基于FAHP的中小型水利工程施工阶段效果综合评价

韦荣茂

(南宁市峙村河水库管理所，南宁 530400)

1 概 述

近年来，由于生态环境保护等问题，大中型水利工程建设项目明显减少，中小型水利工程建设项目成为目前主要的发展趋势，中小水利工程的施工各方面综合评估也就显得极为必要。作为组成水利工程项目建设中核心环节之一的施工阶段，具有过程长而繁杂、参加人员众多、安全危害高等特点[1]。因此，保障建设阶段的顺利和安全进行，对于提高水利工程的施工质量和经济效益至关重要。

施工阶段效果评价的主要目的是自我评价和检查发现建设过程中的问题并加以改进，是工程建设的重要部分。通常，可由评价内容发现施工时的问题所在，同时对完成得好的部分工作给予肯定[2]。施工阶段效果评价的重点在于如何根据工程实际施工的影响因素制定评价标准和选定评价指标。如李静[3]等对鹤滩水利枢纽工程进行了绿色生态工程评价，从生态环境保护、水能源资源的合理利用和综合管理3个方面选择了31个指标构成绿色施工效果评价指标体系，并引入模糊物元法评价形成模型，综合评价结果合格。张炜[4]采用模糊综合评价法从建设项目准备、建设和竣工3个阶段的7个方面，选取39个评价指标构建了施工建设阶段效果评价模型，提出使用该方法评价中小型水利水电工程施工质量的效果良好。

上述学者运用模糊物元法和模糊综合评价法等，从多方面对水利水电工程建设过程进行评价。本文从水利工程施工建设的质量、安全、管理和环境4个方面，并基于模糊层次分析法(FAHP)选取16个施工效果评价指标，运用模糊层次分析法(FAHP)从安全、质量、管理和经济等方面，构建施工建设中小型水利工程的阶段效果评价模型[15]。

2 水利工程施工阶段施工效果综合评价模型

2.1 建立层次结构和判断矩阵

1) 一项再小的水利工程也涉及到很多的部分。从结构上来说，有主体大坝的施工、泄洪洞的施工、发电涵洞的施工；从时间上来说，有河道的截流和导流、大坝地基的施工、面板的施工等；从水利项目的施工结构复杂多变的特点和安全无污染的原则两个方面出发，构建综合评价模型。

2) 基于层次分析法，通常对于复杂化难以决策的问题来说，在模型评价时有3项指标。对决策者而言，考虑评价指标的平衡性来说，为均衡考虑各种因素，各指标应当拥有部分权重。

2.2 计算单级权值排序与一致性检验

计算各判断矩阵的特征值：

Aω=λmaxω

(1)

由式(1)计算可得到每个评价指标的权重ω，再进行各评价指标权重重新组合，并将组成的矩阵记为Ak下B1、B2、…和Bn的权重顺序。在计算λmax和ω后，再检验所得结果的一致性。一致性指数CI计算如下：

(2)

计算出CI值后，通过计算CI与一致性指标RI平均随机的比值，得到一致性比指标CR的数值：

(3)

若CR≤0.1，证明通过了一致性检验；否则不通过，无法信任该指标权重结果，应循环上述计算的流程，直到满足CR≤0.1。

2.3 分层总体排序与测试一致性

通过各层的一致性测试后，还需对分层总排序进行检验。评价指标的总排序权重为：

(4)

式中：设Q层有n个评价指标，即Q1、Q2、…、Qn，相对于总目标的权重分别为Q1、Q2、…、Qn；p1j，p2j，…，pmj为评价指标权重在准则层的单列排序。总阶数按式(4)计算，检查总排序的一致性：

(5)

式中：CIj为一致性指标；RIj为随机性指标。

当CR≤0.1时，检验合格。

2.4 结构指标、指标集和隶属度评价矩阵

根据该地区以往的施工项目的建设经历和专家的指导，将各评价指标建立为评价集V，见式(6)：

V={v1,v2,…,vn}

(6)

式中：V为各指标评价的一组评价意见；vi为不同的评价意见。rij与ui的关系如下：

rij=vj(ui),j=1,2,…,m

(7)

ri=(ri1,ri2,…,rim),i=1,2,…,n

(8)

综合上面对判断矩阵的检验、权重的计算，得出模糊关系矩阵为式(9)，通过计算R值来评价一项水利工程的施工建设效果。

(9)

3 案例应用——老虎岭水利枢纽

老虎岭水库枢纽位于南宁市高新区安宁街道办事处六覃村西南面附近，距邕武路约3 km，距离南宁市区约12 km，坝址位置E108°20′27″，N22°56′32″，是一座以人饮供水为主，兼顾防洪、灌溉为一体的综合型小(Ⅰ)型水利工程。

3.1 评价指标的建立

项目的施工过程评价应当完整。因此，本文根据中小水利工程的特点对中小型水利水电建设项目过程进行综合评价时，将二级指标细分为16项三级指标，见图1。

图1 施工效果评价体系

3.2 建立层次分析判断矩阵

结合施工效果评价体系结构，依据对各评价指标进行对比和评分。各评价层的判断矩阵分别见表1和表2。由于篇幅的限制，省略其他判断矩阵。

3.3 模糊层次权重指数

对表1和表2所建立的判断矩阵进行归一化处理，得出每一层的权重指数，这个过程被称为层次单一排序。各指标权重系数计算见表3。

表1 矩阵判断表E-(A、B、C、D)

表2 矩阵判断表A-(A1、A2、A3、A4)

表3 单项评价指标权重及CR值

3.4 模糊层次综合指数评价

标准层次指数集U=施工{安全、质量、施工、环境}，次标准层次指数集U={A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4}，指标评价集V={优、良、中、差}。建立判断矩阵，见表4。

表4 评价指标的专家评价矩阵

由式(9)和表4可知，各评价指标的模糊隶属度矩阵为R1、R2、R3和R4。基于FAHP的中小型水利工程施工阶段效果评价的模糊矩阵计算公式为：

Ei=Pi·Ri

(10)

由式(10)计算得到：

E1=[0.1497 0.1633 0.1567 0.1360]

E2=[0.2408 0.2084 0.2072 0.1855]

E3=[0.1794 0.2042 0.1720 0.1767]

E4=[0.1804 0.2158 0.2336 0.1933]

由最大隶属度原则可知，施工安全性E1∈v2施工安全性评价等级为良；施工质量E2∈v1，施工质量评价等级为优；施工管理E3∈v2，施工管理评价等级为良；施工管理E4∈v3，施工环境评价等级为中。由次标准层评价指标E1、E2、E3、E4的组成隶属度矩阵R如下：

Ec=Bs·Es=[0.1800 0.1885 0.1829 0.1629]

根据Ec结果最大值为标准，老虎岭水利枢纽施工阶段效果综合评价为E∈v2，为良。结果表明，该工程项目从建设阶段管理到实施比较规范，总体施工阶段建设效果较好。

4 结论与建议

本文基于模糊层次分析法(FAHP)，系统分析了老虎岭水利枢纽施工阶段，并搭建了施工层次结构，构建了建设效果综合评价模型，并成功地应用于广西省老虎岭水利枢纽建设阶段的建设效果评价。由模型评价可知，老虎岭水利枢纽施工安全评价等级为良，施工质量评价等级为优，施工管理评价等级为良，施工环境评价等级为中，总体施工效果评价等级为良。评价结果证明，本文构建的施工阶段模型在老虎岭水利枢纽项目中得到较好的应用，评价结果符合实际情况。通过模型评价与实地检验考察，项目施工效果总体较好，但在一些方面还略显不足，如施工安全、施工管理和施工环境，特别要注意的是施工对生态环境造成的影响与危害。期望在今后的工程项目中更加注重绿色生态工程，为施工项目提供指导和借鉴，以达到更高的评价等级。