基于組合賦權(quán)法的特高壓輸變電工程施工質(zhì)量灰色評價模型

尹傳根，侯學良

(華北電力大學 工程技術(shù)與管理研究所，北京 102206)

基于組合賦權(quán)法的特高壓輸變電工程施工質(zhì)量灰色評價模型

尹傳根，侯學良

(華北電力大學 工程技術(shù)與管理研究所，北京 102206)

基于特高壓輸變電工程施工的特點及構(gòu)成分析，考慮技術(shù)和管理兩個方面對施工質(zhì)量的影響，構(gòu)建多層級評價指標體系.應(yīng)用主客觀加權(quán)屬性值一致化的組合賦權(quán)法確定各指標權(quán)重，提出了一種將組合賦權(quán)法引入特高壓輸變電工程施工質(zhì)量的灰色評價模型，最后通過應(yīng)用實例驗證了該評價模型的科學性，為特高壓輸變電工程質(zhì)量管理實踐提供了參考.

特高壓輸變電工程；施工質(zhì)量；組合賦權(quán)法；灰色評價模型

我國是一次能源和電力負荷分布不均衡的國家，全國三分之二以上的煤炭資源分布在山西、陜西和內(nèi)蒙古西部地區(qū)，三分之二以上可開發(fā)用于水力發(fā)電的資源分布在四川、云南和西藏地區(qū)，全國三分之二以上的電力負荷集中在京廣鐵路以東地區(qū).當前，我國輸電和輸煤的比例僅為1∶20，要充分發(fā)揮電網(wǎng)作為能源重要載體的功能，必須加快特高壓工程建設(shè)，把西部能源轉(zhuǎn)移到中東部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，實現(xiàn)“電從遠方來”，從根本上解決華中地區(qū)乃至整個中東部地區(qū)的電力供應(yīng)短缺問題[1].為突破困境，緩解電力供求矛盾，滿足國民經(jīng)濟高速發(fā)展對電力的需求，國家電網(wǎng)公司加大了對電力項目的投資力度，以期通過進一步優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來提高輸送容量.預計到2020年底，我國將形成一個覆蓋華北、華中、華東地區(qū)的全國性特高壓交流同步電網(wǎng)[2].輸變電工程建設(shè)是一個復雜的系統(tǒng)工程，具有投資大、工期緊、任務(wù)重、技術(shù)要求先進、質(zhì)量要求高等特點.因此，如何在大規(guī)模建設(shè)特高壓輸變電工程中保證施工建設(shè)的高質(zhì)量管理越來越重要.

針對特高壓輸變電工程施工過程質(zhì)量狀況進行評價是質(zhì)量管理中非常重要的課題.對此，國內(nèi)外學者進行過不少研究，現(xiàn)有的研究主要有以下兩個方面：一是關(guān)于質(zhì)量評價指標體系的構(gòu)建[3-5]，二是構(gòu)建數(shù)學模型進行評價[6-7].大多數(shù)研究者以輸變電工程為研究對象，也有學者嘗試從特高壓輸變電工程角度探討其施工質(zhì)量評價問題，如楊穎蓉[8]通過對特高壓輸電線路工程的特點及構(gòu)成進行分析，構(gòu)建診斷指標體系，結(jié)合模糊理論對工程質(zhì)量實施狀態(tài)進行隸屬度判定，給出了不同層級的質(zhì)量實施狀態(tài)診斷模型.

總體上看，學術(shù)界對特高壓輸變電工程施工質(zhì)量評價研究的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和整體性還有待加強.因此，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，以特高壓輸變電工程施工質(zhì)量為評價對象，結(jié)合工程實際情況從管理和技術(shù)兩個層面建立不同層級的工程質(zhì)量指標體系，通過灰色評價模型對質(zhì)量進行評價.

1 特高壓輸變電工程施工質(zhì)量評價指標體系的構(gòu)建及指標賦權(quán)

1.1指標體系的構(gòu)建

基于特高壓輸電線路工程的特點及構(gòu)成進行分析，依據(jù)國家電網(wǎng)《輸變電工程質(zhì)量評價標準》，從管理和技術(shù)兩個層面，構(gòu)建了包括2個一級指標、10個二級指標和35個三級指標的特高壓輸變電工程質(zhì)量評價指標體系，如圖1所示.

圖1 特高壓輸變電工程施工質(zhì)量評價指標體系Fig.1 Construction quality evaluation index system of UHV power transmission and transformation project

1.2指標賦權(quán)

在對特高壓輸變電工程施工質(zhì)量進行評價時，需要確定各個指標的權(quán)重系數(shù)，即各個指標對綜合評價結(jié)果的影響程度.目前，指標賦權(quán)方法主要分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法[9].主觀賦權(quán)法是指人們基于知識和經(jīng)驗，由決策分析者根據(jù)各指標的主觀重視程度而賦權(quán)的一類方法，主要有專家調(diào)查法、相鄰比較法、二項系數(shù)法、最小二乘法、層次分析法、序關(guān)系法等.客觀賦權(quán)法一般根據(jù)所選擇指標的實際信息形成決策矩陣，在此基礎(chǔ)上通過客觀運算形成權(quán)重，常用的如熵值法等.因為主觀賦權(quán)法在賦權(quán)過程中存在主觀因素對賦權(quán)結(jié)果的影響，為了消除這種影響并保證賦權(quán)的科學性，故采用一種新的賦權(quán)方法——主觀的序關(guān)系法和客觀的熵值法相結(jié)合的組合賦權(quán)法.

1.2.1序關(guān)系法

序關(guān)系法是一種不需要一致性檢驗的新方法，是一種先對評價指標進行定性排序，再對相鄰指標進行(重要性比值)理性判斷，最后進行定量計算的主觀賦權(quán)法[10]，計算步驟如下所述.

(1)確定序關(guān)系

定義1若評價指標xi相對于某評價準則(或目標)的重要性程度大于(或不小于)xj，則記為xi?xj.

定義2若評價指標x1,x2,…,xm相對于某評價準則(或目標)具有如下關(guān)系式：

(1)

(2)給出xk-1與xk相對重要程度的比較判斷

(2)

定理1若x1,x2,…,xm具有序關(guān)系式(1)，則rk-1與rk必須滿足

(3)

(3)權(quán)重系數(shù)wk的計算

定理2若專家(或決策者)給出rk的理性賦值滿足關(guān)系式(3)，則

(4)

wk-1=rkwk，k=m,m-1,…,2.

(5)

1.2.2熵值法

熵值法是一種客觀賦權(quán)方法，它通過計算指標的信息熵，根據(jù)指標的相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定指標的權(quán)重，相對變化程度高的指標具有較大的權(quán)重，此方法廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計學等各個領(lǐng)域，具有較高的研究價值.根據(jù)熵的特性，可以通過計算熵值來判斷一個事件的隨機性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越高，該指標對綜合評價的影響(權(quán)重)越大，其熵值越小,計算步驟如下所述.

(1)原始數(shù)據(jù)的收集與整理

假設(shè)共有n個施工質(zhì)量評價指標、m個評價對象,則評價系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)矩陣如下：

(6)

(2)數(shù)據(jù)的標準化處理

①由于各指標的量綱、數(shù)量級均有差異，所以為了消除量綱不同對評價結(jié)果的影響，需要對各指標進行標準化處理：

(7)

若指標的值越大越好，則選用式(7)中的前一個；若指標的值越小越好，則選用式(7)中的后一個.

②計算第j項指標下第i的比重yij：

(8)

由此，可以建立數(shù)據(jù)的比重矩陣Y=[yij]m*n.

(3)計算指標信息熵和信息效用價值

①計算第j項指標的信息熵的公式為

(9)

②某項指標的信息效用價值取決于該指標的信息熵ej與1之間的差值，該差值直接影響權(quán)重的大小，信息效用值越大，對評價的重要性就越大，權(quán)重也就越大:

dj=1-ej.

(10)

(4)計算評價指標權(quán)重

第j項指標的權(quán)重為

(11)

1.2.3基于主客觀加權(quán)屬性值一致化的組合賦權(quán)法

序關(guān)系法和熵值法運用不同的角度和計算方法對指標進行賦權(quán)得到的各指標權(quán)重系數(shù)稍有差異，運用組合賦權(quán)法將不同賦權(quán)方法得到的權(quán)重綜合起來，兼顧了各種賦權(quán)方法的角度和優(yōu)劣，使指標的權(quán)重系數(shù)更加科學合理并符合實際.

常用的組合賦權(quán)法可以歸納為加法集成法、乘法集成法和基于主客觀加權(quán)屬性值一致化的組合賦權(quán)法[11].本研究采用基于主客觀加權(quán)屬性值一致化的組合賦權(quán)法進行賦權(quán)，最終權(quán)重為

w=αwk+βwj，

(12)

式中：α，β滿足α>0，β>0且α+β=1.

(13)

(14)

2 輸變電工程施工質(zhì)量灰色評價模型

輸變電工程施工質(zhì)量的評價問題可以視為經(jīng)典的綜合評價問題在特高壓輸變電工程領(lǐng)域的一種擴展.傳統(tǒng)綜合評價方法的缺點在于依賴主觀性，為了解決這個問題，在綜合評價方法中引入了灰色評價理論[12].鑒于灰色評價模型已被眾多學者應(yīng)用于質(zhì)量評價問題研究且被證明是求解此類問題高效的科學模型之一，故本研究采用灰色評價方法來評價輸變電工程質(zhì)量問題[13-15].為了構(gòu)建輸變電工程施工質(zhì)量灰色評價模型，首先需要確定評價灰度及白化權(quán)函數(shù)，然后用灰色理論進行評價.

2.1確定評價灰度及白化權(quán)函數(shù)

一般確定的評分其實是白化值，為了準確反映評價指標屬于某類的程度，需要確定評價灰度，就是要確定評價灰類的等級數(shù)、灰度及白化權(quán)函數(shù).

特高壓輸變電工程施工質(zhì)量評價的核心是通過各個指標的評價確定質(zhì)量狀況，首要工作是確定質(zhì)量評價的灰度.對特高壓輸電線路工程的特點及構(gòu)成進行分析，結(jié)合評價體系各指標的屬性特點，采用5個評價灰類：“優(yōu)”“良”“中”“差”“劣”，其灰度分別為[10，8)，[8，6)，[6，4)，[4，2)和[2，0].依據(jù)中心點向量原則，具體白化權(quán)函數(shù)如表1所示.

表1 評價灰類及相應(yīng)的灰數(shù)和白化權(quán)函數(shù)Tab.1 Evaluated grey class, grey number and whitening weight function

2.2灰色評價計算步驟

在確定灰數(shù)、灰類及相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)后，對施工質(zhì)量進行灰色聚類評估，具體過程如下：

(15)

(3)合成構(gòu)建聚類評價矩陣.將已知的權(quán)重向量及灰色聚類權(quán)矩陣進行合成運算，對各初級指標聚類評價：

Zi=Wi·Ri.

(16)

在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建上級指標的綜合評價矩陣Z0=[Z1，Z2，…，Zn]進行上層聚類評價，得綜合聚類評價向量：

M=W0·Z0=[M1，M2，…，Mn] .

(17)

(4) 計算各級質(zhì)量評價值:

W=M·U.

(18)

3 應(yīng)用算例分析

為驗證本方法的可行性，采用我國華東地區(qū)某特高壓交流輸電示范工程為算例對本評價模型進行驗證分析.該示范工程是“三華”特高壓同步電網(wǎng)中重要的組成部分，全長四百多千米，建成后對進一步提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平、滿足電能遠距離大容量調(diào)配需要、促進特高壓電網(wǎng)發(fā)展具有重大意義.

3.1組合賦權(quán)法確定權(quán)重

按照圖1構(gòu)建的評價指標體系對該工程進行評價.具體的分析過程如下：

(1)基于管理和技術(shù)兩類指標的權(quán)重各占0.5的情況，對管理類指標和技術(shù)類指標分別排序，然后根據(jù)式(2)至式(4)的rk取1.1，得到序關(guān)系法的計算結(jié)果：

wk=(0.034,0.036,0.021,0.020,0.018,0.031,0.033,0.023,0.025,0.026,0.028,
0.029,0.038,0.039,0.016,0.041,0.042,0.026,0.018,0.020,0.027,0.015,0.017,
0.024,0.021,0.023,0.029,0.039,0.035,0.033,0.032,0.030,0.036,0.038,0.041).

(2) 用熵值法得到各指標客觀權(quán)重：

wj=(0.033,0.046,0.021,0.036,0.023,0.029,0.028,0.031,0.039,0.025,0.031,
0.027,0.025,0.033,0.048,0.025,0.025,0.029,0.023,0.016,0.032,0.020,0.024,
0.020,0.028,0.023,0.045,0.035,0.021,0.024,0.033,0.022,0.022,0.032,0.026).

(3)根據(jù)式(12)和式(13)求得α=0.391 5，β=0.608 5，從而得出由組合賦權(quán)法得到的各指標權(quán)重：

w0=(0.033,0.042,0.021,0.030,0.021,0.030,0.030,0.028,0.034,0.025,0.030,
0.028,0.030,0.035,0.035,0.031,0.032,0.028,0.021,0.018,0.030,0.018,0.021,
0.022,0.025,0.023,0.039,0.037,0.026,0.028,0.033,0.025,0.027,0.034,0.032).

3.2質(zhì)量灰色評價

邀請9位參與該工程項目管理的項目經(jīng)理、工程師和教授組成專家評價小組，請他們針對各項指標進行評價，結(jié)果見表2.

表2 工程施工質(zhì)量評價指標原始數(shù)據(jù)Tab.2 Original data of construction quality evaluation index of the project

表2(續(xù))

首先，根據(jù)專家小組的打分情況構(gòu)建各指標決策矩陣，然后根據(jù)決策矩陣計算聚類矩陣Z0.

根據(jù)式(17)與其相應(yīng)的權(quán)重進行聚類評價，得綜合聚類評價向量M：

M=W0·Z0=(0.393,0.392,0.209,0.006,0.000).

根據(jù)式(18)將評價向量與閾值向量進行合成，單值處理得綜合質(zhì)量評價值W=M·U=7.344.因此，該工程的總體質(zhì)量狀況為良.

4 結(jié)語

本研究以特高壓輸變電工程施工質(zhì)量為評價對象，結(jié)合工程實際情況，從管理和技術(shù)兩個層面將評價指標劃分為不同層級，建立不同層級的特高壓輸變電工程質(zhì)量指標體系，將輸入指標轉(zhuǎn)化為單數(shù)值，簡化了決策過程.同時，將序關(guān)系法和熵值法相結(jié)合用于特高壓輸變電工程施工質(zhì)量評價指標權(quán)重，盡可能避免了人為因素對結(jié)果的影響.最后，使用灰色評價模型對具體的工程施工質(zhì)量進行了評價.另外,此模型還可以針對每個具體指標進行評價，便于分析問題出現(xiàn)的原因，提出對策和建議，在以后的建設(shè)中能夠更好地對質(zhì)量進行管理.

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GreyevaluationmodelforconstructionqualityofUHVpowertransmissionandtransformationprojectbasedoncombinationweightingmethod

YINChuangen,HOUXueliang

(InstituteofEngineeringTechnology&Management，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)

Based on the characteristics and composition analysis of UHV transmission and transformation project construction, considering the influence of technology and management on the construction quality, the multi-level evaluation index system is proposed. The subjective and objective combination weighting method is used to attribute values and a gray evaluation model is put forward for the construction quality evaluation of the UHV project. Finally, combining with actual project, the validity of the model is illustrated. This study provides a reference for the practice of UHV project quality management, having a certain theoretical value and practical value.

UHV power transmission and transformation project; construction quality; combination weighting method; gray evaluation model

F407.9

A

1674-330X(2017)03-0053-07

2017-06-15

國家自然科學基金(71171081)；北京市自然科學基金(9162014)

尹傳根(1993-)，男，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向為工程項目管理.

侯學良(1966-)，男，山西太原人，教授，博士生導師，研究方向為工程實用管理與技術(shù).