模糊综合评价理论在水利工程监理中的应用

杨庆林

(山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030000)

水利工程作为一项大型基础工程，是我国国民经济的一个比较基础的产业，且具有规模大、工作条件复杂、建设难度大、服务范围广等特点，因此水利工程的质量能够直接影响到一个工程的效益以及广大人民的生命财产安全。对水利工程的建设质量全过程的监管及控制既是参与建设单位的工作重心，也是有关政府机关的一项重要职责。在一个项目中，工程监理工作的主要职责就是进行工程质量控制，它不仅能够反映了监理服务质量，同时也是监理人员对自身能力的一项基本要求。在一个工程项目的施工阶段，常常伴有设计、施工、业主和监理多方单位进行参与，施工过程中的质量与这些单位之间的关系协调有关，还与工程所在地的地形、地貌等自然环境及水文情况有关，此外还有一项最为重要的因素，即现场人员配备、施工机械等技术水平有关。这3个因素在施工质量上扮演着不同的角色，且前两个因素很难人为控制。因此，一般水利工程质量监控主要就是对现场人员配备、施工机械等技术水平进行控制。

在水利工程质量监管中，传统的方法就是人为的对现场工程质量资料进行收集，并进行信息处理，从而进行质量评定。该方法不仅需要的人力较多，且操作慢、工作量大、结果可靠性也十分不理想，往往无法系统地对工程质量进行准确的评定，从而造成一定误差，并对监理工程师的工作造成一定的影响。为系统地对水利工程施工进程中的质量进行评定，本文引入模糊综合评价理论，并通过将水利工程质量管理中的各个指标进行分层处理，建立一套综合评价体系，在各个层面对质量指标进行评价研究，提高了质量评定工作中的效率以及准确率，同时利用现场实际工况，对江西柳林河总干渠下槐段的质量进行评定研究，得到了较好的效果。

1 工程质量评定规范及标准

将水利工程的质量评定分为单元工程质量、分部工程质量、单位工程质量及工程项目质量4个部分进行评定，并根据《单元工程评定标准》和SL176—2007《水利水电工程施工质量检验与评定规程》标准，得到表1—4的等级评定标准。

表1 单元工程质量等级评定标准

表2 分部工程质量等级评定标准

表3 单位工程质量等级评定标准

表4 工程项目质量等级评定标准

表1—4中，各个工程检查项目严格按SL 176—2007来执行，当质量没有达到要求时，需要及时的进行处理，并按如下规定来执行：

(1)对于初次评定不合格，需要全部返工重做的项目，可以重新进行质量等级评定。

(2)通过后期修整并鉴定达到要求，能够将质量评定为合格。

(3)若处理后工程检查项目仍然不能达到质量指标的要求，或经后期修整造成永久缺陷，但经监理单位和发包人复核却能满足要求时，可认为合格。

2 模糊综合评价体系研究

2.1 单元模糊识别模型

对于施工质量A来说，假设对单元有n个需要进行识别的样本，且对于每个样本都含有m个项目检测的指标，此时用特征值来对样本的整体特征进行表示，则能够用指标特征值矩阵来表示样本集：

X=xij

(1)

式中，xij—特征值，i—指标(1，2，，m)；j—样本(1，2，，n)。

以c个级别的标准对样本集的特征值来进行识别，则能够用指标特征值矩阵来表示样本集：

Y=yih

(2)

式中，yih—特征值，h—指标(1，2，，c)；i—指标(1，2，，m)。

一般来说，指标类型分为两种情况：①指标级别h增大，标准特征值yih随之增大；②指标级别h较小，指标标准特征值yih随之减小。

基于以上情况，可以得到两种指标i和j相对于A隶属函数为：

(3)

式中，rij—两种指标i和j相对于A的隶属函数；yil、yic—指标i的1和c级的标准值。

以相同方法，能够得到两种指标i和h相对于A的隶属函数：

(4)

式中，sih—两种指标i和h相对于A的隶属函数。

其中，对于样本j和级别h两个指标间的差异性，能够利用广义权距离来表示：

(5)

式中，p—距离参数，p为1和2时分别表示海明距离和欧式距离；wij—样本j对于指标i的权重。

假设样本集A相对于各级别的隶属度矩阵为：

U=(uhj)

(6)

(7)

式中，uhj—样本j(1，2，，n)相对于级别h(1，2，，c)的隶属函数。

因为样本j的范围在级别区间[aj，bj]中间，故矩阵U需要能够满足约束条件，用归一化来表示为：

(8)

利用式(8)得到能够用来评价级别特征值的矩阵方程为：

(9)

2.2 多层模糊综合评价模型

将工程分为t个单位工程构成，而每一个单位工程又被分为m个分部工程，再将每个分部工程分为n个更小的单元工程组成，如此形成树杈式的工程单元，形成一个如图1所示的4层的模糊综合评价模型。

图1 工程项目划分图

对于4层的模糊综合评价模型，需要对每一层进行单独评定。

(1)第1层，对单元工程质量进行单独评定:在单元工程评定阶段应用上述的模糊识别模型对各个单元工程质量评定得到每个单元工程的级别特征值。

(2)第2层，对分部工程质量进行单独评定:

Hi-j=Wi-j-k×Hi-j-k

(10)

式中，i=1，2，，t；j=1，2，，m；k=1，2，，n，Hi-j—该层的第i个单位工程中的第j个分部工程的特征值；Wi-j-k—该层的第k个单元工程对于第j个分部工程的权重值；Hi-j-k—该层的第i个单位工程中第j个分部工程中第k个单元工程的级别特征值。

(3)第3层，对单元工程质量进行单独评定:

Hi=Wi-j×Hi-j

(11)

式中，Hi—该层中第i个单位工程级别特征值；Wi-j—该层中第j个分部工程相对于第i个单位工程的权重值。

(4)第4层，对分部工程质量进行单独评定:

H=Wi×Hi

(12)

式中，H—第四层项目级别的特征值；Wi—第i个单位工程相对于整个项目的权重值。

3 工程实例分析

3.1 工程划分

以江西柳林河总干渠下槐段为背景，并将工程178个单元工程按照实际情况进行单元划分，得到各个分部工程的单元工程数量，见表5。

表5 工程项目划分

按照《单元工程评定标准》对上述分部工程的各个单位工程进行质量分级，一共分为4级，按照优良、合格、基本合格、不合格对工程单元评估的分数分别为≥90、70～90、60～70、≤60。

3.2 工程施工质量评定

以上述方法，通过式(10)进行计算。

(13)

(14)

利用指标权重法，通过对m个指标p1、p2pk的重要性进行比较，当pk比p1重要，则ekl=1，elk=0；当pk和p1重要程度相同，则ekl=elk=0.5。通过这种方法得到描述上述5项指标的矩阵为：

(15)

利用式(15)，根据该式矩阵的行和列，并按照其和的数值来进行一定的排序后，将最大的指标作为1，并根据表6进行二元比较下的重要性程度判别。

表6 定量标度和相对隶属度间与语气算子的关系表

根据表6可以得到上面5项工程质量指标非归一化的向量：

W=(1,0.739,0.739,0.905,0.905)

(16)

进行归一化处理为：

W=(0.2332,0.1723,0.1723,0.2111,0.2111)

(17)

通过上述方法对各个层次的工程级别特征值进行计算。

(1)单元工程。利用公式(9)能够计算出分项工程的10项清理地基单元特征值为:

H1-1-1=1.030；H1-1-2=1.077；H1-1-3=1.673；H1-1-4=1.004；H1-1-5=1.660；H1-1-6=1.001；H1-1-7=1.017；H1-1-8=1.140；H1-1-9=1.550；H1-1-10=1.076；

同样通过上述方式可以得到其他分项工程和单元工程的特征值。

(2)分项工程。利用公式(10)能够计算出各个分项工程的单元特征值为:

H1-1=1.224；H1-2=1.246；H2-1=1.652；H2-2=1.124；H3-1=1.523；H3-2=1.100；H3-3=1.325；H3-4=1.233；H4-1=1.726；H4-2=1.812；H4-3=1.124；H5-1=1.165；H6-1=1.362；H7-1=1.236；H7-2=1.926。

(3)分部工程。利用公式(11)能够计算出各个分部工程的单元特征值为:

H1=1.246；H2=1.309；H3=1.282；H4=1.472；H5=1.165；H6=1.362；H7=1.650，因此可以将它评为优良等级。

(4)施工质量评定。各分部工程(指标)权重由上述的二元比较法求得：

W=(0.082，0.082，0.173，0.173，0.141，0.191，0.157)

运用公式(12)得到该单位工程质量评定的级别特征值H=1.331，由此把它评为优良等级。

4 结论

通过按质量标准及规范对工程质量进行评价，运用模糊综合理论，并结合二元权重指标比较法，对各个分层单元之间的质量等级相对隶属度进行评估，计算得到了各级别特征值。并将该理论运用于江西柳林河总干渠下槐段，从第1层开始逐层进行分层计算，最终得到了各层以及综合评价指标，并认为项目可评为优良等级，同时说明了模糊综合评价法在水利工程质量评估中的适用性。