基于決策樹(shù)的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

郭彬 GUO Bin；靳雨銘 JIN Yu-ming

（國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司邢臺(tái)市環(huán)城供電分公司，邢臺(tái) 054001）

0 引言

近幾年，我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)正處在建設(shè)密集、投產(chǎn)高峰的時(shí)期，也就是要確保每道工序、每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)收合格，這是建設(shè)智能電網(wǎng)、堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的前提。電網(wǎng)工程建設(shè)監(jiān)理單位代表建設(shè)單位監(jiān)督承建單位的施工行為，在各個(gè)施工過(guò)程的各個(gè)階段，采用個(gè)性化的服務(wù)模式來(lái)進(jìn)行管理，可以起到控制項(xiàng)目目標(biāo)的作用。在新的形勢(shì)下，電網(wǎng)施工質(zhì)量管理工作對(duì)公司的業(yè)務(wù)承載能力提出了更高的要求，這為其提出了新的難題與挑戰(zhàn)，尤其是在輸變電工程施工現(xiàn)場(chǎng)控制方面，還存在著諸多不足。輸變電工程是一個(gè)復(fù)雜的、開(kāi)放的體系，由于其投資規(guī)模大、周期長(zhǎng)、涉及因素多、內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜等特征，使得其影響因素種類(lèi)繁多，影響關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，各種風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)結(jié)果的影響程度也各不相同[1]。在工程建設(shè)中，因工程進(jìn)度規(guī)劃的不精確、工程實(shí)施的不規(guī)范等原因，很多工程未能達(dá)到預(yù)期效果[2]。通過(guò)對(duì)輸變電項(xiàng)目所面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入分析，可有效地避免項(xiàng)目建設(shè)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的投資效益的最大化。我國(guó)在輸變電工程建設(shè)中，雖然研究起步較晚，但已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，根據(jù)實(shí)際情況，已經(jīng)出現(xiàn)了許多不同的觀點(diǎn)。但目前大部分對(duì)工程施工質(zhì)量進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法仍然停留于研究層面，并未用于實(shí)際。并且，當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用的評(píng)估方法在運(yùn)用到輸變電工程當(dāng)中也存在評(píng)估不準(zhǔn)確、運(yùn)算量大等問(wèn)題[3]。為了避免輸變電工程在建設(shè)的過(guò)程中出現(xiàn)關(guān)鍵工序風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)失管、監(jiān)管人員素質(zhì)參差不齊等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致輸變電工程重大事故發(fā)生，本文下述將結(jié)合決策樹(shù)，開(kāi)展對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的設(shè)計(jì)研究。

1 基于決策樹(shù)的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)選擇

輸變電工程具備規(guī)模大、周期時(shí)間長(zhǎng)、約束條件多等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)的存在使得工程質(zhì)量存在極大的不確定性，也使得其質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)不易預(yù)測(cè)。對(duì)此，為實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的評(píng)估，引入決策樹(shù)，合理選擇輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的各項(xiàng)指標(biāo)[4]。在對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解的方法，同時(shí)兼顧了對(duì)目標(biāo)算法的計(jì)算量和運(yùn)算速度的需求。通過(guò)對(duì)輸變電工程施工過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析[5]，將質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分為內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)和外部風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面，以此構(gòu)建如圖1 所示的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策樹(shù)。

圖1 輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策樹(shù)

在圖1 所示的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策樹(shù)中，將內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)和外部風(fēng)險(xiǎn)作為決策樹(shù)的一級(jí)結(jié)點(diǎn)，將兩方面風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)作為二級(jí)結(jié)點(diǎn)[6]。在此基礎(chǔ)上，明確每一個(gè)二級(jí)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。為實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)更直觀、更清晰的表達(dá)，假設(shè)存在任意的四個(gè)比較序列，分別為X0（t）、X1（t）、X2（t）、X3（t），選擇標(biāo)準(zhǔn)（參照）序列的目標(biāo)是確定一個(gè)評(píng)估指標(biāo)體系的最佳序列，其序列所對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)的取值通常是該指標(biāo)在所有參與評(píng)估對(duì)象中的最佳值[7]。在收入指數(shù)上，通常以最大化為目標(biāo)；在成本指數(shù)上，通常以最小為目標(biāo)[8]。比較序列為影響工程質(zhì)量安全可靠目標(biāo)的各項(xiàng)相關(guān)因素，計(jì)算參考數(shù)據(jù)序列與比較數(shù)據(jù)序列之間的相對(duì)差值序列，其計(jì)算公式為：

公式（1）中，Vi（k）表示參考數(shù)據(jù)序列與比較數(shù)據(jù)序列之間的相對(duì)差值序列；X0（k）表示參考數(shù)據(jù)序列；Xi（k）表示比較數(shù)據(jù)序列。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算兩級(jí)最大差和最小差，并以此計(jì)算得出關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

公式（2）中，M 表示兩級(jí)最大差；m 表示兩級(jí)最小差，zi（k）表示關(guān)聯(lián)度系數(shù)；d 表示分辨系數(shù)。引入分辨系數(shù)d 是為了減少極值對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的影響，通常情況下d 的取值在0～1 范圍內(nèi)，一般d=0.5。

針對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策樹(shù)中的多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素組合臨界值計(jì)算，選擇在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的框架中進(jìn)行，在施工質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)后，原因事件的逆向推理以及定量預(yù)測(cè)均在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中更具優(yōu)勢(shì)[9]。根據(jù)上述論述，構(gòu)建歷史數(shù)據(jù)庫(kù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，其一般步驟為：第一步，在一個(gè)庫(kù)的Bayesian 網(wǎng)絡(luò)中確定一個(gè)變量和一個(gè)可能的數(shù)值；第二步，將變量之間的相關(guān)性用圖表表示出來(lái)；第三步，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)分布參數(shù)，得到局部概率分布表[10]。在實(shí)踐中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是由以上三個(gè)過(guò)程通過(guò)不斷的、交互的、重復(fù)的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的[11]。施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所關(guān)心的概率其實(shí)是一個(gè)條件概率，也就是事件A 在事件B（或者N 個(gè)事件）發(fā)生的條件下可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的特征，將包括3 個(gè)因素事件的組合作為例子，將所有可能的因素事件的組合和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理所關(guān)注的條件概率P（ABC）的含義定義為：在因素事件A 和事件B 發(fā)生的情況下，可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的概率。

2 構(gòu)建施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

根據(jù)上述論述內(nèi)容，完成對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)選擇，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的分析后，構(gòu)建施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。針對(duì)多目標(biāo)問(wèn)題的評(píng)估，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的量化[12]。根據(jù)上述建立的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策樹(shù)，可構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)共分為三層，其中第一層為目標(biāo)層，即輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；第二層為準(zhǔn)則層，對(duì)應(yīng)決策樹(shù)的一級(jí)結(jié)點(diǎn)層；第三層為指標(biāo)層，對(duì)應(yīng)決策樹(shù)的二級(jí)結(jié)點(diǎn)層[13]。根據(jù)建立的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估出層次結(jié)構(gòu)，對(duì)相同層指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩比較，以此判定其相互之間的重要性程度，并構(gòu)建直覺(jué)模糊互補(bǔ)判斷矩陣。針對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)，還需要對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn)。以準(zhǔn)則層為例，直覺(jué)模糊互補(bǔ)判斷矩陣進(jìn)行集成后的綜合判斷[14]。在這一過(guò)程中設(shè)置一個(gè)可接受的一致性閾值，將判斷結(jié)果與該閾值進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)閾值為l，當(dāng)判定結(jié)果大于l 時(shí)，此時(shí)稱(chēng)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)具有一致性，通過(guò)檢驗(yàn)；反之，當(dāng)判定結(jié)果小于或等于l 時(shí)，此時(shí)稱(chēng)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)不具備一致性，未通過(guò)檢驗(yàn)[15]。假設(shè)某評(píng)估者對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，其權(quán)重為x，且。將知覺(jué)模糊互補(bǔ)判斷矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇X(jué)模糊系數(shù)，得到如下述公式所示的直覺(jué)模糊互補(bǔ)判斷矩陣：

公式（3）中，A（k）表示直覺(jué)模糊互補(bǔ)判斷矩陣表達(dá)函數(shù)；a 表示各項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)合上述過(guò)程可計(jì)算得出指標(biāo)層的各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重分配結(jié)果，將其代入到公式中實(shí)現(xiàn)對(duì)施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，模型輸出的結(jié)果即為評(píng)估結(jié)果。

3 輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

本文結(jié)合輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性以及風(fēng)險(xiǎn)損失的嚴(yán)重程度，將輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為五個(gè)等級(jí)，分別為I 級(jí)、II 級(jí)、III 級(jí)、IV 級(jí)和V 級(jí)。表1 中記錄了輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)內(nèi)容。

表1 輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表1 中橫列為損失等級(jí)，縱列為可能性等級(jí)。根據(jù)表1 中的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)評(píng)估。在實(shí)際對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要制定一套符合項(xiàng)目條件的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)參考相關(guān)類(lèi)型工程的施工質(zhì)量和驗(yàn)收示范，結(jié)合本文上述設(shè)計(jì)的輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)劃分為I～V 共五個(gè)等級(jí)。針對(duì)不同層評(píng)估，其得出的評(píng)估結(jié)果不同。將準(zhǔn)則層、目標(biāo)層等評(píng)估公式連理得到最終的評(píng)估結(jié)果量化取值，將其代入到上述構(gòu)建的各個(gè)評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，以此完成對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的定量和定性評(píng)估。

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

針對(duì)上述提出的基于決策樹(shù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，為實(shí)現(xiàn)對(duì)該方法應(yīng)用可行性的驗(yàn)證，依托某地區(qū)某線路工程，對(duì)該工程的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比較性，選擇將基于模糊層次分析的評(píng)估方法和基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法作為對(duì)照條件，將本文提出的評(píng)估方法作為實(shí)驗(yàn)條件。依托的輸變電工程項(xiàng)目為500kV 變電站配套線路工程架空高空壓接施工。結(jié)合歷史工程案例庫(kù)分析，該工程所處工作環(huán)境屬于較高風(fēng)險(xiǎn)隱患等級(jí)，需要監(jiān)理項(xiàng)目部門(mén)派出專(zhuān)業(yè)監(jiān)理工程師對(duì)其進(jìn)行旁站監(jiān)理。由于工程項(xiàng)目在施工的過(guò)程中需要在塔上較為狹窄的空間內(nèi)完成施工作業(yè)，登高作業(yè)對(duì)于工程施工質(zhì)量而言增加了其風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合該工程項(xiàng)目背景，分別利用上述三種評(píng)估方法對(duì)該工程項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估。由于三種評(píng)估方法的評(píng)分結(jié)果不統(tǒng)一，包含0～1 范圍和0～100 范圍，因此針對(duì)得出的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化處理，將所有評(píng)估結(jié)果取值在0～100范圍內(nèi)的評(píng)估方法，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)三種方法得出的評(píng)分結(jié)果，給出對(duì)應(yīng)的評(píng)估等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)估結(jié)果分為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、中等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)五個(gè)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從低到高，依次對(duì)應(yīng)的評(píng)估取值為0～0.2、0.2～0.5、0.5～0.6、0.6～0.8、0.8～1.0。在完成上述準(zhǔn)備工作后，分別針對(duì)輸變電工程施工中的軟母線安裝（環(huán)節(jié)1）、主變壓器安裝（環(huán)節(jié)2）、斷路器安裝（環(huán)節(jié)3）、設(shè)備連接線安裝（環(huán)節(jié)4）、配電盤(pán)安裝（環(huán)節(jié)5）、電纜敷設(shè)（環(huán)節(jié)6）六個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將評(píng)估結(jié)果記錄如表2 所示，并結(jié)合工程歷史案例庫(kù)中的數(shù)據(jù)得出該工程施工中各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)際的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，與三種評(píng)估方法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

表2 三種評(píng)估方法評(píng)估結(jié)果對(duì)比表

針對(duì)表2 中記錄的三種評(píng)估方法得出的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，只有基于決策樹(shù)的評(píng)估方法得出的評(píng)估取值與實(shí)際施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)，基于模糊層次分析的評(píng)估方法和基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法得出的評(píng)估取值均與實(shí)際施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)取值相差甚遠(yuǎn)，因此通過(guò)上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以證明，本文提出的基于決策樹(shù)的評(píng)估方法在實(shí)際應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電工程施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確評(píng)估。將本文設(shè)計(jì)的評(píng)估方法得出的評(píng)估結(jié)果作為依據(jù)，可為更好地開(kāi)展輸變電工程施工，提升施工質(zhì)量，提高施工安全性等提供更可靠的條件。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文上述論述研究，在結(jié)合決策樹(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了一種全新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法主要針對(duì)輸變電施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，應(yīng)用該方法可找出施工中對(duì)施工質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅的因素，進(jìn)而對(duì)各項(xiàng)因素給出針對(duì)性的解決策略，確保工程能夠按照制定的施工計(jì)劃順利完成施工。由于輸變電工程施工項(xiàng)目是一項(xiàng)大規(guī)模，且具有復(fù)雜線性的項(xiàng)目，因此對(duì)其施工質(zhì)量造成影響的因素眾多。由于歷史條件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等原因，在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，使用的數(shù)據(jù)或因缺失無(wú)法獲取，因此對(duì)最終的評(píng)估結(jié)果仍然會(huì)產(chǎn)生一定偏差影響。針對(duì)這一問(wèn)題，為進(jìn)一步提高評(píng)估方法的應(yīng)用適應(yīng)性，在后續(xù)研究中將對(duì)其進(jìn)行更加深入探索。