高速公路机电设备养护预算定额幅度差分析与计算

朱　熹，钱　超，许宏科，郭航雄

(1.长安大学 电子与控制工程学院， 西安　710064； 2.陕西省交通建设集团公司， 西安　710075)



高速公路机电设备养护预算定额幅度差分析与计算

朱熹1，钱超1，许宏科1，郭航雄2

(1.长安大学 电子与控制工程学院， 西安710064； 2.陕西省交通建设集团公司， 西安710075)

摘要：对高速公路机电养护定额幅度差影响因素进行分析，根据影响幅度差的各指标分析确定各指标下的影响因素，提出包括目标、指标、影响因素的3层幅度差层次结构模型，并利用熵权法计算各影响因素权重和利用模糊层次分析法计算各指标权重，从而将测算数据与专家经验进行有效结合。计算得出的机电养护人工、机械幅度差在合理范围内，提出的计算模型能够提高高速公路机电设备养护预算定额水平，达到科学计量机电设备养护人工、材料以及机械实物消耗量的目的。

关键词：机电设备养护；预算定额幅度差；影响因素；计算模型

随着高速公路通车里程和通车年限增长，高速公路养护工作量大幅增加。机电设备养护管理作为高速公路运营管理的一部分，在保证高速公路“安全、高速、畅通、舒适”的运营过程中，发挥着越来越重要的作用。科学、合理地确定高速公路机电设备养护工程项目中人工、机械、材料实物消耗量，进行高速公路机电养护定额及预算编制研究已成为高速公路养护投资管理中一个迫切需要解决的问题，也是当前实行“管养分离”，将高速公路机电养护推向外包市场的技术条件和基础性工作。

养护预算定额是计算养护预算费用的基础，预算编制质量的高低直接影响到业主和养护单位的经济利益。由施工定额综合为预算定额的幅度差的准确性直接影响到预算定额水平，从而严重影响养护预算费用的编制。因此，开展高速公路机电养护预算定额幅度差研究，科学计量机电设备养护的人工、材料以及机械实物的消耗量，对于科学制定养护计划，保证合理的养护投入，推行机电养护市场化都很有必要和意义。

1幅度差概念

通常，在定额编制时，只通过测算来确定人工和机械、仪器仪表定额是很难保证其准确性的，因为机电设备养护过程中存在一些无法测算或无法估计的工作时间以及影响效率的各种因素[1]。因此，人工工日和机械、仪器仪表台班数应在综合施工定额的基础上增加一定的幅度，增加幅度与原数之比即为幅度差，而单位原数与幅度差之和为幅度差系数。机电养护预算定额幅度差分为人工幅度差和机械幅度差。

2幅度差影响因素分析

高速公路机电系统的养护工作包括设备的外观除尘、内部除尘、结构调整与紧固、功能检查与测试、设备线路检查以及接地和防雷检查、机架的防锈保养等。根据机电系统设备养护工作的实施时间和技术繁简程度，可以将养护等级划分为5级，分别为巡检级、外部清洁养护级、内部清洁养护级、定期检修级、功能评估级。本文以3级养护(内部清洁养护级)为例展开讨论。3级养护主要是对机电设备内部除尘清洁处理，检查相关线路，对磨损严重的零部件及时进行维修更换，调整其机械部件的位置，关键部件的保养(添加润滑油等)，进行部分设备的基本功能测试与调试[2-3]。根据实地调研和专家经验对机电设备3级养护工作过程以及养护内容进行分析和总结，可以得出机电设备3级养护中预算定额幅度差的影响因素，如表1所示[4-6]。

表1　机电设备3级养护预算定额幅度差影响因素

3幅度差计算模型设计

3.1模糊层次分析法

3.1.1模糊层次分析法概述

模糊层次分析法是模糊评价法与层次分析法的结合。层次分析法是一种由美国运筹学家A.L.Satty提出的定性问题与定量问题相结合的数学分析方法，它通过将多属性分析问题分解为若干层次和若干因素，建立层次结构模型，构造判断矩阵，通过层次单排序和层次总排序计算出各层次要素相对于总目标的组合权重。层次分析法适用于指标较多且不易量化的分析问题，不仅紧密地将分析者的主观判断及推理联系起来，而且可避免分析者在结构复杂和方案较多时的逻辑推理上产生失误[5]。但许多分析问题中因素对目标的影响程度是难以准确描述的，是具有模糊性的，而模糊评价法应用隶属函数对具有模糊性的指标进行处理，用隶属函数描述方案的得分来量化指标评价值，能较好地解决模糊的、难以量化的问题[7]。本文机电养护预算定额幅度差分析需考虑多方面指标，而这些指标对幅度差的影响程度也是难以准确描述的，是具有模糊性的，因此引入模糊层次分析法。

3.1.2模糊层次分析法计算步骤

1) 建立层次结构模型。

根据机电养护预算定额幅度差的影响因素建立幅度差层次结构模型。

2) 指标打分。

采用专家打分法根据各指标对上一层的影响程度差异进行打分，打分范围为[1，10]。其中，影响程度最大的因素为10分，影响程度最小的因素为1分，影响程度处于中间的因素在1～10之间取值。分值越大则影响程度越大。

3) 构建模糊互补判断矩阵。

综合各位专家的评分结果得出平均值b，根据式qij=bi/bj，得出矩阵Q。式中，qij为矩阵Q的元素；bi和bj表示任意2个元素。将矩阵Q转换为模糊互补判断矩阵P，矩阵P表示针对上一层元素，本层次与之相关元素的相对重要性的比较。为了使任意2个元素的相对重要程度得到定量描述，采用 0.1～0.9标度给予数量标度，如表2所示。

表2　模糊互补判断矩阵标度

4) 模糊互补判断矩阵的一致性检验及一致性改进方法。

P的偏好矩阵为V，V=(vij)n×n，通过偏好矩阵V求出可达矩阵T，T=V(3)，V定义如下：

(1)

式中：pij为模糊互补判断矩阵P的元素；Vij为偏好矩阵V的元素。

(1) 求P的可达矩阵T，如T的对角线元素均为0，则矩阵P具有满意一致性，转到(6)；否则进行下一步计算[9]。

(2) 构造完全一致矩阵R=(rij)n×n和矩阵C=(cij)n×n，计算方法如下：

(2)

cij=pij-rij∀i,j∈I

(3)

式中：rij为完全一致矩阵R的元素；cij为矩阵C的元素。

(3) 找出矩阵C中使|cij|达到最大值的i,j即为s,t。

(6) 结束。

5) 计算各指标权重。

计算方法为：

(4)

a常取(n-1)/2，n为指标个数，得到指标权重W1：

W1=(w1,w2,w3,…,wn)T

(5)

3.2熵权法述

3.2.1熵权法概述

熵权法是一种客观的赋权方法，它是利用各影响因素的熵值所提供的信息量大小来决定影响因素权重的方法。熵原本是一个热力学概念，它最先由申农引入信息论，现已在工程技术、社会经济领域得到十分广泛的应用。信息论中信息熵表示系统的有序程度，一个系统的有序程度越高则信息熵就越小；反之，一个系统的无序程度越高则信息熵就越大。因此，可以根据各项影响因素值的差异程度，利用信息熵这个工具来计算各影响因素的权重[1,8]。

3.2.2熵权法计算步骤

1) 归一化处理。

首先对第i个影响因素下的第j个机电设备影响因素时间值Xij进行归一化处理，计算比重Yij，即

(6)

式中：m为机电设备个数。

2) 计算熵值。

对于第i个影响因素，利用该影响因素下的各Yij计算它的熵值Ei，即

(7)

3) 计算差异系数。

计算第i个影响因素的差异系数Gi，其定义为：

Gi=1-Eii=1,2,…

(8)

4) 权重计算。

对差异系数进行归一化处理后可得到每个指标的权重Wi，即

(9)

最后，计算得到影响因素权重W2，n为影响因素个数：

W2=(w1,w2,w3,…,wn)T

(10)

3.3幅度差计算模型

结合熵权法和模糊层次分析法，本文提出如图1所示的高速公路机电设备养护预算定额幅度差计算模型。先通过熵权法对影响因素时间进行计算得出影响因素权重，然后通过模糊层次分析法对各指标专家打分结果进行计算得出指标权重，最后根据基础时间幅度差、影响因素权重和指标权重计算出每个影响因素相对于目标的幅度差。

图1　机电养护预算定额幅度差计算模型

4幅度差实例计算

4.1搭建幅度差层次结构模型

本文以ETC出口收费车道为例，计算机电养护预算定额人工幅度差。人工幅度差层次结构模型如图2所示。人工幅度差受下一层9个指标影响，而不同的指标下面由若干影响因素组成。

图2　人工幅度差层次结构模型

4.2模糊层次分析法计算指标权重

1) 指标打分。邀请5位机电养护方面的专家和经验丰富的养护人员，根据养护ETC出口收费车道机电设备时9个指标对人工幅度差的影响程度差异进行打分，打分结果如表3所示。

表3　人工幅度差各指标影响程度差异打分结果　分

2) 构建模糊互补判断矩阵。

根据综合后各指标的专家打分结果，按qij=bi/bj，得到矩阵Q。

按照下式将矩阵Q转换为模糊互补判断矩阵P。

(11)

3) 检验模糊互补判断矩阵一致性。

根据式(1)求得P的偏好矩阵为V，同时按照T=V(3)求出可达矩阵T。 由于T的对角线元素均为0，所以矩阵P具有满意一致性。

4) 计算指标权重。

由于模糊互补判断矩阵P具有满意一致性，不需调整，故根据式(4)可得指标权重W1：

W1=(0.169 4, 0.080 6, 0.102 8, 0.130 6, 0.080 6, 0.077 8, 0.130 6, 0.130 6, 0.097 2)T

4.3熵权法计算影响因素权重

1) 归一化处理影响因素时间。

通过实地调研、历史资料整理以及试验得出养护ETC出口收费车道设备的影响因素时间，如表4所示。根据式(6)将表4数据归一化处理，结果如表5所示。

2) 计算影响因素熵值、差异系数和权重。

根据式(7)、式(8)分别计算出影响因素熵值、差异系数，然后按式(9)得出影响因素权重，结果如表6所示。

表4　ETC出口收费车道设备养护影响因素时间　min

表5　ETC出口收费车道设备养护影响因素时间归一化结果

表6　影响因素熵值、差异系数和权重

4.4幅度差计算

根据表4数据，按照下式计算各影响因素对应的基础时间幅度差α，Xi为影响因素i下对各设备的影响因素时间，再根据基础时间幅度差、影响因素权重和指标权重计算出每个影响因素相对于目标的幅度差，即影响因素幅度差=基础时间幅度差×影响因素权重×指标权重，最后各影响因素幅度差求和得到人工幅度差。ETC出口收费车道3级养护预算定额人工幅度差计算如表7所示。通过高速公路机电设备养护预算定额幅度差计算模型，计算得出ETC出口收费车道机电设备3级养护预算定额人工幅度差为0.135，即人工幅度差系数为1.135，在部颁沿线设施新建工程预算定额人工幅度差系数1.04基础上增加9.13%。

(12)

用高速公路机电设备养护预算定额幅度差计算模型分别计算高速公路收费系统中8个子系统3级养护人工和机械幅度差系数，计算结果如表8所示。

表7　ETC出口收费车道3级养护人工幅度差计算

表8　高速公路收费系统3级养护人工、机械幅度差系数

5结束语

为了提高机电养护预算定额水平，保证合理的养护投入，本文围绕机电养护预算定额幅度差展开研究。分析了机电设备3级养护的幅度差影响因素，提出基于熵权法和模糊层次分析法的幅度差计算模型，并利用熵权法计算影响因素权重，利用模糊层次分析法计算指标权重，且将测算数据与专家经验相结合，能有效避免因专家打分造成的主观影响和测算数据不准的客观影响，使预算定额幅度差计算更加合理。基于国内各省、市、自治区的养护工程预算定额统计数据分析，文中实测的人工、机械实物消耗量与统计数据相差10%～15%。考虑到定额取值的宽大原则，本文取幅度差系数范围为[1.09，1.19]，通过高速公路机电设备养护预算定额幅度差计算模型计算得出的高速公路收费系统8个子系统3级养护人工、机械幅度差系数在此合理范围内。由此可知，本文提出的计算模型能够提高高速公路机电设备养护预算定额水平。

参 考 文 献

[1]胡振山，徐红领，于泉，等.基于层次分析法与熵权法的定额幅度差[J].北京工业大学学报，2014，40(9)：1371-1378.

[2]北京市首都公路发展集团有限公司.高速公路联网机电系统设备维护维修预算定额[M].北京：人民交通出版社，2013.

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[9]罗玫，赵嵩正，蒋建洪.模糊综合评价模型的R语言实现[J].航天计算技术，2011，41(4)：56-58.

Analysis and Calculation of Amplitude Difference in Quota of Budget for Maintenance of Electromechanical Equipment for Expressways

ZHU Xi1, QIAN Chao1, XU Hongke1, GUO Hangxiong2

Abstract:This paper analyzes influence factors for amplitude difference in the quota of maintenance of electromechanical equipment for expressways, determines influence factors under all indices in accordance with analysis of all indices influencing amplitude difference, proposes a hierarchical structure model of 3-layer amplitude difference including targets, indices and influence factors, and calculates weights of all influence factors by means of the entropy weight method and weights of all factors by means of the fuzzy analytical hierarchy process so as to combine the measured data with expert experiences effectively. The calculated amplitude difference in labor and machinery for electromechanical maintenance is within the reasonable range, and the proposed calculation model can enhance the level of the quota of budget for maintenance of electromechanical equipment for expressways and achieve the purpose of scientifically measuring consumption of labor, materials and physical machinery for maintenance of electromechanical equipment.

Keywords:maintenance of electromechanical equipment; amplitude difference in quota of budget; influence factor; calculation model

文章编号：1009-6477(2016)02-0131-07

中图分类号：U412.36+6

文献标识码：A

作者简介：朱熹(1992-)，男，四川省成都市人，硕士研究生。

收稿日期：2015-11-06

基金项目：陕西省交通运输厅科研项目(14-24K)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2013G3324005)

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.02.029