基于层次分析法及模糊综合评价的长距离输水工程风险综合评价

王彦国

(辽宁水资源集团管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)



基于层次分析法及模糊综合评价的长距离输水工程风险综合评价

王彦国

(辽宁水资源集团管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

文章以南水北调某工程项目为例，用层次分析法建立层次结构及综合评价体系，构造判断矩阵，计算指标权重，并对各层次指标进行了一致性检验，利用模糊综合评价的方法进行了综合评价，认为调水项目的风险属于中等的风险等级，对此应该对这种风险进行预防、控制以减小损失。

层次分析法；模糊综合评价；长距离；输水工程

引水工程一般可达数百千米，甚至有些可达上千千米，通常沿线有较多的输水设施及输水建筑物，且种类各异[1-2]。由于工程运行管理复杂，导致管理过程中涉及的相关部门较多，但凡出现一点不确定的因素，都很有可能造成工程失事，出现不可逆转的后果[3-5]。因此，工程运行期间必须及时且准确地找到存在的风险因素，通过定量以及定性的系统分析，评估整个工程项目存在的风险，通过实施工程风险管理措施，将风险控制在可接受范围之内，保障工程运行安全[6-7]。

目前，工程决策支持系统与水利工程系统理论等现代化的智能辅助决策技术的发展得到了较大的提升，但是如何运用现代水利相关理论、方法来进行规划，对长距离引水工程进行系统风险的研究与管理，则是现在国内外研究的重点[8]。

1 工程概况

南水北调中线部分的南端起点为丹江口水库，该水库位于湖北与河南的交界处，北端到团城湖，位于北京的颐和园内，调水线路的总长度为1423 km。本文所研究的南水北调中线工程，以陶岔到黄河这一段为核心研究对象。南段工程从陶岔的渠首开始调水，途径伏牛山南面的山脚、山前面的岗垅，在平原地带蔓延至东北方向，在河南南阳流经白河，从长江流域与淮河流域的分界线方城垭口处进入淮河流域范围内，先后经过河南的宝丰县、禹州市以及新郑市的西部，然后从郑州的西北侧跨过黄河，南段的总长度为473.833 km。

当集水面积小于 20 km2时，渠道左岸的排水建筑物防洪标准设置为50 a一遇，校核标准提升到200 a一遇；当集水面积不小于20 km2时，干线渠道交汇交叉断面处的建筑物防洪标准设置为100 a一遇，校核标准提升到300 a一遇；干线渠道与其他渠道相交时，渠段左岸建筑物的防洪标准与干线上主要建筑物的洪水标准相同。泄水建筑物按照建筑物的四级以上标准进行设计，导流标准采用10 a一遇，施工期避开汛期。

2 基于AHP模型的风险综合评价指标体系

2.1 层次分析法(AHP)

长距离调水工程是一个复杂系统，分析鉴定调水的各种风险因素，可发现各个风险因子在这样的系统中无法进行比较，他们之间相互影响、彼此制约。针对指标因子复杂多样、难以评价的问题，可采用行之有效的层次分析法，这种方法将无法完全进行定量的因素转变为可以定量的再进行分析并计算、解决问题。

针对研究对象，层次分析法(AHP)研究框架为两方面。①问题拆解与组合。按照现状性质和未来目标，将问题拆解成各个组成因子，根据各个因子彼此干预、制约的关系，从上到下进行重新分类并组合，建立起有层次、有秩序的新结构模型。②赋值评价。由于人们看待客观事实具有一定的主观性，导致看待问题中每个层级的因子重要性并不相同，因此须要借助数学模型来主动对各个层级的影响因子进行赋值，根据定量标准来评判问题并作出决策。

2.2 建立层级结构

长距离的调水比较复杂，因此工程实施前应进行风险评估，以实际工程为原则进行评价，要能够展现调水系统工程的基本信息的各项特征。首先要分析系统工程的各项风险因子，以便对风险进行全方位的监测并进行重点监测。通过赋值构建能够具有相关度、覆盖全面、灵活度高、操作方便、成本较低的指标体系，经过专家给出关键性、广泛的意见后，对这些意见进行总结，最后分解目标，可划分为工程建设与周期、质量与管理、效益与费用一共6个层次的风险指标结构。这几个层次内部也具有支配关系，可以形成有秩序的阶梯状层级结构，最后形成的综合评价指标体系如表1。

2.3 构造判断矩阵，计算指标权重

以上所列举的是长距离调水的综合评价指标体系以及影响因子的层级关系，对于同一个层级里面的因子来说，他们各自的重要性可以通过矩阵进行一对一的比较。

表1 风险综合评价指标体系

(1)CI代表一致性的指标：

(1)

当CI等于零时,可以得出矩阵结果一致，CI的数值越大，得出矩阵越不一致。

(2)RI代表随机一致性的指标：

(2)

将不同因子的值赋予矩阵,可以得出下表的一系列RI值。

表2 随机一致性指标值

(3)CR代表随机一致性比例：

CR=CI/RI

(3)

CR不大于0.1意味着评价矩阵结果一致，可以接受微小的误差;CR大于0.1 时，就有必要对评价矩阵进行修改。 按照以上几个步骤，参考其他案例可以得出各个层级的因子权值以及校验结果，如表3～9所示。

表3 C1-X层权重计算及一致性检验

表4 C2-X层权重计算及一致性检验

表5 C3-X层权重计算及一致性检验

表6 C4-X层权重计算及一致性检验

表7 C5-X层权重计算及一致性检验

表8 C6-X层权重计算及一致性检验

表9 O-C层权重计算及一致性检验

3 风险模糊综合评价过程

该方法是利用模糊数学的相关基础知识，对复杂性、综合性的研究对象提出总体评估。该方法以隶属度理论为基础，采用的是模糊关系合成的原则，将定性的评价转变成定量的评价，最后利用内部的多种因子来对研究对象的层级情况进行综合评估的一种方法。

本文的研究对象——长距离调水工程具有两个明显的特征，一个是不确定性比较强，一个是风险不容易进行量化分析。在这种基础上，综合构建的评价风险的综合指标体系，本文认为采用模糊综合评价法的等级选定二级比较适合研究对象。

具体计算过程如下：

(1)构建关于工程建设风险的指标集。

因子U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，其中u1：系统方面的风险，u2：利益的风险，u3：时间的风险，u4：管制的风险，u5：质量的风险，u2：花费的风险。

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

(2)构建评估集合。

工程的风险将会被划分为一共5个层级结构，分别为低风险，较低风险，中等风险，高风险以及较高风险，本文对其进行赋值量化分别为0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

(3)以上也提到的关于专家对评估的重要性，根据专家评估也可以得出指标集的结果。

专家风险指标评估主要是依靠自己对风险的经验、资料以及所获得的诸多知识、数据，然后对调水工程进行关于风险的等级划分，其中用V1代表安全度、V2代表适用度、V3代表耐久度，将各个评分汇入表格，建立评价矩阵R1:

(4)

同理可得R2、R3、R4、R5、R6。

(4)利用最大值-最小值进行综合计算，并采用模型M(∧，∨)进行评估。

对某一单个因子得出的综合评估为：

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)

对结果进行归一可知道：B=(0.07,0.21,0.23，0.28,0.21) 。

根据上面所述可得出TO=BV=0.43。根据各个评估结果显示，调水项目的风险属于中等的风险等级，因此应该对这种风险进行预防、控制以减小损失。

4 结 论

综上所述，因为调水的质量、花费以及周期等多项因素都不固定，所以长距离的调水项目存在着极大的风险。本文对于调水风险的研究属于当前国家级调水背景的一个新的研究类型。本文采用了多种计算公式和研究方法，如综合管理知识、战略方法论、风险评估方法、模糊数学理论、系统科学理论以及关于管理信息的相关知识，等等。本文通过对调水项目过程中必要程度和可行程度的风险研究， 制定了科学的层级评估结构指标体系，能够科学、合理地对各种影响因子进行汇集、评级、处理，最后采用结果来进行判断。

[1] 余志红,任国友.基于AHP的校园安全评价指标研究[J].中国安全生产科学技术,2009(10) :31-33.

[2] 王振飞. 基于AHP和模糊综合评价法对汽车服务备件的分类研究[D].吉林:吉林大学,2011.

[3] 田林钢,王洁.基于三角模糊数的大坝安全风险综合评价研究[J].中国农村水利水电,2013(2):101-103.

[4] 陈守煜.系统模糊决策理论与应用[M].大连:大连理工出版社,1994.

[5] 陈守煜,聂相田，朱文彬，等.模糊优选神经网络模型及其应用[J].水科学进展,1999,10(1)：69-74.

[6] 聂相田,宋雅静,段文凤.基于模糊优选BP 网络的水利工程建设管理绩效评价研究[J].水电能源科学,2013(4)：136-138.

[7] 汪应洛, 杨耀红. 工程项目管理中的人工方法及其应用[J]. 中国工程科学,2004,7(6):26-33.

[8] 聂相田，郭春辉，张湛.南水北调中线干线工程风险管理研究[J].中国水利，2011(22):37-39.

王彦国(1975-)，男，助理工程师， 主要从事水电厂运行检修管理及建设工作。

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2096-0506(2016)10-0050-04