基于層次分析法的船型標準化綜合評價體系研究

劉暢++陳曉明++王紅梅++楊啟武

摘要：立足于廣東省航道系統航標工作船船型特點，引入層次分析法，并綜合考慮技術、經濟、安全、環保節能等因素影響，設定12個評價指標，以此建立廣東省航標工作船船型標準化的綜合評價體系，把定性分析與定量計算有機地結合起來，避免僅憑某個或少數幾個指標來選擇方案的片面性，使標準船型的選取更具有科學性。

關鍵詞： 航標工作船；評價指標 ；層次分析法；船型標準化

中圖分類號：U674.28 文獻標識碼：A

Comprehensive Evaluation System of Ship Type Standardization Based AHP

LIU Chang1， CHEN Xiaoming2，3， WANG Hongmei2，3， YANG Qiwu2

（1. Waterway Bureau of Guangdong Province，Guangzhou 510000；

2. South China University of Technology， Guangzhou 510640；

3.CSIC Architecture Design and Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100024）

Abstract： Based on the characteristics of beacon vessel in Guangdong province， the scientific comprehensive evaluation system of ship type standardization is established，which adopts AHP method to make the organic combination of qualitative analysis and quantitative calculation. Meanwhile， In order to avoid the one-sided approach of choosing a solution by one or a few indicators， 12 evaluation indexes of beacon vessel in Guangdong province are set to make the selection of standard ship is more scientific under comprehensive consideration of technology， economy， safety， environmental protection and energy saving.

Keywords： Beacon Vessel； Evaluation Indicator； AHP； Ship type standardization

1 引言

船型標準化是改變船型品種過于繁雜，以及改善船型雜亂帶來的諸多弊端的有效途徑。為了適應未來廣東省航道保障事業的發展，有必要加強對廣東省航道系統航標工作船船型標準化的研究，按照船型各項評價指標因素，優選技術經濟性能優良的標準船型，并逐步淘汰不符合標準的船型。標準化船型的研究和開發，將為廣東省航道系統航標工作船的設計與建造提供優秀的母本，對推動航標工作船技術進步，促進航運事業科學發展，加快發展暢通、高效、平安、綠色航運具有重要的意義。

2 船型標準化綜合評價的基本原則

根據廣東省航道系統航標工作船特征，其船型標準化綜合評價的基本原則應包括以下幾個方面：

（1）適應船舶專業化、系列化的發展趨勢

以適用于普通燈浮標作業為前提，調整總體布局，增大作業設備能力，突出航標作業專用船型的特點；采用先進技術與專用裝備，提高甲板作業機械化程度；優化推進系統設計，提高操縱性能，滿足航標作業特點需要，并兼顧其它作業功能的需要。

（2）適應廣東省航道航運基礎設備的條件

根據廣東省相應航區和航道航運的條件，內河航標船應適用于狹窄航道、淺水水域或養殖區附近水域的浮標設置，提高航標助航保障效能。

（3）滿足規范、法規，體現安全、綠色環保

以滿足我國現有規范、法規為基本前提，推進安全和綠色導向，遵守規范、法規對節能減排及環保的要求；考慮法規對船員生活設施的要求，體現和諧發展；考慮廣東省各航區和航道的航標保障工作的需要，注重適應各種航標保障的系列化船型匹配，為促進廣東省航標系統行業整體助航保障能力提供積極的服務。

（4）具有較好的經濟性能和技術性能

具有較好的經濟性和技術性，是船型方案推薦需要遵循的最重要的原則。在滿足規范前提下，考慮造價、船舶年維護成本的重要影響。

3 標準化船型評價指標體系分析

根據廣東省航道系統航標工作船船型的特點，綜合考慮技術、經濟、安全、環保節能等方面，確定航標工作船標準化船型的評價指標體系，使標準船型選取具有科學性。

3.1 與技術性相關的評價指標

（1）載重量系數

載重系數為船舶載重量與船舶排水量之比。在同一排水量下，載重量系數越高，船舶裝載能力就越大，船舶經濟效益也越好。

（2）吃水

由于水深受限制，因此對沿海船、內河船的吃水限制較嚴。

（3）航速

航標搶修和維護的時限性是航標管理部門的命脈所在，航速是一個重要的技術指標。

（4）初穩性

船舶穩性是保證船舶航行安全的重要性能。對于小型航標船，由于航標基本堆放在甲板上，重心較高，因而要求初穩性較高。endprint

3.2 與營運適應性相關的評價指標

（1）航標起重機的形式

航標起重機是航標工作船最直接的作業機械設備，因技術特征、使用性、安全性、質量和安裝布置形式的差異而有優劣之分。隨著機械化程度的提高，其形式主要經歷4個階段：吊桿式起重機 A型架起重機龍門式起重機 旋轉臂起重機。

（2）起重系數

起重系數為船舶起吊重量與船舶排水量之比。在同一排水量下，起重系數越高，船舶經濟效益將越好。

（3）單位功率載標量

單位功率載標量為船舶載標數量與船舶主機功率之比，體現不同船型的建造水平。單位功率載標量越高，船舶航標保障能力越強，船舶經濟效益將越好。

（4）作業甲板面積利用系數

作業甲板面積利用系數為作業甲板面積與船舶起吊重量之比。增加作業甲板面積能夠有效提高航標船載標量，以及提高投標、收標作業的安全性與工作效率。作業甲板面積利用系數越大，船舶航標作業能力越強，船舶經濟效益將越好。

（5）吊標作業效率

吊標作業效率決定船舶航標作業能力，吊標作業效率越高，船舶航標保障能力越強。

3.3 與經濟性、綠色環保相關的評價指標

（1） 造價

造價與船舶經濟性密切相關。

（2） 船舶年維護成本

船舶年維護成本決定了船舶營運成本，船舶年維護成本越低，船舶經濟性越好

（3） 單位碳排量

為適應低碳經濟、綠色船舶的要求，特設立單位碳排量評價指標。其計算公式為：

單位碳排量=主機功率×單位油耗×航運時間×2.65 / 載標數量； （1）

標準化單位碳排量指的是航標工作船裝載單位航標量航行所需二氧化碳排量（kg）。

4 船型綜合評價體系的確定方法

4.1 層次分析法

傳統上，設計人員主要是通過擬定一定數量的航標工作船方案，并對其進行分析論證而得到船型標準化最優方案。但在實踐中，該方法存在工作量大、人為因素多、決策隨意性大等局限性。為了克服上述問題，本文建立了基于層次分析法[1]的廣東省航標工作船標準化船型綜合評價體系，通過定性和定量分析相結合的決策方法來優選標準船型。層次分析法能夠將船型優選排序這一多目標決策問題有關的元素分解成目標、準則、方案等有序層次，在對實際問題的深入分析基礎之上，確定表達每一層次全部元素的相對重要性次序的權值，確定層次總排序，并最終得到綜合指標最優的船型方案。

4.2 層次分析法計算步驟

4.2.1 遞階層次結構的建立

基于航標工作船的船型特點，本文建立了船型多方案優選排序的層次結構模型，即將船型有關的元素分為目標層、準則層和方案層三個層次的遞階層次結構，見圖1。

圖1 遞階層次結構

4.2.2 構造判斷矩陣

對于層次分析法在船型標準化領域的應用，最關鍵的一步是確定遞階層次結構中每一層次各元素的相互重要性，并以判斷矩陣方式數值表達出來。本文根據調研數據、專家意見和決策者的認識水平加以綜合平衡后，得出準則層的判斷矩陣B，見表1。

表1中的數值表示對于總目標O而言的準則層C各評價指標因素之間的相對重要性。其中：數字1表示Ci與Cj同等重要；5表示Ci比Cj一般重要；9表示Ci比Cj非常重要；其他數值具有類似的意義。

4.2.3 判斷矩陣計算及一致性檢驗

判斷矩陣B對應于最大特征值λmax的特征向量W，經歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值。為了保證層次分析法的科學性，需要保證判斷矩陣的標準具有一致性。衡量判斷矩陣是否具有一致性，可通過偏差一致性指標CI來反映[3]：

（2）

當隨機一致性比例CR=CI/RI <0.10時，可認為層次單排序結果有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進行相應調整，使其具有滿意的一致性。

本文通過編程，求解上述表1中的判斷矩陣，其計算結果為：λmax=12.969，CI= 0.088，RI=1.540，CR=0.057 <0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗。

因此，船型綜合評價準則層的各評價指標因素的權重為：W= [aj]=（0.018， 0.088， 0.106， 0.053， 0.158 ，0.085 ，0.141， 0.053， 0.070 ，0.123 ，0.035， 0.070）。

4.2.4 層次總排序計算

已知準則層包含m個因素A1，A2，…，Am ，則對于目標層的單排序值為a1，a2，…，am。方案層P層包含n個因素P1，P2，…，Pn，它們關于Aj的單排序權重分別為p1j，p2j，…，pnj（當Aj與Pj無關聯時，pij=0）。那么方案層各因素的層次總排序權重 ， ，…， 為：

（3）

5 應用實例

內河起吊3t航標工作船（縱吊船型）船型系列，適應平原航道（含庫區航道）等狹窄航道的高等級航道，能夠滿足HF1.8/HF1.5浮標及以下尺寸所有浮標的布放、回收、安裝及維護工作，同時滿足測量和清障的要求，是廣東省航道系統的主要航標工作船型之一。根據實際需要，應用上述船型標準化綜合評價體系對其進行研究。

5.1 船型方案

內河起吊3t航標工作船（縱吊船型）船型方案，來源于廣東省航道系統實際船型，如表2。

5.2 船型綜合評價

5.2.1 指標值計算

計算各個船型方案的12個評價指標值，并對其進行歸一化，如表3所示。

5.2.2 船型優選總目標的層次排序權值計算

內河起吊3t航標工作船（縱吊船型）各方案，相對于船型方案優選總目標的層次排序結果，如表4所示。

5.2.3 優選方案評價

由表4可知，第5方案的總排序值最大，船型具有較大優勢，適合作為內河起吊3t航標工作船（縱吊船型）的標準船型，這與用常規方法進行的方案選擇結果相同。表5為第5方案標準船型的主要要素。

表5 第5方案標準船型的主要要素

方案 總噸位 總長 （m） 型寬（m） 型深（m） 吃水 （m） 設計速度（kn） 船員人數

（人） 肋距

（m） 主機功率（kw） 生產能力 航區

產量（m3/h） 吊重（t）

5 110 26.36 5.8 2.2 1.51 10 8 0.5 203 3 A

6 結束語

本文基于層次分析法的標準化船型綜合評價體系，能夠將實際船型的定性分析與定量計算結合起來，層次分明、計算簡捷，適用于多目標多方案船型優選決策，在船型標準化研究中具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] 劉寅東，唐煥文，李紀選.船型多方案優選決策的層次分析法[J].船舶工程，1996（1）.

[2] 姚雷， 李國安，段宏.層次分析法在大型水面艦船船型多方案優選中的應用[J]. 中國艦船研究，

2006（3）.

[3] 汪敏，王麗錚.層次分析法在船型方案選優中的應用[J].船海工程，2005（4）.endprint