基于层次-灰色关联分析的总图设计方案评价

刘 苗 朴日善 张维秀 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

基于层次-灰色关联分析的总图设计方案评价

刘 苗＊朴日善 张维秀 中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002

分析总图设计方案比选的重要意义,建立总图设计方案评价指标体系。在此基础上介绍层次-灰色关联分析法的基本原理和评价步骤,并以两个总图方案的比选为例,运用该模型进行灰色关联分析,得出评价结论,从而证实模型的可行性和有效性。

灰色关联 总图设计方案 评价

随着经济的发展,化工企业建设规模日趋扩大,产品种类不断增多,化工企业总图设计的内容越来越复杂。在项目的可行性研究阶段,总图方案基本确定后,所有专业的基本格局就确定,不会再有大的改变,并且总图设计方案直接影响工程投资、运营效果以及新建项目带来的社会效益和环境效益。因此,运用先进的评价方法,优选出最佳总图方案,使整个企业实现经济、自然与社会效益最优就显得十分重要。

传统的总图设计方案比选侧重于定性分析,利用设计人员或专家的经验推荐方案。当两套方案差异较大时,可通过一两个特殊指标排除不合适的方案,但当两种方案比较接近时,仅仅通过设计人员主观判断来取舍方案就不尽合理,所以需要寻找一种比较科学的方法,量化评价指标,用数学方法对比不同方案的优劣,从而选出最优的设计方案。

1 总图设计方案评价指标体系的构建

1.1 指标选择的基本原则

工业企业总图设计方案是在保证生产、满足工艺要求前提下,结合场地的自然条件,合理确定建构筑物、交通运输线路、管线、绿化美化等设施的平面位置,使各设施成为统一的有机整体,使方案在平面上符合工艺流程、经济上节约费用、环境上符合环保要求、竖向上满足排水要求等。可见,总图方案涉及多方面的内容,是一个复杂的系统工程。在设置总图设计方案评价指标体系时,指标的筛选尤其重要,除了要满足统计学的基本规范外,还必须遵循以下原则:

(1)科学性原则:指标体系一定要建立在科学基础上,指标概念必须明确。

(2)可操作性原则:指标的设置要尽可能利用现有资料,方便计算或者易于量化。

(3)相对完备性原则:指标系统作为一个有机整体,应该能比较全面反映和评价被评价方案的特点,且定量和定性指标相结合。

(4)相对独立性原则:各指标间往往存在包含关系,应尽可能选择相对独立的指标,以消除各指标间的相互影响。

(5)可比较性原则:所选指标既要反映实际情况,又便于比较优劣。

(6)指标体系既应反映现状,又要考虑未来可能的影响,满足可持续发展要求。

1.2 指标的基本框架

结合总图专业工作内容,主要完成对总平面、道路(铁路)、竖向、管线、绿化等几个方面设计,所以在建立评价指标体系时,从以上几个方面入手,作为指标框架的目标层展开评价指标的筛选。根据评价指标的选取原则,结合总图专业常用国家及行业规范,确定总图方案评价指标的基本框架,对于不同的项目,可以取舍合适的指标加以利用。总图设计方案评价指标体系见表1。

2 层次—灰色关联分析法的基本原理

该方法将层次分析法和关联分析法有机地结合起来,应用层次分析法确定各层次各指标权系数,并把按乘法准则合并而得的各指标权系数加入关联度的计算,即将各元素下的关联系数取平均值改进为取加权平均,从而更加准确地分析评价对象。

表1 总图设计方案评价指标体系

2.1 层次分析法确定权重

层次分析法是美国运筹学家、匹兹堡大学T.L.Saaty教授于上世纪70年代中期提出的系统分析方法层次分析法(The Analytic Hierarch Process,简称AHP)。它将复杂的问题分解为各个组成因素,将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构,通过两两比较的方式确定层次中诸因素(指标)的相对重要性,综合人的判断以决定诸因素相对重要性的顺序。

根据层次分析法的基本原理,本文使用Matlab数学软件包确定各指标的权重,其步骤如下:

(1)由专家调查法得到判断矩阵bij。

(2)利用Matlab的求特征根的语句[a,c] =eig(b),得到矩阵a和矩阵c,其中c为矩阵b的所有特征根所组成的对角矩阵,c11的值即为最大特征根;a为特征根所对应特征向量组成的矩阵,[ai1]为最大特征根所对应的特征向量。

(3)一致性检验,计算CR=CI/R I的值,其中CI=(λmax-n)/(n-1),R I可查表2获得。

表2 R I值表

如果CR<0.10,说明判断矩阵具有一致性,则进入下一步,否则调整判断矩阵。

(4)对矩阵c的第一列进行规一化处理:

2.2 灰色加权平均关联度

灰色关联分析综合评价方法是根据灰色系统理论的关联分析方法经改造后提出的一种综合评价方法。它的基本思想是已知一个最优序列的前提下,计算实际评判序列与最优序列之间的关联性。这个关联性实质上是曲线间几何形状的差别,因此可以将曲线间差值的大小作为关联程度的衡量尺度,称指标序列与特征序列的关联系数,关联系数越大,代表评价矩阵越接近最优方案。

灰色加权平均关联度的一般步骤为:

(1)构造指标序列:评价指标一般分为定量指标和定性指标。对于定性指标,评价集{好,较好,一般,较差,差}对应分值为{1,0.8, 0.6,0.4,0.2,0}。对于定量指标,要进行归一化处理。当评价值与方案优劣成反比时,归一化结果应进行逆化处理。

设有m个方案,n个评价指标,pi(k)是方案i的第k个指标的实际值,则

(2)构造特征序列:特征序列由每个独立指标的最优或者最理想值组成。即特征序列为X0= x0(k),x0(k)是m个方案中第k个指标的最优值。

(3)计算关联系数,利用公式:

取ρ=0.5,计算各指标数列与构造数列在各点的关联系数:ξ0i(k)。

(4)计算加权关联度,按式(4)计算灰色加权关联度:

(5)ri的大小反映了方案的优劣程度,max ri即为推荐方案。

3 实例分析

以某化工企业初步设计的两个方案为例,运用层次-灰色关联分析法,对方案进行比较。

3.1 建立评价指标体系

根据项目的实际情况,把各项可用指标设计成咨询问卷的方式,征求有关专家的意见,请专家根据自己的经验对指标体系中各指标逐一打分,从打分结果中去掉平均得分低于3分的指标。同时,收集尽可能多的资料,剔除无法得到的指标,从而确定评价指标体系。

3.2 确定指标权重

首先要求专家对各指标重要程度进行打分,得到判断矩阵,再根据层次分析法原理确定指标权重。以道路长度和铁路占地面积为例,两个指标重要程度相同,权重各占50%。权重矩阵为:

3.3 计算关联度

根据灰色加权平均关联度的一般步骤,统计两个方案各指标的实际数值Pi(K),分别构造指标序列Xi(k)、特征序列X0(k),并根据式(3)计算关联系数ξi。

以“功能分区合理性”指标为例:

最后根据式(4)计算ri,从而比选出maxri作为推荐方案。

3.4 计算过程及结果

评价时,可采用excel软件进行计算,具体计算过程及结果见表3和表4。

表3 总图设计方案评价过程各参数计算结果—准则层

表4 总图设计方案评价过程各参数计算结果—指标层

由计算结果r01>r02可以判断,方案1更接近最优结果,推选方案1为最佳方案。

4 结语

(1)该项目可行性研究报告完成后,业主组织有关专家对两个方案进行评价,最终选择了方案1。专家组的选择结果与用层次-灰色关联分析法得出的结论一致。

(2)实践证明,层次-灰色关联分析法可以很好地运用于总图设计方案的比选,该模型具有很好的可行性和有效性。在此基础上继续发展,把评价模型通过计算机编程处理,加载进入总图软件,可以使总图设计方案评价过程快速而准确,具有重要的推广价值。

1 傅 立.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学技术文献出版社,1991.

2 王秋平.基于灰色关联分析法的总图设计方案评价[J].兰州理工大学学报,2009(6).

3 疏义胜.钢铁企业总图方案的模糊评价[J].现代冶金, 2009(6).

4 何凯旋.工厂总图设计的多维性及其评价[J].有色金属设计,1997(4).

5 雷 明.工业企业总平面设计[M].西安:陕西科学技术出版社,1998.

Introduce the concept,for mulae deduced,diversity index of influence on the crack andthe precautions in construction.Summarizethe precautions to control the crack ofmass concrete.

TechnicalM easure of Controlling Crack ofMass Concrete

Liu Junkai
(PetroChina Northeast Refining&Chem ical Engineering Co.Ltd.Jilin Design Institute,Jilin132002)

mass concrete heat of hydration temperature stress crack

＊刘 苗:工程师。2006年6月毕业于吉林大学交通运输规划与管理专业获硕士学位。现从事总图运输设计工作。联系电话:(0432) 63958465,E-mail:liumiao@cpene.com。

(修改回稿2011-01-10)