基于可靠性與經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合調(diào)控的水利工程管理方法研究

徐曉東 左世飛 黎海濤

（內(nèi)蒙古遼河工程局股份有限公司 內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 研究綜述

所謂經(jīng)濟(jì)性，指為了獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)及其他成果時(shí)所耗費(fèi)的資源最少。經(jīng)濟(jì)性主要關(guān)注的是資源總量的使用和使用過程中成本的用量水平和程度及資源使用的合理與否。所謂可靠性，包括安全性、適用性、耐久性。對于水利事業(yè)而在，適用性關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，耐久性關(guān)乎實(shí)用年限，而安全性則關(guān)系到國家聲譽(yù)和民生。對工程而言，在一定范圍內(nèi)投入與安全成近似線性關(guān)系，那么把握控制安全與經(jīng)濟(jì)相關(guān)關(guān)系，才能找到安全與經(jīng)濟(jì)聯(lián)合調(diào)控的管理方法。

2 聯(lián)合調(diào)控工程管理方法分析

由上述分析可知，對于水利工程而言，可靠性水平要求相當(dāng)高，經(jīng)濟(jì)投入較民用建筑投入數(shù)十上百倍，所以研究其可靠性與經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合調(diào)控的水利工程管理方法至關(guān)重要。而安全性在于材料和技術(shù)的使用，技術(shù)費(fèi)用屬于一次性投入，技術(shù)越先進(jìn)，相應(yīng)耗資越大；材料費(fèi)用屬于均部投入，即線性投入，其材料用量及配料比例將影響結(jié)構(gòu)可靠度。但當(dāng)材料投入超過一定限值時(shí)，安全可靠度將不再提高，反而會有所減少。對于水利水電工程，鋼筋混凝土用量巨大，而其鋼筋配置量恰能反映此問題，當(dāng)配筋量適當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)破壞方式為適筋破壞，為延性破壞，此最大配筋率范圍內(nèi)，鋼筋用量越大，結(jié)構(gòu)承載能力越大，但是，當(dāng)配筋率超過最大配筋率時(shí)，結(jié)構(gòu)破壞成脆性，無明顯預(yù)兆，可靠性大大降低。所以我們可認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)投入與安全成近似線性關(guān)系，那么把握控制安全與經(jīng)濟(jì)相關(guān)關(guān)系，才能找到安全與經(jīng)濟(jì)聯(lián)合調(diào)控的管理方法。

2.1 模型建立方法（如圖1）

首先分別對經(jīng)濟(jì)性與可靠性進(jìn)行參數(shù)選取，根據(jù)95%保證率進(jìn)行相關(guān)性分析，選取相關(guān)性指數(shù)高于80%的“絕對影響因子”進(jìn)行參數(shù)附權(quán)，根據(jù)不同參數(shù)在工程中占的比重及重要性進(jìn)行不等比付權(quán)，將權(quán)值轉(zhuǎn)化成小于1的系數(shù)配給各參數(shù)，然后將兩組參數(shù)進(jìn)行雙相關(guān)分析，若相關(guān)性較小，則需重新選參，若相關(guān)性較大，則滿足回歸要求，建立回歸關(guān)系，求解經(jīng)濟(jì)與安全的相關(guān)性函數(shù)，依據(jù)最小二乘法原理選取最優(yōu)曲線。

2.2 實(shí)例論證

本例以我國某地區(qū)小型水利工程平均費(fèi)用投入與相應(yīng)安全評估報(bào)告平均標(biāo)準(zhǔn)為例，擬合結(jié)果如下。

2.2.1 參數(shù)選取

首先經(jīng)濟(jì)性與可靠性進(jìn)行參數(shù)選取，以材總投入，人員總費(fèi)用，設(shè)備及技術(shù)投資，其他費(fèi)用為控制變量；安全性分析，適用性分析，耐久性分析，其他（應(yīng)急預(yù)案）為函數(shù)，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以分析錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的干擾。我們使用z-score標(biāo)準(zhǔn)化這種方法基于原始數(shù)據(jù)的均值（mean）和標(biāo)準(zhǔn)差（standarddeviation）進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化。將數(shù)據(jù)的原始值x使用到x'。

z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法適用于數(shù)據(jù)屬性的最大值和最小值未知的情況，或有超出取值范圍的離群數(shù)據(jù)的情況。

新數(shù)據(jù)=（原數(shù)據(jù)-均值）/標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值圍繞0上下波動，大于0說明高于平均水平，小于0說明低于平均水平。我們將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，除去偏離0較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，保留0附近波動的數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一步分析。

2.2.2 相關(guān)性分析

先在spss偏相關(guān)相關(guān)性分析設(shè)置界面下選取保證率95%，分別輸入材料總投入、人員總費(fèi)用、技術(shù)及設(shè)備投資、其他費(fèi)用相關(guān)數(shù)據(jù)，初步做方差處理，刪除對方差影響較大的數(shù)據(jù)，然后將剩余數(shù)據(jù)整體設(shè)置為控制變量，之后分別輸入安全性分析數(shù)據(jù)、實(shí)用性分析數(shù)據(jù)、耐久性分析數(shù)據(jù)和應(yīng)急預(yù)案相關(guān)數(shù)據(jù)，仍然做方差處理，刪除對方差影響較大的數(shù)據(jù)，然后將剩余數(shù)據(jù)整體設(shè)置為相關(guān)性分析變量，最后通過spss數(shù)據(jù)處理對不同變量間進(jìn)行相關(guān)性分析。輸出結(jié)果如表1。

2.2.3 參數(shù)付權(quán)

有分析結(jié)果可知，除其他費(fèi)用與函數(shù)相關(guān)性略低外，其他均高于80%，其情況可將其他費(fèi)用付權(quán)0.7，其他變量付權(quán)0.8～0.9。（對于要求較高的工程可將其他項(xiàng)細(xì)分后再分析）。這里我們用matlab矩陣法中syms指令進(jìn)行操作：

圖1 模型建立方法流程圖

表1 相關(guān)性分析結(jié)果表

圖2 模型成果曲線

圖2 模型成果曲線局部放大圖

可在matlab中建立如下代碼：

>>syms ab c；

>>M1=sym（'Classical'）；>>M2=sym（'Jazz'）；

>>M3=sym（'Blues'）

>>syms_matrix= [abc；M1，M2，M3；int2str（[000]）]syms_matrix=[abc]；

將對應(yīng)項(xiàng)目數(shù)據(jù)替換掉int2str（[000]）中的0；將權(quán)重比例替換掉syms_matrix=[abc]中的 a、b、c即可實(shí)現(xiàn)矩陣復(fù)權(quán)。

2.2.4 函數(shù)曲線擬合與分析

此例我們將相關(guān)性最高，顯著性也很高的材料投入所對應(yīng)的函數(shù)稱為材料承載能力（安全性、耐久性），將人員總費(fèi)用與設(shè)備技術(shù)投資所對應(yīng)的函數(shù)稱為施工質(zhì)量（適用性、耐久性）。隨后進(jìn)行線性回歸，有線性回歸知，原有曲線與結(jié)果偏差甚大，可知函數(shù)關(guān)系呈非線性，所以我們運(yùn)用spsss曲線回歸工具或matlab中的cftool工具進(jìn)行非線性回歸，最終兩種方法皆可得到相同回歸結(jié)果，其中材料承載能力曲線為三次曲線，施工質(zhì)量曲線仍未線性曲線，同時(shí)對于所有變量與總投入進(jìn)行整體擬合，得綜合效果函數(shù)曲線為二次曲線，回歸曲線如圖2。

對于材料而言，當(dāng)安全指數(shù)超過一定范圍是，即使經(jīng)濟(jì)投入增加很多，安全效果提高的也不是很大，對于施工質(zhì)量而言，其主要經(jīng)濟(jì)投入在于設(shè)備與技術(shù)，也就是一次投入，本例以施工質(zhì)量滿足要求為條件，可知只要施工質(zhì)量滿足一定標(biāo)準(zhǔn)，其后期投入不大，但設(shè)備越先進(jìn)，施工月細(xì)致，可靠度越高。兩者附權(quán)后疊加效果如為綜合效果曲線，可見，其在一定范圍內(nèi)，隨經(jīng)濟(jì)投入的加大，安全性有較大提高，但后期增長不明顯，所以，我們可以就此確定投入限值，并查的相應(yīng)可靠程度，對照工程要求，看是否滿足，若滿足要求可靠度，即可得出可靠性與經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合調(diào)控的施工方法。

對此模型結(jié)果具體優(yōu)化如圖3。

依據(jù)matlab結(jié)果分析，可講可行區(qū)域劃出（如上著色填充部分），以個(gè)參數(shù)交點(diǎn)為公共擇優(yōu)點(diǎn)，以此點(diǎn)細(xì)化分區(qū)的中部深色填充區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)為可靠性與安全性關(guān)系最優(yōu)區(qū)域，但是對于水利工程而言，工程設(shè)施長期處于水下，耐久性要求較高，建議選取可行區(qū)右邊緣為宜。

3 結(jié)語

本文以我國某地區(qū)小型水利工程平均費(fèi)用投入與相應(yīng)安全評估報(bào)告平均標(biāo)準(zhǔn)為例通過對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r和安全性與經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從水利水電工程的經(jīng)濟(jì)性和可靠性及各影響參數(shù)對結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性的影響等方面分析結(jié)構(gòu)安全與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互作用,證明了工程安全性與一定時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)投入有著密切的關(guān)系,即在不同的經(jīng)濟(jì)投入標(biāo)準(zhǔn)下,可靠度狀況呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)和變化趨勢,而研究基于可靠性與經(jīng)濟(jì)性聯(lián)合調(diào)控的水利工程管理方法，求解他們之間的相關(guān)關(guān)系。并針對我國新時(shí)期的安全生產(chǎn)狀況提出相應(yīng)的對策,才能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的和諧發(fā)展。陜西水利

[1]索旭紅.小型水利工程質(zhì)量管理探討[J].山西水利,2007(1):128-129.

[2]孫留安,田好敏.影響安全生產(chǎn)狀況的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展指標(biāo)及灰色關(guān)聯(lián)度分析 [J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007,17(1):46～50

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).企業(yè)職工傷亡事故經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) (CB/T6721-1986)[S],1986:11～12

[4]羅云.安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展[J].現(xiàn)代職業(yè)與安全,2004(12):66～68

[5]李利,翟偉奇.淺談水利工程建設(shè)現(xiàn)代化管理模式[J].黑龍江科技信息,2010,(31).?

[6]李麗,王松.關(guān)于水利工程建設(shè)現(xiàn)代化管理問題的探索[J].民營科技,2011,(07).

[7]鄒榮美.淺談水利工程管理[J].讀寫算（教育教學(xué)研究），2011,(07).