3]。綠色施工也是可持續(xù)發(fā)展理論在工程建設(shè)中全面應(yīng)用的體現(xiàn)，它并不獨(dú)立于傳統(tǒng)的施工技術(shù)，而是將綠色、可持續(xù)的理念應(yīng)用于傳統(tǒng)施工的全過(guò)程中[4]。根據(jù)文獻(xiàn)[5]，可對(duì)綠色施工作如下

定義：綠色施工是指在施工過(guò)程中，在保證工程質(zhì)量、人員安全等基本要求下，通過(guò)科學(xué)管理和采用先進(jìn)技術(shù)，最大限度地節(jié)約資源，減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的施工活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能和環(huán)境保護(hù)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的原則

綠色施工評(píng)價(jià)體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)是指能夠客觀、如實(shí)地反映評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目綠色施工目標(biāo)的一系列統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目[6]。建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的原則：①層次性。各層指標(biāo)應(yīng)能清楚地反映目標(biāo)之間的支配關(guān)系，避免出現(xiàn)支配關(guān)系的重疊、交叉。②整體性。指標(biāo)的選擇應(yīng)考慮到環(huán)境、資源、能源、人員健康安全等各方面的基本特征，從而構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。③科學(xué)合理性。體系的建立要遵循科學(xué)、合理的基本原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系除了應(yīng)具有以上所述的3個(gè)基本原則外，還應(yīng)具有可操作性、動(dòng)態(tài)性，且定性分析后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要能夠量化，以保證施工技術(shù)更新時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠隨時(shí)調(diào)整[7]。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架的構(gòu)建

結(jié)合《綠色施工導(dǎo)則》中已建立的綠色施工總體框架，并借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究成果，將電網(wǎng)土石方綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為4個(gè)層，分別為總目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B、指標(biāo)層C、因素層D，該項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架如圖2所示。

圖2 土石方工程綠色施工評(píng)價(jià)體系框架

3 指標(biāo)權(quán)重的確定方法

目前，在綠色施工指標(biāo)體系的權(quán)重分配方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用層次分析法進(jìn)行[8-10]。層次分析法是20世紀(jì)70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家A.L.Saaty提出的，是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的方法。采用AHP法分配權(quán)重的主要技術(shù)路線如下：

1)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干指標(biāo)層，層與層之間要滿足層次性、整體性、科學(xué)合理性等建立指標(biāo)體系的基本原則。

2)對(duì)研究該方面的專家、學(xué)者、技術(shù)人員等進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，根據(jù)層次分析法中的九級(jí)標(biāo)度法得到判斷矩陣。

3)通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算判斷矩陣的特征值λmax和特征向量，所得到的特征向量中的每個(gè)元素值即為對(duì)應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重，再將相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重放在一起構(gòu)成一個(gè)矩陣，此矩陣即為判斷矩陣。

4)對(duì)全部判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

3.1 構(gòu)造判斷矩陣

構(gòu)造判斷矩陣之前需要對(duì)土石方調(diào)配綠色施工相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，問(wèn)卷內(nèi)容應(yīng)涉及土石方調(diào)配綠色施工評(píng)價(jià)體系所有指標(biāo)層的相關(guān)內(nèi)容，包括總目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、因素層。該項(xiàng)目問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象為國(guó)家電網(wǎng)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員、施工單位技術(shù)人員、高校教師、施工領(lǐng)域?qū)＜业?，反饋?wèn)卷共計(jì)35份，有效問(wèn)卷33份。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查可獲得各指標(biāo)的相對(duì)重要程度，繼而采用A.L.Saatty九級(jí)標(biāo)度法得到判斷矩陣。

3.2 確定各層次指標(biāo)權(quán)重

3.2.1 層次單排序

層次單排序，即根據(jù)判斷矩陣確定出與上層某一指標(biāo)相關(guān)的本層所有因素權(quán)重的過(guò)程。在本文中，單層次排序包括3種判斷矩陣A—B、B—C、C—D，共計(jì)14個(gè)。采用MATLAB數(shù)學(xué)軟件求出層次單排序中每個(gè)判斷矩陣的最大特征值λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量，此特征向量的各元素即為權(quán)重值。

由于調(diào)查對(duì)象對(duì)各因素的重要性評(píng)判具有主觀性，不同對(duì)象對(duì)同一因素的評(píng)判也會(huì)有較大差別，即使采用A.L.Saatty九級(jí)標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，也無(wú)法保證每個(gè)判斷矩陣均滿足一致性，因此必須對(duì)每個(gè)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若無(wú)法通過(guò)一致性檢驗(yàn)，則須對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重重新調(diào)整，直至滿足一致性檢驗(yàn)為止。一致性檢驗(yàn)的一般步驟如下。

第1步計(jì)算判斷矩陣的權(quán)重λmax，

(1)

式中：λmax為判斷矩陣的權(quán)重，即最大特征根；n為判斷矩陣的行數(shù)；A為判斷矩陣；W為特征向量。

第2步計(jì)算判斷矩陣一致性指標(biāo)CI，

(2)

第3步計(jì)算判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率CR，

(3)

式中RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)CR≤0.10時(shí)，方可認(rèn)為所構(gòu)造的判斷矩陣具有滿意的一致性。

各階矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值見(jiàn)表1。

采用上述計(jì)算步驟，分別對(duì)已建立的土石方綠色施工評(píng)價(jià)體系的14個(gè)判斷矩陣進(jìn)行了一致性檢驗(yàn)，部分計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2—4。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值

表2 C24判斷矩陣、權(quán)重及CR值

表3 B3判斷矩陣、權(quán)重及CR值

表4 A判斷矩陣、權(quán)重及CR值

3.2.2 層次總排序

層次總排序，即根據(jù)層次單排序的計(jì)算結(jié)果以及上一層所有因素的權(quán)重，來(lái)計(jì)算所有因素相對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重。假設(shè)求得A—B、B—C、C—D各判斷矩陣的各層權(quán)重分別為ωB、ωC、ωD。那么可以求得各方案對(duì)總目標(biāo)A的綜合值，即A=ωB×ωC×ωD。與層次單排序一樣，層次總排序也須進(jìn)行同樣方法的一致性檢驗(yàn)，計(jì)算過(guò)程略。若CR≤0.10，則層次總排序通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

4 評(píng)價(jià)模型的建立

指標(biāo)的層次單排序及層次總排序權(quán)重確定后，方可建立評(píng)價(jià)模型。對(duì)于電網(wǎng)換流站土石方綠色施工評(píng)價(jià)體系，其評(píng)價(jià)可根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)分為定量和定性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)等級(jí)可分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)[11-13]，評(píng)價(jià)項(xiàng)目應(yīng)包括如圖1所示的每個(gè)因素。本文僅詳細(xì)列出需要定量評(píng)價(jià)的因素及其評(píng)價(jià)等級(jí)的確定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 定量評(píng)價(jià)等級(jí)確定

組織專家對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)后即可獲得相應(yīng)的評(píng)價(jià)矩陣，進(jìn)而可得到整個(gè)土石方綠色施工方案的評(píng)價(jià)等級(jí)。采用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程如下[14-15]。

第1步建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集A=(a1,a2,…,a10)，其中ai(i=1,2,…,10)為圖2指標(biāo)層中的10個(gè)指標(biāo)。

第2步建立評(píng)語(yǔ)矩陣B=(b1,b2,b3,b4)，其中bi(i=1,2,3,4)分別對(duì)應(yīng)4種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即優(yōu)、良、中、差。

第3步根據(jù)指標(biāo)權(quán)重建立模糊因素權(quán)重矩陣C=(c1,c2,…,cn)。

第4步建立指標(biāo)層的評(píng)價(jià)矩陣D，

(4)

第5步建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型E=C×D。

第6步對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，可得隸屬矩陣E的最大元素值ei，則與該最大值對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)級(jí)矩陣B中的元素bi即為電網(wǎng)土石方工程綠色施工的最終評(píng)價(jià)等級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

以國(guó)內(nèi)在建的最大換流站土石方工程為例，建立了該類土石方工程綠色施工評(píng)價(jià)體系。該體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)包含了土石方施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，綜合考慮了施工對(duì)周圍生態(tài)林地、居民的影響，并結(jié)合了設(shè)計(jì)、施工、政府機(jī)構(gòu)等各位專家對(duì)指標(biāo)權(quán)重分配意見(jiàn)。應(yīng)用該評(píng)價(jià)體系能夠較好地體現(xiàn)“四節(jié)、一環(huán)保”的綠色施工理念，可降低土石方施工對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的污染，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)增強(qiáng)了施工單位在施工過(guò)程中對(duì)水資源污染、噪聲污染、固體廢氣污染、臨建設(shè)施占地控制等各項(xiàng)指標(biāo)的全面控制意識(shí)。從以往的主抓其中幾項(xiàng)綠色施工指標(biāo)到目前各類指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，綠色施工的理念得到了更為全面的體現(xiàn)。

2)綠色施工成本得到了有效控制。各項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)定促使施工單位通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新降低了綠色施工成本。

3)除了向施工方面的專家、學(xué)者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查外，通過(guò)對(duì)周圍居民、林業(yè)專家定期回訪與協(xié)調(diào)的方法，不斷修正各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，更新評(píng)價(jià)體系，使得綠色施工效果能夠更好地得到體現(xiàn)。

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StudyonEarthworkGreenConstructionEvaluationSystemofPowerGridTransferStation

SHEN Chao1, SHAO Xianfeng2, LI Dahua3

(1.School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;2.Research Institute of Economics and Technology, State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 230000, China;3.School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China)

In this paper, an evaluation system of earthwork green construction for the biggest state grid transfer station, constructed in China, was built by using the method of analytic hierarchy process (AHP). Moreover, the weights of green construction indexes in three criterion layers, which including comprehensive management, resources and energy utilization, and environment load supervision, were calculated by using AHP. The results show that the evaluation system of earthwork green construction comprehensively contains each evaluation indexes of green construction, and the application effect can meet all national and local standards of green construction. This evaluation system can provide a reference for designing earthwork green construction for a larger-scale grid transfer station and promote green construction to be applied in earthwork project.

green construction; earthwork project; Analytic Hierarchy Process (AHP); evaluation system

2016-11-08

國(guó)家電網(wǎng)安徽省電力公司資助項(xiàng)目(1P12001500010681000000)；安徽建筑大學(xué)建筑健康監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)防技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室資助。

沈超(1989—),男,河南開(kāi)封人,博士生,從事復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)分析及抗震防災(zāi)方面的研究。E-mail:shenchaode369@foxmail.com。

邵先鋒(1983—),男,安徽阜陽(yáng)人,高級(jí)工程師,從事工程施工方面的研究。E-mail:305581828@qq.com。

李大華(1963—),男,安徽安慶人,教授,碩導(dǎo),從事工程結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代施工技術(shù)方面的研究。E-mail:ldh2006a@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.05.012

TV541;TU271.1

A

1002-5634(2017)05-0088-05

(責(zé)任編輯喬翠平)