基于组合赋权法的特高压输变电工程施工质量灰色评价模型

尹传根，侯学良

(华北电力大学 工程技术与管理研究所，北京 102206)

基于组合赋权法的特高压输变电工程施工质量灰色评价模型

尹传根，侯学良

(华北电力大学 工程技术与管理研究所，北京 102206)

基于特高压输变电工程施工的特点及构成分析，考虑技术和管理两个方面对施工质量的影响，构建多层级评价指标体系.应用主客观加权属性值一致化的组合赋权法确定各指标权重，提出了一种将组合赋权法引入特高压输变电工程施工质量的灰色评价模型，最后通过应用实例验证了该评价模型的科学性，为特高压输变电工程质量管理实践提供了参考.

特高压输变电工程；施工质量；组合赋权法；灰色评价模型

我国是一次能源和电力负荷分布不均衡的国家，全国三分之二以上的煤炭资源分布在山西、陕西和内蒙古西部地区，三分之二以上可开发用于水力发电的资源分布在四川、云南和西藏地区，全国三分之二以上的电力负荷集中在京广铁路以东地区.当前，我国输电和输煤的比例仅为1∶20，要充分发挥电网作为能源重要载体的功能，必须加快特高压工程建设，把西部能源转移到中东部经济发达地区，实现“电从远方来”，从根本上解决华中地区乃至整个中东部地区的电力供应短缺问题[1].为突破困境，缓解电力供求矛盾，满足国民经济高速发展对电力的需求，国家电网公司加大了对电力项目的投资力度，以期通过进一步优化电网结构来提高输送容量.预计到2020年底，我国将形成一个覆盖华北、华中、华东地区的全国性特高压交流同步电网[2].输变电工程建设是一个复杂的系统工程，具有投资大、工期紧、任务重、技术要求先进、质量要求高等特点.因此，如何在大规模建设特高压输变电工程中保证施工建设的高质量管理越来越重要.

针对特高压输变电工程施工过程质量状况进行评价是质量管理中非常重要的课题.对此，国内外学者进行过不少研究，现有的研究主要有以下两个方面：一是关于质量评价指标体系的构建[3-5]，二是构建数学模型进行评价[6-7].大多数研究者以输变电工程为研究对象，也有学者尝试从特高压输变电工程角度探讨其施工质量评价问题，如杨颖蓉[8]通过对特高压输电线路工程的特点及构成进行分析，构建诊断指标体系，结合模糊理论对工程质量实施状态进行隶属度判定，给出了不同层级的质量实施状态诊断模型.

总体上看，学术界对特高压输变电工程施工质量评价研究的基础性、系统性和整体性还有待加强.因此，在现有研究的基础上，以特高压输变电工程施工质量为评价对象，结合工程实际情况从管理和技术两个层面建立不同层级的工程质量指标体系，通过灰色评价模型对质量进行评价.

1 特高压输变电工程施工质量评价指标体系的构建及指标赋权

1.1指标体系的构建

基于特高压输电线路工程的特点及构成进行分析，依据国家电网《输变电工程质量评价标准》，从管理和技术两个层面，构建了包括2个一级指标、10个二级指标和35个三级指标的特高压输变电工程质量评价指标体系，如图1所示.

图1 特高压输变电工程施工质量评价指标体系Fig.1 Construction quality evaluation index system of UHV power transmission and transformation project

1.2指标赋权

在对特高压输变电工程施工质量进行评价时，需要确定各个指标的权重系数，即各个指标对综合评价结果的影响程度.目前，指标赋权方法主要分为主观赋权法和客观赋权法[9].主观赋权法是指人们基于知识和经验，由决策分析者根据各指标的主观重视程度而赋权的一类方法，主要有专家调查法、相邻比较法、二项系数法、最小二乘法、层次分析法、序关系法等.客观赋权法一般根据所选择指标的实际信息形成决策矩阵，在此基础上通过客观运算形成权重，常用的如熵值法等.因为主观赋权法在赋权过程中存在主观因素对赋权结果的影响，为了消除这种影响并保证赋权的科学性，故采用一种新的赋权方法——主观的序关系法和客观的熵值法相结合的组合赋权法.

1.2.1序关系法

序关系法是一种不需要一致性检验的新方法，是一种先对评价指标进行定性排序，再对相邻指标进行(重要性比值)理性判断，最后进行定量计算的主观赋权法[10]，计算步骤如下所述.

(1)确定序关系

定义1若评价指标xi相对于某评价准则(或目标)的重要性程度大于(或不小于)xj，则记为xi≻xj.

定义2若评价指标x1,x2,…,xm相对于某评价准则(或目标)具有如下关系式：

(1)

(2)给出xk-1与xk相对重要程度的比较判断

(2)

定理1若x1,x2,…,xm具有序关系式(1)，则rk-1与rk必须满足

(3)

(3)权重系数wk的计算

定理2若专家(或决策者)给出rk的理性赋值满足关系式(3)，则

(4)

wk-1=rkwk，k=m,m-1,…,2.

(5)

1.2.2熵值法

熵值法是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统整体的影响来决定指标的权重，相对变化程度高的指标具有较大的权重，此方法广泛应用于统计学等各个领域，具有较高的研究价值.根据熵的特性，可以通过计算熵值来判断一个事件的随机性及无序程度，也可以用熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越高，该指标对综合评价的影响(权重)越大，其熵值越小,计算步骤如下所述.

(1)原始数据的收集与整理

假设共有n个施工质量评价指标、m个评价对象,则评价系统的初始数据矩阵如下：

(6)

(2)数据的标准化处理

①由于各指标的量纲、数量级均有差异，所以为了消除量纲不同对评价结果的影响，需要对各指标进行标准化处理：

(7)

若指标的值越大越好，则选用式(7)中的前一个；若指标的值越小越好，则选用式(7)中的后一个.

②计算第j项指标下第i的比重yij：

(8)

由此，可以建立数据的比重矩阵Y=[yij]m*n.

(3)计算指标信息熵和信息效用价值

①计算第j项指标的信息熵的公式为

(9)

②某项指标的信息效用价值取决于该指标的信息熵ej与1之间的差值，该差值直接影响权重的大小，信息效用值越大，对评价的重要性就越大，权重也就越大:

dj=1-ej.

(10)

(4)计算评价指标权重

第j项指标的权重为

(11)

1.2.3基于主客观加权属性值一致化的组合赋权法

序关系法和熵值法运用不同的角度和计算方法对指标进行赋权得到的各指标权重系数稍有差异，运用组合赋权法将不同赋权方法得到的权重综合起来，兼顾了各种赋权方法的角度和优劣，使指标的权重系数更加科学合理并符合实际.

常用的组合赋权法可以归纳为加法集成法、乘法集成法和基于主客观加权属性值一致化的组合赋权法[11].本研究采用基于主客观加权属性值一致化的组合赋权法进行赋权，最终权重为

w=αwk+βwj，

(12)

式中：α，β满足α>0，β>0且α+β=1.

(13)

(14)

2 输变电工程施工质量灰色评价模型

输变电工程施工质量的评价问题可以视为经典的综合评价问题在特高压输变电工程领域的一种扩展.传统综合评价方法的缺点在于依赖主观性，为了解决这个问题，在综合评价方法中引入了灰色评价理论[12].鉴于灰色评价模型已被众多学者应用于质量评价问题研究且被证明是求解此类问题高效的科学模型之一，故本研究采用灰色评价方法来评价输变电工程质量问题[13-15].为了构建输变电工程施工质量灰色评价模型，首先需要确定评价灰度及白化权函数，然后用灰色理论进行评价.

2.1确定评价灰度及白化权函数

一般确定的评分其实是白化值，为了准确反映评价指标属于某类的程度，需要确定评价灰度，就是要确定评价灰类的等级数、灰度及白化权函数.

特高压输变电工程施工质量评价的核心是通过各个指标的评价确定质量状况，首要工作是确定质量评价的灰度.对特高压输电线路工程的特点及构成进行分析，结合评价体系各指标的属性特点，采用5个评价灰类：“优”“良”“中”“差”“劣”，其灰度分别为[10，8)，[8，6)，[6，4)，[4，2)和[2，0].依据中心点向量原则，具体白化权函数如表1所示.

表1 评价灰类及相应的灰数和白化权函数Tab.1 Evaluated grey class, grey number and whitening weight function

2.2灰色评价计算步骤

在确定灰数、灰类及相应的白化权函数后，对施工质量进行灰色聚类评估，具体过程如下：

(15)

(3)合成构建聚类评价矩阵.将已知的权重向量及灰色聚类权矩阵进行合成运算，对各初级指标聚类评价：

Zi=Wi·Ri.

(16)

在此基础上,构建上级指标的综合评价矩阵Z0=[Z1，Z2，…，Zn]进行上层聚类评价，得综合聚类评价向量：

M=W0·Z0=[M1，M2，…，Mn] .

(17)

(4) 计算各级质量评价值:

W=M·U.

(18)

3 应用算例分析

为验证本方法的可行性，采用我国华东地区某特高压交流输电示范工程为算例对本评价模型进行验证分析.该示范工程是“三华”特高压同步电网中重要的组成部分，全长四百多千米，建成后对进一步提高电网的安全稳定水平、满足电能远距离大容量调配需要、促进特高压电网发展具有重大意义.

3.1组合赋权法确定权重

按照图1构建的评价指标体系对该工程进行评价.具体的分析过程如下：

(1)基于管理和技术两类指标的权重各占0.5的情况，对管理类指标和技术类指标分别排序，然后根据式(2)至式(4)的rk取1.1，得到序关系法的计算结果：

wk=(0.034,0.036,0.021,0.020,0.018,0.031,0.033,0.023,0.025,0.026,0.028,
0.029,0.038,0.039,0.016,0.041,0.042,0.026,0.018,0.020,0.027,0.015,0.017,
0.024,0.021,0.023,0.029,0.039,0.035,0.033,0.032,0.030,0.036,0.038,0.041).

(2) 用熵值法得到各指标客观权重：

wj=(0.033,0.046,0.021,0.036,0.023,0.029,0.028,0.031,0.039,0.025,0.031,
0.027,0.025,0.033,0.048,0.025,0.025,0.029,0.023,0.016,0.032,0.020,0.024,
0.020,0.028,0.023,0.045,0.035,0.021,0.024,0.033,0.022,0.022,0.032,0.026).

(3)根据式(12)和式(13)求得α=0.391 5，β=0.608 5，从而得出由组合赋权法得到的各指标权重：

w0=(0.033,0.042,0.021,0.030,0.021,0.030,0.030,0.028,0.034,0.025,0.030,
0.028,0.030,0.035,0.035,0.031,0.032,0.028,0.021,0.018,0.030,0.018,0.021,
0.022,0.025,0.023,0.039,0.037,0.026,0.028,0.033,0.025,0.027,0.034,0.032).

3.2质量灰色评价

邀请9位参与该工程项目管理的项目经理、工程师和教授组成专家评价小组，请他们针对各项指标进行评价，结果见表2.

表2 工程施工质量评价指标原始数据Tab.2 Original data of construction quality evaluation index of the project

表2(续)

首先，根据专家小组的打分情况构建各指标决策矩阵，然后根据决策矩阵计算聚类矩阵Z0.

根据式(17)与其相应的权重进行聚类评价，得综合聚类评价向量M：

M=W0·Z0=(0.393,0.392,0.209,0.006,0.000).

根据式(18)将评价向量与阈值向量进行合成，单值处理得综合质量评价值W=M·U=7.344.因此，该工程的总体质量状况为良.

4 结语

本研究以特高压输变电工程施工质量为评价对象，结合工程实际情况，从管理和技术两个层面将评价指标划分为不同层级，建立不同层级的特高压输变电工程质量指标体系，将输入指标转化为单数值，简化了决策过程.同时，将序关系法和熵值法相结合用于特高压输变电工程施工质量评价指标权重，尽可能避免了人为因素对结果的影响.最后，使用灰色评价模型对具体的工程施工质量进行了评价.另外,此模型还可以针对每个具体指标进行评价，便于分析问题出现的原因，提出对策和建议，在以后的建设中能够更好地对质量进行管理.

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GreyevaluationmodelforconstructionqualityofUHVpowertransmissionandtransformationprojectbasedoncombinationweightingmethod

YINChuangen,HOUXueliang

(InstituteofEngineeringTechnology&Management，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)

Based on the characteristics and composition analysis of UHV transmission and transformation project construction, considering the influence of technology and management on the construction quality, the multi-level evaluation index system is proposed. The subjective and objective combination weighting method is used to attribute values and a gray evaluation model is put forward for the construction quality evaluation of the UHV project. Finally, combining with actual project, the validity of the model is illustrated. This study provides a reference for the practice of UHV project quality management, having a certain theoretical value and practical value.

UHV power transmission and transformation project; construction quality; combination weighting method; gray evaluation model

F407.9

A

1674-330X(2017)03-0053-07

2017-06-15

国家自然科学基金(71171081)；北京市自然科学基金(9162014)

尹传根(1993-)，男，安徽宿州人，硕士研究生，研究方向为工程项目管理.

侯学良(1966-)，男，山西太原人，教授，博士生导师，研究方向为工程实用管理与技术.