淺談層次分析法對(duì)高鐵房建設(shè)備維修方案的評(píng)定

范博文

摘要：隨著高鐵技術(shù)的崛起，鐵路房建設(shè)備日益增加，呈現(xiàn)出規(guī)?；滦突内厔?shì)，在這種趨勢(shì)下，標(biāo)志著我國(guó)高鐵房建設(shè)備由最初的建設(shè)期轉(zhuǎn)入了當(dāng)前的維護(hù)期。這樣就要求房建單位在面對(duì)新的設(shè)備特性下滿足更高的維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。但是，現(xiàn)有的高速鐵路設(shè)備維修方式大部分是建筑行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)高鐵自身性少，有的還是沿用著普速鐵路房建設(shè)備維修標(biāo)準(zhǔn)，這就造成了現(xiàn)有的高鐵設(shè)備的維修方式，可能無法對(duì)接快速發(fā)展的高速鐵路維修任務(wù)。

Abstract： With the rise of high-speed rail technology， railway housing construction equipment is increasing， showing a trend of large-scale and new-type. Under this trend， it marks that China's high-speed railway housing construction equipment has been transferred from the initial construction period to the current maintenance period. This requires the building unit to meet higher maintenance standards in the face of new equipment characteristics. However， most of the existing high-speed railway equipment maintenance methods are the technical standards of the construction industry， and few for the high-speed rail itself， and some still use the maintenance standards for the housing construction equipment of general speed railway. This has resulted in the existing maintenance way of high-speed rail equipment， which is impossible to dock the fast-developing high-speed rail maintenance tasks.

關(guān)鍵詞：層次分析法;高鐵房建設(shè)備;維修方案

Key words： analytic hierarchy process;high-speed rail housing construction equipment;maintenance plan

中圖分類號(hào)：TU24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）25-0127-03

0? 引言

當(dāng)前有關(guān)高速鐵路房建設(shè)備維修解決方案的研究相對(duì)較少，在這一領(lǐng)域受重視程度不夠，但是隨著時(shí)間變長(zhǎng)，設(shè)備漸漸老化，房建設(shè)備接連出現(xiàn)一系列問題。而且高鐵房建設(shè)備種類繁多、專業(yè)性高，所以提供一個(gè)系統(tǒng)化維修決策方案的研究是確保鐵路運(yùn)輸安全不可忽視的重要問題。本文對(duì)影響鐵路房建設(shè)備維修保障能力的指標(biāo)要素進(jìn)行選取和分析，構(gòu)建了基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）[1]的高鐵房建設(shè)備維修方式影響因素評(píng)價(jià)模型，為提高維修方案的選擇提供參考建議。

目前有關(guān)高鐵維修維護(hù)解決方案的研究相對(duì)較少，可以借鑒其他領(lǐng)域的相關(guān)思想。于見剛[2]等針對(duì)融合狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究。劉艷梅[3]對(duì)設(shè)備狀態(tài)管理模式進(jìn)行了探討。劉亞雄[4]分析了鐵路工務(wù)設(shè)備維修現(xiàn)狀并提出了改進(jìn)建議。傅春林[5]鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)技術(shù)分析，采用在專家系統(tǒng)法對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修。以上研究，對(duì)推動(dòng)高鐵眾多設(shè)備維修維護(hù)解決方案的意義重大，并且開展了深入的研究分析，但作為高鐵房建設(shè)備維修系統(tǒng)解決方案決策問題在國(guó)內(nèi)研究中尚屬空白。

1? 高鐵房建設(shè)備維修方式

房建設(shè)備維修方式是指房建設(shè)備在服役周期內(nèi)，為了修復(fù)由于自然因素、人為因素造成的損壞，保證維修設(shè)備在使用中的性能達(dá)到正常，保持其經(jīng)常處于合格狀態(tài)，而采取的一般性修復(fù)活動(dòng)。現(xiàn)有適用于高鐵房建系統(tǒng)的維修方式總體上可分為檢修、季度整修、大修與更新改造3種類型。

檢修是指建筑設(shè)備在機(jī)房設(shè)備檢查和用戶維修的及時(shí)修復(fù)。維護(hù)的目的是為了維護(hù)高鐵設(shè)備的正常使用功能。維護(hù)特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔，分散和廣泛，并且時(shí)間要求緊迫。

季度整修又可以稱為計(jì)劃綜合維修，適用于項(xiàng)目較復(fù)雜，并且工程量較大，工程地點(diǎn)相對(duì)集中，維修周期性強(qiáng)，維修計(jì)劃性強(qiáng)，需要綜合管理。其目的是，以整治病害、消除隱患，對(duì)房建設(shè)備一般病害進(jìn)行修復(fù)，對(duì)房建設(shè)備破損部分，基本原樣修好。修理規(guī)模介于檢修、大修與更新改造之間。

大修與更新改造是指需要牽動(dòng)或拆換主體構(gòu)件或設(shè)備的修繕工程，一般情況下，房建設(shè)備重要部位嚴(yán)重?fù)p壞或部分構(gòu)件損壞，危及主體結(jié)構(gòu)安全時(shí)，需要進(jìn)行大型的翻修，或更換的項(xiàng)目復(fù)雜應(yīng)列入大修。因工作量大，一般維修解決不了的隱患與病害，也應(yīng)列入大修。通過表1總結(jié)了三種維修方式各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。

2? AHP維修方式?jīng)Q策方法

2.1 AHP決策模型介紹

層次分析法（AHP）指的是將復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題，作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分解，其中將與決策總是有關(guān)的因素，分解成目標(biāo)層，準(zhǔn)則層，方案層三個(gè)級(jí)別，并且通過定性指標(biāo)模糊量化方法的層次結(jié)構(gòu)，及元素權(quán)重的計(jì)算，最后總的排序得到?jīng)Q策目標(biāo)，得出的一種優(yōu)化決策系統(tǒng)的方法[6]。

2.2 層次分析法分析房建設(shè)備維修方案

2.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

在這個(gè)模型中，目標(biāo)的因素（判定決策標(biāo)準(zhǔn)）和實(shí)現(xiàn)決策的方案被分成的最高決策層、準(zhǔn)則層和方案層，并根據(jù)它們之間的相互關(guān)系，繪出層次結(jié)構(gòu)圖。其中決策層是指決策的目的、要解決的問題;方案層是指決策時(shí)的方案;準(zhǔn)則層是指考慮的因素、決策的準(zhǔn)則。如圖1所示。

2.2.2 構(gòu)造判斷（成對(duì)比較）矩陣

當(dāng)確定在每一級(jí)的各種因素之間的權(quán)重，如果它僅僅是一個(gè)定性的結(jié)果，往往不容易被其他人所接受。因此，Saaty[7]等提出了一種一致矩陣法，即，不是所有的因素比較在一起，但相互之間的比較，并且通過相對(duì)比較尺度的把握，以提高準(zhǔn)確度，減少不同性質(zhì)下各個(gè)因素的互相干擾。圖2列出的9個(gè)重要性等級(jí)及其賦值?？傊磧稍叵嗷ブg比較的結(jié)果之間構(gòu)成的矩陣，稱作判斷矩陣。判斷矩陣具有下列性質(zhì)：

2.2.3 層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

對(duì)應(yīng)于判斷矩陣最大特征根的特征向量，為了方便，適當(dāng)?shù)剡x擇比例因子，使向量中各元素之和等于1（這個(gè)過程為歸一化），歸一化后因素重要性數(shù)值稱為權(quán)重，重要性的向量稱為權(quán)重向量，記為Wi。對(duì)各Wi的元素之間進(jìn)行相對(duì)重要性的排序權(quán)值，這一過程稱為層次單排序[8]。

層次單排序由于各個(gè)因素之間的不確定性，存在了誤差，而一致性檢驗(yàn)是能否確認(rèn)層次單排序的關(guān)鍵步驟，所謂一致性檢驗(yàn)是指對(duì)矩陣A確定不一致的允許范圍。對(duì)于具有一致性的成對(duì)比較矩陣，最大特征值為n;反之如果一個(gè)成對(duì)比較矩陣的最大特征值為n，則一定具有一致性[9]。一致性指標(biāo)用CI計(jì)算，CI越小，說明一致性越大。定義一致性指標(biāo)為：

CI=0，有完全的一致性;CI接近于0，有滿意的一致性;CI越大，不一致越嚴(yán)重。為衡量CI的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI：

其中，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI是與判斷矩陣的有關(guān)。通常，矩陣順序越大，均勻隨機(jī)偏差的概率越大。對(duì)應(yīng)關(guān)系示于表2。

考慮到一致性的偏離可能是由于隨機(jī)原因造成的，為了測(cè)試判斷矩陣是否具有令人滿意的一致性，CI和索引RI進(jìn)行比較，以獲得試驗(yàn)系數(shù)CR，公式如下：

一般來說，如果CR<0.1，判斷矩陣被認(rèn)為是通過一致性檢查，否則將無法通過。

2.2.4 層次總排序

層次總排序是從最高層次到最低層次依次進(jìn)行的，是計(jì)算某一層次所有因素決策層（總目標(biāo)）相對(duì)重要性的權(quán)值。

3? 基于AHP的房建設(shè)備維修方案影響因素分析

3.1 建立房建設(shè)備維修層次結(jié)構(gòu)模型

房建設(shè)備維修指標(biāo)體系的建立，要結(jié)合高鐵的特點(diǎn)，需要考慮的一般原則，如科學(xué)性，系統(tǒng)性和定性指標(biāo)，要立足高鐵車站對(duì)房建維修的需求。通過廣泛查閱資料，對(duì)高鐵車站房建維修的諸多因素進(jìn)行系統(tǒng)理論分析，并在征求相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威專家意見的基礎(chǔ)上，本文從維修價(jià)格成本、維修時(shí)長(zhǎng)與維修合格率等三個(gè)方面構(gòu)建房建設(shè)備維修方案指標(biāo)體。

通過全面衡量各種因素之間影響關(guān)系，建立了AHP典型結(jié)構(gòu)的房建設(shè)備維修方案影響因素的網(wǎng)絡(luò)模型，將決策的目標(biāo)、考慮的因素（決策準(zhǔn)則）和決策對(duì)象按它們之間的相互關(guān)系分為最高層、準(zhǔn)則層和方案層，繪出層次結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示。

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

設(shè)準(zhǔn)則層包含三個(gè)準(zhǔn)則，P1：維修時(shí)長(zhǎng)，P2：維修價(jià)格，P3：維修合格率，相對(duì)于決策層：最適用的維修方式進(jìn)行兩兩比較打分，選擇維修方式。如圖4所示。

3.3 層次排序并判斷結(jié)果一致性檢驗(yàn)

層次單排序是指，對(duì)每個(gè)Wi的元素之間的相對(duì)重要性的權(quán)重進(jìn)行比較排序。一致性是指判斷性思維的邏輯一致性，如果維修合格率比維護(hù)成本更重要，而且維護(hù)成本略高于維修時(shí)間更重要，顯而易見的是，維修合格率必須大于維護(hù)時(shí)間更重要。這是判斷性思維的邏輯一致性，否則會(huì)出現(xiàn)判斷上的矛盾。采取準(zhǔn)則層對(duì)于目標(biāo)層的判斷矩陣及但排序和一致性檢驗(yàn)為例，如表3所示。

3.4 層次總排序

層次總排序是指，對(duì)于上一層（準(zhǔn)則層）維修時(shí)長(zhǎng)、維修合格率、維修費(fèi)用三種因素而言，本層次（方案層）三種方案的重要性的排序。確定在準(zhǔn)則層所有因素對(duì)于總目標(biāo)相對(duì)重要性的排序權(quán)值過程，即在方案檢修、季度修、大修與更新改造中選出最適用的維修方案。比較結(jié)果如表4所示。

3.5 結(jié)果與分析

通過表3計(jì)算分析，在準(zhǔn)則層面，層次分析法的構(gòu)造矩陣顯示維修合格率的權(quán)重最大，為 0.648 329;其次是維修費(fèi)用，為0.229 651;最后是維修時(shí)長(zhǎng)，為0.122 020。高鐵房建維修當(dāng)中，最值得關(guān)注的因素是維修合格率，其次是維修費(fèi)用與時(shí)長(zhǎng)。

通過表4計(jì)算分析，從方案角度來看，季度維修為0.296 507，大修為0.318 953，檢修為0.108 076?？梢?，高鐵房建部門在選擇房建設(shè)備維修方案時(shí)，關(guān)鍵還是選擇季度維修。在綜合考慮維修合格率、維修費(fèi)用、維修時(shí)長(zhǎng)的因素下，最合適的選擇是季度維修。再者，從排名前幾的因素來看，高鐵房建部門在關(guān)注的是維修合格率，而不是單單考慮費(fèi)用的大小與維修時(shí)間的長(zhǎng)短。

4? 結(jié)論

影響高鐵房建設(shè)備維修因素眾多，如何有效處理這些因素中相互影響，交錯(cuò)與依存關(guān)系，使之能夠定性、定量的通過科學(xué)的計(jì)算，從而得到結(jié)果，是選擇房建設(shè)備維修方案所考慮的重要問題。層次分析法中將高鐵房建設(shè)備對(duì)象視作一個(gè)系統(tǒng)，按照逐級(jí)分解再進(jìn)行分析比較的方法，最后通過計(jì)算判斷進(jìn)行決策。本文運(yùn)用層次分析法對(duì)高鐵房建設(shè)備維修方式進(jìn)行定性與定量相結(jié)合，該方法將高鐵房建設(shè)備維修方式選擇與影響因素實(shí)際需求合理分配權(quán)重，最終給出了維修方式的選擇順序，便于決策者直接了解和掌握的優(yōu)勢(shì)，且計(jì)算簡(jiǎn)便，結(jié)果明確，從而處理了傳統(tǒng)的優(yōu)化方法不能解決的問題。

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