朱修權(quán)

(廣東飛達(dá)交通工程有限公司,廣東 廣州 510663)

0 引言

《廣東省綜合運(yùn)輸體系“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出,2025年全省通車?yán)锍虒⑦_(dá)到12 500km(含改擴(kuò)建里程),因此,改擴(kuò)建高速公路的機(jī)電系統(tǒng)集成項(xiàng)目規(guī)模會(huì)大幅度增加。在高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中,將有大批量的機(jī)電設(shè)備需要評(píng)價(jià)判斷是否可以再利用。當(dāng)前高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中,主要依據(jù)技術(shù)壽命和使用年限來(lái)判斷,甚至更多地憑主觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。在管理控制中未能進(jìn)行科學(xué)分析和決策,也造成了一些可利用的設(shè)備資源的浪費(fèi)[1]。

基于高速公路改擴(kuò)建工程中機(jī)電設(shè)備再利用評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀,本文旨在探討建立一套高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)價(jià)體系,制定合理的評(píng)價(jià)和處置方案。層次分析法能夠從技術(shù)指標(biāo)、成本、外觀、對(duì)環(huán)境影響等多因素進(jìn)行分析并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的處置方法,從而能夠更充分地利用現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)備,降低造價(jià)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,找到節(jié)約資源和性能指標(biāo)的平衡點(diǎn),為高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目機(jī)電設(shè)備的再利用提供理論依據(jù)及實(shí)施借鑒。

1 高速公路機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)成

高速公路機(jī)電系統(tǒng)是高速公路工程建設(shè)的重要組成部分之一,涉及的設(shè)備種類多、分布地域廣,主要包括高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和通信系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱三大系統(tǒng))及供配電、照明系統(tǒng)、隧道管理設(shè)施等,是涵蓋計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子、電信等技術(shù)的綜合應(yīng)用[2]。

本文主要選取三大系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行再利用評(píng)估,其中監(jiān)控系統(tǒng)以服務(wù)區(qū)誘導(dǎo)屏、氣象檢測(cè)器、存儲(chǔ)陣列設(shè)備;通信系統(tǒng)以骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、接入網(wǎng)光傳輸設(shè)備、管道設(shè)備;收費(fèi)系統(tǒng)以費(fèi)額顯示器、存儲(chǔ)設(shè)備、稱重設(shè)備為代表進(jìn)行分析。

2 機(jī)電設(shè)備再利用評(píng)價(jià)方法

2.1 經(jīng)驗(yàn)分析法

經(jīng)驗(yàn)分析法是一種定性分析與定量分析相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法。在機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)價(jià)中,往往是通過(guò)專家根據(jù)設(shè)備的性能指標(biāo)或設(shè)備運(yùn)維人員根據(jù)日常維護(hù)的情況來(lái)評(píng)價(jià)是否可以再利用,它是根據(jù)企業(yè)各層次有關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷而確定設(shè)備是否可再利用的一種方法。該方法具有一定的科學(xué)性,沒(méi)有復(fù)雜的流程,簡(jiǎn)單高效,但定量分析不夠,容易受評(píng)估者的心理情緒、知識(shí)水平及個(gè)人素質(zhì)等因素影響,存在一定的片面性。

2.2 因素分析法

因素分析法是依據(jù)分析指標(biāo)與其影響因素的關(guān)系,從數(shù)量上確定各因素對(duì)分析指標(biāo)影響方向和影響程度的一種方法。在機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)價(jià)中,主要是根據(jù)某一因素如設(shè)備折舊后價(jià)值或相關(guān)聯(lián)的多因素指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估是否可以再利用。該方法是一種客觀的、科學(xué)程度較高的評(píng)估方法,但在某種程度上來(lái)說(shuō)也存在一定的局限性,未能完全擺脫主觀因素。

2.3 層次分析法

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。與經(jīng)驗(yàn)分析法和因素分析法相比,層次分析法最重要的就是綜合了多因素且簡(jiǎn)單明了,不僅適用于不確定性和主觀因素的情況,允許合乎邏輯的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)、洞察力和直覺(jué),而且適用于定量分析中的確定性和客觀因素的情況。處理復(fù)雜決策問(wèn)題的基本思路與人的思維、判斷過(guò)程大體上一致,具有較強(qiáng)的實(shí)用性和有效性。在機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)價(jià)中采用層次分析法具有實(shí)用性和有效性,對(duì)于評(píng)估設(shè)備再利用更加科學(xué),同時(shí)也集合了經(jīng)驗(yàn)分析法和因素分析法的優(yōu)點(diǎn),按照思維、心理的規(guī)律將決策過(guò)程層次化、數(shù)量化。

3 層次分析法原理

本文采用層次分析法對(duì)高速公路改擴(kuò)建機(jī)電設(shè)備再利用進(jìn)行分析。

層次分析法是一種定性和定量指標(biāo)相結(jié)合的決策分析方法,是將復(fù)雜的問(wèn)題分解成相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)因素組成梯階層次結(jié)構(gòu),通過(guò)兩兩比較的方式來(lái)確定各個(gè)因素的相對(duì)重要性、求解相對(duì)重要性判斷矩陣確定權(quán)重的一種方法,包括梯階層次的建立、構(gòu)造判斷矩陣、向量權(quán)重及一致性檢驗(yàn)等步驟。

3.1 梯階層次的建立

梯階層次即針對(duì)具體問(wèn)題、將有關(guān)的各個(gè)因素按照不同屬性自上而下地分解成若干層次。層次分析法首先建立梯階層次,即最高層、中間層和最底層。最高層只設(shè)定一個(gè)因素,該因素一般設(shè)定為要分析問(wèn)題的預(yù)定目標(biāo)或結(jié)果,稱之為目標(biāo)層;中間層包含諸多節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的設(shè)定是為了實(shí)現(xiàn)上一層預(yù)定目標(biāo)或結(jié)果所涉及的節(jié)點(diǎn),一般考慮的是一些指標(biāo)和準(zhǔn)則之類的因素,稱之為準(zhǔn)則層;最底層是供實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)或結(jié)果可供選擇的不同方案或措施,稱之為措施層。層次分析法需解決的問(wèn)題是求出最底層對(duì)最高層的相對(duì)權(quán)重,對(duì)最底層的方案或措施進(jìn)行排序,擇優(yōu)選擇方案或措施。

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

在梯階層次中的中間層,也就是設(shè)定指標(biāo)和準(zhǔn)則的層級(jí),故可稱為指標(biāo)層或準(zhǔn)則層,是對(duì)從屬于上一層每個(gè)因素的同一層一個(gè)或多個(gè)因素,以此來(lái)構(gòu)造判斷矩陣,直至最底層。

確定各層次各因素的權(quán)重時(shí),定量指標(biāo)往往更直觀。定性指標(biāo)容易產(chǎn)生爭(zhēng)議,因此判斷矩陣是表示 本層所有因素對(duì)上一層某單一因素的相對(duì)重要性進(jìn)行比較,不將所有因素放在一起比較,而是兩兩相互比較,采取相對(duì)標(biāo)度,盡可能地減少性質(zhì)不同的因素造成的困難,以利于提高準(zhǔn)確度。定性判斷矩陣因素的標(biāo)度方法見(jiàn)表1。

表1 定性判斷矩陣因素的量化值

3.3 向量權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

單層權(quán)重向量是指對(duì)本層中的所有因素兩兩評(píng)比,并按層次排序,進(jìn)行重要順序的排列。計(jì)算權(quán)重向量有算術(shù)平均法(和積法)、幾何平均法(方根法)和特征值法三種[3]。三種算法權(quán)重向量(ω)與最大特征(λmax)的計(jì)算步驟見(jiàn)表2。

表2 權(quán)重向量(ω)與最大特征(λmax)的計(jì)算步驟

4 工程應(yīng)用案例分析

本文以開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程為應(yīng)用案例。開(kāi)陽(yáng)高速公路全長(zhǎng)125km,新建時(shí)按行車速度120km/h、雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),于2003 年9 月建成通車。該路段交通量達(dá)到或接近高速公路路段所能適應(yīng)的最高通行能力,經(jīng)常出現(xiàn)通行緩慢甚至嚴(yán)重堵塞的現(xiàn)象,節(jié)假日尤為突出,服務(wù)水平嚴(yán)重下降,已不能適應(yīng)現(xiàn)狀及未來(lái)交通發(fā)展的需要,因此于2017年10月啟動(dòng)擴(kuò)建工作。擴(kuò)建工程的機(jī)電部分包括監(jiān)控中心、收費(fèi)和監(jiān)控及通信三大系統(tǒng)工程、通信管道工程、供配電及照明工程以及機(jī)電附屬設(shè)施的升級(jí)改造。

在開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程動(dòng)工前,建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位共同研究并確定舊機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)估原則、評(píng)估因素、處置方式、評(píng)估流程等。

4.1 機(jī)電設(shè)備再利用評(píng)估原則

(1)絕對(duì)淘汰判斷因素:在機(jī)電設(shè)備中存在一些政策導(dǎo)向如不滿足節(jié)能環(huán)保要求的設(shè)備,按絕對(duì)淘汰或“一票否決”處理。

(2)臨時(shí)使用判斷因素:在機(jī)電設(shè)備中存在一些因技術(shù)發(fā)展因素如網(wǎng)速不能達(dá)到改擴(kuò)建要求的交換機(jī)設(shè)備,按臨時(shí)使用處理。

(3)層次分析判斷因素:對(duì)滿足政策、技術(shù)發(fā)展影響因素的設(shè)備,按層次分析法評(píng)估因素進(jìn)行評(píng)估后處理[4]。

4.2 機(jī)電設(shè)備再利用評(píng)估因素

評(píng)估因素指的是在進(jìn)行評(píng)估過(guò)程中需要考慮的各種因素。在開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程中,確定評(píng)估因素包括但不限于政策允許、技術(shù)狀況、成本效益、外觀結(jié)構(gòu)等。政策允許評(píng)估主要是設(shè)備再利用是否符合相關(guān)政策和規(guī)定,對(duì)環(huán)境和安全是否有影響,該因素為“一票否決”因素;技術(shù)狀況評(píng)估主要是設(shè)備是否處于正常的工作狀態(tài),是否存在故障或損壞現(xiàn)象;成本效益評(píng)估主要是設(shè)備再利用與新購(gòu)置的成本進(jìn)行比較,是否存在經(jīng)濟(jì)合理性;外觀結(jié)構(gòu)評(píng)估主要是外觀是否存在變形或生銹等,結(jié)構(gòu)是否符合再利用的要求[5]。

除政策允許因素外,將評(píng)估因素的數(shù)組對(duì)象定義為:P={技術(shù)狀況,成本收益,外觀結(jié)構(gòu)}。

4.3 機(jī)電設(shè)備再利用的處置方式

處置方式指的是設(shè)備經(jīng)過(guò)評(píng)估后對(duì)設(shè)備進(jìn)行處置的一種方式。在開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程中,對(duì)舊機(jī)電設(shè)備再利用的處置方式分為直接利用、翻新利用、降級(jí)利用和處置回收等。直接利用是對(duì)于能夠正常工作的機(jī)電設(shè)備,可以直接重新使用,不需要進(jìn)行任務(wù)處置;翻新利用是對(duì)于存在一些小問(wèn)題的機(jī)電設(shè)備,可以通過(guò)翻新或者更新部分部件以提高其性能和效率;降級(jí)利用是對(duì)于設(shè)備的性能指標(biāo)不能適合新要求,但可以滿足其它要求不高的場(chǎng)合使用,如交換機(jī)的網(wǎng)速指標(biāo);處置回收是對(duì)設(shè)備無(wú)法再利用的舊設(shè)備,可按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行環(huán)保處理,如分類回收、廢棄物處置等。

將處置方式的數(shù)組對(duì)象定義為:V={直接利用,翻新利用,降級(jí)利用,處置回收}。

4.4 機(jī)電設(shè)備再利用評(píng)估程序

4.4.1 建立設(shè)備的梯階層次

在高速公路機(jī)電設(shè)備再利用過(guò)程中,影響再利用的因素較多。開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程將舊設(shè)備再利用的評(píng)估體系劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和措施層,針對(duì)舊機(jī)電設(shè)備的典型特點(diǎn),選取關(guān)鍵影響因素進(jìn)行層次分析。目標(biāo)層是對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備再利用的設(shè)備進(jìn)行層次分析后的評(píng)估判斷,判斷的結(jié)果在處置方式數(shù)組對(duì)象中選擇,目標(biāo)層的評(píng)估因素設(shè)定為設(shè)備再利用;準(zhǔn)則層針對(duì)機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)估目標(biāo),按照機(jī)電設(shè)備再利用的評(píng)估因素技術(shù)狀況、成本效益、外觀結(jié)構(gòu)作為準(zhǔn)則層;措施層針對(duì)準(zhǔn)則層各評(píng)估因素,對(duì)準(zhǔn)則層分別進(jìn)行影響因素分解[6]。梯階層次評(píng)估體系如圖1所示。

圖1 梯階層次評(píng)估體系

4.4.2 構(gòu)建設(shè)備比較矩陣

構(gòu)建設(shè)備比較矩陣是一種決策分析方法,用于比較多個(gè)設(shè)備或方案的優(yōu)劣。該方法要求將所有設(shè)備或方案按照各自的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估[5],依據(jù)表1將它們兩兩比較,得出一個(gè)比較矩陣。然后計(jì)算每個(gè)設(shè)備或方案的加權(quán)總分,以確定最終的排名。

(1)建立比較矩陣。建立比較矩陣從目標(biāo)層開(kāi)始,層層建立。在開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程中,以舊攝像機(jī)再利用為例,參照?qǐng)D1影響攝像機(jī)再利用的因素有技術(shù)狀況、成本收益和外觀結(jié)構(gòu)三個(gè)因素,由專家參照表1進(jìn)行打分,建立比較矩陣(表3)并矩陣向量化。

表3 設(shè)備(舊攝像機(jī)為例)再利用比較矩陣

比較矩陣的特征向量:

(2)按列歸一化及權(quán)重。

比較矩陣特征向量的權(quán)重:

4.4.3 向量權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

(1)比較矩陣特征向量的參數(shù)權(quán)重。

(2)比較矩陣一致性檢驗(yàn)。為了避免過(guò)于主觀地進(jìn)行兩兩比對(duì)和其它因素的干擾,需要對(duì)比較矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[7]。

比較矩陣最大特征值:

比較矩陣偏離一致性指標(biāo):

平均隨機(jī)一致性指標(biāo):

RI=0.58(查表)

一致性檢驗(yàn)值:

當(dāng)CR<0.1時(shí),表示比較矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn);當(dāng)CR>0.1時(shí),表示比較矩陣未通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

4.4.4 因素權(quán)重集

通過(guò)以上計(jì)算,得出目標(biāo)層因素的權(quán)重:

A={0.0724,0.3013,0.6263}

根據(jù)圖1所示的因素關(guān)系,并按相同的方法計(jì)算準(zhǔn)則層因素的權(quán)重,分別為:

A1={0.1095,0.3092,0.5813}

A2={0.6667,0.3333}

A3={0.75,0.25}

4.4.5 處置方式比較矩陣

根據(jù)圖1各因素的關(guān)系,建立技術(shù)狀況、成本效益和外觀結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層的權(quán)重集為:

4.4.6 設(shè)備再利用模糊評(píng)價(jià)集

通過(guò)以上計(jì)算,目標(biāo)層設(shè)備再利用的評(píng)價(jià)權(quán)重為:

4.4.7 處置方式的確定

根據(jù)層次分析法,目標(biāo)層設(shè)備(攝像機(jī)為例 )再利用的權(quán)重最大值為0.338 3,由此判斷該設(shè)備的處置方式為回收。

4.5 機(jī)電設(shè)備再利用建議處置結(jié)果

采用層次分析法對(duì)開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程實(shí)施中的機(jī)電設(shè)備(以監(jiān)控、通信和收費(fèi)為例)再利用的處置方式進(jìn)行驗(yàn)證,以滿足業(yè)務(wù)和工程實(shí)際的需求。處置方式見(jiàn)表4。

表4 開(kāi)陽(yáng)高速公路改擴(kuò)建機(jī)電設(shè)備再利用處置方式

(續(xù)表4)

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用高速公路機(jī)電設(shè)備再利用的分析評(píng)價(jià)算法——層次分析法,解決高速公路改擴(kuò)建工程中機(jī)電設(shè)備的再利用評(píng)價(jià)問(wèn)題,同時(shí)能對(duì)機(jī)電設(shè)備的全生命周期起到更好的管理作用,為高速公路機(jī)電設(shè)備的養(yǎng)護(hù)、監(jiān)測(cè)提供可靠的支撐。通過(guò)在開(kāi)陽(yáng)高速公路擴(kuò)建工程中的實(shí)踐應(yīng)用,得到業(yè)主及主管單位的認(rèn)可。目前該算法在實(shí)施過(guò)程中存在比較大的計(jì)算量,但隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,計(jì)算量的問(wèn)題可以通過(guò)SPSS數(shù)據(jù)分析軟件解決,實(shí)現(xiàn)層級(jí)及各因素可定義、數(shù)據(jù)可量化地進(jìn)行分析,自動(dòng)完成計(jì)算、統(tǒng)計(jì)匯總等功能,力求構(gòu)建功能更強(qiáng)大、操作更簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)體系,為高速公路改擴(kuò)建工程機(jī)電設(shè)備的再利用,提供一種科學(xué)全面的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)體系。