电网换流站土石方工程绿色施工评价体系研究

沈超, 邵先锋, 李大华

(1.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽 合肥 230000； 3.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)

电网换流站土石方工程绿色施工评价体系研究

沈超1, 邵先锋2, 李大华3

(1.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009； 2.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽 合肥 230000； 3.安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)

以在建规模最大的国家电网换流站项目为例，利用层次分析法计算得到绿色施工综合管理、资源与能源利用、环境负荷控制三大准则层的各项绿色施工指标，通过对各层次指标的权重进行计算，建立了能够定量分析的土石方工程绿色施工评价体系。研究结果表明，该套土石方绿色施工评价体系比较全面地包含了绿色施工的各项评价指标，且实际应用效果均能满足各类绿色施工标准。该评价体系可为大型电网换流站项目土石方绿色施工方案设计提供参考，进一步推进绿色施工在土石方工程中的发展。

绿色施工；土石方工程；层次分析法；评价体系

西电东输是国家对电力能源合理调配的重大决策，也是一项重大的民生工程。在高压电流远距离输送过程中，换流站的建设起着至关重要的作用。由于电网换流站占地面积较大，且多建设于地貌复杂、沟壑纵横、植被茂盛、自然生态环境优美的山区，大面积的“三通一平”工程施工对周围自然生态环境带来的破坏不容忽视。因此，如何建立一套适合电网换流站土石方工程的绿色施工评价体系，以求在施工方案的设计阶段引入该体系，找出施工对周围生态环境的主要影响因素，并采取相应的防治措施，显得十分重要。

近年来，我国专家、学者先后对如何构建更为完善、高效的绿色施工评价体系进行了研究。申琪玉等[1]采用模糊数学的理论对如何构建绿色施工评价体系进行了研究，详细阐述了如何构建评价指标体系、编码体系、评价方法以及评价基准。周厚贵等[2]通过建立土石方调配模型，阐述了如何实现土石方调配的可视化、多目标化，从而达到土石方绿色施工的目的。本文以“±1 100 kV准东(昌吉)—皖南(古泉)特高压直流工程”皖南山区古泉标段土石方工程为例，采用层次分析法进行定性和定量分析，建立一套土石方调配绿色施工的评价体系。

1 工程概况

“±1 100 kV准东(昌吉)—皖南(古泉)特高压直流工程”是目前世界上电压等级最高、输电容量最大、输电距离最远、技术水平最先进的特高压直流输电工程，是特高压直流输电技术创新发展的新高峰。该线路工程起于新疆准东(昌吉)换流站，止于安徽皖南(古泉)换流站，其中古泉站位于敬亭山地区，站址示意图如图1所示。

古泉换流站占地37.663 hm2，于2016年3月开工建设，计划2018年建成投运，初步估算前期“三通一平”工程的挖方量约130×104m3，填方量约128×104m3，涉及土石方工程量极大，进行大面积土石方施工期间，对于当地自然环境的保护具有一定的技术难度。由于林、耕土地资源紧张，土方外运或外购的可能性极小，且施工场地周围存在生态保护林地，因此，该项目对绿色施工的要求较高。

图1 站址示意图

2 绿色施工评价指标体系的建立

2.1 绿色施工的概念

绿色施工(Green Construction)是指在工程项目施工的全过程中，通过建立切实有效的管理和工作制度，达到节能减排、最大限度地减小施工对周围环境的影响[3]。绿色施工也是可持续发展理论在工程建设中全面应用的体现，它并不独立于传统的施工技术，而是将绿色、可持续的理念应用于传统施工的全过程中[4]。根据文献[5]，可对绿色施工作如下

定义：绿色施工是指在施工过程中，在保证工程质量、人员安全等基本要求下，通过科学管理和采用先进技术，最大限度地节约资源，减少对环境负面影响的施工活动，实现节材、节水、节地、节能和环境保护。

2.2 评价指标体系建立的原则

绿色施工评价体系中的评价指标是指能够客观、如实地反映评价建设项目绿色施工目标的一系列统计项目[6]。建立评价指标体系的原则：①层次性。各层指标应能清楚地反映目标之间的支配关系，避免出现支配关系的重叠、交叉。②整体性。指标的选择应考虑到环境、资源、能源、人员健康安全等各方面的基本特征，从而构成一个有机的整体。③科学合理性。体系的建立要遵循科学、合理的基本原则。评价指标体系除了应具有以上所述的3个基本原则外，还应具有可操作性、动态性，且定性分析后的基础数据要能够量化，以保证施工技术更新时基础数据能够随时调整[7]。

2.3 评价指标体系框架的构建

结合《绿色施工导则》中已建立的绿色施工总体框架，并借鉴国内外学者对绿色施工评价指标体系的研究成果，将电网土石方绿色施工评价指标体系分为4个层，分别为总目标层A、准则层B、指标层C、因素层D，该项目评价指标体系框架如图2所示。

图2 土石方工程绿色施工评价体系框架

3 指标权重的确定方法

目前，在绿色施工指标体系的权重分配方面，国内外学者多采用层次分析法进行[8-10]。层次分析法是20世纪70年代由美国运筹学家A.L.Saaty提出的，是一种定性分析和定量分析相结合的方法。采用AHP法分配权重的主要技术路线如下：

1)将复杂问题分解为若干指标层，层与层之间要满足层次性、整体性、科学合理性等建立指标体系的基本原则。

2)对研究该方面的专家、学者、技术人员等进行问卷调查，根据层次分析法中的九级标度法得到判断矩阵。

3)通过数学方法计算判断矩阵的特征值λmax和特征向量，所得到的特征向量中的每个元素值即为对应指标的权重，再将相关指标的权重放在一起构成一个矩阵，此矩阵即为判断矩阵。

4)对全部判断矩阵进行一致性检验。

3.1 构造判断矩阵

构造判断矩阵之前需要对土石方调配绿色施工相关问题进行问卷调查，问卷内容应涉及土石方调配绿色施工评价体系所有指标层的相关内容，包括总目标层、准则层、指标层、因素层。该项目问卷调查对象为国家电网设计院设计人员、施工单位技术人员、高校教师、施工领域专家等，反馈问卷共计35份，有效问卷33份。通过问卷调查可获得各指标的相对重要程度，继而采用A.L.Saatty九级标度法得到判断矩阵。

3.2 确定各层次指标权重

3.2.1 层次单排序

层次单排序，即根据判断矩阵确定出与上层某一指标相关的本层所有因素权重的过程。在本文中，单层次排序包括3种判断矩阵A—B、B—C、C—D，共计14个。采用MATLAB数学软件求出层次单排序中每个判断矩阵的最大特征值λmax及其对应的特征向量，此特征向量的各元素即为权重值。

由于调查对象对各因素的重要性评判具有主观性，不同对象对同一因素的评判也会有较大差别，即使采用A.L.Saatty九级标度法构造判断矩阵，也无法保证每个判断矩阵均满足一致性，因此必须对每个判断矩阵进行一致性检验。若无法通过一致性检验，则须对各指标的权重重新调整，直至满足一致性检验为止。一致性检验的一般步骤如下。

第1步计算判断矩阵的权重λmax，

(1)

式中：λmax为判断矩阵的权重，即最大特征根；n为判断矩阵的行数；A为判断矩阵；W为特征向量。

第2步计算判断矩阵一致性指标CI，

(2)

第3步计算判断矩阵的随机一致性比率CR，

(3)

式中RI为平均随机一致性指标。

当CR≤0.10时，方可认为所构造的判断矩阵具有满意的一致性。

各阶矩阵的平均随机一致性指标值见表1。

采用上述计算步骤，分别对已建立的土石方绿色施工评价体系的14个判断矩阵进行了一致性检验，部分计算结果见表2—4。

表1 平均随机一致性指标值

表2 C24判断矩阵、权重及CR值

表3 B3判断矩阵、权重及CR值

表4 A判断矩阵、权重及CR值

3.2.2 层次总排序

层次总排序，即根据层次单排序的计算结果以及上一层所有因素的权重，来计算所有因素相对总目标的权重。假设求得A—B、B—C、C—D各判断矩阵的各层权重分别为ωB、ωC、ωD。那么可以求得各方案对总目标A的综合值，即A=ωB×ωC×ωD。与层次单排序一样，层次总排序也须进行同样方法的一致性检验，计算过程略。若CR≤0.10，则层次总排序通过一致性检验。

4 评价模型的建立

指标的层次单排序及层次总排序权重确定后，方可建立评价模型。对于电网换流站土石方绿色施工评价体系，其评价可根据指标的性质分为定量和定性评价，评价等级可分为优、良、中、差4个等级[11-13]，评价项目应包括如图1所示的每个因素。本文仅详细列出需要定量评价的因素及其评价等级的确定，结果见表5。

表5 定量评价等级确定

组织专家对所有指标进行评价后即可获得相应的评价矩阵，进而可得到整个土石方绿色施工方案的评价等级。采用模糊综合评价法进行评价的过程如下[14-15]。

第1步建立评价指标集A=(a1,a2,…,a10)，其中ai(i=1,2,…,10)为图2指标层中的10个指标。

第2步建立评语矩阵B=(b1,b2,b3,b4)，其中bi(i=1,2,3,4)分别对应4种评价标准，即优、良、中、差。

第3步根据指标权重建立模糊因素权重矩阵C=(c1,c2,…,cn)。

第4步建立指标层的评价矩阵D，

(4)

第5步建立模糊综合评价模型E=C×D。

第6步对模糊综合评价模型计算结果进行归一化处理，可得隶属矩阵E的最大元素值ei，则与该最大值对应的评语级矩阵B中的元素bi即为电网土石方工程绿色施工的最终评价等级。

5 结语

以国内在建的最大换流站土石方工程为例，建立了该类土石方工程绿色施工评价体系。该体系的评价指标包含了土石方施工的各个环节，综合考虑了施工对周围生态林地、居民的影响，并结合了设计、施工、政府机构等各位专家对指标权重分配意见。应用该评价体系能够较好地体现“四节、一环保”的绿色施工理念，可降低土石方施工对周围生态环境的污染，主要体现在以下几个方面：

1)增强了施工单位在施工过程中对水资源污染、噪声污染、固体废气污染、临建设施占地控制等各项指标的全面控制意识。从以往的主抓其中几项绿色施工指标到目前各类指标的综合评价，绿色施工的理念得到了更为全面的体现。

2)绿色施工成本得到了有效控制。各项指标的设定促使施工单位通过技术创新降低了绿色施工成本。

3)除了向施工方面的专家、学者进行问卷调查外，通过对周围居民、林业专家定期回访与协调的方法，不断修正各项指标的权重，更新评价体系，使得绿色施工效果能够更好地得到体现。

[1] 申琪玉,张海燕.绿色施工评价体系研究[J].科学技术与工程,2009,9(14):4063-4069.

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StudyonEarthworkGreenConstructionEvaluationSystemofPowerGridTransferStation

SHEN Chao1, SHAO Xianfeng2, LI Dahua3

(1.School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;2.Research Institute of Economics and Technology, State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 230000, China;3.School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China)

In this paper, an evaluation system of earthwork green construction for the biggest state grid transfer station, constructed in China, was built by using the method of analytic hierarchy process (AHP). Moreover, the weights of green construction indexes in three criterion layers, which including comprehensive management, resources and energy utilization, and environment load supervision, were calculated by using AHP. The results show that the evaluation system of earthwork green construction comprehensively contains each evaluation indexes of green construction, and the application effect can meet all national and local standards of green construction. This evaluation system can provide a reference for designing earthwork green construction for a larger-scale grid transfer station and promote green construction to be applied in earthwork project.

green construction; earthwork project; Analytic Hierarchy Process (AHP); evaluation system

2016-11-08

国家电网安徽省电力公司资助项目(1P12001500010681000000)；安徽建筑大学建筑健康监测与灾害预防技术国家地方联合工程实验室资助。

沈超(1989—),男,河南开封人,博士生,从事复杂高层建筑结构分析及抗震防灾方面的研究。E-mail:shenchaode369@foxmail.com。

邵先锋(1983—),男,安徽阜阳人,高级工程师,从事工程施工方面的研究。E-mail:305581828@qq.com。

李大华(1963—),男,安徽安庆人,教授,硕导,从事工程结构的现代施工技术方面的研究。E-mail:ldh2006a@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.05.012

TV541;TU271.1

A

1002-5634(2017)05-0088-05

(责任编辑乔翠平)