基于熵权分析法的油库建设方案综合评价研究

范 影，石铤燚，王莹莹，佟 震，吴玉国

（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.中盈绿能机电股份有限公司，辽宁 大连 116003；3.中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司，河北秦皇岛 066004）

施工标准化[1]和文明化是结合原有的工业生产标准化理念和新的系统理念所产生的结果。通过标准化施工，精准地分配资源，进而建立有效的预防和改进机制，规划施工过程中的现场管理和组织方式，使项目实施充分体现可持续、节约、绿色环保的需求。目前的施工标准化评价研究主要集中于施工安全管理、质量管理和绿色施工等方面，目的在于衡量施工过程安全、质量及对环境的影响等评价指标，但少有学者将标准化评价用于施工全过程（施工成本、进程、安全、质量、节能、环保等）的综合分析评价。由此可见，对施工全过程进行标准化和文明化评价研究具有重要意义。

近年来，国内外研究人员围绕施工标准化和文明化建设的各项影响因素进行了研究和论述，内容主要集中在AHP 层次分析法、BP 神经网络法、熵权法、ABC 分析法（帕累托分析法）、Aelphi 专家调查法等方法的研究和应用。美国学者M.C.Ungan[2]认为前期预测是营造安全施工环境的重要环节，因此完善制度化和标准化是施工团队须遵守的基本条件，并通过熵权法对前期影响因素进行了客观评价；Y.L.Zhu 等[3]提出了标准化建设的重要程度，并首次通过层次分析法建立数字模型，通过主观打分评价了影响施工安全的各项因素，从而检验施工安全标准化的有效程度；Y.Fan 等[4]以独到的视角关注了业主在标准化施工管理上所起的作用，协助制订了安全标准；赵金先等[5]将熵权法融合到可拓学理论，并应用于标准化绿色建筑绩效评价，以确定11个分项及5 个总项指标对总体施工的影响；原伟飞[6]采用综合评价法，分析并评价了在古交市建设卸油铁路专用线和储油库项目的背景、必要性、经济效益和财务评价，论述了建设卸油铁路专用线和储油库项目的实际经济效益和社会效益；王长明[7]首次对模糊综合评价法、事故树评价法，以及火灾爆炸危险指数评价法进行对比，最终采用模糊综合评价法确定了影响油库安全的主要因素和次要因素；戴萍等[8]将区间层次分析法和广义集对分析法相结合，建立GSPA‐IAHP 模型，构建了三级层次结构体系，从原料及工艺、设备设施、管理措施、火源控制方面分析引发油库火灾的风险因素，并为后期的油库安全管理提供了科学依据；许志良[9]采用油粒子模型，分4 种工况探讨发生重大溢油事故后的环境风险评价，并对溢油和含油废水未经处理排放对水生生态和渔业资源的影响进行了分析；周立国等[10]基于Bow‐tie 模型综合考虑失效可能性与失效后果，采用有序加权平均（OWA）算子赋权法，结合灰色聚类的理论，确定了失效可能性与失效后果的灰类，最后通过风险矩阵确定了油气管道建设期的风险等级；关浩[11]围绕新时期大型油库的安全运行与节能管理进行了探究，提出了以最节省的油源达到最优的现代化经济建设效果的建设方案；刘琳[12]以物联网技术为基石，在油库信息化建设的基础上，充分利用物联网技术实现油库物与物、物与人之间的连接，实现油库管理的自动化、智能化，确保油库运营管理的安全性；张华兵等[13]在管道完整性管理标准体系的指导下，对中国石油管道数据管理、高后果区识别、管道风险评价、管道完整性评价、风险削减与维修维护及效能评价等环节进行优化；赵传奇 等[14]将 综 合 评 价 法 引 入F&EI ‐ HAZOP 和HAZOP‐FTA 模型，并利用三角模糊数方法建立了“DOW—工艺危险性影响因素—偏差—保护层失效概率—DOW 实际评价”闭环的数据传输与共享通道，对油库储罐区进行了更加全面的安全评价；曹康等[15]采用熵权法确定因素权重，并运用模糊综合评价法对油气长输管道风险进行了评估，确定了风险等级。

综上，目前鲜有系统地综合成本、进度、安全、质量、节能及环境等多个方面开展油库施工标准化和文明化评价并分析施工过程的能源利用情况的工作。基于此，本文将油库标准化和文明化施工管理定义为包涵成本、进度、安全、质量、节能及环境等多个方面的综合分析指数，创新性地将文献分析、综合评价和熵权相结合的方法综合应用于油库标准化施工方案对比，建立相对完整的指标体系和评价标准，并引入实例分析评价，进行权重计算，将多个具有不同量纲的主成分指标转化为一个可以综合反映施工情况的指标来进行评价，然后将标准化引进施工方案，打破了原有标准化服务的局限性，为建筑施工标准化提供更多的可能性。在此基础上，结合油库标准化建设、施工管理以及节能方案3 个方面，以更加客观的方式，将油库建设过程中的各级影响指标进行对比分析，进一步将标准化与建筑施工结合在一起，为更好地迎合可持续发展战略、保护生态指出了新的方向，同时也为今后油库的建设提供了新的理论依据。

1 研究方法

综合评价问题的处理过程：明确评价目的，确定被评价对象；建立评价指标体系，包括收集评价指标的原始值、评价指标的若干预处理等，确立与各评价指标相对应的权重系数；选择或构建综合评价模型，计算各评价对象的综合评价值并进行排序或分类。

1.1 评价指标体系的建立

筛选合理、有效的评价指标体系是进行综合评价分析的重要前提。为得到科学且实用的计算结果，需要保证初选的各项指标尽可能多方面地覆盖标准化施工管理的各个环节[16‐18]。

（1）形成标准化决策矩阵。设某油库标准化施工方案有m 个，则施工方案的集为M =(M1,M2,…,Mm)，影响施工方案因素的指标有n 个，指标的集为D=(D1,D2,…,Dn)，油库标准化施工方案Mi对施工影响因素的评估值记为xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)，则针 对m 个标准化施工方案对n 个影响因素进行评估得到的决策矩阵为[19‐20]：

为了消除指标间的不同量纲对油库标准化施工方案的最终选择结果带来的影响，需对决策矩阵中的数据进行标准化处理，使其形成标准化矩阵，记为V =(vij)mn。由于各指标所具有的性质不同，将其分为两类，即正向和负向指标[21]。标准化的处理方法是根据指标的性质，按照指定公式，对指标的数据进行标准化处理[22]。

正向指标（越大越优型指标）的处理公式：

负向指标（越小越优型指标）处理公式：

式中，vij为xij的归一化数值；max(xj)、min(xj)分别为第j 个指标的最大值和最小值。

原始数据在经过标准化之后，满足0≤vij≤1。

（2）评价方案的特征比重pij。对于某种标准化施工方案影响因素j，vij值差异性越大，该指标对标准化施工方案的最终选取结果的作用越大，也就是说，该影响因素能够提供给标准化施工方案选取的有用信息量越多。根据熵的概念可以得知，信息的增大意味着熵的减少，这也就说明熵可以用来度量某种信息的大小[23]。

记第j 项影响因素下第i 个标准化施工方案的特征比重为pij，则：

（3）指标的熵值ej。由特征比重计算第j 项影响因素的熵值：

当pij=0或pij=1 时，pijln pij=0。

（4）指标的差异性系数dj。由熵值的计算公式可知，对于某一项影响标准化施工方案的因素Dj，通过标准化计算得到的vij差异越小，最后得出的熵值ej越大。

在给出的所有标准化施工方案中，若每一个方案第j 个影响因素的熵值都相等，则该熵值为最大值，ej=emax=1。根据熵的概念，可以定义差异性系数dj：

差异性系数dj越大，表明该影响因素能够提供给标准化施工方案分析比较的信息量也越大，在比较过程中越应该注重这项指标，并给该项评价指标更大的指标权重。

（5）指标的权重ωj。根据已求得的差异性系数，确定各影响因素j 的权重：

权重ωj越大，说明该项影响因素j 的评价能力越大，对结果的影响越大；权重ωj越小，说明该项结果的评价能力越小，对最终结果的影响程度越浅。

（6）构建指标未确知测度模型。在Xij中，将n个确定后的评价指标记为D=(D1,D2,…,Dn)，假设每个影响指标的评估值都有k 个等级的区分度，评价指标的分级就可以表示为C=(C1,C2,…,Ck)；分级后各级别之间存在如下的关系：C1

在矩阵中，对于任意一个1≤j≤n，都应该满足aj1

（7）指标的峰值Vij。应用信息熵概念的思想，定义指标vij的峰值：

1.2 综合评价模型的构建

（1）计算多指标综合测度。指标的峰值Vij大小可以客观地反映影响指标vij在评价方案中的重要程度。基于这一点，影响指标vij的权重ωij就有了明确的定义：

觉醒的公民意识是公民写作的前提，也成为平民非虚构写作的孵化器。公民意识是一种现代意识，是公民个人对自己在国家中地位的自我认识，健康全面的公民意识是现代公民应该具备的核心素质。公民意识的觉醒，主要表现在三个方面。

由影响指标的权重求得方案i 的多指标综合测度为：

（2）确定置信度λ。置信度的识别标准，可以用来评价指标类别按等级划分的有序性。换言之，对于确定的置信度λ（0.5＜λ＜1.0），如果评价等级中的某一个h（1≤h≤k）满足式（13）。

那么，就认为指标数据xi是属于评价等级Ch类的。

（3）综合评价值Pi。进一步对xi进行排序，分别计算其每一项评比方案的综合评价值，其定义为：

并对计算结果进行比较和排序。

2 实例分析

2.1 数据来源

以某油库建设工程为依托，从所有投标的施工团队中选取4 个具有代表性的施工方案进行影响指标评价，并将每项标准化施工方案标记为M＝(M1，M2，M3，M4)，分析给定的施工方案是否符合标准化管理，具体分析施工环节的成本、进度、安全、质量、节能和环境控制等方面。

考虑熵权计算的复杂程度，为便于计算，将收集到的指标进行标记，对应关系及计算结果见表1。表1 中，正向表示越大越优型指标，负向表示越小越优型指标；根据二级指标的实际情况区分正负性。以总造价这一指标为例，总造价越低，越利于工程实际，因此该指标为负向。4 种施工方案二级指标的具体数据见表2。

表1 评价指标体系标记对应关系及各指标的性质

续表1

表2 4 种施工方案二级指标的具体数据

2.2 数据标准化

评价体系中22 个指标之间的量纲完全不同，为了消除不同量纲对结果的科学性和准确性所带来的影响，根据熵权法中数据标准化处理的计算公式，对决策矩阵中带有不同量纲的各指标的具体数据进行标准化、归一化处理，结果见表3。

表3 标准化、归一化处理结果

根据不同性质将二级指标分级，越大越优型指标划分为很差（vij＜0.1）、较差（0.1≤vij＜0.2）、偏差（0.2≤vij＜0.3）、偏 好（0.3≤vij＜0.4）、较 好（0.4≤vij＜0.5）、很好（vij≥0.5）六个等级。同理，将越小越优型指标划分为很差（vij≥0.5）、较差（0.4≤vij＜0.5）、偏差（0.3≤vij＜0.4）、偏好（0.2≤vij＜0.3）、较好（0.1≤vij＜0.2）、很好（vij＜0.1）六个等级。

2.3 基于未确知测度模型的综合评价

（1）构造样本测度函数。根据指标的分级表，建立指标的未确知测度函数。

当指标越小越好时，未确知测度函数的计算模型如下：

当指标越大越好时，未确知测度函数计算的模型如下：

（2）计算各评价方案的单指标测度值。各个评价方案的全部单指标测度值可用矩阵表示为：

（3）计算各评价方案的指标权重。由式（6）、（7）计算各评价方案的指标权重向量：

（4）多指标综合测度评价矩阵。由式（12）求得各评价方案的多指标综合测度评价矩阵：

（5）综合评价结果。依据多指标测度矩阵结果，对4 种施工方案的采暖方案进行有序识别，λ 取0.6，经计算可得：X1,X2,X3∈C（3评价等级为偏差），X3∈C（4评价等级为偏好）。再将数据代入式（14）中，求4 种标准化施工方案的综合评价值。

P= (P1, P2, P3, P4) =（0.588，0.585，0.601，0.592）

根据综合评价值，对标准化施工管理进行排序，可得：P3＞P4＞P1＞P2。由此可以看出，标准化施工过程M3施工方案最优；M4与M3施工方案的综合评价值最为接近。因此，在以后的施工过程中，应尽量参考M3和M4施工方案的相关指标数据进行标准化、文明化管理。

3 结 论

（1）构建了围绕成本、进度、安全、质量、节能及环境6 个方面的评价指标体系，并且基于熵权法确定了各项指标的权重。此外，利用隶属函数和综合评价模型建立了油库建设方案综合评价方法，实现了对4 种标准化施工方案的合理量化评估。

（2）将熵权和综合评价2 种方法有机结合，得出具有客观依据的评价结果，将标准化与建筑施工相结合，对油库建设的实际指导意义较强，可更好地顺应可持续发展及生态保护。

（3）熵权计算结果表明，一级指标权重排序为环境＞安全＞节能＞成本＞质量＞进度，其中环境因素权重占比最大，约为0.193，项目进度因素的权重占比最小，约为0.128，研究标准化施工的影响因素对实际工作具有重要的指导意义。

（4）对各级影响因素进行了综合性评价值计算。结果表明，4 种施工方案标准化、节能化程度排序为M3＞M4＞M1＞M2。由此可知，M3为该油库建设项目标准化、文明化施工管理的最优方案。