基于AHP群決策的三峽后續工作規劃航運項目實施評估模型

許 鵬， 劉敬賢， 陳淑楣， 何興昌，劉 康， 劉 奕

(1. 武漢理工大學 a. 航運學院; b. 內河航運技術湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430063；2. 長江航運發展研究中心， 湖北 武漢 430014； 3. 國家水運安全工程技術研究中心， 湖北 武漢 430063)

三峽后續工作規劃是在三峽工程由建設期轉入運行期，為順應三峽庫區及長江中下游重點影響區經濟社會發展形勢和要求而實施的一項綜合規劃。規劃于2011年5月18日由國務院常務會議審議批準，2012年起正式實施，規劃水平年為2020年，總投資1238億元[1-2]。航運規劃是三峽后續工作規劃的重要組成部分。截至2019年12月底，交通運輸部已實施了40個三峽后續工作規劃航運項目，分屬于基本建設、航道養護和科學研究3個類別。在交通運輸部的正確領導和長航局的精心組織下，上述項目實施成效顯著。但受限于航運項目類型、實施進度、實施內容等差異，長期以來在項目實際管理中對各項目實施的績效考核主要以定性評估為主，缺少定量的評估考核手段。如何構建一套科學、合理的定量評估模型，對航運項目的實施進行全面、準確和客觀的評估考核，已成為當前三峽后續工作規劃航運項目更加科學、高效管理的必然要求。

1 項目實施評估研究概述

基于國內外文獻研究的結果，目前常用的項目實施情況評估方法主要有層次分析法(AHP)[3]、神經網絡法[4]、灰色系統理論法[5-6]和F綜合評判[7-10]等。AHP法若單獨使用，需對評估指標進行簡化，從而可能導致最終評估結果偏差較大。人工神經網絡法能處理非線性、非局域性和非凸性的大型復雜系統，但評估模型需基于大量的訓練樣本。灰色系統理論法能在原始數據很少的情況下進行評估，但未考慮造成評估結果較低的原因。F綜合評判的基本思想是利用F線性變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評估事物相關的各個因素，對評估對象做出合理的綜合評判[11]。

評估對象三峽后續工作規劃航運項目實施是一個多層次、多因素的復雜系統，本身的含義是模糊的或不確定的，無法精確定義，其評估指標也沒有精確定義的判別標準。上述評估對象的模糊性或不確定性不是由于發生條件不充分而導致的，而是由于評估對象本身的概念不明確所引起的，是一類“亦此亦彼”的模糊性。本文在綜合考慮評估對象影響因素基礎上，引入AHP群決策確定評估指標權重，運用F綜合評判模型對評估對象做出綜合評判，恰好能反映這類“亦此亦彼”的模糊性，實現模糊現象明確化和定量化。鑒于評估對象指標眾多，層次結構復雜，為避免評估指標重要程度F子集難以分配的弊端，對這類復雜系統需運用多層次F綜合評判模型進行評估。

2 基于AHP群決策的評估模型構建

基于AHP群決策的三峽后續工作規劃航運項目實施評估模型的構建主要包括構建評估指標體系、建立因素集和評判集、確定評估指標權重、計算評估指標隸屬度、綜合評估結果計算及評估等級評判等5個主要步驟，其中關鍵和難點在于確定評估指標權重和隸屬度，詳見下圖1所示。

圖1 航運項目實施評估模型

2.1 構建評估指標體系

評估對象三峽后續工作規劃航運項目實施是一個層次多、因素多、邊界不清、交叉重疊的復雜系統，建立的評估指標體系要能準確、全面和系統的反映評估對象的整體特征[12-14]。結合基本建設、航道養護和科學研究3類項目特點，通過文獻研究和專家咨詢，按照系統性、完備性、主成分性、獨立性和可操作性的原則，從實施管理、目標內容及任務完成、實施效果和滿意度等4個維度，分別構建航運項目實施3級評估指標體系，其中航道養護類二級指標“經濟社會效益”的三級指標為降低航道維護難度、降低事故風險和提供就業崗位，其余評估指標與基本建設類均相同，詳見表1和表2。

2.2 建立因素集和評判集

因素集U是評估指標體系全部評估指標組成的集合。U=(U1,U2,U3,U4),Ui=(Ui1,Ui2,…,Uis)，Uij=(Uij1,Uij2,…,Uijk)，其中i=1,2,…,n，j=1,2,…,s。

評判集V是評估對象可能的評估等級所組成的集合。V={V1,V2,V3,V4}={優秀,良好,合格,不合格}，設定優秀分值區間為[90,100]，良好分值區間為[80,90)，合格分值區間為[70,80)，不合格分值區間為[0,70)。

2.3 確定評估指標權重

AHP法計算評估指標權重的過程依賴于專家對系統的認知程度，具有較強的主觀性。為減少這種主觀性，本文采用AHP群決策的方法來確定權重，以聚合專家個人排序的方式將多位專家的意見聚合，評估指標權重由多位專家分別給出的評估指標權重和專家自身權重組合得到[15-16]。AHP群決策方法計算評估指標權重的主要步驟如下：

(1)

(2)

式(2)中：n為專家數；r為評估指標級數，取值1,2,3；j為第r級評估指標數。

2.4 確定評估指標隸屬度

隸屬度是評估指標對評判集中評估等級的定量描述。確定評估指標隸屬度的首要工作是確定評估指標等級評定標準。通過查閱國內外相關文獻和專家咨詢，并結合實際管理情況，確定基本建設、航道養護和科學研究類項目評估指標等級評定標準，詳見下表1和表2所示。

表1 基本建設和航道養護類項目評估指標體系及等級評定標準

表2 科學研究類航運項目評估指標體系及等級評定標準

本文采用模糊數學方法確定評估指標的等級隸屬度，其關鍵和難點在于根據評估指標特點建立符合實際的等級隸屬函數。三峽后續工作規劃航運項目實施評估指標分為定性和定量兩類，其評估指標的等級隸屬度確定方法也不盡相同[18]。

2.4.1定性評估指標等級隸屬度的確定方法

1) 對規范管理、安全管理等易于給出確切評估標準的定性評估指標，選擇中間型矩形分布確定隸屬度，則評估指標Uijk的等級隸屬度Rijk為：

(3)

式(3)中：m=1,2,3,4，Rijk表示評估指標Uijk隸屬于評判等級Vm的程度。

2) 對實施效果、滿意度等難以給出確切評估標準的定性評估指標，利用F統計法確定隸屬度。

(4)

式(4)中：n為試驗次數；隨著n增大，隸屬頻率會呈現穩定性，頻率穩定值即為評估指標Uijk對評判等級Vm的隸屬度。

2.4.2定量評估指標等級隸屬度的確定方法

對定量評估指標需根據評估指標屬性，選擇恰當的F分布建立符合實際特點的隸屬度函數。本文中定量評估指標分為效益型和成本型兩類[19-20]，選擇梯形分布構建等級隸屬度函數：效益型指標為評估等級越高其對應數值越大的指標，如任務完成率、考核指標完成率等；而成本型指標則與之相反，如按時開工、按時完工、按時竣工等。

1) 對效益型定量評估指標，根據優秀和不合格的臨界值V1、V4(V1

(5)

(6)

(7)

(8)

2) 對成本型定量評估指標，其等級隸屬函數恰好與效益型評估指標相反，其等級隸屬函數Rijk為：

(9)

(10)

(11)

(12)

2.5 評估結果合成及評判

根據前文確定的評估指標權重及其隸屬度，構建評估指標權重向量W和模糊關系矩陣R，利用模糊合成算子，得到綜合評估結果B為：

(13)

式(13)中：i為一級指標編號，j為二級指標編號，k為三級指標編號，l為三級指標個數。

對綜合評估結果B進行歸一化處理得到最終評估結果B*。結合已設定評判集的各臨界值，得到航運項目實施評估得分S為：

S=B*°VT=

(14)

根據航運項目實施評估得分S，最終可判定該項目實施評估等級。

3 算例

以三峽庫區應急避險區建設一期工程(項目1)、長江三峽水庫變動回水區礙航礁石炸除一期工程(項目2)和武鋼長江碼頭三峽工程影響處理工程(項目3)等三個基本建設類項目為評估對象，對評估模型的可用性和有效性進行驗證。根據前文構建基本建設類項目實施評估指標體系，設計基本建設類項目評估指標權重和實施效果、滿意度等定性評估指標隸屬度調查問卷。本次向各級主管部門管理人員、行業專家和航運企業代表分別發放權重調查問卷10份、隸屬度調查問卷30份，回收有效權重調查問卷7份和隸屬度調查問卷30份。

3.1 評估指標權重計算結果

根據回收的7份有效權重調查問卷，運用AHP群決策的方法計算評估指標權重結果如下：

1) 利用yaahp軟件計算專家給出的三級評估指標對評估對象的權重如下表3所示。

2) 運用SPSS數據分析軟件對表3中群決策專家進行分類，得到聚類譜系圖，如圖2所示：

圖2 聚類譜系圖

表3 各專家給出的三級評估指標對評估對象的權重

通過聚類譜系圖和方差分析，群決策專家分成兩類時，不同類別之間的三級指標權重的差異顯著，故此種分類方式較為合適。根據公式(1)計算各專家自身權重如表4所示：

表4 專家自身權重

表5 評估指標組合權重

3.2 評估指標隸屬度確定結果

根據項目1、項目2和項目3的實際管理情況和回收的30份隸屬度調查問卷統計結果可知，上述項目的三級評估指標具體取值如表6所示。

根據表6中各項目三級評估指標取值和2.4節確定的評估指標隸屬度計算方法，計算項目1、項目2和項目3的三級評估指標隸屬度如表7所示。

表6 三級評估指標取值

表7 三級評估指標隸屬度

3.3 綜合評估結果及驗證

按公式(13)和公式(14)計算出項目1的實施評估結果如下：

B項目1=

S項目1=B*·VT=92.7

同理，可計算項目2和項目3的實施評估結果為：

B項目2=(0.900 0.074 0.033 0.012)

S項目2=93.4

B項目3=(0.487 0.404 0.094 0.034)

S項目3=88.6

由此可判定，三峽庫區應急避險區建設一期工程(項目1)和長江三峽水庫變動回水區礙航礁石炸除一期工程(項目2)的實施評估等級均為“優秀”，武鋼長江碼頭三峽工程影響處理工程(項目3)的實施評估等級為“良好”。而近年來水利部(原國務院三峽辦)的項目稽查和交通運輸部長江航務管理局的項目監督檢查結果均顯示，項目1、項目2的實施情況相對較好，項目3的實施情況則相對較差，這與項目1、項目2和項目3的實施評估等級相符，評估模型的可用性和有效性得到了進一步驗證。

4 結語

本文從三峽后續工作規劃航運項目實施的全過程出發，基于AHP群決策、系統聚類法和F綜合評判等理論方法，建立了一個適應不同類別三峽后續工作規劃航運項目實施的定量評估模型。評估模型相比傳統的項目實施評估模型，指標權重確定的準確性得到一定程度的提高，指標隸屬度的確定方法更科學可用，可實現對三峽后續工作規劃航運項目實施情況的全面、準確和客觀的量化評估。評估模型不僅可為相關主管部門加強三峽后續工作規劃航運項目績效考核評估提供科學依據，還可廣泛應用于其他類似項目實施評估中。