基于模糊識別理論的水利工程質量評定研究

楊大魁

（遼寧省凌源市水務局河道管理所，遼寧朝陽122500）

基于模糊識別理論的水利工程質量評定研究

楊大魁

（遼寧省凌源市水務局河道管理所，遼寧朝陽122500）

模糊識別理論在水利工程評價方面得到了廣泛應用。在水利工程質量評價中，應用模糊識別方法具有理論和實踐的雙重可行性。基于國內外研究情況，首先對模糊識別理論進行研究，建立了水利工程質量評定模糊識別模型。隨后以某水渠工程為例，運用模糊識別理論及其模型對水利工程質量評定進行了分析，希望為今后的水利工程質量評定研究提供參考。

模糊識別理論；水利工程；質量評定

引言

水利工程對特定地域的經濟發(fā)展、居民生活以及社會穩(wěn)定具有重要作用［1］。在水利工程質量評定方面，除了具體工程的標準外，基于實踐從理論上對工程評定問題進行研究［2-3］。圍繞水利工程的特點，對其質量評定的指標體系以及評價模型等問題進行研究，希望能夠對相關研究人員有積極的借鑒意義。

1 模糊識別理論概述

1.1工程質量評定的模糊識別模型

首先，假設要對某工程的質量（記為A）進行識別，現有樣本數為n，而各個樣本的指標特征值（即評定項目）數為m。基于以上假設，樣本集指標特征值的矩陣可記為∶

在式（1）中，xij表示對樣本j而言所對應的指標i的特征值。其中，i＝1，…，m；j＝1，…，n.

指標樣本集的識別需要分級進行，識別級別數為c，建立指標標準特征值矩陣∶

在式（2）中，yih表示對樣本h而言其指標i所對應的標準特值，其中h＝1，…，c；i＝1，…，m.

在模糊識別模型中，指標對評價對象A（工程質量）具有特定的相對隸屬度，其計算公式為∶

在上式中，rij即為所求的隸屬度，yi1表示評價對象的指標i的1級標準值，相應地，yic表示評價對象的指標i的c級標準值。

按照類似的方式，得到評價對象的指標i所對應的h級標準值對工程質量的相對隸屬度∶

在式（4）中，sik即為所求指標對評價對象的隸屬度。

在模糊評價中，對樣本j與級別h之間存在的差異，可以用下式表示∶

在式（5）中，wij表示對樣本j而言其指標i在所有指標中的權重；p表示距離參數。

現在，假設樣本集對評價對象A（工程質量）的相對隸屬度（相對于各個級別）所構成的矩陣為∶

在上式中，uhj即為所求的相對隸屬度（樣本j相對于級別h），j＝1，…，n；h＝1，…，c.

至此，可以由如下公式計算級別特征值矩陣∶

1.2多層模糊綜合評價模型

如圖1所示，假設現有一工程項目，它包含t個單位工程，而各單位工程下又包含m個分部工程，這些分部工程下又各自包含n個單元工程［4］。由此，要對該工程項目進行評價，就需要構建一個多層（四層）的模糊綜合評價模型。

圖1 工程項目劃分圖

在進行工程評定時，需要計算各個層次的級別特征值［5］。其中∶

（1）第一層為單元工程，其級別特征值為Hi-j-k；

（2）第二層為分部工程，其級別特征值為Hi-j＝Wi-j-k*Hi-j-k，該式中Wi-j-k表示第k個單元工程在j分部工程所有單元工程中所占據的權重。

（3）第三層為單位工程，其級別特征值計算公式為∶

該式中的Wi-j表示j分部工程在i單位工程所有分部工程中所占據的權重。

（4）第四層為工程項目，其級別特征值計算公式為∶

該式中的Wi表示i單位工程在工程項目所有單位工程中所占據的權重。

1.3指標權重確定

由上文討論知，在進行模糊評定的過程中，確定各級指標的權重十分關鍵［6-7］。求取權重的方法較多，本文不作詳細討論。根據研究課題的特點，本文選用二元比較決策法來求取權重系數。該方法的運用步驟為∶

（1）比較指標P＝｛p1，p2，…，pm｝之間的相對重要性，則可得如下所示的重要性判斷矩陣∶

該矩陣中各元素值滿足以下條件［8］∶

當ehk＞eh1時，計ekl＝0；

當ehk＜eh1時，計ekl＝1；

當ehk＝eh1＝0.5時，計ekl＝0.5；

（2）進行重要性判斷。將（1）中所得的矩陣E進行各行元素求和，根據求和結果將指標進行降序排序（即和數最大的指標排在首位）。

（3）根據經驗和專業(yè)判斷，以和數最大的指標為基礎，將其他指標逐一與其進行二元比較。在這個過程中，需參照表1進行相對重要性判斷和相對隸屬度判斷。

（4）作歸一化處理，可得到如下所示的歸一化權向量∶

2 實例分析

本研究選取某水渠水利工程的1km標段為例，運用模糊識別理論的方法對工程質量進行評定。該水利工程的基礎數據如表2所示。根據該表可以構建該工程質量評定的四層模糊綜合評判模型。

表1 語氣算子與定量標度、相對隸屬度間的關系

表2 工程項目劃分情況

2.1單元工程施工質量評定

根據前文討論，評定過程按照以下步驟展開∶

（1）構建指標體系

經過統(tǒng)計，本實例工程的單元工程數量為178。按照《單元工程評定標準》，其評定項目（即特征指標）包括∶

①基面清理∶需要將地基標出的樹根、泥土等雜物清理掉。

②一般地基處理∶需要將坑洞、巢穴以及墓穴等進行回填。

③堤基平整壓實∶對軟弱部位進行加固，然后進行整體平整。

④堤基清理范圍檢測合格率∶需要將清理高度提升至基面以上0.3m處。

⑤堤基表面壓實檢測合格率∶根據設計要求。

這些特征指標中，前三個為主觀定性指標，后兩個為客觀定量指標。在其評定的過程中，都會將評定結果以百分制記錄，記錄表如3所示。

（2）劃分評價等級

按照《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準（試行）》，劃分出如表4所示的評價等級及其標準值。

進一步地，可以整理出單元工程的指標以及其特征值的相對隸屬度矩陣，分別記為R和S，則∶

表3 淸基單元工程施工質量實測值

（3）確定指標權重（運用二元比較法）

通過公式（7），可以計算出5個特征指標的標

表4 評價標準值

（4）歸一化處理

根據（3）的結果，將排序為1的指標作為基礎，將其他指標與其做二元比較，則可以得到指標的非歸一化權重向量∶

W＇＝（1，0.739，0.739，0.905，0.905）同時，可以得到指標的歸一化權向量∶W＝（0.2332，0.1723，0.1723，0.2111，0.2111）

（5）根據特征值進行評定

根據公式（6），可以求得清基單元工程相對于各個評定等級的相對隸屬度矩陣∶

根據公式（7），可以求得清基單元工程的等級特征值，其中∶H1-1-1＝1.0299，H1-1-2＝1.0774，H1-1-3＝1.6726，H1-1-4＝1.0004，H1-1-5＝1.6600，H1-1-6＝1.0006，H1-1-7＝1.0167，H1-1-8＝1.1397，H1-1-10＝1.0764.

至此，可以對單元工程做出如下評定∶10個清基單元工程全部在合格及合格以上等級，其中1-1-3、1-1-5以及1-1-9為合格級別；其余單元工程為優(yōu)良等級。

按照類似的方法和步驟，可以對其他單元工程進行級別評定。

2.2分部工程質量評定

其求法與2.1所用方法相同。清基分部工程包括H1-1以及H1-2，其單元權重為∶W1＝（0.5512

0.4588 ）。根據公式（8）可求得清基分部工程的等級特征值為H1＝1.2463。至此，可以將其等級評定為優(yōu)良。

由于各個分部工程施工質量的評定方法類似，本文只對清基分部工程作討論，其他分部工程的質量評定參照即可。經過計算，其他分部工程的等級特征值為H2＝1.3091，H3＝1.2817，H4＝1.5723，H5＝1.1652，H6＝1.1652，H7＝1.5053。

2.3單位工程質量評定

運用二元比較法，可以求得分部工程的指標權重為∶

W＝（0.1566 0.1914 0.1414 0.1732 0.1732 0.0821 0.0821）

進一步地，根據公式（9）可以求得單位工程的等級特征值為H＝1.2211。據此，可以將該工程項目的等級評定為優(yōu)良。

3 結論

在水利工程質量評價中，應用模糊識別方法具有理論和實踐的雙重可行性。基于國內外研究進展，采用模糊識別理論對水利工程質量評定進行研究。以某水渠工程為例，分析了如何運用模糊識別理論及模型來對水利工程質量評定。采用模糊識別理論研究表明∶通過多層模糊綜合評價，該工程的質量等級為優(yōu)良。

［1］周念清，楊碩，朱勍.承載指數與模糊識別評價許昌市水資源承載力［J］.水資源保護，2014（06）∶25-30.

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［5］張占友.談中小型水利工程的施工質量控制［J］.水利規(guī)劃與設計，2015（03）∶77-79.

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：1672-2469（2016）05-0060-04

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.023

2015-07-06

楊大魁（1976年—），男，工程師。