農(nóng)田混凝土襯砌渠道質(zhì)量模糊綜合評價

朱偉峰，何武全

(1.黑龍江省農(nóng)田水利管理中心，黑龍江 哈爾濱150040；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

農(nóng)田混凝土襯砌渠道工程質(zhì)量評價是農(nóng)田水利渠道工程項目質(zhì)量管理領(lǐng)域的重要課題，建立完善的農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量評價體系對于提高灌區(qū)渠道工程項目管理水平，確保節(jié)水灌溉工程項目質(zhì)量具有重要意義。

我國農(nóng)田水利工程因其規(guī)模小且分散在田間地頭等特點，目前在農(nóng)田水利工程這一領(lǐng)域，科學(xué)系統(tǒng)的工程質(zhì)量評價體系至今還未形成，只有少量研究報道[1-3]，但其針對性不強，評價系統(tǒng)不夠完善，使得工程質(zhì)量問題一直困擾著農(nóng)田水利工程項目預(yù)期效益的實現(xiàn)。因此筆者通過對其他相關(guān)行業(yè)工程質(zhì)量評價方法研究[4-7]，針對我國農(nóng)田水利工程的特點，嘗試?yán)媚：C合評價方法結(jié)合德爾菲法、層次分析法，對農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量的優(yōu)劣程度進行評價。評價指標(biāo)分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，定量指標(biāo)采用實測數(shù)據(jù)、定性指標(biāo)采用專家量化打分，再進行綜合評價，從而避免了單個環(huán)節(jié)的評價失誤而影響整體的評價結(jié)果。

1 模糊綜合評價模型原理

模糊綜合評價，就是對受多種因素影響的對象或事物進行綜合評價[8]，該方法通常是先對單個因素單獨評判，再對所有因素進行綜合評判。模糊綜合評判模型的步驟如下：

①確定評價對象：首先明確評價對象和內(nèi)容，A={A1，A2，…，An},其中A1，A2，…，An為參與評價的n個評價因子。文中評價對象是農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量。

②給出評價集：評價集就是將評判對象所有可能得到的評判結(jié)果建立成一個元素集，工程界一般指的是評價等級的劃分。通常用V表示，即V={v1，v2，…，vm}，其中可能的總的評判結(jié)果共有m個。本文將工程質(zhì)量等級劃分為良好、合格和不合格三個等級。

③給出因素集：通過分析研究后，確定出影響評判對象的因素集合，用B表示，B={B1，B2，…，Bx}，其中共有x個影響因素。

④計算隸屬度：就是確定評判對象對評價集中各元素的隸屬程度。即Ayi(Bi)=rij，這樣，就給出了B到V上的一個評判關(guān)系矩陣R。

⑤計算權(quán)重系數(shù)：通過計算得出各因素在評判中的權(quán)重系數(shù)，即A=(w1，w2，…，wm)，其中0

⑥模糊綜合評價：應(yīng)綜合所有因素的影響，得出正確的評判結(jié)果。

(1)

最終通常是根據(jù)最大隸屬度原則，得出綜合評價結(jié)果。此外，多級模糊綜合評價結(jié)果就是把下級評價結(jié)果構(gòu)成新的評判矩陣進行計算，這樣依此類推便會得到多級綜合評判結(jié)果。

2 構(gòu)建工程質(zhì)量模糊綜合評價體系

2.1 評價指標(biāo)體系

農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量評價，由于對其進行評價要考慮的因素很多，因此評價指標(biāo)的選取尤為重要，直接關(guān)系到研究各指標(biāo)權(quán)重的意義和最終評價結(jié)論是否合理可靠。

2.1.1 德爾菲法 德爾菲法，又名專家意見法。目前，德爾菲法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評價指標(biāo)體系的構(gòu)建研究領(lǐng)域之中。為了使問卷調(diào)查發(fā)揮最大效果，一般要對問卷調(diào)查結(jié)果進行相關(guān)性統(tǒng)計和計算，并分析結(jié)果，查找其原因，進一步完善評價指標(biāo)體系[9-10]。

(1)德爾菲法的實施步驟如下：

①編制專家調(diào)查表：通過大量的文獻、廣泛匯總國內(nèi)外專家現(xiàn)有的研究成果，提出初步的評價指標(biāo)體系。

②咨詢調(diào)查：經(jīng)典的德爾菲法一般要經(jīng)過四輪的咨詢。當(dāng)然，只要專家的意見已經(jīng)趨向一致，就可以結(jié)束咨詢。咨詢專家建議為15人以上，這樣得出的結(jié)果可信度較高。

③統(tǒng)計結(jié)果：收回專家調(diào)查表，運用相關(guān)統(tǒng)計指標(biāo)得出調(diào)查結(jié)果。

(2)相關(guān)統(tǒng)計指標(biāo):

①專家積極系數(shù)：是指專家對本研究關(guān)心和合作的程度，用問卷調(diào)查表的回收率來表示。回收率越高，說明專家們對該研究重視程度高，研究結(jié)果可信度高。

(2)

②等級和：等級和指某指標(biāo)專家評價的總得分，是描述該指標(biāo)的重要性。調(diào)查中，我們將指標(biāo)的重要性等級分為：不需要、一般、比較重要、重要、特別重要5個等級，最后分別賦值為1、2、3、4、5，當(dāng)?shù)燃壓蚐i≤2n時(n表示收回調(diào)查表的專家總數(shù))，表示該項指標(biāo)不需要，予以刪除。

(3)

式中，Si表示i指標(biāo)的等級和，Rij表示j專家對i指標(biāo)的評價等級。

2.1.2 評價指標(biāo)的確定 依據(jù)水利工程相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，遵循代表性、獨立性、客觀性、完備性和層次性的原則，采用德爾菲法，通過專家問卷調(diào)查，系統(tǒng)、準(zhǔn)確、全面科學(xué)地建立了評價指標(biāo)體系，并將評價指標(biāo)分為兩級，工程項目管理、工程原材料、渠基、混凝土襯砌施工、混凝土性能、外觀質(zhì)量和工程驗收資料等七個方面為一級指標(biāo)。在各一級指標(biāo)下又有若干二級指標(biāo)。由這些指標(biāo)建立起來的評價體系如表1所示。

2.2 評價指標(biāo)權(quán)重計算

為使指標(biāo)權(quán)重具有較高的代表性、客觀性、科學(xué)性，文中運用專家意見問卷調(diào)查與層次分析法，得出指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。

2.2.1 層次分析法 按照綜合評價指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，充分結(jié)合專家對指標(biāo)重要性打分意見結(jié)果，進行計算與檢驗，依據(jù)其結(jié)果，運用層次分析法最終得到指標(biāo)權(quán)重。按照T.L.Saaty方法，構(gòu)造兩兩對比矩陣aij的取值時，常引用1～9標(biāo)度方法(見表2)。

表1 農(nóng)田混凝土襯砌渠道質(zhì)量評價指標(biāo)體系

2.2.2 權(quán)重計算 在建立專家打分矩陣的基礎(chǔ)上，按照層次分析法原理計算各層次權(quán)重，計算步驟如下：

①計算各判斷矩陣最大特征值λmax，其所對應(yīng)的單位特征向量即為各指標(biāo)權(quán)重。

②完全一致性檢驗。檢驗方法如下：

以CI值作為度量判斷矩陣一致性的指標(biāo)

(4)

(5)

式中，CR為一致性對應(yīng)的比值，CI為一致性指標(biāo)，RI為平均隨機一致性指標(biāo)，n為判斷矩陣階數(shù)，λmax是判斷矩陣的最大特征值。

如果CR<0.1，則滿足一致性要求，求得的權(quán)重滿足要求。否則需重新調(diào)整判斷矩陣A，直到滿足要求為止。不同n值，RI的取值如表3所示。

2.3 評價指標(biāo)隸屬函數(shù)的確定

隸屬度的確定及隸屬函數(shù)關(guān)系的選取需要符合客觀規(guī)律，目前無法用理論來證明隸屬函數(shù)選擇效果的好壞，因此多數(shù)根據(jù)專家實踐經(jīng)驗，結(jié)合工程實際選擇隸屬函數(shù)類型。

評價指標(biāo)體系中既有定量指標(biāo)，亦有定性指標(biāo)。實際中定性指標(biāo)通常采用百分制專家打分評價，定量指標(biāo)則是依靠實測數(shù)據(jù)進行評價，所以構(gòu)造隸屬函數(shù)時須分類說明。結(jié)合評價集為良好、合格和不合格三個等級，則采用基于分段梯形函數(shù)結(jié)合求取各區(qū)間段中心平均解的方法構(gòu)造隸屬函數(shù)[11-14]，具體的隸屬函數(shù)如下：

表2 1～9尺度aij含義

表3 隨機一致性檢驗RI的數(shù)值

(1)定性指標(biāo)隸屬函數(shù)

定性指標(biāo)的評價通常采用專家打分法，則定性指標(biāo)的論域U=[0,100]，V=[良好，合格，不合格]，即V1、V2、V3，具體隸屬函數(shù)如下：

(6)

式中,x為指標(biāo)評分值；f1(x)為定性函數(shù)隸屬度。建立定性指標(biāo)各質(zhì)量等級隸屬函數(shù)，如圖1所示。

圖1 定性隸屬函數(shù)Fig.1 The quantitative membership function type

(2)定量指標(biāo)隸屬函數(shù)

定量評價指標(biāo)隸屬函數(shù)主要分為兩類：

①一般合格和良好標(biāo)準(zhǔn)為一閉合區(qū)間，超出這個區(qū)間均為不合格。如質(zhì)量評價中尺寸偏差就屬于這一類。為了方便，這類隸屬函數(shù)首先將誤差區(qū)間變換為絕對值區(qū)間進行評價。如：某一指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為：良好[a,b]，合格[b,c]，不合格>c，且a

(7)

式中,x為指標(biāo)評分值；f2(x)為定量函數(shù)隸屬度。建立定量評價指標(biāo)各質(zhì)量等級隸屬函數(shù)，如圖2所示。

圖2 定量隸屬函數(shù)類型(1)Fig.2 The quantitative membership function type (1)

②通常合格和良好標(biāo)準(zhǔn)為一區(qū)間，低于這個區(qū)間下限為不合格，高于上限通常考慮工程造價，規(guī)定超出這個上限一般為合格等級，則隸屬度為1。當(dāng)恰好為下限值時，規(guī)定屬于合格與不合格隸屬度各為0.5。如質(zhì)量評價中混凝土強度就屬于這一類。如設(shè)指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)為：合格[a,b]，良好[b,c]，不合格

(8)

上式中：x為指標(biāo)評分值；f3(x)為定量函數(shù)隸屬度。建立定量評價指標(biāo)各質(zhì)量等級隸屬函數(shù)，如圖3所示。

3 工程實例

以陜西省西安市某區(qū)2009年中央新增農(nóng)資綜合補貼小型農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)項目為例來構(gòu)建和驗證農(nóng)田小型混凝土渠道工程質(zhì)量評價模型，對工程質(zhì)量進行評價。

結(jié)合本地氣候情況和工程實際情況，則該工程質(zhì)量評價指標(biāo)體系包括7個一級指標(biāo)，32個二級指標(biāo)。根據(jù)各個二級評價指標(biāo)的各質(zhì)量等級制定的評定標(biāo)準(zhǔn)，其中有29個指標(biāo)采用專家評議打分方式，請10個專家對每個二級指標(biāo)依據(jù)制定的評價標(biāo)準(zhǔn)逐一評價。此外還有三個指標(biāo)(渠基壓實系數(shù)或相對密實度、混凝土襯砌鋪筑厚度、混凝土抗壓強度)采用實測數(shù)據(jù)得出評價等級。

根據(jù)上述二級指標(biāo)的打分評價結(jié)果及其權(quán)重值，依據(jù)模糊綜合評價方法，得出一級指標(biāo)工程質(zhì)量等級隸屬度向量，如表5。

根據(jù)農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量模糊評價模型，該工程的質(zhì)量評價結(jié)果為：

B=A×R=[0.399，0.601，0]

綜合評判結(jié)果表明，該工程項目的質(zhì)量良好、合格和不合格的隸屬度分別為39.9%，60.1%，0%。根據(jù)最大隸屬度原則，該項目質(zhì)量合格。利用雙權(quán)法將上述綜合評價結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的綜合評價值。通常采用百分制，對質(zhì)量的良好、合格和不合格分別記為92.5、77.5、60,得到VT={92.5,77.5,60}T。整個工程項目的質(zhì)量最終評價為S，則S=B×VT。若S≥85，則該工程的質(zhì)量評價等級為良好；如果85>S≥70，則該工程項目的質(zhì)量評價等級為合格；如果S<70，則該工程項目的質(zhì)量評價等級為不合格。計算得S=83.48。因85>S=83.48>70，評定該項目的質(zhì)量等級為合格，表示該項目的實際工況及工程功能基本滿足現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

圖3 定量隸屬函數(shù)類型(2)Fig.3 The quantitative membership function type (2)

一級指標(biāo)Level indicator權(quán)重Weighting二級指標(biāo)The secondaryindicator權(quán)重Weighting結(jié)果(均值)Result(mean)工程項目管理Project management0.06業(yè)主單位Proprietor0.1283.7設(shè)計單位Designer 0.0882.7施工單位Constructor0.4781.9監(jiān)理單位Supervisory unit0.2983.05質(zhì)量監(jiān)督單位Quality supervisionunit0.0483工程原材料Raw material0.38水Water0.0584水泥Cement0.4083.5粗骨料Coarse aggregate0.2182.4細骨料Fine aggregate0.2181.3伸縮縫填筑料Expansion jointfilling material0.1380.9渠基Canal base0.18尺寸Size0.2483.9密實度Compactness0.6282.5平整度Evenness0.1482.8砼襯砌施工Concrete liningconstruction0.18稱量誤差Weighing error0.3781.3拌合均勻性Mixing uniformity0.1081.8坍落度Slumps0.2281.1模板Mould0.0781.6鋪筑厚度Paving thickness0.100.25mm振搗Vibration/mixing0.0781.8分縫Parting0.0480.6養(yǎng)護Conserve0.0382.3混凝土Concrete0.21強度(C15)Strength (C15)118.58 MPa(23.9%)外觀質(zhì)量評定Appearance qualityevaluation0.03外部尺寸External dimension0.5178.5輪廓順直線Contour straight line0.0678.5表面平整度Surface evenness0.1978表面缺陷Surface imperfection0.0984.5伸縮縫Expansion joint0.1577.5工程驗收資料Engineeringacceptance data0.04驗收資料Acceptance data89.36

現(xiàn)將利用模糊綜合評價結(jié)果與工程竣工驗收給出的評價結(jié)果作比較，如表6。

從上述結(jié)果可以得出，文中提出的評價模型具有較強實用性，容易操作。不僅可以應(yīng)用于農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量評價工作之中，還可對工程實體質(zhì)量現(xiàn)狀評價，為工程改造實施計劃提供依據(jù)，評價模型也能給設(shè)計工作、施工管理工作提供借鑒。

表5工程質(zhì)量評價計算結(jié)果

Table 5 Calculation results of project quality evaluation

一級指標(biāo)Level indicator隸屬度 Membership良好Good合格Qualified不合格Unqualified工程項目管理Project management0.340.660工程原材料Raw material0.330.670渠基Canal base0.360.640砼襯砌施工Concrete lining construction0.260.740混凝土Concrete0.610.390外觀質(zhì)量評定Appearance quality evaluation0.090.910工程驗收資料Engineering acceptance data0.790.210

表6評價結(jié)果比較

Table 6 Comparison of evaluation results

評價方式Evaluation評價等級Rating備注For note工程驗收評價Project acceptanceevaluation合格Qualified五個分部,其中三個合格,二個良好,最終結(jié)果合格Of the five divisions, three were qualified, two good, qualified final result 模糊綜合評價模型Fuzzy comprehensive evaluation model合格Qualified模糊綜合評價模型得出的評價結(jié)果Evaluation results obtained by fuzzy comprehensive evalua-tionmodel

4 結(jié) 語

針對小型農(nóng)田水利工程的特點，采用德爾菲法提出農(nóng)田混凝土襯砌渠道質(zhì)量評價指標(biāo)體系；引入基于德爾菲法與層次分析法相結(jié)合的方法來計算指標(biāo)權(quán)重；依據(jù)模糊理論，建立了農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量模糊綜合評價模型；根據(jù)陜西省某工程的實際情況，應(yīng)用模糊綜合評價模型對該工程項目進行了實例分析。結(jié)果表明，農(nóng)田混凝土渠道工程質(zhì)量模糊綜合評價方法可行、有效，可以很好地應(yīng)用于小型農(nóng)田水利工程質(zhì)量管理中。