基于模糊層次分析法的露天礦山外包模式優選

張振龍　劉　鋒　閆永平

(兗州中材建設有限公司)

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基于模糊層次分析法的露天礦山外包模式優選

張振龍劉鋒閆永平

(兗州中材建設有限公司)

摘要為選擇合適的外包模式，對國內露天礦山常見外包模式進行了分析，結合水泥礦山承包開采特點，采用模糊層次分析法，建立了水泥礦山外包模式層次結構優選模型，得出了各個指標的權重；并采用模糊綜合評判對兩種外包模式進行了綜合評價，得出了對于老礦山分包模式優于總承包模式的結論。為業主結合自身情況及礦山概況選擇合適的外包模式和承包商提供參考。

關鍵詞模糊層次分析法露天礦山承包模式

隨著露天礦山開采規模逐年擴大，礦床開采深度日益加深，開采難度越來越大，同時由于社會分工越來越細和生產方式趨向于向專業化方向發展，我國礦業承包開采出現了總承包和分包開采等多種生產經營模式。如何選擇最佳承包模式和承包商，降低礦山生產投資，實現礦山業主和承包商雙贏，是一個重要的研究問題。模糊層次分析法(簡稱FAHP)長期以來在方案優選中得到了廣泛應用[1-5]，取得了較好的效果，因此，本文采用FAHP，對露天礦山外包模式優選進行探討。

1　露天礦山外包模式

(1)礦業承包開采。礦業承包開采[6]是指礦山企業或礦山所有人為了降低礦床開采成本、獲得更高的經濟效益，將其采礦權范圍內的礦產資源開采或基建工程全部或部分承包給具有獨立法人資格的專業化施工單位，由該單位完成一定礦石生產量或工程量的開采經營方式。

(2)礦山承包開采方式。目前，我國露天礦山承包開采主要有兩種方式[6-7]：①開采總承包，將整個施工工程或礦產資源開采以總包形式進行外部承包，比如深部開采工程、二期改擴建工程等；②按作業區域或生產環節分包，將某一區域的礦產資源承包或某一生產環節承包，如露天采場不同臺階、不同區域分包，或剝離、穿爆、采裝及運輸等環節分包。

2　露天礦山外包模式選擇的影響因素

露天礦山承包開采的關鍵是承發包模式的選擇，合理的承發包模式不僅有利于工程質量及工期的控制，而且可以適當降低工程成本[2]。結合露天礦山開采特點，本文將影響露天礦山外包模式選擇的因素分為4個方面：①業主；②承包商；③礦山建設要求；④環境因素。

(1)業主。業主即為礦山采礦權所有人，礦山承發包模式的決策者和發包單位。做承發包模式選擇決策時，業主必須考慮礦山工程的建設特點，根據礦山自身建設技術水平、礦山協調能力、綜合管理能力、生產管理人員水平以及所面臨的風險等，選擇合理的承發包模式及承包商。

(2)承包商。承包商是礦山工程或基建工程的直接施工方，負責部分或整個礦山工程的施工。在滿足礦山工程建設特點及業主偏好前提下，承包商的技術水平、設備生產能力、生產管理人員業務水平、承包商的管理能力及承包商所面臨的風險等，都影響承發包模式的選擇。

(3)礦山建設要求。礦山開采或基建工程是礦山承發包的主體，在其承發包模式選擇時，業主需要正確處理好與礦山工程本身因素的切合度，充分考慮礦山建設規模、礦山建設進度、礦山建設質量及礦山建設成本等因素，以滿足礦山建設的需求。

(4)環境因素。對于大型工程建設項目，由于工程本身特征及其所處環境的復雜性，選擇合理的承發包模式難度較大，因此，能否應對各種復雜的環境變化是承發包模式的主要選擇標準[2]。礦山工程建設過程中的環境因素主要分為3個方面：自然環境、經濟環境、社會環境。

3　模糊層次分析法

3.1定理

FAHP是將Fuzzy數學的分析原理融入AHP中得到的一種新的分析方法[8-9]。FAHP是基于Fuzzy集合理論的模糊一致矩陣和模糊一致關系[10]。

定義：①設矩陣A=(aij)n×n，若滿足0≤aij≤1(i,j=1,2,…,n)，稱A是模糊矩陣；②若模糊矩陣A=(aij)n×n滿足aij+aji=1，稱模糊矩陣A是模糊互補矩陣；③若模糊互補矩陣A=(aij)n×n滿足aij=aik-akj+0.5(k=1,2,…,n)，稱模糊互補矩陣A是模糊一致矩陣；④模糊一致矩陣A=(aij)n×n中，當aij=0.5時，表示元素i與元素j同等重要；當0≤aij<0.5時，表示元素j比元素i重要；當0.5

定理1：設A=(aij)n×n是模糊一致矩陣，則有如下性質：①?i(i=1,2,…,n)，aii=0.5；②?i,j(i,j=1,2,…,n)，aij+aji=1；③A中的第i行與第j列元素之和為n；④從A中任意刪除一行及其對應列所剩下的子矩陣仍為模糊一致矩陣；⑤A滿足中分傳遞性，即當λ≥0.5時，若aij≥λ,ajk≥λ，則aik≥λ；當λ≤0.5時，若aij≤λ,ajk≤λ，則aik≤λ。

3.2步驟

FAHP評價步驟為[10]：

第1步：建立層次分析結構模型。首先對待選方案進行分析并確定評價指標，然后根據評價指標影響因素構建層次結構模型，從上到下依次為目標層(總目標)、指標層(一級或二級)、方案層(方案比較層)。

第2步：建立優先關系矩陣。對評價指標層中，每一層的各個評價指標影響因素針對其上層因素的相對重要性構建矩陣，該矩陣稱之為模糊互補矩陣。

第3步：建立模糊一致矩陣。根據定理2的方式，將第2步中建立的模糊互補矩陣變換成模糊一致矩陣。

第4步：層次單排序。根據模糊一致判斷矩陣，計算各個層次中不同因素的重要次序即權重。常采用方根法對權重指標進行歸一化處理，即

(1)

第5步：層次總排序。在以上層次單排序的基礎上，計算出各種方案的優劣程度系數

(2)

4　某水泥礦山外包模式選擇案例分析

某水泥礦的位于四川盆地西北邊緣與龍門山前交接地帶，根據礦床賦存特點，確定礦山為山坡露天礦，采用自上而下、水平分臺階開采。礦山已經生產近20 a，擁有部分設備和技術人員，根據市場需求，需要提高礦山生產能力，為降低投資成本，在后期生產中，初步計劃采用承包開采的方式。

4.1評價指標體系確定

基于我國水泥礦山開采現狀及目前國內露天礦山工程外包模式發展情況，結合該礦山的實際情況，確定采用模糊層次分析法對開采總承包、分包兩種方案進行比較和優選。選擇了 4個一級指標、19 個二級指標，構建承發包模式選擇的評價指標體系。其評價體系的層次結構模型如圖1所示。

圖1　礦山開采外包模式選擇的評價體系層次結構模型

4.2評價指標權重確定4.2.1建立優先關系矩陣

按照FAHP評價步驟的第2步建立優先關系矩陣，指標層對準則層、準則層對目標層的相對重要性用0.1～0.9數量標度[11]表示，指標數量標度見表1，從而建立模糊互補矩陣A=(aij)n×n。判斷矩陣具有如性質：aij+aji=1,aii=0.5。

表1　0.1～0.9數量標度[11]

目標層與一級指標之間構成的矩陣為A-B，一級指標與二級指標之間構成的矩陣為Bi-Ci(i=1,2,3,4)，以A-B、B1-C1矩陣為例，見表2～表3。

表2　A-B優先關系矩陣

表3　B1-C1優先關系矩陣

4.2.2建立模糊一致矩陣

依據定理2，將優先關系矩陣轉換成模糊一致矩陣，見表4～表5。

表4　A-B模糊一致矩陣

表5　B1-C1模糊一致矩陣

4.2.3層次單排序

按照FAHP評價的第4步，采用方根法計算各因素的權重。其中，一級指標各個因素(B層)相對于目標層(A層)的權重為

w0=(w1,w2,w3,w4)T=(0.598,0.535,0.434,0.408)T，歸一化后得：w0=(0.303,0.271,0.220,0.207)T。

同理，可得出各二級指標的權重：

w1=(w11,w12,w13,w14,w15,w16)T=(0.186,0.167,0.172,0.161,0.147,0.167)T；

w2=(w21,w22,w23,w24,w25,w26)T=(0.181,0.175,0.167,0.158,0.147,0.172)T；

w3=(w31,w32,w33,w34)T=(0.212,0.244,0.282,0.263)T；

w4=(w41,w42,w43)T=(0.307,0.396,0.297)T.

4.2.4層次總排序

根據模糊層次分析法評價第5步進行層次總排序，按公式w=wiw0(i=1,2,3,4)計算，可得在水泥礦山外包模式選擇評價體系中，各個二級指標的綜合權重，具體分配見表6。

表6　各評價指標綜合權重分配

4.3模糊綜合評判

模糊數學主要的4個綜合評判要素包括：評語集X={x1，…，xm}、因素集F={f1,…，fn}、評判矩陣R=(rij)n×m和權重分配向量W。

設因素集F={f1,…，f19}={c11,…,c16,c21,…,c26,c31,…c34,c41,…,c43}，評語集X={x1，…,x5}={優(90)，良(80)，中(60)，差(40)，很差(20)}。對2

種外包方案進行綜合評判，得模糊評價矩陣見表7。

依據 4 個一級指標和 19 個二級指標的權重分配(表6)以及模糊評價矩陣(表7)，由下式

(3)

可計算出兩種外包模式的主指標權重：BD1=(0.213 5,0.259 3,0.287 4,0.181 8,0.059 3),BD2=(0.201 7,0.297 5,0.289 2,0.138 2,0.074 5)。

歸一化后：BD1=(0.213 2,0.259 1,0.287 1,0.181 6,0.059 2),BD2=(0.201 5,0.297 2,0.288 9,0.138 1,0.074 4)。

根據最大隸屬度原則可知，方案1總承包模式的評估結果為“中”，方案2分包模式的評估結果為“良”，即對于該水泥礦山，采用分包模式相對優于總承包模式。

5　結　論

評價指標的選取充分考慮了業主、承包商、礦山工程概況及外部環境因素的影響，所建立的模型為結合業主自身需求及礦山概況選擇的外包模式和承包商，具有一定的參考價值。本案例中礦山為老礦山，業主本身擁有一定的設備和人員，且對礦山生產的各環節均較熟練，分析結果表明采用分包較為合適，而對新建礦山而言，建議采用總承包的外包模式。

參考文獻

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(收稿日期2016-03-16)

OptimizationofOutsourcingModeinOpen-pitMineBasedonFuzzyAnalyticHierarchyProcess

ZhangZhenlongLiuFengYanYongping

(YanzhouSinomaConstructionCo.,Ltd.)

AbstractIn order to select the appropriate out sourcing mode,the common outsourcing modes of domestic open-pit mine are analyzed. Combining with contract mining features of cement mine,the hierarchy preferred model of cement mine outsourcing mode is established by using the fuzzy analytic hierarchy process,the weight of each index are obtained.The two outsourcing modes is conducted fuzzy comprehensive evaluated by fuzzy comprehensive evaluation method,the results show that the subcontract model is better than the general contract mode for the old mines.The above analysis results can provide the reference for the owners to select the appropriate outsourcing mode with their own situations and mining overviews.

KeywordsFuzzy analytic hierarchy process,Open-pit mine,Subcontract mode

張振龍(1974—)，男，工程師,272100 山東省濟寧市。