聶文海,劉 麗,傅 昊,宋 斌,梁大鵬

(國網(wǎng)冀北電力有限公司 經(jīng)濟技術(shù)研究院,北京 101404)

隨著我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的實施,建立科學(xué)有效的電力基建項目的質(zhì)量評價體系已成為電力體制改革中的一個重要任務(wù)。目前,我國已經(jīng)相繼出臺了與電力基建項目質(zhì)量評價體系相關(guān)的法律法規(guī),但尚未形成完善的電力基建項目質(zhì)量偏差評價體系,導(dǎo)致企業(yè)缺乏基建項目質(zhì)量偏差評價的科學(xué)性指導(dǎo)。因此,如何對電力基建項目的質(zhì)量偏差實施更加準(zhǔn)確的評價,成為亟待解決的問題。

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)方法是多目標(biāo)決策分析中一種常用的有效方法,又稱為優(yōu)劣解距離法[1]。該方法通過檢測評價對象與最優(yōu)解、最劣解的距離,實現(xiàn)對評價對象優(yōu)劣性的可靠排序。項目質(zhì)量偏差本質(zhì)上可以表示為項目評審指標(biāo)實際值與最優(yōu)值的距離,這與TOPSIS方法的工作原理相契合。因此,TOPSIS方法為解決電力基建項目存在的質(zhì)量偏差評價問題提供了研究方向和參考依據(jù)。

國內(nèi)外已有研究顯示了TOPSIS 方法在項目質(zhì)量評價領(lǐng)域中的多種應(yīng)用。周賢正[2]建立了基于灰色模糊評價和TOPSIS 方法的大型公共工程投資決策模型,實現(xiàn)項目投資優(yōu)先級的確定,完成最佳項目投資建設(shè)的選擇。郭朝先等[3]運用改進的熵權(quán)TOPSIS方法對竣工項目投入使用后的運行管理效果進行分階段評估,得出不同的管理效益值,為進一步完善項目質(zhì)量管理策略提供參考。Hoseinabadi等[4]結(jié)合TOPSIS模型對眾多污水處理廠PPP 項目進行比較,完成最適宜投資項目的優(yōu)選階段。Sari[5]通過使用模糊TOPSIS方法獲得的優(yōu)先級指數(shù),計算項目的最終排名,完成所需項目的最優(yōu)性選取。Li等[6]利用TOPSIS方法對住房項目進行風(fēng)險性評估,為項目質(zhì)量評價管理提供一套標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則。Chowdhury等[7]提出了一種基于博弈論和灰色關(guān)聯(lián)投影的電網(wǎng)項目綜合風(fēng)險評估方法,可有效識別出電網(wǎng)風(fēng)險較高的運行模式,保障電網(wǎng)項目質(zhì)量風(fēng)險性指標(biāo)的可靠測評。上述文獻將TOPSIS方法應(yīng)用于項目質(zhì)量評價體系,完成對項目質(zhì)量的評審,為電力基建項目質(zhì)量偏差度評價模型的構(gòu)建提供了參考和借鑒。但是,基于馬氏距離的TOPSIS方法存在項目數(shù)量與指標(biāo)數(shù)量相互制約的局限性,因此,該方法不適用于所有評審項目。另外,僅根據(jù)距離進行排序,會導(dǎo)致各項目內(nèi)部因素的變化趨勢與標(biāo)準(zhǔn)方案之間的差異偏大,因而不被重視。

受上述文獻啟發(fā),本文提出了一種基于改進TOPSIS方法的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價模型。首先,圍繞電力基建項目質(zhì)量評審合理性的影響因素進行分析,構(gòu)建一套以工程概述、系統(tǒng)部分、變電部分以及輸電部分為一級指標(biāo)的質(zhì)量偏差量化評價指標(biāo)體系。然后,利用層次分析法和熵權(quán)法確定主、客觀權(quán)重;在此基礎(chǔ)上,采用組合賦權(quán)法,完成綜合權(quán)重的計算。最后,依據(jù)余弦相似度和灰色關(guān)聯(lián)度對TOPSIS 方法進行改進,使得應(yīng)用改進TOPSIS方法的項目質(zhì)量偏差度評審體系更加完善,為更客觀地評審項目質(zhì)量提供依據(jù)。

1 電力基建項目與項目質(zhì)量偏差度評價方法概述

1.1 電力基建項目

電力基礎(chǔ)建設(shè)項目主要包括變電站和電力線路兩大類[8]。變電站項目分為升壓站、換流站、降壓站和負荷站等,電力線路項目分為架空電力線路、電纜線路、交流線路以及直流線路等。

電力基建項目一般存在施工周期長、建設(shè)成本高以及外部影響因素較多等特點[9],因此,如何對電力基建項目質(zhì)量進行合理測評是項目評審過程中的關(guān)鍵性問題。

1.2 項目質(zhì)量偏差度評價方法

項目質(zhì)量偏差度測評指標(biāo)是評定項目優(yōu)劣的決定性指標(biāo),為此,本文特別提出基于改進TOPSIS方法的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價模型。TOPSIS方法通過對有限個評價對象與理想化目標(biāo)的接近程度進行排序,實現(xiàn)對現(xiàn)有對象進行相對優(yōu)劣評價的目的,該方法又稱為優(yōu)劣解距離法。

正理想解和負理想解是TOPSIS 方法的兩個基本概念[10]。當(dāng)正理想解的各個屬性值都達到備選方案中的最優(yōu)值時,對應(yīng)的解便為最優(yōu)方案的解;而當(dāng)負理想解的各個屬性值都達到備選方案中的最劣值時,此時的解為最劣方案的解。利用方案排序規(guī)則把各備選方案與理想解和負理想解進行比較,若其中有一個方案接近理想解的同時又遠離負理想解,則該方案為備選方案中的最優(yōu)選擇。因此,項目的質(zhì)量偏差可以定義為評價指標(biāo)實際值與正負理想解歐氏距離的相對貼進度。但當(dāng)各指標(biāo)間存在關(guān)聯(lián)性時,運用歐式距離求解的數(shù)值將不再合理。因此,可采用馬氏距離代替歐氏距離,完成對TOPSIS方法的改進。此時,項目的質(zhì)量偏差可表示為評價指標(biāo)實際值與正負理想解馬氏距離的相對貼進度。然而,馬氏距離也存在局限性,當(dāng)評價指標(biāo)個數(shù)大于項目數(shù)時,馬氏距離的計算結(jié)果也將失去效用。因此,本文將TOPSIS方法進一步改進,引入余弦相似性方法,計算評價指標(biāo)值與正負理想解的余弦相似度,使得基于改進TOPSIS 方法的項目質(zhì)量偏差度評審模型應(yīng)用范圍更加廣泛。

2 電力基建項目質(zhì)量偏差度評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 影響電力基建項目質(zhì)量評審合理性的因素

一般而言,電力基建項目具有多方面、多層次、系統(tǒng)性等特點,可看作是一個構(gòu)成要素相對不明確的復(fù)雜系統(tǒng),必須運用科學(xué)合理的方法對其進行綜合分析評價[11]。由于項目資料的完整性是對所有項目進行評價的先決條件,故本文結(jié)合電力基建項目評審資料的內(nèi)容,將決定電力基建項目質(zhì)量偏差度的因素分為技術(shù)型和非技術(shù)型兩大類。技術(shù)類因素是指工程技術(shù)優(yōu)劣性影響質(zhì)量評審結(jié)果的因素,非技術(shù)類因素是指非工程技術(shù)類資料的環(huán)境保護以及經(jīng)濟收益部分等影響質(zhì)量評審結(jié)果的因素。技術(shù)類因素主要包括工程概述部分、系統(tǒng)部分、變電部分以及輸電部分等,非技術(shù)類因素主要包括環(huán)境保護部分和技術(shù)經(jīng)濟部分等。其中:技術(shù)類因素是評價項目質(zhì)量的關(guān)鍵性因素,基本上決定了電力基建項目質(zhì)量偏差度評價的合理性;而非技術(shù)類因素作為輔助評定因素也是必不可少的,隨著國家節(jié)能減排政策的推進[12],電力基建項目的環(huán)境保護特性是響應(yīng)節(jié)能環(huán)保號召的最有效的表現(xiàn)。另外,對于合約雙方而言,項目的收益必定是首要考慮的因素。對于電力基建項目質(zhì)量評審而言,技術(shù)類因素和非技術(shù)類因素同等重要,都是不可忽視的。上述各種因素間的關(guān)系可概括如圖1所示的樹形架構(gòu),它們直接影響電力基建項目評審的合理性。

圖1 影響電力基建項目質(zhì)量偏差度評審合理性的因素架構(gòu)圖

2.2 電力基建項目質(zhì)量偏差度評價指標(biāo)體系的建立

從決策學(xué)角度看,決策結(jié)果的科學(xué)性以及準(zhǔn)確性取決于評價指標(biāo)體系的構(gòu)建方式是否合理,而質(zhì)量偏差度屬于多屬性的決策問題,不能由單一因素所決定。因此,本文基于已有研究成果,結(jié)合電力基建項目評審原則和特點,建立了基于技術(shù)型和非技術(shù)型因素的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價指標(biāo)體系,如圖2所示。

圖2 電力基建項目質(zhì)量偏差度的評價指標(biāo)體系

設(shè)置6 個一級指標(biāo),即工程概述、系統(tǒng)部分、變電部分、輸電部分、環(huán)境保護部分以及技術(shù)經(jīng)濟部分;10個二級指標(biāo),即設(shè)計依據(jù)[13]、主要設(shè)計原則[14]、系統(tǒng)一次[15]、站址選擇[16]、主要設(shè)計原則和工程設(shè)想[17]、線路工程[18]、變電站進出線情況[19]、電纜選擇[20]、節(jié)能減排[21]以及投資估算[22]。其中主要設(shè)計原則是指整個項目工程的設(shè)計要求,它是度量項目質(zhì)量偏離程度的綜合性指標(biāo)。項目質(zhì)量越接近主要設(shè)計原則,則所對應(yīng)項目的質(zhì)量越優(yōu)異。

3 基于改進TOPSIS的項目質(zhì)量偏差度評價機制

為充分利用各種技術(shù)和非技術(shù)類因素,采用改進的TOPSIS方法為基本評價模型,設(shè)計了如圖3所示的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價機制。首先,利用層次分析法和熵權(quán)法確定主、客觀權(quán)重;然后,通過權(quán)重組合方法獲取綜合權(quán)重系數(shù);最后,根據(jù)改進的TOPSIS方法進行排序,形成電力基建項目質(zhì)量偏差度評價結(jié)論。

圖3 電力基建項目質(zhì)量偏差度評價機制示意圖

3.1 評價指標(biāo)體系中權(quán)重值的確定

3.1.1 確定主觀權(quán)重的AHP 方法 層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是綜合定性與定量分析過程而對多目標(biāo)多準(zhǔn)則的系統(tǒng)進行評價的一種主觀感知量化方法[23]。通過構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣,計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量,進而得到層次單排序與總排序指標(biāo)權(quán)重,最終確定主觀權(quán)重。主要分析步驟如下:

步驟1構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣。假設(shè)每一層的決策目標(biāo)為P,根據(jù)每一層的評價指標(biāo)集合Ω={a1,a2,…,an}構(gòu)建n×n階兩兩判斷矩陣A。通過上述判斷矩陣的構(gòu)建來實現(xiàn)每層層內(nèi)評價指標(biāo)的兩兩比較,以此確定每個層內(nèi)指標(biāo)相對于上層指標(biāo)的重要程度。采用1～8標(biāo)度進行判斷,1表示同等重要,數(shù)值越大表示重要程度越大。

步驟2權(quán)重計算。利用方根法確定權(quán)重。

(1)計算幾何平均值

(2)對每一行的幾何平均值做歸一化處理,確定層次單排中各因素在上層評價因素中所占的比重,即

(3)一致性檢驗。當(dāng)CR=CI/RI＜0.1,則認為矩陣通過一致性檢驗;否則,調(diào)整判斷矩陣。其中:

步驟3層次總排序及其一致性檢驗。計算同一層次所有決策因素相對于總目標(biāo)的排序權(quán)值,同時進行一致性檢驗。

3.1.2 確定客觀權(quán)重的熵權(quán)法 熵權(quán)法首先對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化和標(biāo)準(zhǔn)化,通過計算熵值來確定客觀權(quán)重,其中熵值越大,指標(biāo)權(quán)重越高。其主要步驟如下:

步驟1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。構(gòu)建原始數(shù)據(jù)陣X=(xij)m×n,并對其進行無量綱化和標(biāo)準(zhǔn)化處理。

步驟2確定熵值。

步驟3確定指標(biāo)權(quán)重。

式中,wj∈[0,1]且=1。

3.1.3 組合權(quán)重確定 由于主觀權(quán)重和客觀權(quán)重自身都會有局限性,為了更加充分地體現(xiàn)主觀認知和客觀數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律,采用組合賦權(quán)法來確定綜合權(quán)重系數(shù)。具體方法如下:

步驟1確定綜合權(quán)重。仍用wj表示綜合權(quán)重,則有

式中:wAj、wBj分別為第j個指標(biāo)的技術(shù)類和非技術(shù)類權(quán)重;α、β分別為技術(shù)類和非技術(shù)類權(quán)重偏好系數(shù)。

步驟2引入歐式距離函數(shù),計算偏好系數(shù)D(wAj,wBj)以獲取最終綜合權(quán)重,即

3.2 基于改進TOPSIS方法的項目質(zhì)量偏差度評價模型

由于傳統(tǒng)的TOPSIS 方法評價結(jié)果必定會受到指標(biāo)相關(guān)性的影響,故采用馬氏距離代替歐式距離,可以提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是,馬氏距離的隱含要求是評價指標(biāo)個數(shù)不能大于方案個數(shù),故采用基于馬氏距離的TOPSIS 方法在評價項目質(zhì)量偏差度時具有局限性。綜合上述分析,將TOPSIS方法進一步改進,采用余弦相似度代替馬氏距離,實現(xiàn)項目質(zhì)量偏差度評價結(jié)果準(zhǔn)確性的進一步完善。另外,由于傳統(tǒng)的TOPSIS方法忽視曲線趨勢,只計算了評價對象與標(biāo)準(zhǔn)要求的相對距離,導(dǎo)致評價結(jié)果與實際情況不吻合的問題。因此,本文通過將灰色關(guān)聯(lián)分析引入TOPSIS方法中,使得項目質(zhì)量評審結(jié)果的可信度大大提高。具體步驟如下:

(1)構(gòu)建原始評價指標(biāo)矩陣。假設(shè)項目群有m個子項目,評價指標(biāo)有n個,xij為第i個子項目的第j個指標(biāo)評價值,由此形成初始判斷矩陣V=(xij)m×n。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于電力基建項目中各個指標(biāo)的量綱并不都是相同的,故需要對決策矩陣進行標(biāo)準(zhǔn)化處理,V'=(bij)m×n表示標(biāo)準(zhǔn)化后的判斷矩陣,且

(3)構(gòu)建加權(quán)判斷矩陣

式中,bj(j=1,2,…,n)為矩陣V'的列向量。

(4)獲取正負理想解。根據(jù)加權(quán)判斷矩陣獲取評價目標(biāo)的正負理想解,收益性指標(biāo)越大,對評價結(jié)果越有利,損耗性指標(biāo)越小,對評價結(jié)果越有利;反之,則對評價結(jié)果不利。正負理想解的計算分別為:

式中:J*為收益性指標(biāo)集,表示在第i個指標(biāo)上的最優(yōu)值;J'為損耗性指標(biāo)集,表示在第i個指標(biāo)上的最劣值。

式中,ρ為分辨率,其取值根據(jù)電力基建項目質(zhì)量評審的具體要求而定。由此得:

(7)余弦相似度與灰色關(guān)聯(lián)度綜合計算:

式中,γ+ξ=1且γ、ξ由評審者設(shè)定,而

(8)計算各方案的相對貼近度。根據(jù)C*i的值按從小到大的順序?qū)Ω髟u價目標(biāo)進行排列。排序結(jié)果貼近度值越大,該評價指標(biāo)越優(yōu),質(zhì)量偏差最小,值最大的為質(zhì)量最優(yōu)的項目。計算公式為

4 算例分析

4.1 算例數(shù)據(jù)

本文對國內(nèi)某電力公司的5個基建項目進行質(zhì)量評價,分別邀請電力經(jīng)濟專家與電力工程專家各10人,結(jié)合本文建立的電力基建項目質(zhì)量偏差量化評價指標(biāo),分別對質(zhì)量進行評分,其綜合判斷值列于表1。

表1 電力基建項目質(zhì)量初始判斷值

4.2 算例結(jié)果分析

基于電力經(jīng)濟專家的判別數(shù)據(jù),利用本文提出的基于改進TOPSIS方法的評價模型,完成對所選取的5個項目質(zhì)量偏差度的排序操作。

(1)根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)以及式(11),得到如表2所示的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣V'。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化矩陣表

(2)根據(jù)綜合權(quán)重法得到電力基建項目指標(biāo)權(quán)重w=(0.2,0.2,0.1,0.3,0.1,0.1),由式(12)可得如表3所示的加權(quán)判斷矩陣。

表3 加權(quán)判斷矩陣表

(3)在獲得質(zhì)量加權(quán)評價矩陣的基礎(chǔ)上,通過式(13)、(14),計算可得正理想解向量和負理想解向量分別為:

根據(jù)式(15)～(19)計算余弦相似度以及灰色關(guān)聯(lián)度,計算結(jié)果列于表4。

表4 基于改進TOPSIS方法的項目質(zhì)量偏差度評價參數(shù)值

(4)由式(20)、(21)得到歸一化余弦相似度和灰色關(guān)聯(lián)度。在γ=ξ=0.5的情況下最后結(jié)合式(22)得出項目質(zhì)量偏差度的綜合貼近度,如表5所示。

表5 電力基建項目綜合評價參數(shù)

由表5可以看出,電力基建項目3的相對貼近度的值最高為0.687 3,故項目3的質(zhì)量偏差最小。因此,本文提出的基于TOPSIS方法的電力基建項目質(zhì)量偏差量化評價模型符合應(yīng)用實際,評價方法合理性較高,具有借鑒意義,可以為電力基建項目的質(zhì)量評審提供參考依據(jù)。

5 結(jié)語

為了更好地解決電力基建項目在評審過程中存在的評價指標(biāo)不完善、測評結(jié)果不符合實際情況等問題,本文提出了基于改進TOPSIS方法的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價模型。通過分析制約項目質(zhì)量評審結(jié)果合理性的因素,構(gòu)建了電力基建項目質(zhì)量偏差度評價指標(biāo)體系。利用層次分析法和熵權(quán)法分別計算主、客觀權(quán)重值,在此基礎(chǔ)上,運用組合賦權(quán)法得到綜合權(quán)重系數(shù)?？紤]到基于馬氏距離的TOPSIS方法存在項目數(shù)量和指標(biāo)數(shù)量相互制約的局限性,本文采用了余弦相似度代替馬氏距離,并引入灰色關(guān)聯(lián)分析,實現(xiàn)了對TOPSIS方法的有益改進。算例分析表明,本文所提出的基于改進TOPSIS方法的電力基建項目質(zhì)量偏差度評價模型能夠滿足實際準(zhǔn)則要求,提升了評審結(jié)果的合理性,可使電力基建項目的質(zhì)量評審得到進一步改良。同時表明,運用改進的TOPSIS方法進行電力基建項目評審,能夠使評審結(jié)果的準(zhǔn)確性得到極大提高。