基于AHP的工程机械选型评价与应用研究

王莲

（安徽铁建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

基于AHP的工程机械选型评价与应用研究

王莲

（安徽铁建工程有限公司，安徽 蚌埠 233000）

依托铁路平改立工程，系统分析工程机械选型的影响因素，应用层次分析法（AHP），构建评价模型，通过计算评价指标权重，确定系统优化结果，为铁路平改立工程机械选型提供相对科学的决策方法和量化指标。

工程机械；选型评价；层次分析；特征向量

近年来，随着我国高铁的迅速发展，各类铁路平改立工程数量增多，这些工程项目投资大、建设周期短、质量要求高。由于作业点多、工程复杂多变，所涉及的工程机械品种和数量较多，其选型不仅关系到能否合理利用发挥最大效能，而且直接关系到施工安全、成本、工期和质量等目标的达成。因此，工程机械的选择必须进行全面系统的分析比较，择优配置。由于工程机械选型要达到经济、高效、合理多个目标，涉及大量相互关联、相互制约的多种影响因素，因此需要将这些因素层次化、条理化，并区分它们各自对选型目标影响的重要程度。

基于上述考虑，本文拟将层次分析法（AHP）引入到铁路平改立工程机械选型评价中。层次分析法由美国著名运筹学家托马斯·塞蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代创立的系统分析方法，是将决策者的经验判断加以量化处理，按照思维规律把决策过程模型化、数量化，在目标因素结构复杂且缺乏必要数据的情况下，使用更为方便，因而在实践中得到广泛应用。

1 选型评价模型的构建

层次分析法基本原理是根据所要达到的总目标，将影响因素按关联关系聚集组合，形成一个多层分析结构模型，最终归结为最低层（方案、措施、指标等）相对于最高层（总目标）的相对重要程度的权值问题。依照此原理，结合铁路平改立工程机械选型的实际经验和教训，将与工程机械选型相关的影响因素梳理、归类，本着技术先进、工程匹配、安全可靠和经济实用的基本原则，构建了铁路平改立工程机械选型评价结构模型，如图1所示。其中：最高层为目标层；中间层主要考虑了技术性能、工程匹配性、安全和可靠性、经济性4个主要影响因素。最底层是对应于各主要影响因素的具体评价指标。通过模型的建立，将影响选型评价问题模型化、系统化、层次化，在施工生产过程中便于操作应用。

基于技术性能的评价指标。技术性能是机械本身固有的技术指标，充分发挥技术性能，减少有形磨损和无形磨损，是使用机械设备必须考虑的首选。

基于工程匹配性的评价指标。铁路平改立工程施工，往往多机、多工序同时作业，点多线长，尤其对施工时间有严格要求，需要进行开“天窗”施工，因此选择工程机械既要技术参数相互匹配，又要工艺方法上相互协调，只有正确选择作业组织方式和施工工序，有效利用时间，形成空中、地面立体作业网络，才能使施工机械配套协调，高效使用。

基于安全和可靠性的评价指标。铁路平改立工程不仅施工内容复杂多变，而且施工受多种条件限制。所选工程机械：一方面要考虑安全性能好，便于操作，易于调迁等诸因素；另一方面要使参与施工的机械相互之间的生产能力配套，可靠性高，同一工程中需多种作业机械协同作业时，不得破坏周边已有设施和质量等。

基于经济性的评价指标。在铁路平改立工程施工中，必须在即有的工程条件下，权衡工程费用与机械费用的关系，确定最佳的机械类型及规格参数；同时，必须权衡安全性与经济性的关系，在保证施工安全的前提下，优先选择通用工程机械，以获得较好的经济性。因此，工程机械使用经济性主要通过设备资产投入效率、年平均运行成本、年折旧率等评价指标来体现。

图1 铁路平改立工程机械选型评价结构模型

2 评价指标权重的计算

根据层次分析法1～9标度赋值规则，结合相关资料数据，经反复研究后,确定中间层A1～A4各因素对目标层Z构成的比较判断矩阵A：

最底层B1～B15各指标对应于中间层A1～A4分别构成的比较判断矩阵A1、A2、A3、A4：

根据AHP，为了防止判断矩阵的不一致性，需要对判断矩阵进行一致性检验。

首先，利用和积法计算比较矩阵的最大特征对应的归一化特征向量：

WA=(0.096，0.466，0.161，0.277)T；

WA1=(0.161, 0.466，0.277, 0.096)T；

WA2=(0.100，0.213，0.192，0.495)T；

WA3=(0.122，0.230，0.648)T；

WA4＝(0.623，0.239, 0.137)T。

其次，计算一致性指标CI和一致性比率CR值分别为：

CIA=0.0149；CIA1=0.0436；CIA2=0.0052；CIA3=0.0018；CIA4=0.0092。

C RA=0.0 1 6 6＜0.1；C RA1=0.0 4 8 5＜0.1；C RA2=0.0 0 5 7＜0.1；C RA3=0.0 0 3 2＜0.1；CRA4=0.0159＜0.1。

计算结果说明，比较判断矩阵A、A1、A2、A3、A4均具有可以接受的一致性，其相应求得的特征向量为有效单排序权向量。

层次总排序权重实际上是各支配（影响）关系的层次间权重的加权之和。本模型中，B层中各指标对总目标Z的总排序权重为：bi=（i=1,2, …,14；j=1,2,3,4）

代入计算得出B层各指标的层次总排序特征向量为：

WB=(0.0155，0.0447，0.0266，0.0092，0.0466，0.0993，0.0895，0.2307，0.0196，0.0370，0.1043，0.1726，0.0662，0.0379)T

对层次总排序作一致性检验：

结果表明，层次总排序具有可以接受的一致性，层次总排序特征向量即为组合权向量。以组合权向量作为决策的定量依据，可以得出，铁路平改立工程机械选型评价模型14个主要指标的重要性排序为：施工内容、设备资产投入效率、机械间组配性、作业组织方式、施工工序、年平均运行成本、作业工程量、生产效率、年折旧率、已有设施限制、节能减排性、固有危险性评估、工程通用性、日常维护保养，这一结果与铁路平改立工程设备选型的工作实际相吻合。

3 应用与展望

通过以上的分析结果，我们可以将此层次结构模型，应用于以下两个方面：（1）当需要选择工程机械时，可以通过模型计算分析，尽量选择富余系数小的各种机械。（2）可用来检验工程机械能否满足优化配置的要求。

当然，由于考虑的侧重点不同，层次结构模型具有受不同指标权重变动影响的可能性；另外，以上讨论是建立在既有机械型号的前提下，对如何选择机械型号并没有做具体分析。为了解决上述两个问题，可以建立工程机械选型管理系统数据库，一方面，为满足机械选型初始方案中机械型号选择的需要，通过系统数据库，对所收集的已通过选型评价验证合理的已建类似工程机械选型方案进行归纳和加工，建立样板工程机械选型优化方案的查询条件；将在建实际工程条件与之比较、分析，为工程机械选型方案提供可靠的依据和帮助；同时，将经过验证的机械选型方案和条件，录入工程机械选型管理系统数据库，供后续工程查询，形成闭环管理。另一方面，也可与施工管理系统联系，不仅为施工单位进行工程机械选择提供相对科学的评判方法和量化指标，而且能有效促进施工单位积极寻找施工的作业特点，设法优化作业组织方式，建立立体作业网络，提高施工效率；同时可根据遇到的新形势、新问题，不断总结和创新施工管理方法，为进一步标准化、智能化提供参考和指导。

[1]杨振林，刘金兰.层次分析法在特种设备风险评价模型设计中的应用[J].工程机械，2009.1：40.

[2]许树柏.层次分析法原理[M].天津：天津大学出版社，1988.

TU60

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