王彥國(guó)

(遼寧水資源集團(tuán)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

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基于層次分析法及模糊綜合評(píng)價(jià)的長(zhǎng)距離輸水工程風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

王彥國(guó)

(遼寧水資源集團(tuán)管理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003)

文章以南水北調(diào)某工程項(xiàng)目為例，用層次分析法建立層次結(jié)構(gòu)及綜合評(píng)價(jià)體系，構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并對(duì)各層次指標(biāo)進(jìn)行了一致性檢驗(yàn)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，認(rèn)為調(diào)水項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)屬于中等的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)此應(yīng)該對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防、控制以減小損失。

層次分析法；模糊綜合評(píng)價(jià)；長(zhǎng)距離；輸水工程

引水工程一般可達(dá)數(shù)百千米，甚至有些可達(dá)上千千米，通常沿線有較多的輸水設(shè)施及輸水建筑物，且種類各異[1-2]。由于工程運(yùn)行管理復(fù)雜，導(dǎo)致管理過(guò)程中涉及的相關(guān)部門(mén)較多，但凡出現(xiàn)一點(diǎn)不確定的因素，都很有可能造成工程失事，出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的后果[3-5]。因此，工程運(yùn)行期間必須及時(shí)且準(zhǔn)確地找到存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，通過(guò)定量以及定性的系統(tǒng)分析，評(píng)估整個(gè)工程項(xiàng)目存在的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)實(shí)施工程風(fēng)險(xiǎn)管理措施，將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍之內(nèi)，保障工程運(yùn)行安全[6-7]。

目前，工程決策支持系統(tǒng)與水利工程系統(tǒng)理論等現(xiàn)代化的智能輔助決策技術(shù)的發(fā)展得到了較大的提升，但是如何運(yùn)用現(xiàn)代水利相關(guān)理論、方法來(lái)進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)長(zhǎng)距離引水工程進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的研究與管理，則是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)[8]。

1 工程概況

南水北調(diào)中線部分的南端起點(diǎn)為丹江口水庫(kù)，該水庫(kù)位于湖北與河南的交界處，北端到團(tuán)城湖，位于北京的頤和園內(nèi)，調(diào)水線路的總長(zhǎng)度為1423 km。本文所研究的南水北調(diào)中線工程，以陶岔到黃河這一段為核心研究對(duì)象。南段工程從陶岔的渠首開(kāi)始調(diào)水，途徑伏牛山南面的山腳、山前面的崗垅，在平原地帶蔓延至東北方向，在河南南陽(yáng)流經(jīng)白河，從長(zhǎng)江流域與淮河流域的分界線方城埡口處進(jìn)入淮河流域范圍內(nèi)，先后經(jīng)過(guò)河南的寶豐縣、禹州市以及新鄭市的西部，然后從鄭州的西北側(cè)跨過(guò)黃河，南段的總長(zhǎng)度為473.833 km。

當(dāng)集水面積小于 20 km2時(shí)，渠道左岸的排水建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)提升到200 a一遇；當(dāng)集水面積不小于20 km2時(shí)，干線渠道交匯交叉斷面處的建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為100 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)提升到300 a一遇；干線渠道與其他渠道相交時(shí)，渠段左岸建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)與干線上主要建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)相同。泄水建筑物按照建筑物的四級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用10 a一遇，施工期避開(kāi)汛期。

2 基于AHP模型的風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 層次分析法(AHP)

長(zhǎng)距離調(diào)水工程是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，分析鑒定調(diào)水的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，可發(fā)現(xiàn)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子在這樣的系統(tǒng)中無(wú)法進(jìn)行比較，他們之間相互影響、彼此制約。針對(duì)指標(biāo)因子復(fù)雜多樣、難以評(píng)價(jià)的問(wèn)題，可采用行之有效的層次分析法，這種方法將無(wú)法完全進(jìn)行定量的因素轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远康脑龠M(jìn)行分析并計(jì)算、解決問(wèn)題。

針對(duì)研究對(duì)象，層次分析法(AHP)研究框架為兩方面。①問(wèn)題拆解與組合。按照現(xiàn)狀性質(zhì)和未來(lái)目標(biāo)，將問(wèn)題拆解成各個(gè)組成因子，根據(jù)各個(gè)因子彼此干預(yù)、制約的關(guān)系，從上到下進(jìn)行重新分類并組合，建立起有層次、有秩序的新結(jié)構(gòu)模型。②賦值評(píng)價(jià)。由于人們看待客觀事實(shí)具有一定的主觀性，導(dǎo)致看待問(wèn)題中每個(gè)層級(jí)的因子重要性并不相同，因此須要借助數(shù)學(xué)模型來(lái)主動(dòng)對(duì)各個(gè)層級(jí)的影響因子進(jìn)行賦值，根據(jù)定量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判問(wèn)題并作出決策。

2.2 建立層級(jí)結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)距離的調(diào)水比較復(fù)雜，因此工程實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以實(shí)際工程為原則進(jìn)行評(píng)價(jià)，要能夠展現(xiàn)調(diào)水系統(tǒng)工程的基本信息的各項(xiàng)特征。首先要分析系統(tǒng)工程的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因子，以便對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)并進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)賦值構(gòu)建能夠具有相關(guān)度、覆蓋全面、靈活度高、操作方便、成本較低的指標(biāo)體系，經(jīng)過(guò)專家給出關(guān)鍵性、廣泛的意見(jiàn)后，對(duì)這些意見(jiàn)進(jìn)行總結(jié)，最后分解目標(biāo)，可劃分為工程建設(shè)與周期、質(zhì)量與管理、效益與費(fèi)用一共6個(gè)層次的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)。這幾個(gè)層次內(nèi)部也具有支配關(guān)系，可以形成有秩序的階梯狀層級(jí)結(jié)構(gòu)，最后形成的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1。

2.3 構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

以上所列舉的是長(zhǎng)距離調(diào)水的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及影響因子的層級(jí)關(guān)系，對(duì)于同一個(gè)層級(jí)里面的因子來(lái)說(shuō)，他們各自的重要性可以通過(guò)矩陣進(jìn)行一對(duì)一的比較。

表1 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1)CI代表一致性的指標(biāo)：

(1)

當(dāng)CI等于零時(shí),可以得出矩陣結(jié)果一致，CI的數(shù)值越大，得出矩陣越不一致。

(2)RI代表隨機(jī)一致性的指標(biāo)：

(2)

將不同因子的值賦予矩陣,可以得出下表的一系列RI值。

表2 隨機(jī)一致性指標(biāo)值

(3)CR代表隨機(jī)一致性比例：

CR=CI/RI

(3)

CR不大于0.1意味著評(píng)價(jià)矩陣結(jié)果一致，可以接受微小的誤差;CR大于0.1 時(shí)，就有必要對(duì)評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行修改。 按照以上幾個(gè)步驟，參考其他案例可以得出各個(gè)層級(jí)的因子權(quán)值以及校驗(yàn)結(jié)果，如表3～9所示。

表3 C1-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表4 C2-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表5 C3-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表6 C4-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表7 C5-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表8 C6-X層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

表9 O-C層權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

3 風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)過(guò)程

該方法是利用模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)復(fù)雜性、綜合性的研究對(duì)象提出總體評(píng)估。該方法以隸屬度理論為基礎(chǔ)，采用的是模糊關(guān)系合成的原則，將定性的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變成定量的評(píng)價(jià)，最后利用內(nèi)部的多種因子來(lái)對(duì)研究對(duì)象的層級(jí)情況進(jìn)行綜合評(píng)估的一種方法。

本文的研究對(duì)象——長(zhǎng)距離調(diào)水工程具有兩個(gè)明顯的特征，一個(gè)是不確定性比較強(qiáng)，一個(gè)是風(fēng)險(xiǎn)不容易進(jìn)行量化分析。在這種基礎(chǔ)上，綜合構(gòu)建的評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的綜合指標(biāo)體系，本文認(rèn)為采用模糊綜合評(píng)價(jià)法的等級(jí)選定二級(jí)比較適合研究對(duì)象。

具體計(jì)算過(guò)程如下：

(1)構(gòu)建關(guān)于工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)集。

因子U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中u1：系統(tǒng)方面的風(fēng)險(xiǎn)，u2：利益的風(fēng)險(xiǎn)，u3：時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)，u4：管制的風(fēng)險(xiǎn)，u5：質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)，u2：花費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)。

因素集u1={u11,u12,13}，其中u11：安全性，u12：適用性，u13：耐久性，以及因素集u2～u6。

(2)構(gòu)建評(píng)估集合。

工程的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)被劃分為一共5個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，分別為低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，高風(fēng)險(xiǎn)以及較高風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)其進(jìn)行賦值量化分別為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

(3)以上也提到的關(guān)于專家對(duì)評(píng)估的重要性，根據(jù)專家評(píng)估也可以得出指標(biāo)集的結(jié)果。

專家風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)估主要是依靠自己對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)、資料以及所獲得的諸多知識(shí)、數(shù)據(jù)，然后對(duì)調(diào)水工程進(jìn)行關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)劃分，其中用V1代表安全度、V2代表適用度、V3代表耐久度，將各個(gè)評(píng)分匯入表格，建立評(píng)價(jià)矩陣R1:

(4)

同理可得R2、R3、R4、R5、R6。

(4)利用最大值-最小值進(jìn)行綜合計(jì)算，并采用模型M(∧，∨)進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)某一單個(gè)因子得出的綜合評(píng)估為：

B1=A1·R1=(0.67，0.11，0.22)·

(5)

B=A·R=(0.15,0.16,0.27,0.25,0.10,0.07)·

(6)

對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一可知道：B=(0.07,0.21,0.23，0.28,0.21) 。

根據(jù)上面所述可得出TO=BV=0.43。根據(jù)各個(gè)評(píng)估結(jié)果顯示，調(diào)水項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)屬于中等的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，因此應(yīng)該對(duì)這種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防、控制以減小損失。

4 結(jié) 論

綜上所述，因?yàn)檎{(diào)水的質(zhì)量、花費(fèi)以及周期等多項(xiàng)因素都不固定，所以長(zhǎng)距離的調(diào)水項(xiàng)目存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)。本文對(duì)于調(diào)水風(fēng)險(xiǎn)的研究屬于當(dāng)前國(guó)家級(jí)調(diào)水背景的一個(gè)新的研究類型。本文采用了多種計(jì)算公式和研究方法，如綜合管理知識(shí)、戰(zhàn)略方法論、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、模糊數(shù)學(xué)理論、系統(tǒng)科學(xué)理論以及關(guān)于管理信息的相關(guān)知識(shí)，等等。本文通過(guò)對(duì)調(diào)水項(xiàng)目過(guò)程中必要程度和可行程度的風(fēng)險(xiǎn)研究， 制定了科學(xué)的層級(jí)評(píng)估結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，能夠科學(xué)、合理地對(duì)各種影響因子進(jìn)行匯集、評(píng)級(jí)、處理，最后采用結(jié)果來(lái)進(jìn)行判斷。

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王彥國(guó)(1975-)，男，助理工程師， 主要從事水電廠運(yùn)行檢修管理及建設(shè)工作。

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