基于層次分析法的排水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估體系研究

江 濤 邢翰文

（中電建十四局城市建設(shè)投資有限公司，廣州南沙 511470）

排水管網(wǎng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，具有維持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的作用[1]。排水管網(wǎng)的完備程度和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況可以衡量城市的發(fā)展水平，直接影響城鎮(zhèn)居民的生活品質(zhì)[2]。因此，建立合理的排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)體系具有重要意義。在給水工程方面，張軼群[3]構(gòu)建給水廠運(yùn)營(yíng)狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，對(duì)多個(gè)實(shí)際水廠進(jìn)行案例分析，評(píng)估給水廠在處理工藝、運(yùn)營(yíng)管理等方面的優(yōu)勢(shì)與不足，指導(dǎo)給水廠進(jìn)行合理的工藝改造。余鵬均等[4]對(duì)給水管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行多維評(píng)價(jià)，從管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、水力、水質(zhì)等方面出發(fā)，構(gòu)建給水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，直觀表現(xiàn)給水管網(wǎng)健康性等級(jí)，可以直接用于指導(dǎo)工程應(yīng)用。在排水系統(tǒng)方面，研究主要為對(duì)污水廠運(yùn)行效能的評(píng)價(jià)，排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估相關(guān)的研究較少。

對(duì)多因素影響問(wèn)題進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的方法包括層次分析法、灰色系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。其中，層次分析法具有良好的系統(tǒng)性，結(jié)果可靠度高、誤差較小，但權(quán)重的評(píng)估具有一定的主觀性。在具體實(shí)施時(shí)，需咨詢具有專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)人士，對(duì)各專家的結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，消除方法本身帶來(lái)的不確定性，采用多位專家意見(jiàn)的均值可以有效保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠度。因此，本研究采用層次分析法建立排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估體系，篩選排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)典型影響因素，通過(guò)專家咨詢法確定指標(biāo)權(quán)值，為排水管網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)及改造提供指導(dǎo)。

1 排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估體系建立

1.1 體系框架

（1）構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型。

構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型時(shí)，將能夠影響主要指標(biāo)的各類因素按邏輯進(jìn)行從屬關(guān)系總結(jié)。層次結(jié)構(gòu)模型決定各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系，對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)性、合理性具有重要影響，需全面考慮，謹(jǐn)慎篩選，合理排布。

（2）構(gòu)造判斷矩陣。

層次結(jié)構(gòu)建立后，根據(jù)各層次內(nèi)指標(biāo)的設(shè)置情況，得到各指標(biāo)層的判斷矩陣，方便專家對(duì)同一層次內(nèi)的各種因素進(jìn)行比較，使結(jié)果具有更強(qiáng)的科學(xué)性。

（3）確定權(quán)重。

根據(jù)專家咨詢得到的判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到各指標(biāo)權(quán)重。本研究采用方根法，計(jì)算判斷矩陣的最大特征值與特征向量，結(jié)果為權(quán)重。

（4）一致性檢驗(yàn)。

對(duì)構(gòu)造的矩陣最大特征值進(jìn)行計(jì)算，確定其是否滿足層次分析法要求。一致性存在問(wèn)題時(shí)需進(jìn)行修正。

本研究針對(duì)層次分析法運(yùn)用的特點(diǎn)，咨詢業(yè)內(nèi)具有多年排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)的專家，對(duì)專家意見(jiàn)進(jìn)行綜合分析，取均值作為最終結(jié)果，結(jié)果具有合理性和準(zhǔn)確性。

影響排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的因素?cái)?shù)量多且關(guān)系繁雜，從科學(xué)性出發(fā)，需將所有指標(biāo)全部納入評(píng)價(jià)體系，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的全面性。但實(shí)際操作中很難獲取所有指標(biāo)的參數(shù)，需結(jié)合實(shí)際情況對(duì)各指標(biāo)的重要性、可操作性進(jìn)行考量，總結(jié)具有代表性且易于操作的指標(biāo)。本研究在大量調(diào)研實(shí)際工程的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家意見(jiàn)，最終選取9項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建排水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估體系。

本研究中，評(píng)估體系分三級(jí)，一級(jí)指標(biāo)層為總目標(biāo)，即排水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估；二級(jí)指標(biāo)層從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、服務(wù)三個(gè)方面對(duì)排水管網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分；三級(jí)指標(biāo)層具體各可衡量的指標(biāo)。

排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估體系框架如表1所示。

表1 排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估體系框架

1.2 指標(biāo)解釋及分值設(shè)定

為保證權(quán)值能夠真實(shí)反映各指標(biāo)的重要性，指標(biāo)分值區(qū)間均為1～5分。

（1）管材（A1）。

不同管材的管道具有不同的耐久性，采用耐久性強(qiáng)的管材更有利于保障排水管網(wǎng)的正常運(yùn)行。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)報(bào)道，本研究對(duì)常見(jiàn)管材分配分值，鋼制排水管（5分），PE、PVC管（4分），鋼筋混凝土管（3分），混凝土管（1分）。

（2）管齡（A2）。

排水管管齡大利于排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，管齡小于5年（5分）、5～10年（4分）、10～15年（3分）、15～20年（2分）、大于20年（1分）。

（3）施工質(zhì)量（A3）。

根據(jù)市政公用工程施工總承包資質(zhì)劃分施工質(zhì)量評(píng)分等級(jí)，特級(jí)（5分）、一級(jí)（4分）、二級(jí)（3分）、三級(jí)（1分）。

（4）接口形式（A4）。

排水管道中的常見(jiàn)接口形式包括剛性接口和柔性接口。其中，柔性接口更易適應(yīng)環(huán)境變化，維持排水管道的順利運(yùn)行。因此，采用柔性接口得5分，剛性接口得1分。

（5）排水管網(wǎng)維護(hù)年投入/排水管道年收益（B1）。

排水管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)因素主要從投入和收益兩方面進(jìn)行衡量。排水管網(wǎng)維護(hù)年投入主要用于排水管網(wǎng)日常維護(hù)保養(yǎng)和發(fā)生爆管等問(wèn)題時(shí)的搶修，排水管道年收益由收取的污水處理費(fèi)按比例分配。本研究規(guī)定，排水管網(wǎng)維護(hù)年投入與年收益比值：小于0.2（5分）、0.2～0.4（4分）、0.4～0.6（3分）、0.6～0.8（2分）、大于0.8（1分）。

（6）污水收集率（C1）。

污水收集率可以反映排水管網(wǎng)運(yùn)行效果。本研究規(guī)定，污水收集率：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、90%～95%（4分）、大于95%（5分）。

（7）管網(wǎng)覆蓋區(qū)域比例（C2）。

管網(wǎng)覆蓋區(qū)域比例反映排水管網(wǎng)的實(shí)際服務(wù)范圍，比例高表明排水管網(wǎng)的建設(shè)完善。本研究規(guī)定，管網(wǎng)覆蓋區(qū)域比例：小于50%（1分）、50%～70%（2分）、70%～90%（3分）、大于90%（5分）。

（8）排水體制（C3）。

排水體制分為合流制和分流制。合流制排水系統(tǒng)對(duì)水體收納及污水廠運(yùn)行一般具有較大的不利影響。因此，本研究規(guī)定，合流制排水管道占總排水管道長(zhǎng)度比例：小于10%（5分）、10%～30%（4分）、30%～50%（3分）、50%～80%（2分）、大于80%（1分）。

（9）排水管網(wǎng)密度（C4）。

排水管網(wǎng)密度是衡量城市排水管網(wǎng)運(yùn)行情況的重要指標(biāo)，最高取值16 km/km2，最低取值2 km/km2[5]。本研究規(guī)定，排水管網(wǎng)密度：2～4 km/km2（1分）、4～7 km/km2（2分）、7～10 km/km2（3分）、10～13 km/km2（4分）、13～16 km/km2（5分）。

1.3 指標(biāo)權(quán)值確定

本研究通過(guò)專家咨詢法確定各指標(biāo)權(quán)值。打分采用1-9標(biāo)度法，專家根據(jù)重要性比較進(jìn)行打分。通過(guò)專家得分獲得判斷矩陣，由方根法計(jì)算得各專家所給的指標(biāo)權(quán)值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[6]，取所有專家打分結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果[7]。指標(biāo)權(quán)值如表2所示。

表2 指標(biāo)權(quán)值

根據(jù)權(quán)值代入對(duì)應(yīng)分值，可以確定目標(biāo)區(qū)域排水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)分。

2 案例分析及對(duì)策建議

本研究對(duì)長(zhǎng)沙市某區(qū)域排水管網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，給出相應(yīng)的對(duì)策和建議。

目標(biāo)區(qū)域指標(biāo)得分如表3所示。

表3 目標(biāo)區(qū)域指標(biāo)得分

結(jié)合權(quán)值，計(jì)算得該區(qū)域排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)分為3.0分，歸一化分值為0.6。分析評(píng)分體系，該區(qū)域主要的問(wèn)題為需要改善排水體制，合流制排水管道長(zhǎng)度占比較高，污水收集率較低，部分污水未能收集進(jìn)入水廠處理，結(jié)果與該區(qū)域排水管網(wǎng)較為老舊的特點(diǎn)相符。在技術(shù)因素方面，區(qū)域排水管道狀況較好。根據(jù)以上分析，建議該區(qū)域進(jìn)行雨污分流改造及排水管網(wǎng)擴(kuò)建，現(xiàn)有管道可以盡量保留，無(wú)須更換。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究基于層次分析法構(gòu)建排水管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)估體系，對(duì)體系各指標(biāo)分?jǐn)?shù)賦值區(qū)間進(jìn)行界定，以專家意見(jiàn)為指導(dǎo)，分配各指標(biāo)權(quán)值，保證指標(biāo)體系的合理性。將該體系運(yùn)用至長(zhǎng)沙市某實(shí)際排水管網(wǎng)評(píng)估上，得到該管網(wǎng)狀態(tài)評(píng)分為3.0分。評(píng)估體系很好地揭示區(qū)域管網(wǎng)的特點(diǎn)，為排水管網(wǎng)改造指明方向，具有較強(qiáng)的工程指導(dǎo)意義。