王蓮

（安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

基于AHP的工程機(jī)械選型評(píng)價(jià)與應(yīng)用研究

王蓮

（安徽鐵建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

依托鐵路平改立工程，系統(tǒng)分析工程機(jī)械選型的影響因素，應(yīng)用層次分析法（AHP），構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，通過計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，確定系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果，為鐵路平改立工程機(jī)械選型提供相對(duì)科學(xué)的決策方法和量化指標(biāo)。

工程機(jī)械；選型評(píng)價(jià)；層次分析；特征向量

近年來(lái)，隨著我國(guó)高鐵的迅速發(fā)展，各類鐵路平改立工程數(shù)量增多，這些工程項(xiàng)目投資大、建設(shè)周期短、質(zhì)量要求高。由于作業(yè)點(diǎn)多、工程復(fù)雜多變，所涉及的工程機(jī)械品種和數(shù)量較多，其選型不僅關(guān)系到能否合理利用發(fā)揮最大效能，而且直接關(guān)系到施工安全、成本、工期和質(zhì)量等目標(biāo)的達(dá)成。因此，工程機(jī)械的選擇必須進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析比較，擇優(yōu)配置。由于工程機(jī)械選型要達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效、合理多個(gè)目標(biāo)，涉及大量相互關(guān)聯(lián)、相互制約的多種影響因素，因此需要將這些因素層次化、條理化，并區(qū)分它們各自對(duì)選型目標(biāo)影響的重要程度。

基于上述考慮，本文擬將層次分析法（AHP）引入到鐵路平改立工程機(jī)械選型評(píng)價(jià)中。層次分析法由美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂（T.L.Saaty）于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立的系統(tǒng)分析方法，是將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷加以量化處理，按照思維規(guī)律把決策過程模型化、數(shù)量化，在目標(biāo)因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下，使用更為方便，因而在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

1 選型評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

層次分析法基本原理是根據(jù)所要達(dá)到的總目標(biāo)，將影響因素按關(guān)聯(lián)關(guān)系聚集組合，形成一個(gè)多層分析結(jié)構(gòu)模型，最終歸結(jié)為最低層（方案、措施、指標(biāo)等）相對(duì)于最高層（總目標(biāo)）的相對(duì)重要程度的權(quán)值問題。依照此原理，結(jié)合鐵路平改立工程機(jī)械選型的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將與工程機(jī)械選型相關(guān)的影響因素梳理、歸類，本著技術(shù)先進(jìn)、工程匹配、安全可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的基本原則，構(gòu)建了鐵路平改立工程機(jī)械選型評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。其中：最高層為目標(biāo)層；中間層主要考慮了技術(shù)性能、工程匹配性、安全和可靠性、經(jīng)濟(jì)性4個(gè)主要影響因素。最底層是對(duì)應(yīng)于各主要影響因素的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過模型的建立，將影響選型評(píng)價(jià)問題模型化、系統(tǒng)化、層次化，在施工生產(chǎn)過程中便于操作應(yīng)用。

基于技術(shù)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。技術(shù)性能是機(jī)械本身固有的技術(shù)指標(biāo)，充分發(fā)揮技術(shù)性能，減少有形磨損和無(wú)形磨損，是使用機(jī)械設(shè)備必須考慮的首選。

基于工程匹配性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。鐵路平改立工程施工，往往多機(jī)、多工序同時(shí)作業(yè)，點(diǎn)多線長(zhǎng)，尤其對(duì)施工時(shí)間有嚴(yán)格要求，需要進(jìn)行開“天窗”施工，因此選擇工程機(jī)械既要技術(shù)參數(shù)相互匹配，又要工藝方法上相互協(xié)調(diào)，只有正確選擇作業(yè)組織方式和施工工序，有效利用時(shí)間，形成空中、地面立體作業(yè)網(wǎng)絡(luò)，才能使施工機(jī)械配套協(xié)調(diào)，高效使用。

基于安全和可靠性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。鐵路平改立工程不僅施工內(nèi)容復(fù)雜多變，而且施工受多種條件限制。所選工程機(jī)械：一方面要考慮安全性能好，便于操作，易于調(diào)遷等諸因素；另一方面要使參與施工的機(jī)械相互之間的生產(chǎn)能力配套，可靠性高，同一工程中需多種作業(yè)機(jī)械協(xié)同作業(yè)時(shí)，不得破壞周邊已有設(shè)施和質(zhì)量等。

基于經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在鐵路平改立工程施工中，必須在即有的工程條件下，權(quán)衡工程費(fèi)用與機(jī)械費(fèi)用的關(guān)系，確定最佳的機(jī)械類型及規(guī)格參數(shù)；同時(shí)，必須權(quán)衡安全性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，在保證施工安全的前提下，優(yōu)先選擇通用工程機(jī)械，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。因此，工程機(jī)械使用經(jīng)濟(jì)性主要通過設(shè)備資產(chǎn)投入效率、年平均運(yùn)行成本、年折舊率等評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。

圖1 鐵路平改立工程機(jī)械選型評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)層次分析法1～9標(biāo)度賦值規(guī)則，結(jié)合相關(guān)資料數(shù)據(jù)，經(jīng)反復(fù)研究后,確定中間層A1～A4各因素對(duì)目標(biāo)層Z構(gòu)成的比較判斷矩陣A：

最底層B1～B15各指標(biāo)對(duì)應(yīng)于中間層A1～A4分別構(gòu)成的比較判斷矩陣A1、A2、A3、A4：

根據(jù)AHP，為了防止判斷矩陣的不一致性，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

首先，利用和積法計(jì)算比較矩陣的最大特征對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量：

WA=(0.096，0.466，0.161，0.277)T；

WA1=(0.161, 0.466，0.277, 0.096)T；

WA2=(0.100，0.213，0.192，0.495)T；

WA3=(0.122，0.230，0.648)T；

WA4＝(0.623，0.239, 0.137)T。

其次，計(jì)算一致性指標(biāo)CI和一致性比率CR值分別為：

CIA=0.0149；CIA1=0.0436；CIA2=0.0052；CIA3=0.0018；CIA4=0.0092。

C RA=0.0 1 6 6＜0.1；C RA1=0.0 4 8 5＜0.1；C RA2=0.0 0 5 7＜0.1；C RA3=0.0 0 3 2＜0.1；CRA4=0.0159＜0.1。

計(jì)算結(jié)果說明，比較判斷矩陣A、A1、A2、A3、A4均具有可以接受的一致性，其相應(yīng)求得的特征向量為有效單排序權(quán)向量。

層次總排序權(quán)重實(shí)際上是各支配（影響）關(guān)系的層次間權(quán)重的加權(quán)之和。本模型中，B層中各指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)Z的總排序權(quán)重為：bi=（i=1,2, …,14；j=1,2,3,4）

代入計(jì)算得出B層各指標(biāo)的層次總排序特征向量為：

WB=(0.0155，0.0447，0.0266，0.0092，0.0466，0.0993，0.0895，0.2307，0.0196，0.0370，0.1043，0.1726，0.0662，0.0379)T

對(duì)層次總排序作一致性檢驗(yàn)：

結(jié)果表明，層次總排序具有可以接受的一致性，層次總排序特征向量即為組合權(quán)向量。以組合權(quán)向量作為決策的定量依據(jù)，可以得出，鐵路平改立工程機(jī)械選型評(píng)價(jià)模型14個(gè)主要指標(biāo)的重要性排序?yàn)椋菏┕?nèi)容、設(shè)備資產(chǎn)投入效率、機(jī)械間組配性、作業(yè)組織方式、施工工序、年平均運(yùn)行成本、作業(yè)工程量、生產(chǎn)效率、年折舊率、已有設(shè)施限制、節(jié)能減排性、固有危險(xiǎn)性評(píng)估、工程通用性、日常維護(hù)保養(yǎng)，這一結(jié)果與鐵路平改立工程設(shè)備選型的工作實(shí)際相吻合。

3 應(yīng)用與展望

通過以上的分析結(jié)果，我們可以將此層次結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用于以下兩個(gè)方面：（1）當(dāng)需要選擇工程機(jī)械時(shí)，可以通過模型計(jì)算分析，盡量選擇富余系數(shù)小的各種機(jī)械。（2）可用來(lái)檢驗(yàn)工程機(jī)械能否滿足優(yōu)化配置的要求。

當(dāng)然，由于考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，層次結(jié)構(gòu)模型具有受不同指標(biāo)權(quán)重變動(dòng)影響的可能性；另外，以上討論是建立在既有機(jī)械型號(hào)的前提下，對(duì)如何選擇機(jī)械型號(hào)并沒有做具體分析。為了解決上述兩個(gè)問題，可以建立工程機(jī)械選型管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面，為滿足機(jī)械選型初始方案中機(jī)械型號(hào)選擇的需要，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所收集的已通過選型評(píng)價(jià)驗(yàn)證合理的已建類似工程機(jī)械選型方案進(jìn)行歸納和加工，建立樣板工程機(jī)械選型優(yōu)化方案的查詢條件；將在建實(shí)際工程條件與之比較、分析，為工程機(jī)械選型方案提供可靠的依據(jù)和幫助；同時(shí)，將經(jīng)過驗(yàn)證的機(jī)械選型方案和條件，錄入工程機(jī)械選型管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，供后續(xù)工程查詢，形成閉環(huán)管理。另一方面，也可與施工管理系統(tǒng)聯(lián)系，不僅為施工單位進(jìn)行工程機(jī)械選擇提供相對(duì)科學(xué)的評(píng)判方法和量化指標(biāo)，而且能有效促進(jìn)施工單位積極尋找施工的作業(yè)特點(diǎn)，設(shè)法優(yōu)化作業(yè)組織方式，建立立體作業(yè)網(wǎng)絡(luò)，提高施工效率；同時(shí)可根據(jù)遇到的新形勢(shì)、新問題，不斷總結(jié)和創(chuàng)新施工管理方法，為進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化、智能化提供參考和指導(dǎo)。

[1]楊振林，劉金蘭.層次分析法在特種設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工程機(jī)械，2009.1：40.

[2]許樹柏.層次分析法原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988.

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：1671-0711（2017）09（下）-0187-02