模糊綜合評(píng)價(jià)理論在水利工程監(jiān)理中的應(yīng)用

楊慶林

(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030000)

水利工程作為一項(xiàng)大型基礎(chǔ)工程，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)比較基礎(chǔ)的產(chǎn)業(yè)，且具有規(guī)模大、工作條件復(fù)雜、建設(shè)難度大、服務(wù)范圍廣等特點(diǎn)，因此水利工程的質(zhì)量能夠直接影響到一個(gè)工程的效益以及廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)水利工程的建設(shè)質(zhì)量全過(guò)程的監(jiān)管及控制既是參與建設(shè)單位的工作重心，也是有關(guān)政府機(jī)關(guān)的一項(xiàng)重要職責(zé)。在一個(gè)項(xiàng)目中，工程監(jiān)理工作的主要職責(zé)就是進(jìn)行工程質(zhì)量控制，它不僅能夠反映了監(jiān)理服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也是監(jiān)理人員對(duì)自身能力的一項(xiàng)基本要求。在一個(gè)工程項(xiàng)目的施工階段，常常伴有設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主和監(jiān)理多方單位進(jìn)行參與，施工過(guò)程中的質(zhì)量與這些單位之間的關(guān)系協(xié)調(diào)有關(guān)，還與工程所在地的地形、地貌等自然環(huán)境及水文情況有關(guān)，此外還有一項(xiàng)最為重要的因素，即現(xiàn)場(chǎng)人員配備、施工機(jī)械等技術(shù)水平有關(guān)。這3個(gè)因素在施工質(zhì)量上扮演著不同的角色，且前兩個(gè)因素很難人為控制。因此，一般水利工程質(zhì)量監(jiān)控主要就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員配備、施工機(jī)械等技術(shù)水平進(jìn)行控制。

在水利工程質(zhì)量監(jiān)管中，傳統(tǒng)的方法就是人為的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量資料進(jìn)行收集，并進(jìn)行信息處理，從而進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。該方法不僅需要的人力較多，且操作慢、工作量大、結(jié)果可靠性也十分不理想，往往無(wú)法系統(tǒng)地對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)定，從而造成一定誤差，并對(duì)監(jiān)理工程師的工作造成一定的影響。為系統(tǒng)地對(duì)水利工程施工進(jìn)程中的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，本文引入模糊綜合評(píng)價(jià)理論，并通過(guò)將水利工程質(zhì)量管理中的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分層處理，建立一套綜合評(píng)價(jià)體系，在各個(gè)層面對(duì)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，提高了質(zhì)量評(píng)定工作中的效率以及準(zhǔn)確率，同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，對(duì)江西柳林河總干渠下槐段的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定研究，得到了較好的效果。

1 工程質(zhì)量評(píng)定規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

將水利工程的質(zhì)量評(píng)定分為單元工程質(zhì)量、分部工程質(zhì)量、單位工程質(zhì)量及工程項(xiàng)目質(zhì)量4個(gè)部分進(jìn)行評(píng)定，并根據(jù)《單元工程評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和SL176—2007《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，得到表1—4的等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

表1 單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表2 分部工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表3 單位工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表4 工程項(xiàng)目質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表1—4中，各個(gè)工程檢查項(xiàng)目嚴(yán)格按SL 176—2007來(lái)執(zhí)行，當(dāng)質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到要求時(shí)，需要及時(shí)的進(jìn)行處理，并按如下規(guī)定來(lái)執(zhí)行：

(1)對(duì)于初次評(píng)定不合格，需要全部返工重做的項(xiàng)目，可以重新進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)評(píng)定。

(2)通過(guò)后期修整并鑒定達(dá)到要求，能夠?qū)①|(zhì)量評(píng)定為合格。

(3)若處理后工程檢查項(xiàng)目仍然不能達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)的要求，或經(jīng)后期修整造成永久缺陷，但經(jīng)監(jiān)理單位和發(fā)包人復(fù)核卻能滿(mǎn)足要求時(shí)，可認(rèn)為合格。

2 模糊綜合評(píng)價(jià)體系研究

2.1 單元模糊識(shí)別模型

對(duì)于施工質(zhì)量A來(lái)說(shuō)，假設(shè)對(duì)單元有n個(gè)需要進(jìn)行識(shí)別的樣本，且對(duì)于每個(gè)樣本都含有m個(gè)項(xiàng)目檢測(cè)的指標(biāo)，此時(shí)用特征值來(lái)對(duì)樣本的整體特征進(jìn)行表示，則能夠用指標(biāo)特征值矩陣來(lái)表示樣本集：

X=xij

(1)

式中，xij—特征值，i—指標(biāo)(1，2，，m)；j—樣本(1，2，，n)。

以c個(gè)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣本集的特征值來(lái)進(jìn)行識(shí)別，則能夠用指標(biāo)特征值矩陣來(lái)表示樣本集：

Y=yih

(2)

式中，yih—特征值，h—指標(biāo)(1，2，，c)；i—指標(biāo)(1，2，，m)。

一般來(lái)說(shuō)，指標(biāo)類(lèi)型分為兩種情況：①指標(biāo)級(jí)別h增大，標(biāo)準(zhǔn)特征值yih隨之增大；②指標(biāo)級(jí)別h較小，指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值yih隨之減小。

基于以上情況，可以得到兩種指標(biāo)i和j相對(duì)于A隸屬函數(shù)為：

(3)

式中，rij—兩種指標(biāo)i和j相對(duì)于A的隸屬函數(shù)；yil、yic—指標(biāo)i的1和c級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值。

以相同方法，能夠得到兩種指標(biāo)i和h相對(duì)于A的隸屬函數(shù)：

(4)

式中，sih—兩種指標(biāo)i和h相對(duì)于A的隸屬函數(shù)。

其中，對(duì)于樣本j和級(jí)別h兩個(gè)指標(biāo)間的差異性，能夠利用廣義權(quán)距離來(lái)表示：

(5)

式中，p—距離參數(shù)，p為1和2時(shí)分別表示海明距離和歐式距離；wij—樣本j對(duì)于指標(biāo)i的權(quán)重。

假設(shè)樣本集A相對(duì)于各級(jí)別的隸屬度矩陣為：

U=(uhj)

(6)

(7)

式中，uhj—樣本j(1，2，，n)相對(duì)于級(jí)別h(1，2，，c)的隸屬函數(shù)。

因?yàn)闃颖緅的范圍在級(jí)別區(qū)間[aj，bj]中間，故矩陣U需要能夠滿(mǎn)足約束條件，用歸一化來(lái)表示為：

(8)

利用式(8)得到能夠用來(lái)評(píng)價(jià)級(jí)別特征值的矩陣方程為：

(9)

2.2 多層模糊綜合評(píng)價(jià)模型

將工程分為t個(gè)單位工程構(gòu)成，而每一個(gè)單位工程又被分為m個(gè)分部工程，再將每個(gè)分部工程分為n個(gè)更小的單元工程組成，如此形成樹(shù)杈式的工程單元，形成一個(gè)如圖1所示的4層的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。

圖1 工程項(xiàng)目劃分圖

對(duì)于4層的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，需要對(duì)每一層進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定。

(1)第1層，對(duì)單元工程質(zhì)量進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定:在單元工程評(píng)定階段應(yīng)用上述的模糊識(shí)別模型對(duì)各個(gè)單元工程質(zhì)量評(píng)定得到每個(gè)單元工程的級(jí)別特征值。

(2)第2層，對(duì)分部工程質(zhì)量進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定:

Hi-j=Wi-j-k×Hi-j-k

(10)

式中，i=1，2，，t；j=1，2，，m；k=1，2，，n，Hi-j—該層的第i個(gè)單位工程中的第j個(gè)分部工程的特征值；Wi-j-k—該層的第k個(gè)單元工程對(duì)于第j個(gè)分部工程的權(quán)重值；Hi-j-k—該層的第i個(gè)單位工程中第j個(gè)分部工程中第k個(gè)單元工程的級(jí)別特征值。

(3)第3層，對(duì)單元工程質(zhì)量進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定:

Hi=Wi-j×Hi-j

(11)

式中，Hi—該層中第i個(gè)單位工程級(jí)別特征值；Wi-j—該層中第j個(gè)分部工程相對(duì)于第i個(gè)單位工程的權(quán)重值。

(4)第4層，對(duì)分部工程質(zhì)量進(jìn)行單獨(dú)評(píng)定:

H=Wi×Hi

(12)

式中，H—第四層項(xiàng)目級(jí)別的特征值；Wi—第i個(gè)單位工程相對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目的權(quán)重值。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程劃分

以江西柳林河總干渠下槐段為背景，并將工程178個(gè)單元工程按照實(shí)際情況進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑玫礁鱾€(gè)分部工程的單元工程數(shù)量，見(jiàn)表5。

表5 工程項(xiàng)目劃分

按照《單元工程評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)上述分部工程的各個(gè)單位工程進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，一共分為4級(jí)，按照優(yōu)良、合格、基本合格、不合格對(duì)工程單元評(píng)估的分?jǐn)?shù)分別為≥90、70～90、60～70、≤60。

3.2 工程施工質(zhì)量評(píng)定

以上述方法，通過(guò)式(10)進(jìn)行計(jì)算。

(13)

(14)

利用指標(biāo)權(quán)重法，通過(guò)對(duì)m個(gè)指標(biāo)p1、p2pk的重要性進(jìn)行比較，當(dāng)pk比p1重要，則ekl=1，elk=0；當(dāng)pk和p1重要程度相同，則ekl=elk=0.5。通過(guò)這種方法得到描述上述5項(xiàng)指標(biāo)的矩陣為：

(15)

利用式(15)，根據(jù)該式矩陣的行和列，并按照其和的數(shù)值來(lái)進(jìn)行一定的排序后，將最大的指標(biāo)作為1，并根據(jù)表6進(jìn)行二元比較下的重要性程度判別。

表6 定量標(biāo)度和相對(duì)隸屬度間與語(yǔ)氣算子的關(guān)系表

根據(jù)表6可以得到上面5項(xiàng)工程質(zhì)量指標(biāo)非歸一化的向量：

W=(1,0.739,0.739,0.905,0.905)

(16)

進(jìn)行歸一化處理為：

W=(0.2332,0.1723,0.1723,0.2111,0.2111)

(17)

通過(guò)上述方法對(duì)各個(gè)層次的工程級(jí)別特征值進(jìn)行計(jì)算。

(1)單元工程。利用公式(9)能夠計(jì)算出分項(xiàng)工程的10項(xiàng)清理地基單元特征值為:

H1-1-1=1.030；H1-1-2=1.077；H1-1-3=1.673；H1-1-4=1.004；H1-1-5=1.660；H1-1-6=1.001；H1-1-7=1.017；H1-1-8=1.140；H1-1-9=1.550；H1-1-10=1.076；

同樣通過(guò)上述方式可以得到其他分項(xiàng)工程和單元工程的特征值。

(2)分項(xiàng)工程。利用公式(10)能夠計(jì)算出各個(gè)分項(xiàng)工程的單元特征值為:

H1-1=1.224；H1-2=1.246；H2-1=1.652；H2-2=1.124；H3-1=1.523；H3-2=1.100；H3-3=1.325；H3-4=1.233；H4-1=1.726；H4-2=1.812；H4-3=1.124；H5-1=1.165；H6-1=1.362；H7-1=1.236；H7-2=1.926。

(3)分部工程。利用公式(11)能夠計(jì)算出各個(gè)分部工程的單元特征值為:

H1=1.246；H2=1.309；H3=1.282；H4=1.472；H5=1.165；H6=1.362；H7=1.650，因此可以將它評(píng)為優(yōu)良等級(jí)。

(4)施工質(zhì)量評(píng)定。各分部工程(指標(biāo))權(quán)重由上述的二元比較法求得：

W=(0.082，0.082，0.173，0.173，0.141，0.191，0.157)

運(yùn)用公式(12)得到該單位工程質(zhì)量評(píng)定的級(jí)別特征值H=1.331，由此把它評(píng)為優(yōu)良等級(jí)。

4 結(jié)論

通過(guò)按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)用模糊綜合理論，并結(jié)合二元權(quán)重指標(biāo)比較法，對(duì)各個(gè)分層單元之間的質(zhì)量等級(jí)相對(duì)隸屬度進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算得到了各級(jí)別特征值。并將該理論運(yùn)用于江西柳林河總干渠下槐段，從第1層開(kāi)始逐層進(jìn)行分層計(jì)算，最終得到了各層以及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，并認(rèn)為項(xiàng)目可評(píng)為優(yōu)良等級(jí)，同時(shí)說(shuō)明了模糊綜合評(píng)價(jià)法在水利工程質(zhì)量評(píng)估中的適用性。