瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)灰色模型評測體系構建

紀 倫,徐琳琳,鄔金麒,郝 晟,2,周艦航,譚憶秋

(1.哈爾濱工業(yè)大學 交通科學與工程學院,哈爾濱 150090;2.天津市政工程設計研究總院有限公司,天津 300392;3.龍建路橋集團第六工程有限公司,哈爾濱 150096)

瀝青鋪面項目質量控制、混合料質量管理都應該且需要對拌合場材料狀況和拌合設備性能、運行參數(shù)等進行科學管控與評價,進而從根本上實現(xiàn)預判和控制混合料材料品質的目的。長期以來,中國瀝青鋪面項目忽視了拌合場質量管控工作的特殊性,單純通過材料指標性能對項目備料進行評價,未將拌合場涉及的材料變異性、數(shù)量均衡性、拌合場設置參數(shù)和運營狀況等要素進行系統(tǒng)分析或科學管控,不利于混合料質量的保證,不利于瀝青鋪面技術的進步[1-2]。

建立科學、有效的拌合場質量狀態(tài)檢查評價體系,提高拌合場質量管控的“績效”,是瀝青鋪面項目管理中亟待解決的重要課題[3-5]。本文結合灰色系統(tǒng)理論,通過具體示例,構建基于灰色模型的瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)評測體系,供項目管理人員參考。

1 瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)的灰色特征及評測程序

1.1 評測問題的灰色特征

1981年,中國控制論專家鄧聚龍教授提出灰色系統(tǒng)的概念,結合應用數(shù)學方法,形成了一套解決信息不完備系統(tǒng)的理論和方法[6-7]。瀝青鋪面項目拌合場質量評價問題具有“灰色”特征,具體表現(xiàn)在以下3個方面:1)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態(tài)評測系統(tǒng)具有層次、界限不清晰,結構關系模糊的特點。限于當前的技術水平,通過調查、核實和測評也僅可獲得較少的或不確切的僅可片面表示灰色系統(tǒng)行為特征的原始數(shù)據(jù)序列。2)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態(tài)分析數(shù)據(jù)具有動態(tài)變化的特點,評價數(shù)據(jù)的獲得具有隨機性。3)限于對質量評價工作的理解,以及當前該領域的研究深度,測評指標可能考慮不全面,或不完備;評價量值的考慮因素可能不全面或標準不合理;測評系統(tǒng)中包含已知信息,又含有未知信息或非確知信息。

1.2 灰色模型評測程序

灰色模型通過指標量化,計算研究對象各影響指標因素之間的貼近程度的關聯(lián)系數(shù),比較分析關聯(lián)系數(shù),實現(xiàn)對灰色系統(tǒng)的判斷和預測。瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)灰色模型評價方法可依據(jù)如下程序進行[8-9]:1)構建質量評價的指標體系和確定指標權重;2)獲取指標量化數(shù)據(jù),建立反映系統(tǒng)質量行為特征的參考數(shù)列矩陣;3)確定影響系統(tǒng)質量行為的比較數(shù)列矩陣,確定論證評價指標的最底層最優(yōu)指標集,根據(jù)指標的屬性選擇最優(yōu)指標集;4)對參考數(shù)列和比較數(shù)列進行無量綱化處理;5)計算參考數(shù)列與比較數(shù)列的灰色關聯(lián)系數(shù),分析關聯(lián)特征;6)評價或預測,依據(jù)關聯(lián)系數(shù)對評價對象進行排序,或賦予評價分值。

2 瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)灰色模型評測指標體系

2.1 質量評測指標

結合拌合場質量管控的特點,以及灰色模型分析需要,構建質量狀態(tài)評測體系[10-15]。拌合場質量管控工作的專業(yè)化水平高,充分考慮其涉及的關鍵技術工作及其質量管控特點,分析拌合場質量管控要素及邏輯關系,質量狀態(tài)要素控制如圖1所示?？梢?瀝青鋪面拌合場質量控制可從材料數(shù)量和質量、礦料在拌合場中的處理工藝環(huán)節(jié)、質量控制關鍵技術予以管控。表1列出了某項目拌合場質量狀態(tài)評測指標。

表1 某項目所屬瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)評測指標和初始結果

圖1 瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)要素示意圖

可見,拌合場質量狀態(tài)包括8個一級評測指標,二級評測指標有30個,從材料控制、工藝管控、成品質量評價,在事前、事中和事后全過程監(jiān)管,全面涵蓋了拌合場質量管控的要素。表1同時列出了5座拌合場A1、A2、A3、A4和A5的考核成績。指標檢查分可參照或依據(jù)相應的質量檢查評定標準或規(guī)范、文獻等制定。而限于當前的研究狀況,個別的分值量化標準可再深入研究,此處不再贅述。

2.2 評測指標的賦權

2.2.1 專家測評數(shù)據(jù)采集

指標量化涉及取值標準和指標間數(shù)值的比例、關系[10]。為了準確評價質量狀態(tài),需要針對指標間的重要性進行權重分析。該項工作可采用專家調查法,通過向專家進行問卷的形式獲得。針對30個指標出現(xiàn)問題的概率,及其對混合料綜合性能的影響程度進行調查,問卷調查表可參考表2(問卷中需刪除最后一列)。表中列明對指標信息理解的灰度值,取值為0～1,對被測評指標越了解,數(shù)值越小。具體“信息量”與“灰度值”對應關系為:充分(0,0.2)、較充分(0.2,0.4)、一般(0.4,0.6)、較貧乏(0.6,0.8)和貧乏(0.8,1.0)。按照相關測評辦法,獲得7份專家測評結果見表2。表2的最后一列列出了專家1的初始賦權計算值。

表2 質量評測指標權重專家測評結果

2.2.2 指標賦權

專家賦權值的計算公式為

bis=pis×Iis

(1)

式中:bis為第i個指標,專家s的測評賦權值;i=1～k,k為指標總數(shù);s=1～n,n為專家總數(shù);pis為出現(xiàn)問題概率;Iis為指標對混合料性能影響程度。依據(jù)測評專家采集信息,建立基于模糊灰度的指標初始賦權矩陣。

(2)

由于專家習慣、性格和對指標認識程度的差異,對指標量值標準會有顯著差異,可基于測評專家信息灰度值,分析專家自我認識能力評價。對于本例,專家信息灰度值和的均值為0.27,變異系數(shù)為9.7%,小于10%,可認為專家組成員能力水平接近,不對專家賦權值進行取舍。對賦權矩陣進行數(shù)據(jù)列的一致性-實數(shù)化處理。處理后的賦權矩陣為

(3)

表3 質量評測指標權重分析專家數(shù)據(jù)

鑒于專家對于指標認識和理解,可對每一個評測指標的專家測評權重進行數(shù)據(jù)取舍,進一步分析得到權重值。本文采用肖維納特法進行數(shù)據(jù)分析(一組分析數(shù)據(jù)的樣本數(shù)為n=7,肖維納特系數(shù)Kn取1.8)。分析數(shù)據(jù)與樣本平均值差的絕對值大于1.8倍的標準差時,該分析數(shù)據(jù)作為“可疑”數(shù)據(jù),予以刪除。針對各個指標,刪除了13個數(shù)據(jù)(具體參見表3)。數(shù)據(jù)取舍和一致性處理后,得到拌合場質量狀態(tài)測評指標權重向量為

B0=[1.3,3.7,0.5,0.5,3.1,1.9,2.1,2.2,7.7,3.0,3.3,6.9,4.5,3.3,0.5,0,2.3,4.2,3.1,4.0,0.1,0.8,4.3,4.9,4.1,0.3,9.3,7.3,7.4]T

(4)

根據(jù)拌合場質量檢查指標最終權重向量,分析一級指標賦權情況,如圖2所示?？梢?材料質量變異性作為質量管控的基礎,獲得了最大權重27%;配合比實現(xiàn)程度,作為瀝青混合料質量管理最終目標也獲得了相當?shù)臋嘀?4%;而作為過程控制的冷、熱料倉控制,以及人為操控的權重在9%～15%之間,冷料倉的控制作為控制的基礎環(huán)節(jié)得到較大的權重15%;而不易出現(xiàn)問題、管理難度小的技術環(huán)節(jié)權重也較低,如集料干燥、升溫和除塵的權重為3%。

圖2 一級指標賦權權重分配結果

3 瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)灰色模型體系構建

3.1 評測指標數(shù)據(jù)系列的構建

拌合場質量狀態(tài)評測結果(表1數(shù)據(jù))和權重向量(4),構成質量狀態(tài)評測數(shù)據(jù)序列。設第j個拌合場質量狀態(tài)考核評測方案中對應的第i個評價指標為xj(i),xj(k)與對應的指標關聯(lián)如下:

Xj=[xj(1),xj(2),xj(3),…,xj(k)]

(5)

3.2 灰色模型的指標評測方法

對于拌合場質量狀態(tài)評測,從各評測結果中選擇對應指標的最優(yōu)值,構成拌合場質量狀態(tài)的評測方案參照向量:

X0=[x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(k)]

(6)

對于上述拌合場質量狀態(tài)指標向量與參照向量進行極小化歸一化處理,見式(7),其中aj(k)j=0,…,n代表各指標歸一化處理所對應的數(shù)值。

(7)

下一步,進行關聯(lián)度分析,計算拌合場質量狀態(tài)考核評測指標與參照指標間的近似關系,對應的計算公式如下,其中ξ[a_j(k),a_0 (k)]為描述指標間貼近關系的關聯(lián)系數(shù);ρ代表分辨系數(shù),取值0<ρ<1。

ξ[aj(k),a0(k)]=

(8)

計算各拌合場質量狀態(tài)的各指標與參照指標間的近似關系,對各個拌合場的指標關聯(lián)系數(shù)進行求和,并列舉各拌合場質量管控關聯(lián)系數(shù)為1的指標個數(shù),進行評價。

4 基于灰色模型的瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)評測分析

4.1 評測數(shù)據(jù)的歸一化處理

采用上文的5座拌合場相關數(shù)據(jù)作為示例,按照構建的方法進行分析。從瀝青鋪面拌合場質量狀態(tài)指標評測結果中選擇參照向量:

X0=[1.3,3.7,0.5,0.5,2.8,3.0,1.8,1.9,2.1,7.3,2.9,3.2,6.9,4.3,3.1,0.5,0,2.2,4.2,3.1,3.8,0.1,0.8,4.1,4.9,3.9,0.3,9.0,6.7,7.1]T

對拌合場質量狀態(tài)的指標向量與參照向量進行極小化歸一化處理,參照向量a0=1,得到評判數(shù)據(jù)序列,處理結果列于表4。

表4 拌合場質量狀態(tài)評測結果極小化歸一化處理結果

4.2 評測數(shù)據(jù)的關聯(lián)度分析

通過關聯(lián)分析計算公式(8),計算拌合場質量狀態(tài)考核評測指標與參照指標間的近似關系(取值為ρ=0.3),圖3繪制了權重≥4.5%的二級指標關聯(lián)系數(shù)情況,涉及到的指標在圖中所列。

圖3 部分指標的關聯(lián)系數(shù)情況(ρ=0.3)

參照關聯(lián)系數(shù)在0～1之間,參照關聯(lián)系數(shù)越大,說明該指標越接近最優(yōu)值,參照關聯(lián)系數(shù)1為最優(yōu)值。計算各拌合場質量狀態(tài)的指標參照關聯(lián)系數(shù)總和與指標最優(yōu)值個數(shù)如圖4所示。

圖4 指標參照關聯(lián)系數(shù)總和與最優(yōu)值個數(shù)(ρ=0.3)

參照關聯(lián)系數(shù)總和對拌合場質量狀態(tài)進行綜合排序為:A5、A1、A4、A3、A2,圖3所列的各拌合場關鍵指標關聯(lián)系數(shù)和存在顯著差異,排序與關聯(lián)系數(shù)綜合一致,其數(shù)值在1.8～7.0之間,具有明顯的區(qū)分度。以A1和A5為例,采用高權值指標的關聯(lián)系數(shù)與關聯(lián)系數(shù)總和相比,兩者A1分別為A5的59.3%和73.6%。因此,從區(qū)分度、工作量效率角度考慮,可選擇高權重簡化指標體系構建灰度模型。

4.3 灰色模型分辨系數(shù)參數(shù)對質量狀態(tài)評測結果的影響

在關聯(lián)系數(shù)分析中,涉及分辨系數(shù)ρ,現(xiàn)分析其對測評結果的影響。取ρ=0.2～0.9,分析各拌合場的評測結果,如圖5所示。

圖5 分辨系數(shù)與參照關聯(lián)系數(shù)總和的關系

可見,優(yōu)劣順序沒有改變;而ρ=0.2時的差異區(qū)分度最大。隨著分辨系數(shù)的增大,參照關聯(lián)系數(shù)總和增加,拌合場質量評測的優(yōu)劣次序并未發(fā)生改變,優(yōu)劣差異減小;ρ=0.2和0.9時,最優(yōu)和最劣兩個拌合場的參照關聯(lián)系數(shù)總和的差值分別為18.8和11.6?？梢?分辨系數(shù)ρ的確可作為區(qū)分度控制的指標,特別適合涉及項目管控中獎懲和績效分值測算的情形。

5 結 論

通過對瀝青鋪面項目拌合場質量狀態(tài)評測的灰色特征的分析,建立測評指標體系,分析完善灰色模型分析的賦權等要素,構建特征數(shù)據(jù)序列。明確了灰色模型質量狀態(tài)分析程序,結合示例,闡述了方法的構建和評價過程。具體得出如下結論:

1)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態(tài)評測具備灰色系統(tǒng)特征,可采用灰色模型評測分析法。

2)瀝青鋪面項目拌合場質量狀態(tài)測評指標體系需要合理設計,避免關聯(lián)項目重置、邏輯混亂;質量狀態(tài)分析指標權重需要合理賦值,需針對具體工程項目特點確定。

3)瀝青鋪面項目拌合場灰度模型分析系統(tǒng)涉及的分辨系數(shù),顯著影響評測的區(qū)分度,需要合理選定。