基于层次分析法的排水管网状态评估体系研究

江 涛 邢翰文

（中电建十四局城市建设投资有限公司，广州南沙 511470）

排水管网是城市的重要基础设施，具有维持城市正常运转的作用[1]。排水管网的完备程度和运转状况可以衡量城市的发展水平，直接影响城镇居民的生活品质[2]。因此，建立合理的排水管网运行状态评价体系具有重要意义。在给水工程方面，张轶群[3]构建给水厂运营状态评价体系，对多个实际水厂进行案例分析，评估给水厂在处理工艺、运营管理等方面的优势与不足，指导给水厂进行合理的工艺改造。余鹏均等[4]对给水管网的运营情况进行多维评价，从管网结构、水力、水质等方面出发，构建给水管网状态评价体系，直观表现给水管网健康性等级，可以直接用于指导工程应用。在排水系统方面，研究主要为对污水厂运行效能的评价，排水管网运行状态评估相关的研究较少。

对多因素影响问题进行全面评价的方法包括层次分析法、灰色系统法、人工神经网络等。其中，层次分析法具有良好的系统性，结果可靠度高、误差较小，但权重的评估具有一定的主观性。在具体实施时，需咨询具有专业经验的相关人士，对各专家的结果进行一致性检验，消除方法本身带来的不确定性，采用多位专家意见的均值可以有效保证结果的准确性和可靠度。因此，本研究采用层次分析法建立排水管网运行状态评估体系，筛选排水管网运行状态典型影响因素，通过专家咨询法确定指标权值，为排水管网的运行维护及改造提供指导。

1 排水管网运行状态评估体系建立

1.1 体系框架

（1）构建层次结构模型。

构建层次结构模型时，将能够影响主要指标的各类因素按逻辑进行从属关系总结。层次结构模型决定各评价指标间的内在关系，对整个评价体系的系统性、合理性具有重要影响，需全面考虑，谨慎筛选，合理排布。

（2）构造判断矩阵。

层次结构建立后，根据各层次内指标的设置情况，得到各指标层的判断矩阵，方便专家对同一层次内的各种因素进行比较，使结果具有更强的科学性。

（3）确定权重。

根据专家咨询得到的判断矩阵进行计算，得到各指标权重。本研究采用方根法，计算判断矩阵的最大特征值与特征向量，结果为权重。

（4）一致性检验。

对构造的矩阵最大特征值进行计算，确定其是否满足层次分析法要求。一致性存在问题时需进行修正。

本研究针对层次分析法运用的特点，咨询业内具有多年排水管网设计及施工经验的专家，对专家意见进行综合分析，取均值作为最终结果，结果具有合理性和准确性。

影响排水管网运行状态的因素数量多且关系繁杂，从科学性出发，需将所有指标全部纳入评价体系，保证评价结果的全面性。但实际操作中很难获取所有指标的参数，需结合实际情况对各指标的重要性、可操作性进行考量，总结具有代表性且易于操作的指标。本研究在大量调研实际工程的基础上，结合专家意见，最终选取9项指标构建排水管网状态评估体系。

本研究中，评估体系分三级，一级指标层为总目标，即排水管网状态评估；二级指标层从技术、经济、服务三个方面对排水管网状态进行细分；三级指标层具体各可衡量的指标。

排水管网运行状态评估体系框架如表1所示。

表1 排水管网运行状态评估体系框架

1.2 指标解释及分值设定

为保证权值能够真实反映各指标的重要性，指标分值区间均为1～5分。

（1）管材（A1）。

不同管材的管道具有不同的耐久性，采用耐久性强的管材更有利于保障排水管网的正常运行。根据工程经验及相关报道，本研究对常见管材分配分值，钢制排水管（5分），PE、PVC管（4分），钢筋混凝土管（3分），混凝土管（1分）。

（2）管龄（A2）。

排水管管龄大利于排水系统的正常运行。因此，管龄小于5年（5分）、5～10年（4分）、10～15年（3分）、15～20年（2分）、大于20年（1分）。

（3）施工质量（A3）。

根据市政公用工程施工总承包资质划分施工质量评分等级，特级（5分）、一级（4分）、二级（3分）、三级（1分）。

（4）接口形式（A4）。

排水管道中的常见接口形式包括刚性接口和柔性接口。其中，柔性接口更易适应环境变化，维持排水管道的顺利运行。因此，采用柔性接口得5分，刚性接口得1分。

（5）排水管网维护年投入/排水管道年收益（B1）。

排水管网运行过程中，其经济因素主要从投入和收益两方面进行衡量。排水管网维护年投入主要用于排水管网日常维护保养和发生爆管等问题时的抢修，排水管道年收益由收取的污水处理费按比例分配。本研究规定，排水管网维护年投入与年收益比值：小于0.2（5分）、0.2～0.4（4分）、0.4～0.6（3分）、0.6～0.8（2分）、大于0.8（1分）。

（6）污水收集率（C1）。

污水收集率可以反映排水管网运行效果。本研究规定，污水收集率：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、90%～95%（4分）、大于95%（5分）。

（7）管网覆盖区域比例（C2）。

管网覆盖区域比例反映排水管网的实际服务范围，比例高表明排水管网的建设完善。本研究规定，管网覆盖区域比例：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、大于90%（5分）。

（8）排水体制（C3）。

排水体制分为合流制和分流制。合流制排水系统对水体收纳及污水厂运行一般具有较大的不利影响。因此，本研究规定，合流制排水管道占总排水管道长度比例：小于10%（5分）、10%～30%（4分）、30%～50%（3分）、50%～80%（2分）、大于80%（1分）。

（9）排水管网密度（C4）。

排水管网密度是衡量城市排水管网运行情况的重要指标，最高取值16 km/km2，最低取值2 km/km2[5]。本研究规定，排水管网密度：2～4 km/km2（1分）、4～7 km/km2（2分）、7～10 km/km2（3分）、10～13 km/km2（4分）、13～16 km/km2（5分）。

1.3 指标权值确定

本研究通过专家咨询法确定各指标权值。打分采用1-9标度法，专家根据重要性比较进行打分。通过专家得分获得判断矩阵，由方根法计算得各专家所给的指标权值，并进行一致性检验[6]，取所有专家打分结果的平均值作为最终结果[7]。指标权值如表2所示。

表2 指标权值

根据权值代入对应分值，可以确定目标区域排水管网状态评分。

2 案例分析及对策建议

本研究对长沙市某区域排水管网状态进行评估，给出相应的对策和建议。

目标区域指标得分如表3所示。

表3 目标区域指标得分

结合权值，计算得该区域排水管网运行状态评分为3.0分，归一化分值为0.6。分析评分体系，该区域主要的问题为需要改善排水体制，合流制排水管道长度占比较高，污水收集率较低，部分污水未能收集进入水厂处理，结果与该区域排水管网较为老旧的特点相符。在技术因素方面，区域排水管道状况较好。根据以上分析，建议该区域进行雨污分流改造及排水管网扩建，现有管道可以尽量保留，无须更换。

3 结语

本研究基于层次分析法构建排水管网状态评估体系，对体系各指标分数赋值区间进行界定，以专家意见为指导，分配各指标权值，保证指标体系的合理性。将该体系运用至长沙市某实际排水管网评估上，得到该管网状态评分为3.0分。评估体系很好地揭示区域管网的特点，为排水管网改造指明方向，具有较强的工程指导意义。