李洪江，錢富君，冉啟鵬

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650011)

0 前言

當(dāng)前，電網(wǎng)正向數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，實現(xiàn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)、運維與數(shù)字資產(chǎn)管理是電網(wǎng)的發(fā)展方向，公司明確提出數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)要求，將數(shù)字化作為公司發(fā)展戰(zhàn)略路徑之一[1]。數(shù)字化設(shè)計是實現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)、移交數(shù)字化的基礎(chǔ)及前提，做好數(shù)字化設(shè)計工作對電網(wǎng)的建設(shè)及發(fā)展有著重要的意義，建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)可實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)鏈上下游互聯(lián)互通，具備支撐公司開展智能電網(wǎng)運營、能源價值鏈整合和能源生態(tài)服務(wù)的能力。電網(wǎng)工程的設(shè)計作為工程建設(shè)、移交、運行及供電各項工作的基礎(chǔ)，是電網(wǎng)建設(shè)及全壽命周期過程管理的基礎(chǔ)。以三維模型再現(xiàn)的集成化設(shè)計平臺等信息技術(shù)的發(fā)展推動了電網(wǎng)數(shù)字化設(shè)計的快速發(fā)展，隨著電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計工作的持續(xù)深入，以及系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計交付標準的制定，使得數(shù)字化設(shè)計已從研究探索逐步發(fā)展成熟且具備推廣運用的條件。

電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計是在現(xiàn)有二維設(shè)計的基礎(chǔ)上，構(gòu)建三維信息模型及數(shù)字化信息，實現(xiàn)電網(wǎng)工程全方位、全領(lǐng)域的數(shù)字化[2-3]。在常規(guī)設(shè)計基礎(chǔ)上，增加工程地理信息數(shù)據(jù)、GIM三維設(shè)計模型及相關(guān)文檔資料，將數(shù)字化設(shè)計貫穿于電網(wǎng)設(shè)計、施工、移交、運維及服務(wù)等各個方面，有利于電網(wǎng)提升發(fā)展及服務(wù)水平。數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量對電網(wǎng)工程建設(shè)及后續(xù)數(shù)字化運行維護具有重要影響，科學(xué)合理地對數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量進行評價分析，有助于提升數(shù)字化設(shè)計成果質(zhì)量水平，提升電網(wǎng)建設(shè)、移交及運維的科學(xué)性、合理性，有利于實現(xiàn)全過程服務(wù)電網(wǎng)各項業(yè)務(wù)工作[4]。數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價需綜合各個專業(yè)設(shè)計、項目特點、深度要求等進行總體分析評價，各因素之間存在交叉影響與關(guān)聯(lián)關(guān)系，部分指標的評價難于定量化，合理選擇評價方法實現(xiàn)對設(shè)計質(zhì)量科學(xué)定性與定量的評價有著積極意義。

本文基于灰色聚類和層析分析方法，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計特點，分析了影響數(shù)字化設(shè)計整體質(zhì)量的主要指標，通過灰色聚類建立質(zhì)量評估模型，以層次分析法確定指標權(quán)重，為科學(xué)評價并提升數(shù)字化設(shè)計水平提供一定參考。

1 數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價指標

數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量是對電網(wǎng)工程各個專業(yè)、子項進行具體評價后綜合得出整個項目設(shè)計質(zhì)量的總體評價分析。電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計涵蓋面較廣，為更好地對影響設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵因素進行逐步細化，按指標層級進行分析。數(shù)字化設(shè)計主要包括數(shù)字化模型、三維出圖、屬性信息集成功能，以及輔助進行系統(tǒng)計算、專項設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算等的能力，以及進行碰撞檢查的精細化設(shè)計等。

數(shù)字化設(shè)計按照專業(yè)劃分可分為“變電電氣設(shè)計”、“變電土建設(shè)計”、“線路電氣設(shè)計”、“線路土建設(shè)計”和“支撐服務(wù)設(shè)計”，各主要專業(yè)在數(shù)字化設(shè)計中各方面要求有較大的不同，對整體數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量影響權(quán)重也存在差異。

數(shù)字化設(shè)計在電網(wǎng)工程各專業(yè)下總體可劃分為“地理信息設(shè)計能力”“建模能力”、“出圖能力”、“計算能力”、“精細化設(shè)計能力”和“支撐服務(wù)能力”，建模能力指建立三維模型的精度質(zhì)量；出圖能力指將三維布置轉(zhuǎn)換為二維圖紙及效果圖的質(zhì)量情況；計算能力指三維數(shù)字化設(shè)計成果中相關(guān)計算成果質(zhì)量；精細化設(shè)計能力是指三維數(shù)字化設(shè)計成果對空間的碰撞檢查、距離校驗、材料統(tǒng)計等符合性及一致性等。支撐服務(wù)設(shè)計作為數(shù)字化設(shè)計成果在電網(wǎng)建設(shè)及工程投運后發(fā)揮的服務(wù)支撐價值，是實現(xiàn)全過程數(shù)字化建設(shè)的重要指標，如效果圖輸出、施工動畫、數(shù)字化移交，工程計量與核價等功能，具體如圖1所示。

圖1 數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價指標體系

圖1 中，電網(wǎng)工程變電及線路主要專業(yè)數(shù)字化設(shè)計二級評價指標雖然完全一致，但對于不同專業(yè)下的二級指標值，因其數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)容不同，其對設(shè)計質(zhì)量的影響不同，所占的指標權(quán)重也必然存在差異。

2 層次分析法確定權(quán)重指標

層次分析法作為一種定性與定量相結(jié)合的有效分析方法，適用于多層次、多變量、復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的權(quán)重確定。電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計成果質(zhì)量是由組成工程項目的各專業(yè)成果質(zhì)量的綜合體現(xiàn)，各專業(yè)指標對電網(wǎng)工程成果質(zhì)量的影響是不同的，需要利用層次分析法對各指標權(quán)重進行客觀分析確定。根據(jù)圖1確定的質(zhì)量分析層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造判斷矩陣A＝（rij）n×n，其中rij表示元素i與j的重要性的量化值,其倒數(shù)表示元素i比j的不重要程度。

為確保評價指標的一致性，需檢驗判斷矩陣的一致性，對不滿足一致性檢驗的應(yīng)調(diào)整判斷矩陣。以滿足條件的判斷矩陣標度值分別計算出各一級指標及其對應(yīng)的二級指標權(quán)重，同時通過公式（1）可將二級指標權(quán)重折算為數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價組合權(quán)重。

ωi為一級指標xi對電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量的權(quán)重，ωij為一級指標xi的第j個二級評價指標xij的權(quán)重。

3 灰色聚類評估模型

根據(jù)電網(wǎng)數(shù)字化設(shè)計經(jīng)驗和質(zhì)量評價分析，可將電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量分為：好、良好、一般、較差、差5種情況，對應(yīng)的評價集為：V＝{差、較差、一般、良好、好｝＝｛v1、v2、v3、v4、v5}。各數(shù)字化設(shè)計評價得分越高，說明其質(zhì)量越好，質(zhì)量劃分及其提升決策如表2。

表2 電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量劃分表

在電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價中，為了提高質(zhì)量評估的全面性和準確性，降低專家經(jīng)驗對指標判斷的主觀性，通過n個評審專家根據(jù)設(shè)計成果信息對m個評價指標進行評分，以此來評價數(shù)字化設(shè)計的總體質(zhì)量水平。那么，第k(k=1,2...n)個專家對于第h個評估指標給出的評分為zkh，根據(jù)所有專家評分結(jié)果可得成果指標評價樣本矩陣[5]。

建立電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量灰色聚類評價模型主要就是確定成果等級、灰數(shù)及其對應(yīng)的灰色聚類函數(shù)?；疑垲惡瘮?shù)通常也稱白化權(quán)函數(shù)，取值范圍為0~1之間，其值越大，說明灰色系統(tǒng)白化程度越高，設(shè)計越好。

根據(jù)表1所示的數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量定義，建立如式（3）的灰數(shù)和白化權(quán)函數(shù)。

表1 判斷矩陣的比例標度及含義

圖2 數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量白話權(quán)函數(shù)

結(jié)合圖2，可將式（3）描述為如下方程式：

對于質(zhì)量評價指標rij(i=1,2...5;j=1,2...5)，評價灰類的灰色評估系數(shù)記為yij,n，各個評價灰類的總灰色評估系數(shù)記為yij，第n個評價灰類的灰色評估權(quán)記為rij,n，則：

可進一步確定出設(shè)計質(zhì)量關(guān)于第n灰類的綜合聚類系數(shù)為：

rn、W分別為各一級指標的評價權(quán)和指標權(quán)重，選取各指標中綜合聚類最大數(shù)值對應(yīng)的評價狀態(tài)作為設(shè)計質(zhì)量評價的最終結(jié)果。

4 案例分析

以開展電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計試點工作的某220 kV輸變電工程為例，將其設(shè)計成果作為評價分析對象，按照層次分析法原理構(gòu)建權(quán)重判斷矩陣A，在通過專家形式結(jié)合試點深度要求及工程實際對成果質(zhì)量進行打分，建立評價矩陣。

計算得出各一級指標的權(quán)重值為w0=（0.4035，0.2565，0.1579，0.1098，0.0723），同理，構(gòu)建5個一級指標對應(yīng)的二級指標權(quán)重判斷矩陣，并逐一計算出各自的權(quán)重值。

W1=（0.0594，0.4316，0.2678，0.0790，0.1621）；W2=（0.1599，0.4185，0.2625，0.0618，0.0973）；W3=（0.1520，0.4234，0.2599，0.1034，0.0612）；W4=（0.0973，0.4185，0.2625，0.1599，0.0618）；W5=（0.0973，0.2625，0.1599，0.0618，0.4185）。

根據(jù)式（1）可計算得出各二級指標對數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量的各自權(quán)重值為：w=（0.0240，0.1742，0.1081，0.0319，0.0654，0.0410，0.1073，0.0673，0.0159，0.0250，0.0240，0.0669，0.0410，0.0163，0.0097，0.0107，0.0460，0.0288，0.0176，0.0068，0.0070，0.0190，0.0116，0.0045，0.0303）。

通過質(zhì)量評價矩陣，按照公式（4）可依次得到25個二級指標的灰色評價權(quán)為，二級指標數(shù)量較多，計算數(shù)據(jù)量大，僅以b15指標為例進行計算分析，其評價值為（4.5，3.5，2.6，3），根據(jù)公式（4）分別計算得出其5個狀態(tài)指標評估系數(shù)為：

同步計算出fν2=2.1、fν3=0.5、fν4=0、fν5=0，再以式（5）、式（6）計算出其灰色評價權(quán)為（0,0.81,0.19,0,0）。

以此計算出全部二級指標權(quán)重，采用式（8）綜合計算得出工程數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量的總體評價結(jié)果為：（0.12，0.18，0.32，0.22，0.16），根據(jù)評價等級來看，該工程數(shù)字化設(shè)計成果質(zhì)量總體一般偏較好。

同時計算出5個一級指標對應(yīng)的評價結(jié)果值為：

變電電氣（0.16，0.24，0.40，0.1，0.1）

變電土建（0.18，0.31，0.25，0.16，0.1）

線路電氣（0.19，0.27，0.29，0.16，0.09）

線路結(jié)構(gòu)（0.09，0.11，0.31，0.35，0.14）

支撐服務(wù)（0.28，0.21，0.26，0.14，0.11）

根據(jù)計算結(jié)果及確定的評價等級可知，變電電氣設(shè)計質(zhì)量為“一般”，變電土建設(shè)計質(zhì)量為“較差”，線路電氣設(shè)計質(zhì)量為“一般”，線路結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量為“較好”，支撐服務(wù)質(zhì)量為“差”。以上計算得出的工程整理數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量及各個一級指標對應(yīng)的評價結(jié)論與實際情況也較為吻合，驗證了灰色聚類及層次分析法對數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量評價的實用性。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)工程數(shù)字化設(shè)計成果內(nèi)容眾多，各指標均對成果質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。在向數(shù)字電網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中，通過數(shù)字化設(shè)計作為電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，設(shè)計成果質(zhì)量直接決定了其在電網(wǎng)全壽命周期中產(chǎn)生的價值作用，通過科學(xué)合理的對設(shè)計質(zhì)量進行評價分析，不斷提升設(shè)計質(zhì)量水平具有重要意義。通過層次分析法及灰色聚類對數(shù)字化設(shè)計質(zhì)量進行了客觀定量分析評價，并進行了實例驗證。