基于水電站施工效果的評價研究

張雪娟

(遼陽市金洋建設工程項目管理有限公司,遼寧 遼陽 111000)

水電站的開發難度相比于風電、核電等其他發電形式難度較低,這種可再生清潔能源對促進我國能源消費結構的轉變發揮著重要作用[1]。近年來,中小型水電站建設項目日趨增多,有關評價也成為工程技術人員研究的重點。水電站建設具有風險高、人員參與度大以及流程復雜等特點,必須加強整體施工控制。在施工過程中,科學評價水電施工狀況是實現自查和自我評價的重要內容,依據評價結果能夠及時發現工程建設中存在的問題,有針對性的制定解決方案保證預期目標的實現[2]。其中,如何制定適宜的評價標準和指標體系是水電站施工效果評價的關鍵,如張煒等從竣工驗收、施工建設和項目準備3個階段選擇39項代表性指標,運用模糊綜合法評價了水電工程施工質量;李靜等從綜合管理、水能源合理利用和生態保護等角度選擇31項參評指標,采用模糊物元法評價了鶴灘水利樞紐工程的綠色施工效果;張浩等采用成熟度評價法和47項指標綜合評價了水電工程的施工安全等級,結果表明該方法具有較好適用性與可靠性。綜上分析,現有研究大多從建設質量、綠色施工和安全生產等方面,應用模糊綜合法、模糊物元法和成熟度法評價水電工程施工狀況[3-5]。文章結合水電站的特點,從施工管理、質量、環境和安全的角度上利用模糊層次分析法科學評價了水電站建設的施工效果。

1 水電站施工效果評價方法

1.1 構建判斷矩陣

水電站建設時涉及的部分有很多,從結構上有發電涵洞、泄洪洞和主體大壩的施工,從時間上有大壩的地基及面板、河道的導流與截流等施工。因此,必須結合水電站安全無污染和結構體系復雜多變的特點,遵循可獲取性、系統性、科學性和全面性等原則選擇合適的指標構建評價體系。

對于難以決策的復雜化系統問題,可以利用層次分析法劃分成指標層、準則層和目標層,由此構建的結構體系反映了所有參評指標間的關系,但不同指標對施工效果評價的貢獻不盡相同,應考慮決策者或專家意見確定其相對重要度構建適合的判斷矩陣A。

1.2 單層權重排序

根據已構造的判斷矩陣計算參評指標在同一層級和總層級中的權重,矩陣特征值λ計算公式為:

Aω=λmaxω

(1)

式中:ω為參評指標權重,通過進一步處理構造權重集合,即B1、B2、…、Bn所對應的權重階數[6]。根據ω和λ計算結果,為保證權重計算合理性必須檢驗矩陣一致性,只有符合一致性檢驗要求的指標權重才能用于水電站施工效果評價,一致性指數CI和一致性比率指數CR的計算公式為:

(2)

CR=CI/RI

(3)

式中:RI、n為隨機一致性指標和矩陣階數,不同階數矩陣的RI取值如表1所示。一致性比率指數CR<0.10則代表通過一致性檢驗,按照該判斷矩陣確定的權重科學合理;否則,應調整判斷矩陣直至符合檢驗條件。

1.3 分級總排序

通過單層權重排序后還要檢驗分級總排序,即確定指標層關于目標層各參評指標的總權重,分層總排序的計算公式如下[7-8]:

(4)

(5)

式中:Q為評價體系中的Q層,該層有n個指標,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;設Q層關于目標層的權重為Q1、Q2、…、Qn;p1j、p2j、…、pnj代表準則層中參評指標的單層權重;qj、CIj代表隨機性指標和一致性指標。根據以上公式,致性比率指數CR<0.10則代表矩陣符合檢驗要求。

1.4 隸屬度計算

充分考慮專家意見和水電站建設施工具體情況,合理設置施工效果的評價集V:V=[v1,v2,…,vn],其中V表示預評價的各個指標評語,vi表示評價的各指標等級。水利工程施工效果評價一般分為3～5個等級,結合水電站工程特點合理劃分成4級。針對評價集逐一評判各個指標ui,采用下式計算參評指標隸屬于評價等級vi的隸屬度rij[9],即:

rij=vj(ui)

(6)

根據隸屬度計算結果可以建立評價集V與參評指標ui之間的隸屬關系Vi=(ri1,ri2,…,rim)。通過以上計算建立集合U與V之間的模糊關系矩陣R,按照最大隸屬度準則即可確定水電站施工效果評價等級,即:

(7)

2 實例應用

2.1 水電站概況

東方紅電站是一座兼顧農田灌溉、發電、旅游和養殖等功能的水利工程,電站總裝機量2750kW,年發電量700×104kW·h,灌溉水面積0.07萬hm2,對促進地方經濟建設和農業生產發展發揮著重要作用。左岸場販內裝兩臺貫流式水輪發電機組,總裝機6000kW,廠房總款13.9m,總廠50.5m,其中安裝間和主機間長20.5m、30.0m,中間設有永久結構縫,最大高度37.35m。

2.2 建立評價體系

根據水電站建設特點,將施工效果評價體系劃分成三個層級。其中,以水電站施工效果評價為目標層指標,以施工管理、質量、環境和安全為準則層指標,并考慮施工內容將準則層指標進一步細分成16個具體指標,如表2所示。具體而言,就是考慮不同屬性將水電站施工效果所涉及的所有因子進行分組,從而建立梯階層次框架,各層級之間存在從上到下的支配關系,即準則層中的指標既又受到目標層指標的支配又對下一層具有支配作用[10]。

表2 水電站施工效果評價體系

表2 離散一致性指標值RI

2.3 各層級判斷矩陣

根據水電站建設具體情況,邀請水利工程領域內的專家按照1～9標度準則對各參評指標進行評分,采用層次分析法建立各層次判斷矩陣,如表3、表4所示。

表3 層級A～B判斷矩陣

表4 層級B～C判斷矩陣

2.4 確定權重

采用公式(1)～(3)計算最大特征根,經檢驗特征向量W的各分項就是相應指標的權重,經計算其CR值均符合<0.1的檢驗要求,參評指標權重如表5所示。

表5 參評指標權重

2.5 模糊層次評價

設準則層參評指標集u1=[B1、B2、B3、B4],指標層參評指標集u2=[C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16],依據水電站施工情況和相關標準構造評價集V=[優、良、中、差]。針對以上16個指標邀請水利工程領域內的專家進行評級,構造專家評價矩陣如表6所示。

表6 水電站施工效果評價矩陣

采用公式(7)構造水電站施工效果各參評指標的模糊隸屬矩陣R1、R2、R3、R4,并建立水電站施工安全、質量、管理和環境的模糊隸屬矩陣Ei=Pi·Ri,具體如下:

(8)

遵循最大隸屬度原則可以確定水電站施工工安全、質量、管理和環境分別達到良好、優秀、良好和中等評價等級。同理,結合準則層各指標權重及其模糊評價數值,計算確定水電站施工效果模糊隸屬矩陣E,具體如下:

E=[0.2017 0.2166 0.1945 0.1702]

(9)

遵循最大隸屬度原則可以確定該水電站施工效果達到良好等級,表明東方紅水電站擴建工程總體建設效果較好,從施工到管理的各個環節比較規范,模糊層次分析法能夠客觀準確地反映水電站施工狀況[11]。

3 結 論

文章利用模糊層次分析法綜合評價了水電站改擴建工程的施工管理、質量、環境、安全和整體施工效果。結果表明,該水電站施工工安全、質量、管理和環境分別達到良好、優秀、良好和中等評價等級,整體施工效果達到良好等級,所用方法能夠客觀準確地反映水電站施工狀況。

結合評價結果,該水電站施工管理、環境和安全評價未達到優秀等級。因此,施工企業仍需完善內部管理制度和安全施工培訓制度,全面提升企業管理的總體水平及全體人員的整體素質;在水電站建設的全過程注重生態保護,減少噪聲污染和建筑垃圾對周邊環境的污染等。