基于AHP群決策的三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施評估模型

許 鵬， 劉敬賢， 陳淑楣， 何興昌，劉 康， 劉 奕

(1. 武漢理工大學(xué) a. 航運學(xué)院; b. 內(nèi)河航運技術(shù)湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430063；2. 長江航運發(fā)展研究中心， 湖北 武漢 430014； 3. 國家水運安全工程技術(shù)研究中心， 湖北 武漢 430063)

三峽后續(xù)工作規(guī)劃是在三峽工程由建設(shè)期轉(zhuǎn)入運行期，為順應(yīng)三峽庫區(qū)及長江中下游重點影響區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展形勢和要求而實施的一項綜合規(guī)劃。規(guī)劃于2011年5月18日由國務(wù)院常務(wù)會議審議批準(zhǔn)，2012年起正式實施，規(guī)劃水平年為2020年，總投資1238億元[1-2]。航運規(guī)劃是三峽后續(xù)工作規(guī)劃的重要組成部分。截至2019年12月底，交通運輸部已實施了40個三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目，分屬于基本建設(shè)、航道養(yǎng)護(hù)和科學(xué)研究3個類別。在交通運輸部的正確領(lǐng)導(dǎo)和長航局的精心組織下，上述項目實施成效顯著。但受限于航運項目類型、實施進(jìn)度、實施內(nèi)容等差異，長期以來在項目實際管理中對各項目實施的績效考核主要以定性評估為主，缺少定量的評估考核手段。如何構(gòu)建一套科學(xué)、合理的定量評估模型，對航運項目的實施進(jìn)行全面、準(zhǔn)確和客觀的評估考核，已成為當(dāng)前三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目更加科學(xué)、高效管理的必然要求。

1 項目實施評估研究概述

基于國內(nèi)外文獻(xiàn)研究的結(jié)果，目前常用的項目實施情況評估方法主要有層次分析法(AHP)[3]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[4]、灰色系統(tǒng)理論法[5-6]和F綜合評判[7-10]等。AHP法若單獨使用，需對評估指標(biāo)進(jìn)行簡化，從而可能導(dǎo)致最終評估結(jié)果偏差較大。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法能處理非線性、非局域性和非凸性的大型復(fù)雜系統(tǒng)，但評估模型需基于大量的訓(xùn)練樣本。灰色系統(tǒng)理論法能在原始數(shù)據(jù)很少的情況下進(jìn)行評估，但未考慮造成評估結(jié)果較低的原因。F綜合評判的基本思想是利用F線性變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評估事物相關(guān)的各個因素，對評估對象做出合理的綜合評判[11]。

評估對象三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施是一個多層次、多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，本身的含義是模糊的或不確定的，無法精確定義，其評估指標(biāo)也沒有精確定義的判別標(biāo)準(zhǔn)。上述評估對象的模糊性或不確定性不是由于發(fā)生條件不充分而導(dǎo)致的，而是由于評估對象本身的概念不明確所引起的，是一類“亦此亦彼”的模糊性。本文在綜合考慮評估對象影響因素基礎(chǔ)上，引入AHP群決策確定評估指標(biāo)權(quán)重，運用F綜合評判模型對評估對象做出綜合評判，恰好能反映這類“亦此亦彼”的模糊性，實現(xiàn)模糊現(xiàn)象明確化和定量化。鑒于評估對象指標(biāo)眾多，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為避免評估指標(biāo)重要程度F子集難以分配的弊端，對這類復(fù)雜系統(tǒng)需運用多層次F綜合評判模型進(jìn)行評估。

2 基于AHP群決策的評估模型構(gòu)建

基于AHP群決策的三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施評估模型的構(gòu)建主要包括構(gòu)建評估指標(biāo)體系、建立因素集和評判集、確定評估指標(biāo)權(quán)重、計算評估指標(biāo)隸屬度、綜合評估結(jié)果計算及評估等級評判等5個主要步驟，其中關(guān)鍵和難點在于確定評估指標(biāo)權(quán)重和隸屬度，詳見下圖1所示。

圖1 航運項目實施評估模型

2.1 構(gòu)建評估指標(biāo)體系

評估對象三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施是一個層次多、因素多、邊界不清、交叉重疊的復(fù)雜系統(tǒng)，建立的評估指標(biāo)體系要能準(zhǔn)確、全面和系統(tǒng)的反映評估對象的整體特征[12-14]。結(jié)合基本建設(shè)、航道養(yǎng)護(hù)和科學(xué)研究3類項目特點，通過文獻(xiàn)研究和專家咨詢，按照系統(tǒng)性、完備性、主成分性、獨立性和可操作性的原則，從實施管理、目標(biāo)內(nèi)容及任務(wù)完成、實施效果和滿意度等4個維度，分別構(gòu)建航運項目實施3級評估指標(biāo)體系，其中航道養(yǎng)護(hù)類二級指標(biāo)“經(jīng)濟社會效益”的三級指標(biāo)為降低航道維護(hù)難度、降低事故風(fēng)險和提供就業(yè)崗位，其余評估指標(biāo)與基本建設(shè)類均相同，詳見表1和表2。

2.2 建立因素集和評判集

因素集U是評估指標(biāo)體系全部評估指標(biāo)組成的集合。U=(U1,U2,U3,U4),Ui=(Ui1,Ui2,…,Uis)，Uij=(Uij1,Uij2,…,Uijk)，其中i=1,2,…,n，j=1,2,…,s。

評判集V是評估對象可能的評估等級所組成的集合。V={V1,V2,V3,V4}={優(yōu)秀,良好,合格,不合格}，設(shè)定優(yōu)秀分值區(qū)間為[90,100]，良好分值區(qū)間為[80,90)，合格分值區(qū)間為[70,80)，不合格分值區(qū)間為[0,70)。

2.3 確定評估指標(biāo)權(quán)重

AHP法計算評估指標(biāo)權(quán)重的過程依賴于專家對系統(tǒng)的認(rèn)知程度，具有較強的主觀性。為減少這種主觀性，本文采用AHP群決策的方法來確定權(quán)重，以聚合專家個人排序的方式將多位專家的意見聚合，評估指標(biāo)權(quán)重由多位專家分別給出的評估指標(biāo)權(quán)重和專家自身權(quán)重組合得到[15-16]。AHP群決策方法計算評估指標(biāo)權(quán)重的主要步驟如下：

(1)

(2)

式(2)中：n為專家數(shù)；r為評估指標(biāo)級數(shù)，取值1,2,3；j為第r級評估指標(biāo)數(shù)。

2.4 確定評估指標(biāo)隸屬度

隸屬度是評估指標(biāo)對評判集中評估等級的定量描述。確定評估指標(biāo)隸屬度的首要工作是確定評估指標(biāo)等級評定標(biāo)準(zhǔn)。通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和專家咨詢，并結(jié)合實際管理情況，確定基本建設(shè)、航道養(yǎng)護(hù)和科學(xué)研究類項目評估指標(biāo)等級評定標(biāo)準(zhǔn)，詳見下表1和表2所示。

表1 基本建設(shè)和航道養(yǎng)護(hù)類項目評估指標(biāo)體系及等級評定標(biāo)準(zhǔn)

表2 科學(xué)研究類航運項目評估指標(biāo)體系及等級評定標(biāo)準(zhǔn)

本文采用模糊數(shù)學(xué)方法確定評估指標(biāo)的等級隸屬度，其關(guān)鍵和難點在于根據(jù)評估指標(biāo)特點建立符合實際的等級隸屬函數(shù)。三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施評估指標(biāo)分為定性和定量兩類，其評估指標(biāo)的等級隸屬度確定方法也不盡相同[18]。

2.4.1定性評估指標(biāo)等級隸屬度的確定方法

1) 對規(guī)范管理、安全管理等易于給出確切評估標(biāo)準(zhǔn)的定性評估指標(biāo)，選擇中間型矩形分布確定隸屬度，則評估指標(biāo)Uijk的等級隸屬度Rijk為：

(3)

式(3)中：m=1,2,3,4，Rijk表示評估指標(biāo)Uijk隸屬于評判等級Vm的程度。

2) 對實施效果、滿意度等難以給出確切評估標(biāo)準(zhǔn)的定性評估指標(biāo)，利用F統(tǒng)計法確定隸屬度。

(4)

式(4)中：n為試驗次數(shù)；隨著n增大，隸屬頻率會呈現(xiàn)穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定值即為評估指標(biāo)Uijk對評判等級Vm的隸屬度。

2.4.2定量評估指標(biāo)等級隸屬度的確定方法

對定量評估指標(biāo)需根據(jù)評估指標(biāo)屬性，選擇恰當(dāng)?shù)腇分布建立符合實際特點的隸屬度函數(shù)。本文中定量評估指標(biāo)分為效益型和成本型兩類[19-20]，選擇梯形分布構(gòu)建等級隸屬度函數(shù)：效益型指標(biāo)為評估等級越高其對應(yīng)數(shù)值越大的指標(biāo)，如任務(wù)完成率、考核指標(biāo)完成率等；而成本型指標(biāo)則與之相反，如按時開工、按時完工、按時竣工等。

1) 對效益型定量評估指標(biāo)，根據(jù)優(yōu)秀和不合格的臨界值V1、V4(V1

(5)

(6)

(7)

(8)

2) 對成本型定量評估指標(biāo)，其等級隸屬函數(shù)恰好與效益型評估指標(biāo)相反，其等級隸屬函數(shù)Rijk為：

(9)

(10)

(11)

(12)

2.5 評估結(jié)果合成及評判

根據(jù)前文確定的評估指標(biāo)權(quán)重及其隸屬度，構(gòu)建評估指標(biāo)權(quán)重向量W和模糊關(guān)系矩陣R，利用模糊合成算子，得到綜合評估結(jié)果B為：

(13)

式(13)中：i為一級指標(biāo)編號，j為二級指標(biāo)編號，k為三級指標(biāo)編號，l為三級指標(biāo)個數(shù)。

對綜合評估結(jié)果B進(jìn)行歸一化處理得到最終評估結(jié)果B*。結(jié)合已設(shè)定評判集的各臨界值，得到航運項目實施評估得分S為：

S=B*°VT=

(14)

根據(jù)航運項目實施評估得分S，最終可判定該項目實施評估等級。

3 算例

以三峽庫區(qū)應(yīng)急避險區(qū)建設(shè)一期工程(項目1)、長江三峽水庫變動回水區(qū)礙航礁石炸除一期工程(項目2)和武鋼長江碼頭三峽工程影響處理工程(項目3)等三個基本建設(shè)類項目為評估對象，對評估模型的可用性和有效性進(jìn)行驗證。根據(jù)前文構(gòu)建基本建設(shè)類項目實施評估指標(biāo)體系，設(shè)計基本建設(shè)類項目評估指標(biāo)權(quán)重和實施效果、滿意度等定性評估指標(biāo)隸屬度調(diào)查問卷。本次向各級主管部門管理人員、行業(yè)專家和航運企業(yè)代表分別發(fā)放權(quán)重調(diào)查問卷10份、隸屬度調(diào)查問卷30份，回收有效權(quán)重調(diào)查問卷7份和隸屬度調(diào)查問卷30份。

3.1 評估指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

根據(jù)回收的7份有效權(quán)重調(diào)查問卷，運用AHP群決策的方法計算評估指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如下：

1) 利用yaahp軟件計算專家給出的三級評估指標(biāo)對評估對象的權(quán)重如下表3所示。

2) 運用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對表3中群決策專家進(jìn)行分類，得到聚類譜系圖，如圖2所示：

圖2 聚類譜系圖

表3 各專家給出的三級評估指標(biāo)對評估對象的權(quán)重

通過聚類譜系圖和方差分析，群決策專家分成兩類時，不同類別之間的三級指標(biāo)權(quán)重的差異顯著，故此種分類方式較為合適。根據(jù)公式(1)計算各專家自身權(quán)重如表4所示：

表4 專家自身權(quán)重

表5 評估指標(biāo)組合權(quán)重

3.2 評估指標(biāo)隸屬度確定結(jié)果

根據(jù)項目1、項目2和項目3的實際管理情況和回收的30份隸屬度調(diào)查問卷統(tǒng)計結(jié)果可知，上述項目的三級評估指標(biāo)具體取值如表6所示。

根據(jù)表6中各項目三級評估指標(biāo)取值和2.4節(jié)確定的評估指標(biāo)隸屬度計算方法，計算項目1、項目2和項目3的三級評估指標(biāo)隸屬度如表7所示。

表6 三級評估指標(biāo)取值

表7 三級評估指標(biāo)隸屬度

3.3 綜合評估結(jié)果及驗證

按公式(13)和公式(14)計算出項目1的實施評估結(jié)果如下：

B項目1=

S項目1=B*·VT=92.7

同理，可計算項目2和項目3的實施評估結(jié)果為：

B項目2=(0.900 0.074 0.033 0.012)

S項目2=93.4

B項目3=(0.487 0.404 0.094 0.034)

S項目3=88.6

由此可判定，三峽庫區(qū)應(yīng)急避險區(qū)建設(shè)一期工程(項目1)和長江三峽水庫變動回水區(qū)礙航礁石炸除一期工程(項目2)的實施評估等級均為“優(yōu)秀”，武鋼長江碼頭三峽工程影響處理工程(項目3)的實施評估等級為“良好”。而近年來水利部(原國務(wù)院三峽辦)的項目稽查和交通運輸部長江航務(wù)管理局的項目監(jiān)督檢查結(jié)果均顯示，項目1、項目2的實施情況相對較好，項目3的實施情況則相對較差，這與項目1、項目2和項目3的實施評估等級相符，評估模型的可用性和有效性得到了進(jìn)一步驗證。

4 結(jié)語

本文從三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施的全過程出發(fā)，基于AHP群決策、系統(tǒng)聚類法和F綜合評判等理論方法，建立了一個適應(yīng)不同類別三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施的定量評估模型。評估模型相比傳統(tǒng)的項目實施評估模型，指標(biāo)權(quán)重確定的準(zhǔn)確性得到一定程度的提高，指標(biāo)隸屬度的確定方法更科學(xué)可用，可實現(xiàn)對三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目實施情況的全面、準(zhǔn)確和客觀的量化評估。評估模型不僅可為相關(guān)主管部門加強三峽后續(xù)工作規(guī)劃航運項目績效考核評估提供科學(xué)依據(jù)，還可廣泛應(yīng)用于其他類似項目實施評估中。