基于模糊理論水利施工導(dǎo)流多層級評價體系研究

林智艷

(遼寧省桓仁滿族自治縣水務(wù)局，遼寧 桓仁 117200)

1 概述

山區(qū)性河流受流域水文氣象變化和區(qū)域工程地質(zhì)條件等因素的影響，洪水通常來勢兇猛、短時匯流集中、陡漲陡落且水位變幅大，加上河谷狹窄、施工布置場地受限，這給水利工程施工組織提出了更高的技術(shù)要求[1-2]。施工導(dǎo)流方案設(shè)計是水利工程建設(shè)非常重要的部分，也是影響導(dǎo)流規(guī)模、施工成本、進度工期和質(zhì)量安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工導(dǎo)流是個龐雜的系統(tǒng)工程，尤其是山區(qū)河流復(fù)雜的水文氣象和地形地質(zhì)條件，使其具有較強的隨機性、動態(tài)性和模糊性[3-4]。目前，水利工程施工導(dǎo)流方案的選取大多采用橫向?qū)Ρ确?，即對擬定的若干方案結(jié)合設(shè)計規(guī)范或圖集根據(jù)設(shè)計人員個人經(jīng)驗選擇施工條件、施工難度和施工成本等幾個關(guān)鍵要素進行定量分析。此種方法在工程實際操作中簡單易行，但沒有充分考慮導(dǎo)流標準的匹配性、各導(dǎo)流方案的風險度及對總進度工期影響等因素，尤其是其中某一個或多個不確定指標選擇不當則可能造成導(dǎo)流方案與施工實際相差較遠。施工導(dǎo)流方案中許多不確定因素很難采用單一準確數(shù)學(xué)模型進行分析，為實現(xiàn)山區(qū)河流復(fù)雜條件的多目標優(yōu)化，將模糊集理論引入到水利工程優(yōu)化設(shè)計中，構(gòu)筑施工導(dǎo)流方案的多層級模糊評價體系，為工程安全可靠、經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)施工建設(shè)提供重要技術(shù)支撐。

2 三層級模糊評價體系

水利工程施工導(dǎo)流具有較強隨機性和模糊性，很多參數(shù)指標無法通過定性或具體量化進行對比分析，需采取合理技術(shù)手段對其進行合理描述和判定[5]。從20世紀60年代美國扎德教授提出模糊集理論以來，模糊理論被廣泛應(yīng)用到水資源可再生能力評價、山洪災(zāi)害風險評價、地下水承載力分析等水利工程領(lǐng)域并發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果[6-8]。

2.1 評價因素事件集

陳守煜教授在對工程模糊集理論進行深入研究的基礎(chǔ)上，將其合理應(yīng)用到水工建設(shè)、生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域，提出將工程項目管理中需要解決的某一個問題或系統(tǒng)行為進行統(tǒng)計分析，簡稱為事件，并將同一研究范疇內(nèi)的所有事件統(tǒng)稱為事件集，其具體函數(shù)定義為：

A=(a1，a2，…，an)

(1)

式中am(m=1，2，…，n)為研究范疇中第m個元素(事件)。

2.1.1第一層級評價因素

水利工程施工導(dǎo)流方案的評價因素較多[9-10]，從已有研究和工程實踐應(yīng)用表明決定施工導(dǎo)流設(shè)計方案質(zhì)量水平的評價因素主要為導(dǎo)流費用、導(dǎo)流時段、導(dǎo)流施工難易度和導(dǎo)流風控這4個因素，即：施工導(dǎo)流設(shè)計方案的第一層級評價因素事件集定義為：

P=(P1，P2，P3，P4)

(2)

式中P1為施工導(dǎo)流費用指標；P2為施工導(dǎo)流時段指標；P3為施工導(dǎo)流難易度指標；P4為導(dǎo)流風控指標。

2.1.2第二層級評價子因素

第一層級評級因素中，根據(jù)工程水文氣象、地形地質(zhì)條件差異，又存在與其相對應(yīng)的二層級評價子因素，如：導(dǎo)流時段因素，又包含導(dǎo)流計劃是否合理、導(dǎo)流技術(shù)成熟度、人材機協(xié)同度等評價子因素，即：第一層級中的每個評價因素Pi(i=1，2，3，4)又由若干二級評價子因素組成，定義為Pij(j=1，2，3，4，…，n)。

2.1.3第三層級判定等級

施工導(dǎo)流設(shè)計方案中對第二層級評價子因素，設(shè)置“優(yōu)、良、中、差”四個判定等級，對應(yīng)K值指標為Ki(i=1，2，3，4)。

將施工導(dǎo)流方案按照三層級進行綜合判定，即可得到每個評價因素的整體指標，再根據(jù)工程特性對因素集進行隸屬度權(quán)重賦值，即可實現(xiàn)對施工導(dǎo)流設(shè)計方案進行模糊綜合評價。

2.2 評價因素隸屬度權(quán)重集

為了反映施工導(dǎo)流中各層級(主)因素對設(shè)計方案質(zhì)量影響的重要程度，引入模糊集權(quán)重指標，即該因素對設(shè)計方案“重要”性的相對隸屬度，其函數(shù)定義為:

B=(b1，b2，b3，…，bi)

(3)

(i=1，2，3，…，n)

式中評價因素隸屬度權(quán)重集B值，是由施工導(dǎo)流工程設(shè)計經(jīng)驗豐富的專家、現(xiàn)場施工人員、流域調(diào)度人員和業(yè)主建管人員共同打分模糊確定。該值在設(shè)計方案滿足規(guī)范標準要求的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合了工程特性和實踐應(yīng)用經(jīng)驗，確保設(shè)計方案具有較高工程適應(yīng)性和可靠性。施工導(dǎo)流設(shè)計方案的導(dǎo)流費用、導(dǎo)流時段、導(dǎo)流施工難易度和導(dǎo)流風控這四大因素相互間存在較大“博弈”關(guān)系，這就要求方案設(shè)計和判定決策人員在實際工作中要充分結(jié)合工程特性，從時間、空間等方面進行優(yōu)化匹配，設(shè)定與工程實際相匹配的評價因素集及隸屬度權(quán)重指標，確保設(shè)計方案具有較高技術(shù)可行性和經(jīng)濟優(yōu)越性。

3 施工導(dǎo)流方案三層級模糊評價體系

3.1 評價因素集組成

對于由g位專家、施工人員、調(diào)度人員和建管人員共同組成的施工導(dǎo)流設(shè)計方案評定小組，按照“優(yōu)、良、中、差”四個等級分別對擬定方案進行模糊評定，收集后整理獲得設(shè)計方案判定的模糊集，即：評定組成員中認為評價子因素Pij為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”四個等級的人數(shù)分別為q1、q2、q3、q4，則子因素“重要性”模糊評價集可表示為：

(4)

相應(yīng)設(shè)計方案第二層級指標Pi的模糊評價集可表示為：

(5)

3.2 二三層級間模糊評價指標

對設(shè)計方案中第二層級第i個子因素在獲得其模糊評價集Ri后，結(jié)合子因素的隸屬度權(quán)重值，即可獲得二三層級間綜合模糊評價指標，即：

Ci=B23iRi={ci1，ci2，ci3，ci4}

(6)

式中B23i為第i個子因素二三層級間的隸屬度權(quán)重值。

3.3 一二層級間模糊評價指標

在獲得評價體系二三層級間綜合模糊評價指標后，結(jié)合一二層級間的“重要性”隸屬度權(quán)重值，即可實現(xiàn)對擬定方案的綜合模糊評價指標，即：

C=B12nCn={c1，c2，c3，c4}

(7)

式中B12n為第n個因素一二層級間的隸屬度權(quán)重值。

4 應(yīng)用分析

對某中型水庫工程施工導(dǎo)流方案進行評價和選擇，由20位評定成員(教授級高工專家3人、設(shè)計高級工程師6人、現(xiàn)場施工人員5人、流域調(diào)度人員3人、建設(shè)管理人員3人)對設(shè)計方案中的各項指標進行模糊評定。設(shè)計方案優(yōu)選10個評價子因素，分別按“優(yōu)、良、中、差”4個等級進行模糊判定，如表1所示。

表1 施工導(dǎo)流方案三層級模糊評價因素及隸屬度權(quán)重

根據(jù)表1評價因素及隸屬度權(quán)重，結(jié)合式(4)～(7)計算獲得施工導(dǎo)流方案的模糊評價成果，如表2所示。

根據(jù)表2評定成果，獲得該施工導(dǎo)流方案的模糊評價指標為：C=[0.369，0.42， 0.174， 0.037]，即：“優(yōu)”等級指標為0.369，“良”等級指標為0.42，“中”等級指標為0.174，“差”等級指標為0.037。按照“模糊評定指標值越大對應(yīng)目標結(jié)果較好”的原則，經(jīng)模糊判定該施工導(dǎo)流設(shè)計方案的綜合評定結(jié)果為“良好”。

表2 施工導(dǎo)流方案模糊評價成果

5 結(jié)語

水利工程施工導(dǎo)流設(shè)計方案在評價和決策過程中，由于其影響因素較多且存在不確定性和模糊性，使得采用常規(guī)方法和體系評定的方案與工程實際存在一定偏差，施工過程中有許多困難。運用模糊集理論，綜合考慮導(dǎo)流費用、導(dǎo)流時段、導(dǎo)流施工難易度和導(dǎo)流風控共4個因素10個評價子因素，建立基于三層遞階層次的施工導(dǎo)流設(shè)計方案模糊評定體系。實例計算結(jié)果表明，模糊綜合評價法可以準確反映方案特征，有利于優(yōu)選與工程實際適應(yīng)性強、匹配性好的設(shè)計方案。但該方法在實際施工導(dǎo)流方案設(shè)計過程中，需重點關(guān)注影響因素的選擇和隸屬度權(quán)重賦值問題，確保對設(shè)計方案作出客觀、準確的評估和優(yōu)選。