基于層次分析理論的高速公路隧道消防水源方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

錢經(jīng)緯, 楊順生

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

在目前的高速公路隧道消防水源方案評(píng)價(jià)中，依靠主觀判斷從單一或若干指標(biāo)進(jìn)行決策。通過(guò)從內(nèi)部因素和外部因素羅列評(píng)價(jià)指標(biāo)，并定性的評(píng)價(jià)方案確實(shí)可以規(guī)避掉一些主觀隨意性，但仍然不能建立較為客觀且實(shí)用的評(píng)價(jià)方法。從最初的高速公路隧道消防水源方案的偏主觀選擇與介紹，到后來(lái)引入SWOT矩陣分析法從優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、機(jī)會(huì)、威脅四個(gè)方面闡述五種取水方案進(jìn)行選擇，盡可能的避免主觀偏好進(jìn)行水源方案選擇。隨著高速公路隧道消防水源方案比選研究不斷深入，建立一套方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系越來(lái)越重要。

1 水源方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立一個(gè)科學(xué)的指標(biāo)體系應(yīng)滿足全面性、合理性、系統(tǒng)性、可比性及差異性五個(gè)基本要求。根據(jù)指標(biāo)的自身屬性和性質(zhì)篩選為定性與定量?jī)纱箢悾诳偨Y(jié)大廣高速黃龍帶隧道、渝廣高速華鎣山隧道、成自瀘高速吉口隧道等國(guó)內(nèi)多條重點(diǎn)高速公路隧道消防工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并征求專家意見(jiàn)后建立起評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。羅列消防水源選取及必選的關(guān)鍵性指標(biāo)，分類并整理后將消防水源方案指標(biāo)體系劃分為4大準(zhǔn)則層：技術(shù)方案、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響、運(yùn)營(yíng)及管理。

技術(shù)方案是體系的核心，因?yàn)槠洳粌H與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，也直接影響運(yùn)營(yíng)及管理。技術(shù)方案分為技術(shù)條件和主要工程量，并向下繼續(xù)細(xì)分指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)性包含土建工程投資費(fèi)用、設(shè)備材料購(gòu)置費(fèi)用(含電力自控等電氣設(shè)備安裝及購(gòu)置費(fèi)用)、相關(guān)工程費(fèi)用；環(huán)境影響包含對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響和對(duì)水環(huán)境影響；運(yùn)營(yíng)及管理包含后期運(yùn)營(yíng)和后期管理及維護(hù)。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系指標(biāo)權(quán)重的確定

為確定各準(zhǔn)則層和指標(biāo)之間的重要性，采用賦權(quán)的方法來(lái)確定。其中層次分析法(AHP)通過(guò)對(duì)指標(biāo)兩兩比較相對(duì)重要性程度，并利用矩陣運(yùn)算各指標(biāo)在該準(zhǔn)則層內(nèi)的權(quán)重值，最終得出指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重值。建立判斷矩陣A={axy},其中aij的含義為第x個(gè)指標(biāo)與第y個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較，第y個(gè)因素與第x個(gè)因素的相對(duì)重要性。兩個(gè)基本指標(biāo)相對(duì)于總目標(biāo)的重要性取值采用1～9標(biāo)度法。采用MATLAB對(duì)判斷矩陣求解出權(quán)向量，然后對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。當(dāng)一致性比例指標(biāo)CR不具有滿意一致性時(shí)，將重新調(diào)整判斷矩陣中各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性及取值，直到能夠具備滿意一致性。

2.1 準(zhǔn)則層對(duì)于總目標(biāo)的相互比較及權(quán)重計(jì)算

采用1～9標(biāo)度法，關(guān)于4個(gè)子則層和總目標(biāo)重要性比較的結(jié)果如表1所示。

表1 4個(gè)子準(zhǔn)則層和總目標(biāo)重要性比較

對(duì)應(yīng)的判斷矩陣為：

計(jì)算采用軟件Matlab7.0，結(jié)果為λmax=4.072。

為保證4個(gè)準(zhǔn)則層權(quán)重向量和為1，針對(duì)特征值λmax對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一計(jì)算的權(quán)重向量V={0.2707,0.4182,0.1906,0.1205}。

2.2 子準(zhǔn)則層內(nèi)相對(duì)重要性比較

采用1～9標(biāo)度法用如上的方法先依次開(kāi)展子準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)相互比較，再依次計(jì)算指標(biāo)相對(duì)于總目標(biāo)及相對(duì)于子準(zhǔn)則層的權(quán)重值。

2.2.1 技術(shù)方案準(zhǔn)則層

技術(shù)方案準(zhǔn)則層分為技術(shù)條件和主要工程量?jī)蓚€(gè)子準(zhǔn)則層，先計(jì)算子準(zhǔn)則層相對(duì)于技術(shù)方案的權(quán)重值(表2)，再依次對(duì)技術(shù)條件和主要工程量?jī)蓚€(gè)子準(zhǔn)則層內(nèi)開(kāi)展比較和權(quán)重計(jì)算(表3、表4)。

表2 兩個(gè)子準(zhǔn)則層對(duì)技術(shù)方案的相對(duì)重要性比較

表3 技術(shù)條件子準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較

表4 技術(shù)條件子準(zhǔn)則層各指標(biāo)的相對(duì)重要性比較

2.2.2 經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則層

經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較見(jiàn)表5。

表5 經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較

2.2.3 環(huán)境影響準(zhǔn)則層

環(huán)境影響準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較見(jiàn)表6。

表6 環(huán)境影響準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較

2.2.4 運(yùn)營(yíng)及管理準(zhǔn)則層

運(yùn)營(yíng)及管理準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較見(jiàn)表7。

表7 運(yùn)營(yíng)及管理準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)的相對(duì)重要性比較

2.3 各指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重計(jì)算

采用2.1節(jié)描述的方法和2.2節(jié)相對(duì)重要性比較結(jié)果，計(jì)算出各指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重及子準(zhǔn)則層對(duì)于總目標(biāo)的權(quán)重(表8)。

表8 消防水源評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系指標(biāo)權(quán)重表的分析運(yùn)用

14個(gè)基本指標(biāo)根據(jù)其性質(zhì)可以分為兩類：定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。其中關(guān)于技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則層主要為定量指標(biāo)，其指標(biāo)來(lái)源于設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；關(guān)于環(huán)境影響和運(yùn)營(yíng)及管理準(zhǔn)則層主要為定性指標(biāo)，其指標(biāo)影響效果來(lái)源于綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)水源方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并結(jié)合層次分析法，定義各指標(biāo)對(duì)方案的評(píng)價(jià)過(guò)程為一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)，4個(gè)一級(jí)準(zhǔn)則層內(nèi)指標(biāo)對(duì)于方案的評(píng)價(jià)為二級(jí)綜合評(píng)價(jià)。

對(duì)于技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性這2個(gè)一級(jí)準(zhǔn)則層，指標(biāo)基本為定量指標(biāo)且可以根據(jù)方案設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)定量化處理，針對(duì)技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性2個(gè)一級(jí)準(zhǔn)則層內(nèi)的定量指標(biāo)，適合采用灰色理論分析。如先基于模糊理論將定量指標(biāo)數(shù)值模糊化，則原可定量化指標(biāo)模糊化且?guī)в兄饔^偏好性了，影響最終的分析判斷。灰色關(guān)聯(lián)度法可直接利用待評(píng)價(jià)方案的各定量指標(biāo)計(jì)算數(shù)值，通過(guò)確定理想最優(yōu)方案的指標(biāo)效果評(píng)價(jià)向量，并計(jì)算各方案相對(duì)于理想最優(yōu)方案的灰色關(guān)聯(lián)度，開(kāi)展方案排序。

3.1 模糊層次分析

水源方案的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)過(guò)程即為單指標(biāo)對(duì)總目標(biāo) 的評(píng)價(jià)，或多指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的評(píng)價(jià)。設(shè)第i類的第j個(gè)指標(biāo)為Aij，Aij對(duì)于第k個(gè)方案的模糊隸屬度為Aijk。由此得出單個(gè)指標(biāo)的評(píng)判隸屬度矩陣，即向量Rij={rij1，rij2，...}。其中隸屬度的含義為當(dāng)僅考慮Aij指標(biāo)時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果選取第K個(gè)方案的合理程度。同理適用于二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)過(guò)程，即多指標(biāo)對(duì)于總目標(biāo)的影響。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

相對(duì)而言，技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性采用的是相對(duì)確定的數(shù)值，可以采用灰色關(guān)聯(lián)度法將待評(píng)價(jià)方案的某個(gè)定量指標(biāo)計(jì)算數(shù)值。通過(guò)確定最優(yōu)方案的指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算該方案對(duì)理想最佳方案的灰色關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)數(shù)值大小繼續(xù)排序。

4 小結(jié)

隧道消防水源方案的綜合評(píng)價(jià)過(guò)程是一項(xiàng)復(fù)雜的且受多方面影響的系統(tǒng)價(jià)值工程，根據(jù)實(shí)際復(fù)雜情況(如地質(zhì)、地下水情況或業(yè)主偏好等)的水源方案需要考慮的側(cè)重點(diǎn)也不同。