三江口水電站工程施工最優開發方案探析

亞力坤·馬合木提　祖麗菲耶·亞力坤（.新疆昌吉水文局新疆昌吉8000；.新疆水文局水環境監測中心新疆烏魯木齊830000）

三江口水電站工程施工最優開發方案探析

亞力坤·馬合木提1祖麗菲耶·亞力坤2
（1.新疆昌吉水文局新疆昌吉811000；2.新疆水文局水環境監測中心新疆烏魯木齊830000）

為了更好地對三江口水電站施工方案進行優化，提高工作效率，本文應用層次分析法（AHP）和灰色層次分析法（GAHP），同時把系統工程中的定量和定性理論充分結合，選出最優組織施工開挖方案，以期為類似案例提供借鑒。

水利工程；施工組織；灰色層次分析法；方案探析

1　概況

三江口水電站壩段位于云南省墨江縣泗南江鄉附近的阿墨江河段上，壩址位于阿墨江與泗南江交匯口以上約900m的河段上，為阿墨江梯級第三級水電站，也是阿墨江梯級的最后一級。本電站壩型為粘土心墻堆石壩，水庫正常蓄水位614m，壩高77m，水庫總庫容0.8452×108m3，裝機容量99MW，水庫回水至上游第二個梯級電站普西橋水電站約15km。

2　最優開挖方案的優選

邀請來自設計、施工、科研等單位的50位專業背景、職業背景的專家，利用專家問卷的形式直接獲取了對水電站施工開挖方案的問卷，寄送了包括三江口水電站基本資料、施工方案的基本資料，介紹了調查的目的、采用的方案、需要專家進行的工作，要求專家對水電站施工開挖方案按要求填寫開挖方案的層次結構和評判矩陣。

2.1用層次分析法建立層次結構模型

圖1　.1　開挖方案層次

目標層：最優開挖方案AK

準則層：料場性質B1，儲層厚度B2，料場位置B3

方案層：循環式開挖N1，連續式開挖N2

2.2構造判斷比較矩陣及確定權值

對照上節建立的層次分析模型，組織專家討論并建立了各個層次的比較判斷矩陣，并用matlab數學軟件建立了矩陣計算的程序，并計算各個比較矩陣的權重比值和最大特征值，矩陣一致性檢驗值。

表1-1　開挖方案的判斷矩陣AK-B及權重

2.3方案層對準則層的判斷矩陣以及matlab計算成果

對于材料性質，各種開挖方案的重要性程度如下：

2.3.1循環式開挖方案

循環式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于各種土料及軟巖，巖渣等材料。

2.3.2連續式開挖方案

連續式開挖方案適用于河灘及水下砂礫料等深層地表和地質材料。

根據以上分析，循環式開挖方案適用性更廣，適合各種開挖。建立的判斷矩陣如下：

表1-2　材料性質的判斷矩陣及權重

對于材料性質，各種開挖方案的重要性程度如下：

（1）循環式開挖方案

循環式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于小規模的工程。

（2）連續式開挖方案

連續式開挖方案適用于規模較大的工程。

根據以上分析，連續式開挖方案適對儲層厚度的要求更大，量也大。建立的判斷矩陣如表1-3。

表1-3　儲層厚度的判斷矩陣及權重

對于材料性質，各種開挖方案的重要性程度如下：

（1）循環式開挖方案

循環式開挖方案包括正鏟和反鏟式開挖，適用于淺層土方。

連續式開挖方案適用于水下深層土方，隧洞等工程。

根據以上分析，連續式開挖方案適用于對儲層厚度的要求更深開挖方案的工程。建立的判斷矩陣如表1-4。

表1-4　料場位置的判斷矩陣及權重

2.4開挖方案層對目標層的總權重計算

首先，由各層的成對比較矩陣數據按列進行歸一化，然后每一行求和在平均，得到每一層元素相對于上一層元素的權重向量，再由同一層的權重向量合并成為權重矩陣，最后matlab計算得打層次評價的總權重，見表1-5。

從上表組合權重向量可以看出，循環式開挖和連續式開挖對總目標施工開挖方案選擇的權重值分別為0.54和0.46。所以選擇循環式開挖為最優施工開挖方案。

表中n=1，2，時RI=0，是因為1，2階的正互反陣總是一致陣，滿足要求。

上述組合權向量計算結果可以作為最終決策的依據。

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3　灰色綜合法求出最優開挖方案

在本文第一部分中已經建立了開挖方案的層次模型，并計算各指標層權重，接下來的計算步驟如下：

3.1組織相關的專家，構造判斷矩陣

根據專家問卷，構造判斷矩陣并計算權重，從而得到開挖方案對開挖目標的相對重要性，對土石壩施工中的開挖方案進行分析。

3.2第二層綜合評價

根據評價問題的特點選聘具有專業背景、職業背景的50位專家，專家組按照“優”為10分，“良”為9分，“中”8分，“差”為6分的標準，對方案的各項指標進行評價，我們將各專家評分去掉最高分和最低分，取算數平均值，形成比較數列Xi（k），參考數列取每個指標的最高分值，詳細評分值見表2-1。

表1-5　開挖方案AK為目標的計算結果

表2-1　專家評分

3.3最優指標集及參考數列矩陣

最理想指標集是各評判對象的最優指標組成的集合，是各評判對象比較的參考數列最理想指標集ê=和各評判對象的指標組成矩陣E如下：

3.4量化開挖指標，進行灰色綜合評價

采用專家打分的方式，將開挖方案中的各項方案相對于各評價目標的相對重要性進行量化。由于參評指標通常具有不同量綱，因而必須對其進行無量綱化處理。數據均值化處理:

數據均值化處理后的矩陣為：

3.5灰色關聯系數的確定，灰色關聯矩陣的建立

將數據均值化處理后的數據矩陣t作為比較數列，最理想指標集E*作為參考數列，根據灰色系統理論可由下式求得第i個評判對象與第k個指標的灰色關聯系數:

式中：i=1，2，3；k=1，2，3，ρ為分辨系數，它的作用在于調整比較環境的大小，即將比較環境縮小，ρ在［0，1］內取值，本節取ρ=0.5。ξi（k）為第i個備選方案的第k個指標與參照方案的關聯系數，mi兩級最小絕對差，maxi兩級最大絕對差。通過matlab計算得到，maxi得到的關聯系數矩陣為：

3.6確定開挖方案綜合評價

根據第二層次綜合評價，評價開挖方案相對于各子目標的優越性。根據灰色綜合評價結構向量，評價各個開挖方案的綜合性能，確定最優施工方案

由評判矩陣T和權重系數向量W，得到灰色綜合評價結果為:

式中：X為評價結果向量；其中的元素為Xi=∑k=1nrk×ξi（k），i=1，2，…，m。

從數據看出，灰色綜合評判法得出總的評價結果為（0.64，0.44），從可以看出循環式開挖方案較合理與層次分析法得出的結果一樣。

4　建議

本文是根據該工程概況，層次分析法和灰色綜合評價法在粘土心墻土石壩施工開挖方案優選中的一次嘗試，雖然這種方法在科學分析上還存在不全面性，但是在科學目標決策方面邁出了重要一步。

通過對水電站建設過程中的土石壩施工開挖方案各個指標體系的分析研究得出一下建議：

（1）建議采用方案評價的層次分析法。層次分析法作為方案評價的經典方法，能夠科學的、系統的分析影響多目標方案評估目標的關鍵因素，并賦予權重，通過灰色綜合評價法得出的結論是可信度高的評估結果。

（2）建議建立土石壩施工方案的評價指標體系。通過邀請具有水利工程施工經驗的50位專家，專家對各個指標相對總目標的重要程度進行打分，計算各指標權重，并進行一致性檢驗，從而確定各個指標對于總目標的權重。

（4）建議應用matlab計算程序。通過matlab計算程序對土石壩施工開挖方案進行計算，對矩陣無量綱化處理和關聯系數處理，得到了灰色關聯系數矩陣并得出的總的計算結果精確并符合實際。

（5）建議建立層次模型，并計算權重。通過組織50位專家建立對目標方案的各項指標進行評價，我們將各專家評分去掉最高分和最低分，取算數平均值，形成比較數列和參考數列，參考數列取每個指標的最高分值組成指標矩陣。

（6）建議用灰色綜合評價法得出的結論和層次分析的結論進行比較。通過兩種方法計算結構的比較，并結合本工程概況，驗證后得出循環式開挖方案為該土石壩施工過程中的最優開挖方案。

（7）建議應用于多目標，多項目分析決策的設計優化領域。本研究成果采用了層次分析法和灰色綜合評價法，結合matlab工具軟件以及矩陣為基礎的嚴格一致性檢驗，可以應用于多目標，多項目分析決策的設計優化領域。該方法在水利工程各個項目管理，項目評價，項目施工組織等領域中有推廣價值。

5　結語

基于灰色關聯度的工程施工方案綜合評價法為優選施工方案及多目標決策問題提供了一種簡便的、易行的解決方法，評價結果較為合理，利用該方法能很好地解決施工方案過程中的主觀因素的干擾性和盲目性，提高工作效率，對施工帶來很多便利和效益。在應用該模型時應注意以下兩點:

（1）權重值是決策者對該項指標重要性程度的表現，對方案灰色關聯度的影響很大，因此，權重值一定要按AHP進行計算確定，不能估算。

（2）灰色關聯度分析法對指標數量沒有限制，但用AHP法確定權重值，一般不要多于5個，因此要選擇對方案影響較大的指標參加評判。

（3）灰色理論中沒有一個統一的標準選取理想對象，還得繼續研究標準理想對象。

（4）對分辨系數ρ沒有一個切確的標準，還得繼續研究和探討分辨系數ρ。陜西水利

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（責任編輯：暢妮）

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