沈 嶸， 張向順， 李培培， 王為昦， 邢冬冬

(1. 南京市建設(shè)工程消防審驗服務中心， 江蘇 南京 210000； 2. 中建八局第三建設(shè)有限公司， 江蘇 南京 210000)

0 引 言

安裝工藝生命周期屬于一種管理工具， 能夠有效定量化分析現(xiàn)有安裝工藝的沖突， 也能夠評價安裝工藝中包含的全部問題[1-3].

備用供電設(shè)備安裝工藝對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性存在一定影響， 高超的安裝工藝可確保電力系統(tǒng)運行流暢， 避免其陷入癱瘓. 為此， 研究備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估方法可提高電企的服務質(zhì)量， 在電網(wǎng)運行穩(wěn)定性方面意義重大[4].

層次分析法(AHP)融合了定性與定量的層次化分析方法， 在解決繁瑣問題中具有較高的實用性， 但其數(shù)學運算復雜度較高， 導致大部分學者無法完全掌握并使用該方法.

為了優(yōu)化AHP法， 文獻[5]提出了一種基于模糊AHP評價與拓撲勢熵最小原理的模型， 以安全性因素和互適性因素作為評價指標， 利用模糊AHP評價模型評價協(xié)同規(guī)劃方案， 利用拓撲勢熵最小原理優(yōu)化規(guī)劃方案； 文獻[6]充分考慮安全綜合評價過程中的模糊性和隨機性， 引入云模型理論確定模糊隸屬度； 針對AHP法未考慮到因素之間的影響， 引入DEMATEL法優(yōu)化指標權(quán)重構(gòu)建安全評價指標體系.

基于以上研究成果， 本文利用模糊數(shù)學優(yōu)化AHP法的運算區(qū)域， 形成模糊層次分析法(FAHP)， 理論理解難度大大降低， 利于廣大學者使用， 操作簡單、 精準性高. 基于FAHP的備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估方法能夠精準評估安裝工藝生命周期， 更好地服務于電力企業(yè)， 提升用電安全性與穩(wěn)定性.

1 基于FAHP的備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估方法

1.1 評估指標體系

備用供電設(shè)備與主供電設(shè)備有一定不同， 備用供電設(shè)備具有以下特點：

1) 備用供電設(shè)備是相對于主供電設(shè)備而言的， 要求備用電源引自與主電源相對獨立的電源， 并非一個系統(tǒng)軟件的電；

2) 備用供電設(shè)備一般狀況下是停止運營的， 但當主供電設(shè)備斷電時， 能夠自動或者手動啟動輸出， 保證用電的可靠性；

3) 備用供電設(shè)備是由12 V或24 V電壓進行供電的， 一般稱之為弱電.

4) 備用供電設(shè)備的電會傳至緊急供配電系統(tǒng)， 包含高壓開關(guān)柜等.

5) 備用供電設(shè)備能夠選用直流電逆變電源， 還可以迅速啟動柴油機柴油發(fā)電機.

最重要的是， 備用供電設(shè)備的安裝工藝與主供電設(shè)備不同. 根據(jù)以上備用供電設(shè)備的特點， 從備用供電設(shè)備安裝工藝角度出發(fā)， 綜合考慮安裝工藝技術(shù)先進性與經(jīng)濟合理性等方面， 構(gòu)建備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評價指標體系.

技術(shù)屬性代表安裝工藝生命周期內(nèi)不同技術(shù)的先進性， 用于評估安裝工藝的安全性與拆卸性等.

環(huán)境屬性代表安裝工藝生命周期內(nèi)和環(huán)境相關(guān)的指標. 安裝供電設(shè)備過程中會直接或間接損耗能量， 形成有害氣體， 導致大氣污染； 安裝過程中形成的廢水流入水體中， 會導致液體污染； 安裝過程中還會產(chǎn)生有害廢物， 影響人們的健康， 其產(chǎn)生原因是安裝工藝中未考慮拆卸性與可回收性.

資源屬性與資源缺乏現(xiàn)象關(guān)系密切， 主要包含安裝所用材料資源、 信息資源與人力資源； 安裝所用材料資源比較關(guān)鍵， 其中材料利用率、 種類與再生率均會解決資源缺乏問題.

能源屬性與能源消耗關(guān)系密切， 在安裝工藝中使用節(jié)能性高的安裝材料， 可緩解能源缺乏現(xiàn)象[7].

經(jīng)濟屬性是指通過生命周期理論詳細調(diào)查安裝原材料采集至回收這一過程的成本[8]； 安裝工藝生命周期一直和企業(yè)、 用戶、 社會存在聯(lián)系， 這就需要考慮與這三者有關(guān)的成本與經(jīng)濟效益.

備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估指標體系如圖 1 所示.

圖 1 備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估指標體系Fig.1 Life cycle assessment index system of standby power supply equipment installation process

在評估指標體系內(nèi)， 各一級指標均存在不同數(shù)量的二級指標， 將二級指標劃分成不同數(shù)據(jù)類型， 分別為定量統(tǒng)計、 有效與定性評估數(shù)據(jù). 定量統(tǒng)計數(shù)據(jù)屬于百分比數(shù)據(jù)與真實統(tǒng)計值； 有效評估數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式是對數(shù)， 能夠提升衡量數(shù)據(jù)的精準性； 定性評估數(shù)據(jù)包含5個級別， 從低至高分別為極差、 差、 中等、 好、 極好.

1.2 FAHP評估方法

1.2.1 確定模糊權(quán)重

通過和積法計算矩陣特征向量的0.1～0.9標度， 建立互補評估矩陣， 0.1～0.9標度法如表 1 所示.

表 1 0.1～0.9標度法Tab.1 0.1～0.9 scale method

令評估矩陣為C=(cij)n×n， 其中， 評估矩陣元素為cij； 矩陣階數(shù)為n.通過矩陣內(nèi)兩兩指標對比判斷， 獲取互補評估矩陣[9].如果cij+cji=1， 那么C為互補評估矩陣； 按照0.1～0.9標度法建立互補評估矩陣需符合的條件如下

(1)

cii=1,

(2)

cij×cjk=cik,

(3)

其中， 式(3)非嚴格一致性條件， 僅需近似符合[10].

互補評估矩陣C的表達公式如下

(4)

模糊擴展式(4)獲取指標值的三角模糊函數(shù)， 擴展方法公式如下

(5)

式中：d為常數(shù)，d∈[0.5,1].

通過LLSM一致性檢驗C， 獲取指標權(quán)重.

令指標權(quán)重向量為wT=(w1,w2,…,wj,…,wm)， 函數(shù)Z的公式如下

(6)

式中：wi與wj為權(quán)重值；m為評估指標數(shù)量，i,j∈m.

通過Z計算wp,p=1,2,…,m的偏導， 將導數(shù)設(shè)置成零， 偏導公式如下

(7)

整理式(7)獲取

(8)

因為lncip=-lncpi， 同時lncpp=0， 所以， 將式(8) 變?yōu)?/p>

(9)

繼續(xù)整理獲取

(10)

令p=1,2,…,m獲取w的向量， 若向量符合Z選擇最小值的要求， 該向量便為權(quán)重向量[11-13]. 通過上面LLSM方法能夠擴展至三角模糊數(shù)求解過程.

(11)

歸一化上述公式獲取

(12)

其中， 選擇p=1,2,…,m獲取向量， 即模糊權(quán)重向量.

1.2.2 解模糊方法

利用1.2.1小節(jié)獲取的評估目標值接近三角模糊數(shù)， 通過解模糊方法排序數(shù)個模糊數(shù)， 即令模糊數(shù)轉(zhuǎn)換成具體數(shù)值. 選擇解模糊方法中的限位系數(shù)法， 確保模糊數(shù)排序更為清晰[14].

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

通過式(19)可知， 獲取ρ的依據(jù)是模糊數(shù)本身E. 排序模糊數(shù)可減少評估主觀因素的影響， 使評估結(jié)果更為公正[15].

2 實驗分析

以某電力公司的備用供電設(shè)備安裝工藝為實驗對象， 在該公司內(nèi)隨機選取一個備用供電設(shè)備， 并為這個設(shè)備設(shè)計4種安裝工藝， 利用本文方法與文獻[5]方法、 文獻[6]方法分別評估這4種安裝工藝的生命周期.

本文方法中常數(shù)d的取值直接影響評估的精準性， 通過實驗選取最優(yōu)d值， 確保本文方法具備最優(yōu)的評估效果， 測試結(jié)果如圖 2 所示.

圖 2 測試結(jié)果Fig.2 Test results

根據(jù)圖 2 可知， 隨著d值的增加， 本文方法評估精度整體呈現(xiàn)倒V趨勢， 當取值為0.7時， 評估精度達到最高， 因此， 常數(shù)d的最優(yōu)取值為 0.7， 后續(xù)實驗d的取值均為 0.7.

利用本文方法求解備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期的評估指標的模糊權(quán)重， 如表 2 所示.

表 2 評估指標的模糊權(quán)重Tab.2 Fuzzy weight of evaluation index

收集4種安裝工藝的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 展開規(guī)格化處理， 將全部指標劃分成3種類型與5個級別， 數(shù)據(jù)值和標度間的相應關(guān)系如表 3 所示.

表 3 數(shù)據(jù)值和標度間的相應關(guān)系Tab.3 Corresponding relationship between data value and scale

結(jié)合表 2 與表 3 獲取4種安裝工藝全生命周期的評估結(jié)果， 如圖 3 所示.

圖 3 4種安裝工藝生命周期評估結(jié)果Fig.3 Life cycle assessment results of four installation processes

根據(jù)圖 3 可知， 安裝工藝2與4的生命周期評估結(jié)果較優(yōu)， 安裝工藝1與3的生命周期評估結(jié)果較差. 實驗證明： 本文方法可有效評估備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期， 為電力公司設(shè)備安裝過程提供可靠的技術(shù)支持.

將精準率-召回率(Precision-Recall， PR)曲線與ROC-AUC曲線作為衡量本文方法評估效果的指標. PR曲線與坐標(1,1)距離越近， 說明評估效果越好； AUC面積越大說明評估效果越好. 為了讓實驗結(jié)果更具說服力， 以本文方法評估結(jié)果較差的安裝工藝1作為評估對象， 分別測試文獻[5]方法、 文獻[6]方法與本文方法評估安裝工藝1生命周期的結(jié)果， 如圖 4 與圖 5 所示.

圖 4 PR曲線測試結(jié)果Fig.4 PR curve test results

圖 5 ROC-AUC曲線測試結(jié)果Fig.5 ROC-AUC curve test results

根據(jù)圖 4 可知， 本文方法評估安裝工藝1生命周期時的PR曲線與坐標(1,1)最為接近， 查全率與查準率均在95%以上， 說明本文方法評估安裝工藝生命周期的精準性較高. 實驗證明本文方法具備較優(yōu)的備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估效果.

根據(jù)圖 5 可知， 本文方法在評估安裝工藝1生命周期時， AUC的面積最大， 說明本文方法評估安裝工藝生命周期的效果較優(yōu).

3 結(jié) 論

在電力企業(yè)中， 備用供電設(shè)備的安裝工藝直接影響著居民用電的安全， 合理的安裝工藝還會解決社會資源與能源缺乏問題. 為此研究基于FAHP的備用供電設(shè)備安裝工藝生命周期評估方法， 能夠有效評估安裝工藝的生命周期， 且評估精準性較高， 效果較優(yōu)， 為電力企業(yè)設(shè)備安裝方案提供了科學依據(jù)， 間接提升了設(shè)備安裝速度， 減輕工作人員的工作壓力.