基于层次分析法的船型标准化综合评价体系研究

2017-09-12刘畅陈晓明王红梅杨启武

广东造船 2017年4期

刘畅++陈晓明++王红梅++杨启武

摘要：立足于广东省航道系统航标工作船船型特点，引入层次分析法，并综合考虑技术、经济、安全、环保节能等因素影响，设定12个评价指标，以此建立广东省航标工作船船型标准化的综合评价体系，把定性分析与定量计算有机地结合起来，避免仅凭某个或少数几个指标来选择方案的片面性，使标准船型的选取更具有科学性。

关键词：航标工作船；评价指标；层次分析法；船型标准化

中图分类号：U674.28 文献标识码：A

Comprehensive Evaluation System of Ship Type Standardization Based AHP

LIU Chang1， CHEN Xiaoming2，3， WANG Hongmei2，3， YANG Qiwu2

（1. Waterway Bureau of Guangdong Province，Guangzhou 510000；

2. South China University of Technology， Guangzhou 510640；

3.CSIC Architecture Design and Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100024）

Abstract： Based on the characteristics of beacon vessel in Guangdong province， the scientific comprehensive evaluation system of ship type standardization is established，which adopts AHP method to make the organic combination of qualitative analysis and quantitative calculation. Meanwhile， In order to avoid the one-sided approach of choosing a solution by one or a few indicators， 12 evaluation indexes of beacon vessel in Guangdong province are set to make the selection of standard ship is more scientific under comprehensive consideration of technology， economy， safety， environmental protection and energy saving.

Keywords： Beacon Vessel； Evaluation Indicator； AHP； Ship type standardization

1 引言

船型標准化是改变船型品种过于繁杂，以及改善船型杂乱带来的诸多弊端的有效途径。为了适应未来广东省航道保障事业的发展，有必要加强对广东省航道系统航标工作船船型标准化的研究，按照船型各项评价指标因素，优选技术经济性能优良的标准船型，并逐步淘汰不符合标准的船型。标准化船型的研究和开发，将为广东省航道系统航标工作船的设计与建造提供优秀的母本，对推动航标工作船技术进步，促进航运事业科学发展，加快发展畅通、高效、平安、绿色航运具有重要的意义。

2 船型标准化综合评价的基本原则

根据广东省航道系统航标工作船特征，其船型标准化综合评价的基本原则应包括以下几个方面：

（1）适应船舶专业化、系列化的发展趋势

以适用于普通灯浮标作业为前提，调整总体布局，增大作业设备能力，突出航标作业专用船型的特点；采用先进技术与专用装备，提高甲板作业机械化程度；优化推进系统设计，提高操纵性能，满足航标作业特点需要，并兼顾其它作业功能的需要。

（2）适应广东省航道航运基础设备的条件

根据广东省相应航区和航道航运的条件，内河航标船应适用于狭窄航道、浅水水域或养殖区附近水域的浮标设置，提高航标助航保障效能。

（3）满足规范、法规，体现安全、绿色环保

以满足我国现有规范、法规为基本前提，推进安全和绿色导向，遵守规范、法规对节能减排及环保的要求；考虑法规对船员生活设施的要求，体现和谐发展；考虑广东省各航区和航道的航标保障工作的需要，注重适应各种航标保障的系列化船型匹配，为促进广东省航标系统行业整体助航保障能力提供积极的服务。

（4）具有较好的经济性能和技术性能

具有较好的经济性和技术性，是船型方案推荐需要遵循的最重要的原则。在满足规范前提下，考虑造价、船舶年维护成本的重要影响。

3 标准化船型评价指标体系分析

根据广东省航道系统航标工作船船型的特点，综合考虑技术、经济、安全、环保节能等方面，确定航标工作船标准化船型的评价指标体系，使标准船型选取具有科学性。

3.1 与技术性相关的评价指标

（1）载重量系数

载重系数为船舶载重量与船舶排水量之比。在同一排水量下，载重量系数越高，船舶装载能力就越大，船舶经济效益也越好。

（2）吃水

由于水深受限制，因此对沿海船、内河船的吃水限制较严。

（3）航速

航标抢修和维护的时限性是航标管理部门的命脉所在，航速是一个重要的技术指标。

（4）初稳性

船舶稳性是保证船舶航行安全的重要性能。对于小型航标船，由于航标基本堆放在甲板上，重心较高，因而要求初稳性较高。endprint

3.2 与营运适应性相关的评价指标

（1）航标起重机的形式

航标起重机是航标工作船最直接的作业机械设备，因技术特征、使用性、安全性、质量和安装布置形式的差异而有优劣之分。随着机械化程度的提高，其形式主要经历4个阶段：吊杆式起重机 A型架起重机龙门式起重机旋转臂起重机。

（2）起重系数

起重系数为船舶起吊重量与船舶排水量之比。在同一排水量下，起重系数越高，船舶经济效益将越好。

（3）单位功率载标量

单位功率载标量为船舶载标数量与船舶主机功率之比，体现不同船型的建造水平。单位功率载标量越高，船舶航标保障能力越强，船舶经济效益将越好。

（4）作业甲板面积利用系数

作业甲板面积利用系数为作业甲板面积与船舶起吊重量之比。增加作业甲板面积能够有效提高航标船载标量，以及提高投标、收标作业的安全性与工作效率。作业甲板面积利用系数越大，船舶航标作业能力越强，船舶经济效益将越好。

（5）吊标作业效率

吊标作业效率决定船舶航标作业能力，吊标作业效率越高，船舶航标保障能力越强。

3.3 与经济性、绿色环保相关的评价指标

（1）造价

造价与船舶经济性密切相关。

（2）船舶年维护成本

船舶年维护成本决定了船舶营运成本，船舶年维护成本越低，船舶经济性越好

（3）单位碳排量

为适应低碳经济、绿色船舶的要求，特设立单位碳排量评价指标。其计算公式为：

单位碳排量=主机功率×单位油耗×航运时间×2.65 / 载标数量；（1）

标准化单位碳排量指的是航标工作船装载单位航标量航行所需二氧化碳排量（kg）。

4 船型综合评价体系的确定方法

4.1 层次分析法

传统上，设计人员主要是通过拟定一定数量的航标工作船方案，并对其进行分析论证而得到船型标准化最优方案。但在实践中，该方法存在工作量大、人为因素多、决策随意性大等局限性。为了克服上述问题，本文建立了基于层次分析法[1]的广东省航标工作船标准化船型综合评价体系，通过定性和定量分析相结合的决策方法来优选标准船型。层次分析法能够将船型优选排序这一多目标决策问题有关的元素分解成目标、准则、方案等有序层次，在对实际问题的深入分析基础之上，确定表达每一层次全部元素的相对重要性次序的权值，确定层次总排序，并最终得到综合指标最优的船型方案。

4.2 层次分析法计算步骤

4.2.1 递阶层次结构的建立

基于航标工作船的船型特点，本文建立了船型多方案优选排序的层次结构模型，即将船型有关的元素分为目标层、准则层和方案层三个层次的递阶层次结构，见图1。

图1 递阶层次结构

4.2.2 构造判断矩阵

对于层次分析法在船型标准化领域的应用，最关键的一步是确定递阶层次结构中每一层次各元素的相互重要性，并以判断矩阵方式数值表达出来。本文根据调研数据、专家意见和决策者的认识水平加以综合平衡后，得出准则层的判断矩阵B，见表1。

表1中的数值表示对于总目标O而言的准则层C各评价指标因素之间的相对重要性。其中：数字1表示Ci与Cj同等重要；5表示Ci比Cj一般重要；9表示Ci比Cj非常重要；其他数值具有类似的意义。

4.2.3 判断矩阵计算及一致性检验

判断矩阵B对应于最大特征值λmax的特征向量W，经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。为了保证层次分析法的科学性，需要保证判断矩阵的标准具有一致性。衡量判断矩阵是否具有一致性，可通过偏差一致性指标CI来反映[3]：

（2）

当随机一致性比例CR=CI/RI <0.10时，可认为层次单排序结果有满意的一致性，否则需要对判断矩阵进行相应调整，使其具有满意的一致性。

本文通过编程，求解上述表1中的判断矩阵，其计算结果为：λmax=12.969，CI= 0.088，RI=1.540，CR=0.057 <0.1，判断矩阵通过一致性检验。

因此，船型综合评价准则层的各评价指标因素的权重为：W= [aj]=（0.018， 0.088， 0.106， 0.053， 0.158 ，0.085 ，0.141， 0.053， 0.070 ，0.123 ，0.035， 0.070）。

4.2.4 层次总排序计算

已知准则层包含m个因素A1，A2，…，Am ，则对于目标层的单排序值为a1，a2，…，am。方案层P层包含n个因素P1，P2，…，Pn，它们关于Aj的单排序权重分别为p1j，p2j，…，pnj（当Aj与Pj无关联时，pij=0）。那么方案层各因素的层次总排序权重，，…，为：

（3）

5 应用实例

内河起吊3t航标工作船（纵吊船型）船型系列，适应平原航道（含库区航道）等狭窄航道的高等级航道，能够满足HF1.8/HF1.5浮标及以下尺寸所有浮标的布放、回收、安装及维护工作，同时满足测量和清障的要求，是广东省航道系统的主要航标工作船型之一。根据实际需要，应用上述船型标准化综合评价体系对其进行研究。

5.1 船型方案

内河起吊3t航标工作船（纵吊船型）船型方案，来源于广东省航道系统实际船型，如表2。

5.2 船型综合评价

5.2.1 指标值计算

计算各个船型方案的12个评价指标值，并对其进行归一化，如表3所示。

5.2.2 船型优选总目标的层次排序权值计算

内河起吊3t航标工作船（纵吊船型）各方案，相对于船型方案优选总目标的层次排序结果，如表4所示。

5.2.3 优选方案评价

由表4可知，第5方案的总排序值最大，船型具有较大优势，适合作为内河起吊3t航标工作船（纵吊船型）的标准船型，这与用常规方法进行的方案选择结果相同。表5为第5方案标准船型的主要要素。

表5 第5方案标准船型的主要要素

方案总吨位总长（m）型宽（m）型深（m）吃水（m）设计速度（kn）船员人数

（人）肋距