基于層次分析法及模糊綜合評價的長距離輸水工程風險綜合評價

王彥國

(遼寧水資源集團管理有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

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基于層次分析法及模糊綜合評價的長距離輸水工程風險綜合評價

王彥國

(遼寧水資源集團管理有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

文章以南水北調某工程項目為例，用層次分析法建立層次結構及綜合評價體系，構造判斷矩陣，計算指標權重，并對各層次指標進行了一致性檢驗，利用模糊綜合評價的方法進行了綜合評價，認為調水項目的風險屬于中等的風險等級，對此應該對這種風險進行預防、控制以減小損失。

層次分析法；模糊綜合評價；長距離；輸水工程

引水工程一般可達數百千米，甚至有些可達上千千米，通常沿線有較多的輸水設施及輸水建筑物，且種類各異[1-2]。由于工程運行管理復雜，導致管理過程中涉及的相關部門較多，但凡出現一點不確定的因素，都很有可能造成工程失事，出現不可逆轉的后果[3-5]。因此，工程運行期間必須及時且準確地找到存在的風險因素，通過定量以及定性的系統分析，評估整個工程項目存在的風險，通過實施工程風險管理措施，將風險控制在可接受范圍之內，保障工程運行安全[6-7]。

目前，工程決策支持系統與水利工程系統理論等現代化的智能輔助決策技術的發展得到了較大的提升，但是如何運用現代水利相關理論、方法來進行規劃，對長距離引水工程進行系統風險的研究與管理，則是現在國內外研究的重點[8]。

1 工程概況

南水北調中線部分的南端起點為丹江口水庫，該水庫位于湖北與河南的交界處，北端到團城湖，位于北京的頤和園內，調水線路的總長度為1423 km。本文所研究的南水北調中線工程，以陶岔到黃河這一段為核心研究對象。南段工程從陶岔的渠首開始調水，途徑伏牛山南面的山腳、山前面的崗垅，在平原地帶蔓延至東北方向，在河南南陽流經白河，從長江流域與淮河流域的分界線方城埡口處進入淮河流域范圍內，先后經過河南的寶豐縣、禹州市以及新鄭市的西部，然后從鄭州的西北側跨過黃河，南段的總長度為473.833 km。

當集水面積小于 20 km2時，渠道左岸的排水建筑物防洪標準設置為50 a一遇，校核標準提升到200 a一遇；當集水面積不小于20 km2時，干線渠道交匯交叉斷面處的建筑物防洪標準設置為100 a一遇，校核標準提升到300 a一遇；干線渠道與其他渠道相交時，渠段左岸建筑物的防洪標準與干線上主要建筑物的洪水標準相同。泄水建筑物按照建筑物的四級以上標準進行設計，導流標準采用10 a一遇，施工期避開汛期。

2 基于AHP模型的風險綜合評價指標體系

2.1 層次分析法(AHP)

長距離調水工程是一個復雜系統，分析鑒定調水的各種風險因素，可發現各個風險因子在這樣的系統中無法進行比較，他們之間相互影響、彼此制約。針對指標因子復雜多樣、難以評價的問題，可采用行之有效的層次分析法，這種方法將無法完全進行定量的因素轉變為可以定量的再進行分析并計算、解決問題。

針對研究對象，層次分析法(AHP)研究框架為兩方面。①問題拆解與組合。按照現狀性質和未來目標，將問題拆解成各個組成因子，根據各個因子彼此干預、制約的關系，從上到下進行重新分類并組合，建立起有層次、有秩序的新結構模型。②賦值評價。由于人們看待客觀事實具有一定的主觀性，導致看待問題中每個層級的因子重要性并不相同，因此須要借助數學模型來主動對各個層級的影響因子進行賦值，根據定量標準來評判問題并作出決策。

2.2 建立層級結構

長距離的調水比較復雜，因此工程實施前應進行風險評估，以實際工程為原則進行評價，要能夠展現調水系統工程的基本信息的各項特征。首先要分析系統工程的各項風險因子，以便對風險進行全方位的監測并進行重點監測。通過賦值構建能夠具有相關度、覆蓋全面、靈活度高、操作方便、成本較低的指標體系，經過專家給出關鍵性、廣泛的意見后，對這些意見進行總結，最后分解目標，可劃分為工程建設與周期、質量與管理、效益與費用一共6個層次的風險指標結構。這幾個層次內部也具有支配關系，可以形成有秩序的階梯狀層級結構，最后形成的綜合評價指標體系如表1。

2.3 構造判斷矩陣，計算指標權重

以上所列舉的是長距離調水的綜合評價指標體系以及影響因子的層級關系，對于同一個層級里面的因子來說，他們各自的重要性可以通過矩陣進行一對一的比較。

表1 風險綜合評價指標體系

(1)CI代表一致性的指標：

(1)

當CI等于零時,可以得出矩陣結果一致，CI的數值越大，得出矩陣越不一致。

(2)RI代表隨機一致性的指標：

(2)

將不同因子的值賦予矩陣,可以得出下表的一系列RI值。

表2 隨機一致性指標值

(3)CR代表隨機一致性比例：

CR=CI/RI

(3)

CR不大于0.1意味著評價矩陣結果一致，可以接受微小的誤差;CR大于0.1 時，就有必要對評價矩陣進行修改。 按照以上幾個步驟，參考其他案例可以得出各個層級的因子權值以及校驗結果，如表3～9所示。

表3 C1-X層權重計算及一致性檢驗

表4 C2-X層權重計算及一致性檢驗

表5 C3-X層權重計算及一致性檢驗

表6 C4-X層權重計算及一致性檢驗

表7 C5-X層權重計算及一致性檢驗

表8 C6-X層權重計算及一致性檢驗

表9 O-C層權重計算及一致性檢驗

3 風險模糊綜合評價過程

該方法是利用模糊數學的相關基礎知識，對復雜性、綜合性的研究對象提出總體評估。該方法以隸屬度理論為基礎，采用的是模糊關系合成的原則，將定性的評價轉變成定量的評價，最后利用內部的多種因子來對研究對象的層級情況進行綜合評估的一種方法。

本文的研究對象——長距離調水工程具有兩個明顯的特征，一個是不確定性比較強，一個是風險不容易進行量化分析。在這種基礎上，綜合構建的評價風險的綜合指標體系，本文認為采用模糊綜合評價法的等級選定二級比較適合研究對象。

具體計算過程如下：

(1)構建關于工程建設風險的指標集。

因子U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中u1：系統方面的風險，u2：利益的風險，u3：時間的風險，u4：管制的風險，u5：質量的風險，u2：花費的風險。

因素集u1={u11,u12,13}，其中u11：安全性，u12：適用性，u13：耐久性，以及因素集u2～u6。

(2)構建評估集合。

工程的風險將會被劃分為一共5個層級結構，分別為低風險，較低風險，中等風險，高風險以及較高風險，本文對其進行賦值量化分別為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

(3)以上也提到的關于專家對評估的重要性，根據專家評估也可以得出指標集的結果。

專家風險指標評估主要是依靠自己對風險的經驗、資料以及所獲得的諸多知識、數據，然后對調水工程進行關于風險的等級劃分，其中用V1代表安全度、V2代表適用度、V3代表耐久度，將各個評分匯入表格，建立評價矩陣R1:

(4)

同理可得R2、R3、R4、R5、R6。

(4)利用最大值-最小值進行綜合計算，并采用模型M(∧，∨)進行評估。

對某一單個因子得出的綜合評估為：

B1=A1·R1=(0.67，0.11，0.22)·

(5)

B=A·R=(0.15,0.16,0.27,0.25,0.10,0.07)·

(6)

對結果進行歸一可知道：B=(0.07,0.21,0.23，0.28,0.21) 。

根據上面所述可得出TO=BV=0.43。根據各個評估結果顯示，調水項目的風險屬于中等的風險等級，因此應該對這種風險進行預防、控制以減小損失。

4 結 論

綜上所述，因為調水的質量、花費以及周期等多項因素都不固定，所以長距離的調水項目存在著極大的風險。本文對于調水風險的研究屬于當前國家級調水背景的一個新的研究類型。本文采用了多種計算公式和研究方法，如綜合管理知識、戰略方法論、風險評估方法、模糊數學理論、系統科學理論以及關于管理信息的相關知識，等等。本文通過對調水項目過程中必要程度和可行程度的風險研究， 制定了科學的層級評估結構指標體系，能夠科學、合理地對各種影響因子進行匯集、評級、處理，最后采用結果來進行判斷。

[1] 余志紅,任國友.基于AHP的校園安全評價指標研究[J].中國安全生產科學技術,2009(10) :31-33.

[2] 王振飛. 基于AHP和模糊綜合評價法對汽車服務備件的分類研究[D].吉林:吉林大學,2011.

[3] 田林鋼,王潔.基于三角模糊數的大壩安全風險綜合評價研究[J].中國農村水利水電,2013(2):101-103.

[4] 陳守煜.系統模糊決策理論與應用[M].大連:大連理工出版社,1994.

[5] 陳守煜,聶相田，朱文彬，等.模糊優選神經網絡模型及其應用[J].水科學進展,1999,10(1)：69-74.

[6] 聶相田,宋雅靜,段文鳳.基于模糊優選BP 網絡的水利工程建設管理績效評價研究[J].水電能源科學,2013(4)：136-138.

[7] 汪應洛, 楊耀紅. 工程項目管理中的人工方法及其應用[J]. 中國工程科學,2004,7(6):26-33.

[8] 聶相田，郭春輝，張湛.南水北調中線干線工程風險管理研究[J].中國水利，2011(22):37-39.

王彥國(1975-)，男，助理工程師， 主要從事水電廠運行檢修管理及建設工作。

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2096-0506(2016)10-0050-04