摘 要：本研究以二次供水改造工程方案決策為研究對(duì)象，旨在為我國(guó)二次供水改造工程提供科學(xué)的決策依據(jù)。構(gòu)建包括保障措施、性能指標(biāo)、施工管控和運(yùn)營(yíng)階段4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，采用熵權(quán)法和TOPSIS法對(duì)不同方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，現(xiàn)有泵房原位改造升級(jí)方案在各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)上表現(xiàn)較好，這是本次改造工程的最佳選擇，本研究也為二次供水改造工程方案的決策提供了有力支持。

關(guān)鍵詞：二次供水改造工程；熵權(quán)法；TOPSIS法

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 99 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

二次供水作為城市供水的重要組成部分，其安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)居民生活和社會(huì)發(fā)展具有重要意義[1]。然而，因歷史原因和管理體制等因素影響，二次供水設(shè)施存在很多問(wèn)題，例如設(shè)備老化、水質(zhì)安全隱患、能耗高等[2]。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了居民的飲水安全和生活質(zhì)量，因此須對(duì)現(xiàn)有二次供水設(shè)施進(jìn)行改造。在此行業(yè)背景下，二次供水改造工程方案決策研究具有現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值[3]。

學(xué)者們從不同角度對(duì)二次供水改造工程方案決策進(jìn)行深入研究和探索。陳建勛[4]建立二次供水改造工程評(píng)價(jià)體系模型。利用定量和定性的方法對(duì)多方案價(jià)值系數(shù)進(jìn)行比較，探究不同方案適用的改造初始投資籌集模式。魯淵[5]運(yùn)用程序化扎根理論方法提出二次供水公眾情感傾向的影響因素假設(shè)，并運(yùn)用Order Logit回歸模型進(jìn)行實(shí)證分析。周道紅[6]基于二次供水利益相關(guān)者的分析研究，對(duì)上海市二次供水管理模式進(jìn)行研究。

本研究旨在結(jié)合二次供水改造工程，運(yùn)用系統(tǒng)工程、決策模型算法等理論方法，梳理二次供水改造工程的關(guān)鍵因素，為工程方案決策提供依據(jù)。

1 工程概況

1.1 原給水分區(qū)情況

該小區(qū)原給水分區(qū)共分為3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)有獨(dú)立的二次供水泵房。其中，區(qū)域一為住宅區(qū)，共有10棟住宅樓，約為1500戶(hù)居民；區(qū)域二為商業(yè)區(qū)，包括5棟商業(yè)樓和2棟辦公樓；區(qū)域三為學(xué)校，包括1所小學(xué)和1所幼兒園。3個(gè)區(qū)域的用水需求存在一定差異，住宅區(qū)用水高峰時(shí)段較為集中，商業(yè)區(qū)和學(xué)校區(qū)用水則相對(duì)分散。

1.2 改造前現(xiàn)狀及原因

設(shè)施老化：該小區(qū)的二次供水設(shè)施始建時(shí)間較早，泵房?jī)?nèi)設(shè)備嚴(yán)重老化，水泵、管道、閥門(mén)等設(shè)施磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致供水效率低，能耗較高。

水質(zhì)安全隱患：由于設(shè)施老化，部分管道內(nèi)壁出現(xiàn)銹蝕，因此水質(zhì)已受到污染。此外，泵房?jī)?nèi)消毒設(shè)施不完善，無(wú)法有效保障水質(zhì)安全。

管理不善：小區(qū)二次供水設(shè)施管理不善，導(dǎo)致泵房?jī)?nèi)環(huán)境臟亂差，設(shè)備維護(hù)不及時(shí)，影響供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

用水需求變化：隨著城市發(fā)展，小區(qū)內(nèi)人口增加，用水需求不斷增加。原有供水設(shè)施已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前的用水需求，尤其在用水高峰時(shí)段，供水壓力不足，影響居民生活。

1.3 現(xiàn)有改造方案

針對(duì)上述問(wèn)題，有以下3種改造方案。

現(xiàn)有泵房原位改造升級(jí)：對(duì)現(xiàn)有泵房進(jìn)行改造，更換老化設(shè)備，提高供水效率。具體措施包括更新水泵、管道、閥門(mén)等設(shè)施；完善消毒設(shè)施，保障水質(zhì)安全；加強(qiáng)泵房?jī)?nèi)環(huán)境衛(wèi)生管理，提高設(shè)施維護(hù)水平。

異地新建泵房：在小區(qū)附近，采用先進(jìn)設(shè)備和工藝新建一座泵房，滿(mǎn)足小區(qū)日益增長(zhǎng)的用水需求。新建泵房將配備節(jié)能高效的水泵、智能控制系統(tǒng)等，提高供水系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)，新建泵房將遠(yuǎn)離居民區(qū)，減少噪聲對(duì)居民的影響。

通過(guò)安裝水箱和變頻給水泵，改善二次供水系統(tǒng)的供水效率和質(zhì)量。用水箱儲(chǔ)存定量的水，平衡高峰用水時(shí)段的水量需求；根據(jù)用水需求的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和恒壓供水。

2 二次供水改造工程方案決策評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

對(duì)不同地區(qū)的二次供水建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收集，包括但不限于《城市供水條例》《城鎮(zhèn)二次供水技術(shù)規(guī)程》等，初步篩選出可能影響二次供水改造工程效果的指標(biāo)。為進(jìn)一步精煉和優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，邀請(qǐng)水務(wù)行業(yè)從業(yè)人員、相關(guān)施工人員以及項(xiàng)目管理專(zhuān)家進(jìn)行深入訪談，對(duì)初步評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行討論和篩選，最終確定以下評(píng)價(jià)指標(biāo)。

保障措施：包括供水系統(tǒng)選擇、泵房設(shè)計(jì)、水箱設(shè)置3個(gè)方面。供水系統(tǒng)選擇須考慮系統(tǒng)的適用性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性；泵房設(shè)計(jì)要保證布局合理、操作便捷、安全防護(hù)到位；水箱設(shè)計(jì)則要滿(mǎn)足容量需求，同時(shí)考慮材質(zhì)的衛(wèi)生性和耐久性。

性能指標(biāo)：包括安全性和可靠性。安全性指供水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中保證水質(zhì)、水量、水壓穩(wěn)定的能力；可靠性則是指系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性、故障率以及應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力。

施工管控：涉及質(zhì)量控制和時(shí)間控制兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。質(zhì)量控制包括對(duì)施工材料、施工工藝和施工驗(yàn)收進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證工程質(zhì)量；工期控制則要求合理規(guī)劃施工進(jìn)度，減少對(duì)居民生活的影響，并保證工程按時(shí)完成。

運(yùn)營(yíng)階段：包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)、運(yùn)維管理和清洗消毒3個(gè)方面。水質(zhì)監(jiān)測(cè)要求建立長(zhǎng)效的水質(zhì)檢測(cè)機(jī)制，保證供水水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；運(yùn)維管理涉及設(shè)備的日常維護(hù)、故障處理和人員培訓(xùn)，保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行；清洗消毒則是對(duì)水箱、管道等設(shè)施定期進(jìn)行清潔和消毒，防止水質(zhì)二次污染。

3 模型配置

3.1 熵權(quán)法確定權(quán)重

采用熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，它根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異程度來(lái)計(jì)算權(quán)重，避免主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。具體計(jì)算步驟如下。

3.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)工程概況中提供的信息，收集關(guān)于設(shè)施老化、水質(zhì)安全隱患、管理不善和用水需求變化的數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，并輸入模型中。使用公式（1）、公式（2）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，保證數(shù)據(jù)的一致性和可比性。

（1）

（2）

式中：xij為原始數(shù)據(jù)；min（xij）和max（xij）分別為原始數(shù)據(jù)中的最小值和最大值。

3.1.2 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值

根據(jù)二次供水改造工程方案決策評(píng)價(jià)體系構(gòu)建中確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算各指標(biāo)的信息量，即熵值，基于標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行熵值計(jì)算，計(jì)算過(guò)程如公式（3）所示。

（3）

式中：ej為第j個(gè)指標(biāo)的熵值；k為常數(shù)，且k = 1/ln（m），ej的值為0～1；m為評(píng)級(jí)方案的個(gè)數(shù)。

3.1.3 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的差異系數(shù)

用差異系數(shù)dj反映指標(biāo)j的信息效用，利用公式（4）計(jì)算差異系數(shù)，反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)在供水改造工程中的信息效用。這個(gè)步驟將結(jié)合工程概況中描述的具體問(wèn)題（例如設(shè)施老化、水質(zhì)安全等）確定各指標(biāo)的重要性。

dj=1-ej （4）

式中：dj為第j個(gè)指標(biāo)的差異系數(shù)。

3.1.4 確定權(quán)重

權(quán)重wj表示指標(biāo)j在評(píng)價(jià)體系中的重要性，利用公式（5）計(jì)算權(quán)重，這些權(quán)重可以直接反映工程概況中的問(wèn)題在改造決策中的相對(duì)重要性。

（5）

式中：wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；n為效用值個(gè)數(shù)，j為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3.2 TOPSIS法確定決策方案得分

采用TOPSIS法對(duì)不同的改造方案進(jìn)行打分。TOPSIS法是一種常用的多屬性決策方法，它通過(guò)計(jì)算各方案與理想解和負(fù)理想解的距離來(lái)確定各方案的相對(duì)優(yōu)劣。計(jì)算步驟如下。

計(jì)算加權(quán)決策矩陣：根據(jù)公式（6）將二次供水改造工程方案決策評(píng)價(jià)體系構(gòu)建中確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)上，形成加權(quán)決策矩陣。

vij=Xij×wj （6）

式中：Vij為加權(quán)決策矩陣的元素；Xij為標(biāo)準(zhǔn)化處理之后的數(shù)據(jù)矩陣，wj為熵權(quán)法確定的權(quán)重矩陣。

確定理想解和負(fù)理想解：根據(jù)工程概況中描述的現(xiàn)狀和改造目標(biāo)，確定理想解A*和負(fù)理想解A-。理想解代表最優(yōu)的改造方案，而負(fù)理想解則代表最不理想的方案，如公式（7）、公式（8）所示。

A*=（v1max，v2max，…，vnmax） （7）

A-=（v1min，v2min，…，vnmin） （8）

式中：A*為正理想解，由各指標(biāo)的最小值組成；A-為負(fù)理想解，由各指標(biāo)的最大值組成；v為加權(quán)決策矩陣，n為矩陣的行數(shù)，即方案的個(gè)數(shù)。

使用公式（9）、公式（10）計(jì)算每個(gè)改造方案到理想解和負(fù)理想解的距離。

（9）

（10）

式中：Di*為方案i到理想解的距離；D-i為方案i到負(fù)理想解的距離；vjmax加權(quán)決策矩陣中第j列的最大值；vjmin為加權(quán)決策矩陣中第j列的最小值。

根據(jù)公式（11）計(jì)算每個(gè)方案與理想解的相對(duì)接近度，從而確定最佳改造方案。這個(gè)步驟會(huì)綜合考慮工程概況中的現(xiàn)狀和二次供水改造工程方案決策評(píng)價(jià)體系構(gòu)建中的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（11）

式中：Ci為方案i與理想解的相對(duì)接近度；Di-為負(fù)理想解；Di*為正理想解距離。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 數(shù)據(jù)計(jì)算

利用公式確定方案的權(quán)重，計(jì)算步驟如下。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：

。重復(fù)計(jì)算步驟可得出整體標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

熵值：ej=-kln（Xij）=1/ln（3）×（0.8ln（0.8）+0.7ln

（0.7）+0.65ln（0.65）=0.325。

權(quán)重值：，權(quán)重及得分結(jié)果見(jiàn)表2。

利用公式以及表2計(jì)算決策加權(quán)矩陣：vij=Xij×wj=[0.8×

0.200.9×0.150.8×0.120×0.160×0.120.7×0.140.9×0.130.7×

0.120.9×0.12]。

確定理想解：A*=[0.160.1350.0960.1120.09520.0870.1260.0840.0952]

A-=[0.1440.1080.0720.0880.0720.0630.0840.0630.072]。

計(jì)算最終評(píng)價(jià)得分，結(jié)果見(jiàn)表3。

本文以方案1為例：Di*==0.142，Di-=

。

4.2 結(jié)果分析

從權(quán)重結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，在保障措施這項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，供水系統(tǒng)選擇權(quán)重最高，達(dá)到0.2。說(shuō)明在二次供水改造工程中，供水系統(tǒng)選擇具有舉足輕重的地位。它不僅直接影響二次供水的質(zhì)量和效率，還影響水壓的穩(wěn)定性、水質(zhì)的安全性以及能耗和維護(hù)成本控制。因此，在決策過(guò)程中必須高度重視供水系統(tǒng)選擇，不僅要保證其符合《城市供水條例》《城鎮(zhèn)二次供水技術(shù)規(guī)程》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，還要考慮其能否適應(yīng)未來(lái)城市發(fā)展帶來(lái)的長(zhǎng)期供水需求。供水系統(tǒng)選擇不僅是技術(shù)層面的決策，更是一項(xiàng)關(guān)乎民生福祉的戰(zhàn)略規(guī)劃?？茖W(xué)合理的供水系統(tǒng)能夠有效滿(mǎn)足居民的日常用水需求，提升居民的生活質(zhì)量。選用優(yōu)質(zhì)供水系統(tǒng)有助于減少水資源浪費(fèi)，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用。

從表3可以看出，現(xiàn)有泵房原位改造升級(jí)的方案在各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)上表現(xiàn)較為突出，得分為0.822，是本次改造工程的最佳選擇。對(duì)老化設(shè)備更換來(lái)說(shuō)，在保障措施方面，應(yīng)詳細(xì)評(píng)估現(xiàn)有設(shè)備的性能，選擇與原系統(tǒng)兼容性好的高效節(jié)能水泵。選用變頻調(diào)速泵來(lái)替代原有恒速泵，不僅能提高供水效率，還能根據(jù)實(shí)際用水需求自動(dòng)調(diào)整泵的運(yùn)行狀態(tài)，降低能耗。同時(shí)，應(yīng)采用新型材料和技術(shù)對(duì)水箱、管道等附屬設(shè)施進(jìn)行升級(jí)，保證整個(gè)系統(tǒng)的耐久性、保障安全性。在性能指標(biāo)優(yōu)化方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)須考慮以下技術(shù)細(xì)節(jié)：對(duì)水泵選型進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，保證在最大設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程下，水泵能高效運(yùn)行。優(yōu)化泵房?jī)?nèi)的管道布局，減少阻力損失，提高系統(tǒng)的水力效率。此外，還須考慮系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，通過(guò)安裝壓力傳感器、流量計(jì)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)智能調(diào)控。在施工管控方面，為保證工程質(zhì)量，施工前應(yīng)制定詳盡的質(zhì)量保證計(jì)劃，包括材料入場(chǎng)檢驗(yàn)、施工過(guò)程監(jiān)督、隱蔽工程驗(yàn)收等環(huán)節(jié)。在施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制施工工藝，保證新舊設(shè)備銜接無(wú)誤，避免因施工不當(dāng)造成系統(tǒng)運(yùn)行隱患。同時(shí)，合理安排施工進(jìn)度，盡量減少對(duì)居民正常用水的影響。在運(yùn)營(yíng)階段，水質(zhì)監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)配備專(zhuān)業(yè)的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控pH、濁度、余氯等關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)。在運(yùn)維管理方面，應(yīng)建立完善的運(yùn)維制度，定期對(duì)水泵、水箱、管道等設(shè)施進(jìn)行檢查、保養(yǎng)和維修。在清洗消毒方面，制定定期清洗消毒計(jì)劃，保證水箱、管道等內(nèi)部清潔，防止水質(zhì)二次污染。

5 結(jié)論

本研究對(duì)二次供水改造工程方案的決策評(píng)價(jià)體系進(jìn)行構(gòu)建，運(yùn)用熵權(quán)法和TOPSIS法進(jìn)行模型計(jì)算，得出以下結(jié)論。1）通過(guò)收集不同地區(qū)的二次供水建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合專(zhuān)家訪談，構(gòu)建包括保障措施、性能指標(biāo)、施工管控和運(yùn)營(yíng)階段4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系。這些指標(biāo)全面覆蓋了二次供水改造工程的關(guān)鍵方面，可以為決策提供科學(xué)的依據(jù)。2）熵權(quán)法作為一種客觀賦權(quán)方法，通過(guò)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異程度確定權(quán)重，避免主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。TOPSIS法通過(guò)計(jì)算各方案與理想解和負(fù)理想解的距離確定各方案的相對(duì)優(yōu)劣，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具合理性。3）基于熵權(quán)法和TOPSIS法的評(píng)價(jià)結(jié)果，將現(xiàn)有泵房原位改造升級(jí)方案確定為最佳選擇。這個(gè)結(jié)果與實(shí)際情況相符，表明該方案在保障措施、性能指標(biāo)、施工管控和運(yùn)營(yíng)階段等方面都表現(xiàn)較好，具有較強(qiáng)的可行性。

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