基于spss線性回歸及德爾菲專家法的泵站管理分級(jí)

宋德楊 朱 浩 李 科 徐元開

（昆明排水設(shè)施管理有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000）

0 引言

對(duì)公共排水泵站進(jìn)行分級(jí)管理能有效提升泵站管理的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。同時(shí)在現(xiàn)場運(yùn)行、生產(chǎn)管理、綜合調(diào)配中起到上下信息統(tǒng)一、意識(shí)統(tǒng)一、管理統(tǒng)一的作用。通過對(duì)泵站的管理分級(jí)，對(duì)泵站設(shè)備的備品備件、物資采購等提供參考依據(jù)及準(zhǔn)則，在運(yùn)行決策及運(yùn)行調(diào)度過程中，也起到重要的參考作用，對(duì)泵站的更新改造、日常運(yùn)營管理、污水處理廠和排水設(shè)施聯(lián)合運(yùn)行等也具有重要的指導(dǎo)作用。

目前我國城市排水泵站并沒有明確的管理分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或模型方法可直接使用，僅在GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中按照設(shè)計(jì)流量和裝機(jī)功率兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行分類，分為大（1）型、大（2）型、中型、?。?）型、?。?）型5 類。

通過這種分級(jí)的方法并不能直接用于指導(dǎo)城市排水泵站的管理分級(jí)，作為城市服務(wù)的主體之一，泵站管理單位在日常公共排水設(shè)施運(yùn)營管理過程中，需要考慮社會(huì)影響、政治環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益、日常運(yùn)行、人員配置和安全等多方面的因素。因此，進(jìn)行泵站管理級(jí)別的劃分，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行選取和權(quán)重的劃分。

采用頭腦風(fēng)暴法和德爾菲專家法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，利用SPSS 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總和線性回歸，對(duì)泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)、建設(shè)屬性、設(shè)計(jì)功能等進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和權(quán)重劃分，并以此得出其中的因變量與某些自變量之間的相關(guān)關(guān)系，建立具有良好相關(guān)性的回歸線方程或函數(shù)表達(dá)式[2]，通過函數(shù)的應(yīng)用最終獲得合理的泵站管理分級(jí)結(jié)果。

1 模型的建立過程

1.1 指標(biāo)的分類建立

目前，國內(nèi)還沒有完整的泵站管理指標(biāo)體系，也沒有可供參考的較為完整的泵站管理指標(biāo)文獻(xiàn)和研究，要建立一套科學(xué)、合理、規(guī)范、易行的指標(biāo)體系來進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要以客觀指標(biāo)為主、主客觀結(jié)合，并具備可行性和可操作性，因此采用頭腦風(fēng)暴法來選取泵站管理的指標(biāo)。頭腦風(fēng)暴法的簡要實(shí)施步驟分為3 步。1）確定討論主題：泵站管理分級(jí)的指標(biāo)分類和選取。2）確定參會(huì)人員：運(yùn)營管理專家4 人、規(guī)劃設(shè)計(jì)專家5 人、信息管理專家2 人、給排水行業(yè)專家4 人，共15 人。3）會(huì)議的實(shí)施步驟有4 步。①各參會(huì)人員獨(dú)自提交泵站管理分級(jí)的類別，經(jīng)主持人匯總后公示討論。②通過篩選、綜合確定類別為3 類：基礎(chǔ)指標(biāo)，運(yùn)行指標(biāo)，糾偏指標(biāo)。③各參會(huì)人員獨(dú)自提交泵站管理分級(jí)類別下的具體指標(biāo)。④通過篩選、綜合確定具體指標(biāo)為5 個(gè)：設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量、日均抽排量、日運(yùn)行時(shí)間以及位置功能因素。

通過來自不同角度的行業(yè)專家、設(shè)計(jì)者和實(shí)際管理者提出的指標(biāo)進(jìn)行分類和提取后，對(duì)泵站管理的影響因素進(jìn)行剖析，從政治環(huán)境、社會(huì)需求、內(nèi)部條件和運(yùn)營管理等多方面綜合考慮后，由專家提出具體的指標(biāo)類別和指標(biāo)名稱。其中，基礎(chǔ)指標(biāo)是泵站設(shè)計(jì)、建設(shè)完成后的固定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，不隨環(huán)境的變化而變化，如設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量。運(yùn)行指標(biāo)是指泵站在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)際發(fā)揮的作用和能力，運(yùn)行指標(biāo)的值不是固定性的，而是根據(jù)每年的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后確定的指標(biāo)，如日均抽排量、日均運(yùn)行時(shí)間。公共排水泵站屬于公益性的城市基礎(chǔ)設(shè)施，不能簡單以經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、成本效益作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，還需要考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境、交通通信、財(cái)產(chǎn)安全等方面的影響，因此，設(shè)置一個(gè)糾偏指標(biāo)：位置功能因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終討論結(jié)果見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

確定指標(biāo)是進(jìn)行泵站管理分級(jí)的重要步驟，通過頭腦風(fēng)暴法集成各參會(huì)人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)，最終討論決策的指標(biāo)具有較高的適用性和嚴(yán)謹(jǐn)性。明確各指標(biāo)后，得出評(píng)級(jí)的數(shù)學(xué)模型為：

式中：Y—泵站綜合評(píng)分。

x1—最大抽排量（m3）。

x2—日均抽排量（m3）。

x3—日均運(yùn)行時(shí)間（h）。

c、a、b—回歸指數(shù)。

Z—位置功能因素（糾偏因素）。

G—裝機(jī)功率。

1.2 權(quán)重的劃分

確定指標(biāo)和數(shù)學(xué)模型后，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的劃分。確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重采用4 分值專家評(píng)分法進(jìn)行，根據(jù)指標(biāo)間重要性和影響力的相互對(duì)比，進(jìn)行指標(biāo)重要性打分[3]。

通過對(duì)指標(biāo)間橫向指標(biāo)與縱向指標(biāo)的對(duì)比評(píng)分得出分值，使用專家評(píng)分法中的加法評(píng)價(jià)法[4]，將評(píng)價(jià)各指標(biāo)項(xiàng)目所得的分值用連加求和，所得總分表示指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

式中：Wj—第j個(gè)指標(biāo)對(duì)象總分值；Wi—第i位專家評(píng)分值值；n—專家數(shù)。

得出每個(gè)指標(biāo)的評(píng)分結(jié)果后，以100 分為總值，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

計(jì)算公式為：

式中：Wj—第j個(gè)指標(biāo)對(duì)象總分值。

Bi—第i位指標(biāo)權(quán)重值。通過2 個(gè)部分的計(jì)算后得出各個(gè)分值的權(quán)重系數(shù)。利用評(píng)分后給出的權(quán)重系數(shù)和指標(biāo)歷史值，采用一元線性回歸方法計(jì)算出各指標(biāo)的回歸指數(shù)[5]，并得出最終的數(shù)學(xué)模型。

表2 回歸指數(shù)值

最終求出的函數(shù)為：

1.3 各泵站的分值及分組方式

按照確定的數(shù)學(xué)模型、權(quán)重系數(shù)及分級(jí)方法，逐一進(jìn)行泵站的指標(biāo)打分，最后得出的各泵站的分值及區(qū)間。

通過評(píng)分后，92 座泵站的分值利用spass 軟件進(jìn)行貝葉斯單樣本正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)，以便于下一步進(jìn)行泵站管理的分級(jí)，分析結(jié)果見表3。

表3 正態(tài)分布

分析后得出主要分值分布符合正態(tài)分布概率分布，置信區(qū)間在36～48。通過分值數(shù)據(jù)與實(shí)際管養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，分值分布基本符合現(xiàn)有泵站運(yùn)營成本、維修頻率、人力投入等方面的情況，同時(shí)驗(yàn)證選取的指標(biāo)及數(shù)學(xué)模型的可行性和可信度符合預(yù)期要求。

根據(jù)ABC 的管理法則，將泵站管理分級(jí)，分為4 個(gè)組。組距的確定為：組距=（最大值-最小值）÷組數(shù)

得出組距為25，最終確定的級(jí)別及分值區(qū)間、數(shù)量見表4。

表4 分級(jí)分布表

2 驗(yàn)證及應(yīng)用

為了驗(yàn)證數(shù)學(xué)建模的實(shí)用性和科學(xué)性，通過現(xiàn)有的運(yùn)維數(shù)據(jù)和得出的管理分級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，通過現(xiàn)有值守人員配置及2019 年主要設(shè)備故障報(bào)修統(tǒng)計(jì)反向驗(yàn)證數(shù)據(jù)模型的合理性，現(xiàn)有管轄泵站，16 座3 人值守泵站中93.75%為一類泵站，水泵故障前十中70%為一類，剩余30%為二類，控制類故障前十中80%為一類，剩余20%為二類等，符合ABC 管理分類法的科學(xué)原則。

進(jìn)行泵站管理分級(jí)后，可應(yīng)用于以下3 個(gè)方面。1）信息系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，在設(shè)施編碼、設(shè)備編碼、數(shù)據(jù)庫建立、GIS 字段屬性、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等運(yùn)用過程中，都具備了統(tǒng)一的方法和準(zhǔn)則。2）備品備件和應(yīng)急管理中，按照ABC 分類的原理，將泵站的備品備件按照泵站評(píng)分進(jìn)行分級(jí)儲(chǔ)備，對(duì)一級(jí)泵站進(jìn)行備品、備件的優(yōu)先補(bǔ)充和應(yīng)急物資的庫存完善。在發(fā)生降雨或故障處置時(shí)，以優(yōu)先保障一級(jí)泵站的運(yùn)行為主。3）在調(diào)度分析和運(yùn)營決策過程中，通過級(jí)別劃分后，在一定程度上解決了過去以經(jīng)驗(yàn)為主的調(diào)度方式，形成了較為科學(xué)的決策依據(jù)和方法，同時(shí)在廠站聯(lián)合調(diào)度、站網(wǎng)聯(lián)合等方面提供了調(diào)度的依據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，避免了以往的混亂分析，進(jìn)行合理的分級(jí)后，通過相同級(jí)別之間的對(duì)比、不同級(jí)別之間的對(duì)比等方式，對(duì)單位成本、能耗分析，都提供了更加客觀的分析依據(jù)和方法。

3 結(jié)論

通過指標(biāo)確認(rèn)、數(shù)學(xué)建模、實(shí)證研究等幾個(gè)步驟后，最終得出的管理分級(jí)模型，能夠良好和充分地對(duì)日常的公共排水設(shè)施管理進(jìn)行指導(dǎo)和支持，同時(shí)該方法也可以作為調(diào)蓄池、水閘等運(yùn)行管理分級(jí)的重要參考。這樣的分級(jí)方式對(duì)泵站設(shè)計(jì)、排水規(guī)劃和老舊改造等方面都提供依據(jù)和決策支撐。隨著城市化步伐的不斷進(jìn)步和發(fā)展，排水設(shè)施管理企業(yè)管理的設(shè)施量逐年增加，運(yùn)營要求也必將逐步提高，進(jìn)行管理的分級(jí)能夠幫助排水設(shè)施管理企業(yè)以較為優(yōu)化的管理方式、管理效率和管理成本開展日常的管養(yǎng)維護(hù)，對(duì)解決企業(yè)運(yùn)營成本和運(yùn)營目標(biāo)之間的矛盾，起到一定的緩和作用。