亞力坤·馬合木提　祖麗菲耶·亞力坤（.新疆昌吉水文局新疆昌吉8000；.新疆水文局水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心新疆烏魯木齊830000）

三江口水電站工程施工最優(yōu)開發(fā)方案探析

亞力坤·馬合木提1祖麗菲耶·亞力坤2
（1.新疆昌吉水文局新疆昌吉811000；2.新疆水文局水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心新疆烏魯木齊830000）

為了更好地對(duì)三江口水電站施工方案進(jìn)行優(yōu)化，提高工作效率，本文應(yīng)用層次分析法（AHP）和灰色層次分析法（GAHP），同時(shí)把系統(tǒng)工程中的定量和定性理論充分結(jié)合，選出最優(yōu)組織施工開挖方案，以期為類似案例提供借鑒。

水利工程；施工組織；灰色層次分析法；方案探析

1　概況

三江口水電站壩段位于云南省墨江縣泗南江鄉(xiāng)附近的阿墨江河段上，壩址位于阿墨江與泗南江交匯口以上約900m的河段上，為阿墨江梯級(jí)第三級(jí)水電站，也是阿墨江梯級(jí)的最后一級(jí)。本電站壩型為粘土心墻堆石壩，水庫(kù)正常蓄水位614m，壩高77m，水庫(kù)總庫(kù)容0.8452×108m3，裝機(jī)容量99MW，水庫(kù)回水至上游第二個(gè)梯級(jí)電站普西橋水電站約15km。

2　最優(yōu)開挖方案的優(yōu)選

邀請(qǐng)來自設(shè)計(jì)、施工、科研等單位的50位專業(yè)背景、職業(yè)背景的專家，利用專家問卷的形式直接獲取了對(duì)水電站施工開挖方案的問卷，寄送了包括三江口水電站基本資料、施工方案的基本資料，介紹了調(diào)查的目的、采用的方案、需要專家進(jìn)行的工作，要求專家對(duì)水電站施工開挖方案按要求填寫開挖方案的層次結(jié)構(gòu)和評(píng)判矩陣。

2.1用層次分析法建立層次結(jié)構(gòu)模型

圖1　.1　開挖方案層次

目標(biāo)層：最優(yōu)開挖方案AK

準(zhǔn)則層：料場(chǎng)性質(zhì)B1，儲(chǔ)層厚度B2，料場(chǎng)位置B3

方案層：循環(huán)式開挖N1，連續(xù)式開挖N2

2.2構(gòu)造判斷比較矩陣及確定權(quán)值

對(duì)照上節(jié)建立的層次分析模型，組織專家討論并建立了各個(gè)層次的比較判斷矩陣，并用matlab數(shù)學(xué)軟件建立了矩陣計(jì)算的程序，并計(jì)算各個(gè)比較矩陣的權(quán)重比值和最大特征值，矩陣一致性檢驗(yàn)值。

表1-1　開挖方案的判斷矩陣AK-B及權(quán)重

2.3方案層對(duì)準(zhǔn)則層的判斷矩陣以及matlab計(jì)算成果

對(duì)于材料性質(zhì)，各種開挖方案的重要性程度如下：

2.3.1循環(huán)式開挖方案

循環(huán)式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于各種土料及軟巖，巖渣等材料。

2.3.2連續(xù)式開挖方案

連續(xù)式開挖方案適用于河灘及水下砂礫料等深層地表和地質(zhì)材料。

根據(jù)以上分析，循環(huán)式開挖方案適用性更廣，適合各種開挖。建立的判斷矩陣如下：

表1-2　材料性質(zhì)的判斷矩陣及權(quán)重

對(duì)于材料性質(zhì)，各種開挖方案的重要性程度如下：

（1）循環(huán)式開挖方案

循環(huán)式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于小規(guī)模的工程。

（2）連續(xù)式開挖方案

連續(xù)式開挖方案適用于規(guī)模較大的工程。

根據(jù)以上分析，連續(xù)式開挖方案適對(duì)儲(chǔ)層厚度的要求更大，量也大。建立的判斷矩陣如表1-3。

表1-3　儲(chǔ)層厚度的判斷矩陣及權(quán)重

對(duì)于材料性質(zhì)，各種開挖方案的重要性程度如下：

（1）循環(huán)式開挖方案

循環(huán)式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于淺層土方。

連續(xù)式開挖方案適用于水下深層土方，隧洞等工程。

根據(jù)以上分析，連續(xù)式開挖方案適用于對(duì)儲(chǔ)層厚度的要求更深開挖方案的工程。建立的判斷矩陣如表1-4。

表1-4　料場(chǎng)位置的判斷矩陣及權(quán)重

2.4開挖方案層對(duì)目標(biāo)層的總權(quán)重計(jì)算

首先，由各層的成對(duì)比較矩陣數(shù)據(jù)按列進(jìn)行歸一化，然后每一行求和在平均，得到每一層元素相對(duì)于上一層元素的權(quán)重向量，再由同一層的權(quán)重向量合并成為權(quán)重矩陣，最后matlab計(jì)算得打?qū)哟卧u(píng)價(jià)的總權(quán)重，見表1-5。

從上表組合權(quán)重向量可以看出，循環(huán)式開挖和連續(xù)式開挖對(duì)總目標(biāo)施工開挖方案選擇的權(quán)重值分別為0.54和0.46。所以選擇循環(huán)式開挖為最優(yōu)施工開挖方案。

表中n=1，2，時(shí)RI=0，是因?yàn)?，2階的正互反陣總是一致陣，滿足要求。

上述組合權(quán)向量計(jì)算結(jié)果可以作為最終決策的依據(jù)。

云南泡核桃殼提取物體外抗肝纖維化活性研究……………………………………李春艷，陳進(jìn)汝，董壽堂，劉 熙，郝芳芳，李冬梅，李丹丹（5）

3　灰色綜合法求出最優(yōu)開挖方案

在本文第一部分中已經(jīng)建立了開挖方案的層次模型，并計(jì)算各指標(biāo)層權(quán)重，接下來的計(jì)算步驟如下：

3.1組織相關(guān)的專家，構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)專家問卷，構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重，從而得到開挖方案對(duì)開挖目標(biāo)的相對(duì)重要性，對(duì)土石壩施工中的開挖方案進(jìn)行分析。

3.2第二層綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)價(jià)問題的特點(diǎn)選聘具有專業(yè)背景、職業(yè)背景的50位專家，專家組按照“優(yōu)”為10分，“良”為9分，“中”8分，“差”為6分的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，我們將各專家評(píng)分去掉最高分和最低分，取算數(shù)平均值，形成比較數(shù)列Xi（k），參考數(shù)列取每個(gè)指標(biāo)的最高分值，詳細(xì)評(píng)分值見表2-1。

表1-5　開挖方案AK為目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果

表2-1　專家評(píng)分

3.3最優(yōu)指標(biāo)集及參考數(shù)列矩陣

最理想指標(biāo)集是各評(píng)判對(duì)象的最優(yōu)指標(biāo)組成的集合，是各評(píng)判對(duì)象比較的參考數(shù)列最理想指標(biāo)集ê=和各評(píng)判對(duì)象的指標(biāo)組成矩陣E如下：

3.4量化開挖指標(biāo)，進(jìn)行灰色綜合評(píng)價(jià)

采用專家打分的方式，將開挖方案中的各項(xiàng)方案相對(duì)于各評(píng)價(jià)目標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行量化。由于參評(píng)指標(biāo)通常具有不同量綱，因而必須對(duì)其進(jìn)行無量綱化處理。數(shù)據(jù)均值化處理:

數(shù)據(jù)均值化處理后的矩陣為：

3.5灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的確定，灰色關(guān)聯(lián)矩陣的建立

將數(shù)據(jù)均值化處理后的數(shù)據(jù)矩陣t作為比較數(shù)列，最理想指標(biāo)集E*作為參考數(shù)列，根據(jù)灰色系統(tǒng)理論可由下式求得第i個(gè)評(píng)判對(duì)象與第k個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù):

式中：i=1，2，3；k=1，2，3，ρ為分辨系數(shù)，它的作用在于調(diào)整比較環(huán)境的大小，即將比較環(huán)境縮小，ρ在［0，1］內(nèi)取值，本節(jié)取ρ=0.5。ξi（k）為第i個(gè)備選方案的第k個(gè)指標(biāo)與參照方案的關(guān)聯(lián)系數(shù)，mi兩級(jí)最小絕對(duì)差，maxi兩級(jí)最大絕對(duì)差。通過matlab計(jì)算得到，maxi得到的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣為：

3.6確定開挖方案綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)第二層次綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)開挖方案相對(duì)于各子目標(biāo)的優(yōu)越性。根據(jù)灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)向量，評(píng)價(jià)各個(gè)開挖方案的綜合性能，確定最優(yōu)施工方案

由評(píng)判矩陣T和權(quán)重系數(shù)向量W，得到灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:

式中：X為評(píng)價(jià)結(jié)果向量；其中的元素為Xi=∑k=1nrk×ξi（k），i=1，2，…，m。

從數(shù)據(jù)看出，灰色綜合評(píng)判法得出總的評(píng)價(jià)結(jié)果為（0.64，0.44），從可以看出循環(huán)式開挖方案較合理與層次分析法得出的結(jié)果一樣。

4　建議

本文是根據(jù)該工程概況，層次分析法和灰色綜合評(píng)價(jià)法在粘土心墻土石壩施工開挖方案優(yōu)選中的一次嘗試，雖然這種方法在科學(xué)分析上還存在不全面性，但是在科學(xué)目標(biāo)決策方面邁出了重要一步。

通過對(duì)水電站建設(shè)過程中的土石壩施工開挖方案各個(gè)指標(biāo)體系的分析研究得出一下建議：

（1）建議采用方案評(píng)價(jià)的層次分析法。層次分析法作為方案評(píng)價(jià)的經(jīng)典方法，能夠科學(xué)的、系統(tǒng)的分析影響多目標(biāo)方案評(píng)估目標(biāo)的關(guān)鍵因素，并賦予權(quán)重，通過灰色綜合評(píng)價(jià)法得出的結(jié)論是可信度高的評(píng)估結(jié)果。

（2）建議建立土石壩施工方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過邀請(qǐng)具有水利工程施工經(jīng)驗(yàn)的50位專家，專家對(duì)各個(gè)指標(biāo)相對(duì)總目標(biāo)的重要程度進(jìn)行打分，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，從而確定各個(gè)指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重。

（4）建議應(yīng)用matlab計(jì)算程序。通過matlab計(jì)算程序?qū)ν潦瘔问┕ら_挖方案進(jìn)行計(jì)算，對(duì)矩陣無量綱化處理和關(guān)聯(lián)系數(shù)處理，得到了灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣并得出的總的計(jì)算結(jié)果精確并符合實(shí)際。

（5）建議建立層次模型，并計(jì)算權(quán)重。通過組織50位專家建立對(duì)目標(biāo)方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，我們將各專家評(píng)分去掉最高分和最低分，取算數(shù)平均值，形成比較數(shù)列和參考數(shù)列，參考數(shù)列取每個(gè)指標(biāo)的最高分值組成指標(biāo)矩陣。

（6）建議用灰色綜合評(píng)價(jià)法得出的結(jié)論和層次分析的結(jié)論進(jìn)行比較。通過兩種方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的比較，并結(jié)合本工程概況，驗(yàn)證后得出循環(huán)式開挖方案為該土石壩施工過程中的最優(yōu)開挖方案。

（7）建議應(yīng)用于多目標(biāo)，多項(xiàng)目分析決策的設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)域。本研究成果采用了層次分析法和灰色綜合評(píng)價(jià)法，結(jié)合matlab工具軟件以及矩陣為基礎(chǔ)的嚴(yán)格一致性檢驗(yàn)，可以應(yīng)用于多目標(biāo)，多項(xiàng)目分析決策的設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)域。該方法在水利工程各個(gè)項(xiàng)目管理，項(xiàng)目評(píng)價(jià)，項(xiàng)目施工組織等領(lǐng)域中有推廣價(jià)值。

5　結(jié)語

基于灰色關(guān)聯(lián)度的工程施工方案綜合評(píng)價(jià)法為優(yōu)選施工方案及多目標(biāo)決策問題提供了一種簡(jiǎn)便的、易行的解決方法，評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理，利用該方法能很好地解決施工方案過程中的主觀因素的干擾性和盲目性，提高工作效率，對(duì)施工帶來很多便利和效益。在應(yīng)用該模型時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):

（1）權(quán)重值是決策者對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)重要性程度的表現(xiàn)，對(duì)方案灰色關(guān)聯(lián)度的影響很大，因此，權(quán)重值一定要按AHP進(jìn)行計(jì)算確定，不能估算。

（2）灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)指標(biāo)數(shù)量沒有限制，但用AHP法確定權(quán)重值，一般不要多于5個(gè)，因此要選擇對(duì)方案影響較大的指標(biāo)參加評(píng)判。

（3）灰色理論中沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)選取理想對(duì)象，還得繼續(xù)研究標(biāo)準(zhǔn)理想對(duì)象。

（4）對(duì)分辨系數(shù)ρ沒有一個(gè)切確的標(biāo)準(zhǔn)，還得繼續(xù)研究和探討分辨系數(shù)ρ。陜西水利

［1］武長(zhǎng)玉，水利工程施工組織設(shè)計(jì)與施工項(xiàng)目管理實(shí)務(wù)全書［M］，北京：當(dāng)代中國(guó)音像出版社，2000年.

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（責(zé)任編輯：暢妮）

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