基于AHP的公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)方法研究

林　莉

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川　成都　610041)

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基于AHP的公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)方法研究

林莉

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都610041)

林莉(1976—)，工程師，工學(xué)碩士，主要從事公路機(jī)電設(shè)施、交通安全設(shè)施檢測(cè)領(lǐng)域的研究工作。

摘要：文章針對(duì)運(yùn)營(yíng)期公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，分析了公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法的問(wèn)題和不足，提出了一種基于層次分析法(AHP)的公路機(jī)電設(shè)施檢測(cè)評(píng)價(jià)方法。主要討論了評(píng)價(jià)體系構(gòu)造和權(quán)值計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并以某省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的實(shí)施為例，論述了該方法運(yùn)用于公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)的可行性和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：公路；機(jī)電設(shè)施；AHP；技術(shù)狀況評(píng)價(jià)；方法

0引言

高速公路機(jī)電設(shè)施是保證高速公路安全有效運(yùn)營(yíng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，一般包括監(jiān)控、通信、收費(fèi)、供配電、照明和隧道機(jī)電工程等子系統(tǒng)。

隨著我國(guó)高速公路通車?yán)锍痰牟粩嘣鲩L(zhǎng)，高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)管理水平的要求越來(lái)越高，機(jī)電設(shè)施的重要性越來(lái)越突顯，保證機(jī)電設(shè)施維持良好的工作狀態(tài)日益成為高速公路運(yùn)營(yíng)管理的工作重點(diǎn)。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要通過(guò)對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)施的實(shí)際工作狀況進(jìn)行客觀地分析評(píng)價(jià)，找出影響、制約、提高機(jī)電設(shè)施工作性能的關(guān)鍵影響因素，才能為運(yùn)營(yíng)管理工作提供有效的支撐。

目前，行業(yè)內(nèi)并未有專門針對(duì)運(yùn)營(yíng)期高速公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)的方法規(guī)定，行業(yè)內(nèi)普遍參考《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80-2004)之第二冊(cè)——機(jī)電工程分冊(cè)(以下簡(jiǎn)稱檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn))所規(guī)定的工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法[1]進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)出現(xiàn)諸多問(wèn)題，不能很好滿足運(yùn)營(yíng)管理的評(píng)價(jià)需求的現(xiàn)實(shí)情況，本文針對(duì)此情況提出一種基于層次分析法(AHP)公路機(jī)電設(shè)施檢測(cè)評(píng)價(jià)方法，通過(guò)構(gòu)造公路機(jī)電工程質(zhì)量評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用細(xì)化分析的系統(tǒng)化方法，對(duì)公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1現(xiàn)有方法運(yùn)用于運(yùn)營(yíng)期的公路機(jī)電設(shè)施評(píng)價(jià)的不足

公路建設(shè)完成交付使用前，相關(guān)管理部門依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》判定公路機(jī)電設(shè)施質(zhì)量是否符合質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定要求，但將上述方法直接用于運(yùn)營(yíng)期的公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)，就會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1.1　無(wú)法區(qū)分不同機(jī)電設(shè)施運(yùn)行狀況的細(xì)節(jié)差異

檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定關(guān)鍵項(xiàng)目的合格率必須為100%，而關(guān)鍵項(xiàng)目不符合要求時(shí)，則該分項(xiàng)工程評(píng)為不合格，這就意味著無(wú)論關(guān)鍵項(xiàng)目是有1項(xiàng)不合格還是全部不合格，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果都相同。

1.2　無(wú)法反映公路機(jī)電設(shè)施對(duì)整體系統(tǒng)性能影響的差異性

事實(shí)上，不同的機(jī)電設(shè)施對(duì)于公路運(yùn)營(yíng)管理的重要性是存在差異的，而目前的評(píng)價(jià)體系對(duì)于不同的機(jī)電設(shè)施的權(quán)值設(shè)置相同，不能體現(xiàn)不同機(jī)電設(shè)施對(duì)運(yùn)營(yíng)管理貢獻(xiàn)大小的差異性，評(píng)價(jià)結(jié)果自然也就不能體現(xiàn)機(jī)電設(shè)施整體性能的差異性。

1.3　無(wú)法全面反映公路機(jī)電設(shè)施在系統(tǒng)層面存在的問(wèn)題

由于評(píng)價(jià)體系中只包含高速公路現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)施，現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)施的檢測(cè)結(jié)果好，則最終的評(píng)價(jià)結(jié)果就高。但是，若高速公路的機(jī)電設(shè)施在整體配置上存在缺陷，比如機(jī)電設(shè)施配置的種類或數(shù)量上有缺陷時(shí)，是無(wú)法在評(píng)價(jià)結(jié)果中得到反映的。

造成上述問(wèn)題的根本原因，在于工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定和運(yùn)營(yíng)期間的公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)從目的到細(xì)節(jié)都存在一定差異性。(1)前者的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是建設(shè)期間的設(shè)計(jì)文件，而后者則應(yīng)采用最新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更為合適。這是因?yàn)闄C(jī)電設(shè)施在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)期的運(yùn)營(yíng)期后，用建設(shè)時(shí)期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基本無(wú)法滿足當(dāng)前服務(wù)管理的需要。(2)前者是判斷工程質(zhì)量是否合格，而后者是對(duì)目前運(yùn)營(yíng)中的機(jī)電設(shè)施的整體性能的評(píng)價(jià)。因此，不能簡(jiǎn)單套用檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)中的工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法。

2基本要求和關(guān)鍵技術(shù)探討

層次分析法(The analytic hierarchy process)簡(jiǎn)稱AHP，在20世紀(jì)70年代中期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂(T.L.Saaty)正式提出[2]。它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[3-6]。

運(yùn)用AHP解決公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)以滿足評(píng)價(jià)需求為最終目標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系和權(quán)值計(jì)算。基本要求和關(guān)鍵技術(shù)為：

(1)目標(biāo)層為最上層，只能有一個(gè)元素，即公路機(jī)電設(shè)施的技術(shù)狀況總評(píng)價(jià)值。

(2)對(duì)象層為最下層。對(duì)象層的構(gòu)建參數(shù)應(yīng)全面，因?yàn)閰?shù)的遺漏會(huì)導(dǎo)致最終評(píng)價(jià)結(jié)果的缺陷。對(duì)象層參數(shù)不僅應(yīng)包括各項(xiàng)機(jī)電設(shè)施設(shè)備的檢測(cè)參數(shù)，還應(yīng)充分考慮影響系統(tǒng)性能的其他指標(biāo)，例如設(shè)備平均故障次數(shù)等。

(3)指標(biāo)層為中間層。指標(biāo)層是目標(biāo)層與對(duì)象層之間的多級(jí)結(jié)構(gòu)層，是評(píng)價(jià)體系構(gòu)造的關(guān)鍵。指標(biāo)層的每一級(jí)構(gòu)造都必須滿足能夠集中體現(xiàn)上層元素在某方面的特性，成為下層元素的聚類和歸納。當(dāng)一層的指標(biāo)數(shù)量過(guò)多時(shí)(通常要求≤9個(gè))，應(yīng)該對(duì)該層指標(biāo)進(jìn)行分解和聚類，構(gòu)建上層指標(biāo)；若上層指標(biāo)的數(shù)量仍然過(guò)多，則應(yīng)進(jìn)一步構(gòu)建更高層指標(biāo)[2]。“設(shè)備配置的完備度”應(yīng)作為一項(xiàng)指標(biāo)納入指標(biāo)層，通過(guò)該指標(biāo)的引入，可以保證公路機(jī)電設(shè)施在系統(tǒng)層面存在的問(wèn)題在最終的評(píng)價(jià)結(jié)果中得到有效的反映。

(4)為反映不同種類的機(jī)電設(shè)施的重要程度，體現(xiàn)公路機(jī)電設(shè)施系統(tǒng)的性能差異，應(yīng)該保證關(guān)鍵項(xiàng)目的得分在最終評(píng)價(jià)結(jié)果中占有應(yīng)有的比重，權(quán)值構(gòu)造時(shí)，不僅要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[2，7]和組合一致性檢驗(yàn)[2，7]，還需保證關(guān)鍵項(xiàng)目的權(quán)值一定大于非關(guān)鍵項(xiàng)目。為達(dá)到這一目標(biāo)，本文提出關(guān)鍵項(xiàng)目占比校驗(yàn)方法。

實(shí)施環(huán)節(jié)：關(guān)鍵項(xiàng)目占比校驗(yàn)在一致性檢驗(yàn)之后，組合一致性檢驗(yàn)之前進(jìn)行；

步驟組成：包括關(guān)鍵項(xiàng)目單項(xiàng)占比檢驗(yàn)和關(guān)鍵項(xiàng)目組合占比檢驗(yàn)兩個(gè)步驟；先進(jìn)行單項(xiàng)占比檢驗(yàn)，然后進(jìn)行組合占比校驗(yàn)；

具體計(jì)算方法：

確定單一關(guān)鍵項(xiàng)目i最小占比0≤ai≤100%，關(guān)鍵項(xiàng)目組合最小占比0≤b≤100%。要求?i，b≥ai。

構(gòu)造單一關(guān)鍵項(xiàng)目檢驗(yàn)矩陣。關(guān)鍵項(xiàng)目i的檢驗(yàn)矩陣是在原成對(duì)比較矩陣的基礎(chǔ)上，保留所有非關(guān)鍵項(xiàng)目，剔除所有除i之外的關(guān)鍵項(xiàng)目所在的行和列構(gòu)成的矩陣。

做單一關(guān)鍵項(xiàng)目占比校驗(yàn)。計(jì)算單一關(guān)鍵項(xiàng)目檢驗(yàn)矩陣的權(quán)向量，并將i所對(duì)應(yīng)的權(quán)值與關(guān)鍵項(xiàng)目最小占比ai相比較，若前者大于后者，檢驗(yàn)通過(guò)，否則應(yīng)重新構(gòu)造成對(duì)比較矩陣。

做關(guān)鍵項(xiàng)目組合占比校驗(yàn)。將所有單一關(guān)鍵項(xiàng)目校驗(yàn)矩陣的權(quán)值相加，與關(guān)鍵項(xiàng)目組合最小占比b相比較，若前者大于后者，檢驗(yàn)通過(guò)，否則應(yīng)重新構(gòu)造成對(duì)比較矩陣。

3層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造實(shí)例

以某省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)為例，具體說(shuō)明基于AHP的公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)方法。

本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)的范圍覆蓋了該省所有已通車高速公路路段，檢測(cè)的目的首先是掌握已通車高速公路路段現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況，在此基礎(chǔ)上，對(duì)影響高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的主要原因進(jìn)行分析，為提高高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況提供對(duì)策措施。

本次高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型的最上層為目標(biāo)層，目標(biāo)層只有一個(gè)元素，即本次檢測(cè)范圍內(nèi)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況總評(píng)價(jià)值。

其次研究評(píng)價(jià)模型的對(duì)象層。《檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的各項(xiàng)監(jiān)控設(shè)施設(shè)備的檢測(cè)指標(biāo)自然應(yīng)該納入本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)模型的對(duì)象層。同時(shí)，必須看到，檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)中的檢查項(xiàng)目尚不足以支撐本次檢測(cè)評(píng)價(jià)活動(dòng)的所有需求，例如已通車高速公路維護(hù)管理工作的執(zhí)行情況，現(xiàn)有檢評(píng)標(biāo)準(zhǔn)中基本沒(méi)有能夠反映這一方面的檢查項(xiàng)目，因而必須補(bǔ)充相應(yīng)的基層指標(biāo)。這些基層指標(biāo)包括運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)值班制度及執(zhí)行情況、維護(hù)保養(yǎng)制度及執(zhí)行情況、設(shè)備檔案管理及執(zhí)行情況、備品備件管理以及其他必要的指標(biāo)。

由于對(duì)象層的指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)9個(gè)，因此必須構(gòu)建指標(biāo)層。

由于本次檢測(cè)的高速公路包括分屬于不同業(yè)主的多個(gè)高速公路路段，因此指標(biāo)層的第一層選擇為各高速公路路段監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的綜合評(píng)價(jià)值，以便于從總體上對(duì)各高速公路路段監(jiān)控設(shè)施的技術(shù)狀況進(jìn)行比較。

指標(biāo)層的第二層選擇為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的4個(gè)主要影響因素：

(1)設(shè)備材料質(zhì)量。顯然，監(jiān)控設(shè)施設(shè)備的質(zhì)量越高，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況就容易維持在較高的水平，反之亦然。

(2)工程施工質(zhì)量。要構(gòu)成一個(gè)有效運(yùn)行的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，僅有外場(chǎng)設(shè)備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。①外場(chǎng)設(shè)備必須得到正確的安裝和調(diào)試；②需要建設(shè)將外場(chǎng)設(shè)備集成到一個(gè)系統(tǒng)中的通信線路、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；③系統(tǒng)集成的關(guān)鍵，還在于開(kāi)發(fā)和配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件，才能驅(qū)動(dòng)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)完整有效地發(fā)揮其效能。

(3)維護(hù)管理工作的有效性。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，其設(shè)備設(shè)施不可避免地會(huì)出現(xiàn)老化、磨損和失效，如果不能及時(shí)采取相關(guān)的維護(hù)管理措施，則高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行將不可避免地受到影響。

(4)設(shè)備配置的完善度。對(duì)于建設(shè)時(shí)間較早的高速公路路段，若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行升級(jí)改造，則其監(jiān)控設(shè)施設(shè)備配置很可能不能達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所要求的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況對(duì)其監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)狀況造成了不利影響。

第二層的4個(gè)因素，分別可以綜合反映制造商(設(shè)備材料質(zhì)量)、集成商(工程施工質(zhì)量)、運(yùn)營(yíng)管理方(維護(hù)管理工作的有效性、設(shè)備配置的完善度)的工作對(duì)高速公路監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的影響，從其相應(yīng)的評(píng)價(jià)值可以看出影響該高速公路路段監(jiān)控設(shè)施技術(shù)狀況的主要因素，便于在整改過(guò)程中采取針對(duì)性的措施。

在指標(biāo)層的第一層、第二層按上述規(guī)則確定之后，將所有對(duì)象層元素分別歸類。顯然，所有對(duì)象層元素首先按所屬的高速公路路段歸類，在此基礎(chǔ)上，每個(gè)高速公路路段的所有對(duì)象層元素再分別被歸入四個(gè)影響因素的類別中去。以車輛檢測(cè)器為例(見(jiàn)表1)：

進(jìn)行上述歸類之后，如果某一個(gè)類別中的對(duì)象層元素仍然遠(yuǎn)多于9個(gè)，按照AHP的要求，就必須進(jìn)一步構(gòu)造更下層的指標(biāo)層，直到每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的類別中的對(duì)象層元素符合AHP的要求為止。例如在本次監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況檢測(cè)評(píng)價(jià)體系構(gòu)造過(guò)程中，考慮到屬于檢測(cè)范圍的監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備種類較多，各類設(shè)備的檢查項(xiàng)目中屬于設(shè)備材料質(zhì)量類的對(duì)象層元素總數(shù)遠(yuǎn)多于9個(gè)，因此首先將設(shè)備材料質(zhì)量類的對(duì)象層元素按設(shè)備類型進(jìn)行歸類，例如將車輛檢測(cè)器的設(shè)備材料質(zhì)量歸為一類，作為設(shè)備材料質(zhì)量類對(duì)象層元素的上級(jí)指標(biāo)，同時(shí)是設(shè)備材料質(zhì)量指標(biāo)的直接下級(jí)指標(biāo)。層次結(jié)構(gòu)模型體系如圖1所示：

表1　車輛檢測(cè)器檢查項(xiàng)目分類表

圖1　層次結(jié)構(gòu)模型體系圖

整個(gè)層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造完成后，從對(duì)象層開(kāi)始，按照本文提出的權(quán)值計(jì)算方法，分級(jí)構(gòu)造成對(duì)比較矩陣，并計(jì)算各級(jí)的權(quán)值向量。

得到整個(gè)體系完整的權(quán)值向量組合之后，將檢測(cè)值代入計(jì)算，得到每一級(jí)各項(xiàng)指標(biāo)的中間結(jié)果，并最終得到總的評(píng)價(jià)結(jié)果。

總的評(píng)價(jià)結(jié)果作為全省高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)狀況的總評(píng)價(jià)結(jié)果值。而每一級(jí)各項(xiàng)指標(biāo)的中間結(jié)果則可用于各路段的橫向比較，以及不同設(shè)備之間的橫向比較。

該項(xiàng)目共檢測(cè)了19條高速公路的路段監(jiān)控系統(tǒng)，得到所有路段的總評(píng)分排序和設(shè)備材料質(zhì)量、施工質(zhì)量、維護(hù)管理、設(shè)備配置的單項(xiàng)評(píng)分排序。

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)了各路段機(jī)電設(shè)備設(shè)施普遍存在的問(wèn)題。比如設(shè)備配置情況不理想、監(jiān)控設(shè)備覆蓋率差等，并分析了成因，提出了合理化建議。

4結(jié)語(yǔ)

層次分析法(AHP)是一種處理復(fù)雜的評(píng)價(jià)和決策問(wèn)題的有效方法。將AHP運(yùn)用于運(yùn)營(yíng)期公路機(jī)電設(shè)施技術(shù)狀況評(píng)價(jià)彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法的不足，為管理部門全面掌握高速公路監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，進(jìn)一步規(guī)范和促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行管理工作，提高運(yùn)營(yíng)管理水平指明了方向，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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Research on AHP-based Technical Situation Evaluation Method for Highway Electromechanical Facilities

LIN Li

(Highway Planning Survey and Design Institute of Sichuan Department of Transportation，Chengdu，Sichuan，610041)

Abstract：Aiming at the technical situation evaluation characteristics of electromechanical highway facil-ities during the operation stage，this article analyzed the problems and inadequacy of current technical situation evaluation methods for electromechanical highway facilities，and proposed an AHP-based(Analytic Hierarchy Process)detection and evaluation method of electromechanical highway facilities. It mainly discussed some key technology problems such as evaluation system configuration and weight calculation，and with the implementation of expressway monitoring system technology situation detection and evaluation project in a province as the example，it discussed the feasibility and advantages of using this method in technical situation evaluation of electromechanical highway facilities.

Keywords：Highway；Electromechanical facilities；AHP；Technical situation evaluation；Method

收稿日期：2015-07-03

文章編號(hào)：1673-4874(2015)08-0016-05

中圖分類號(hào)：U415.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.004

作者簡(jiǎn)介