农田混凝土衬砌渠道质量模糊综合评价

朱伟峰，何武全

(1.黑龙江省农田水利管理中心，黑龙江 哈尔滨150040；2. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)

农田混凝土衬砌渠道工程质量评价是农田水利渠道工程项目质量管理领域的重要课题，建立完善的农田混凝土渠道工程质量评价体系对于提高灌区渠道工程项目管理水平，确保节水灌溉工程项目质量具有重要意义。

我国农田水利工程因其规模小且分散在田间地头等特点，目前在农田水利工程这一领域，科学系统的工程质量评价体系至今还未形成，只有少量研究报道[1-3]，但其针对性不强，评价系统不够完善，使得工程质量问题一直困扰着农田水利工程项目预期效益的实现。因此笔者通过对其他相关行业工程质量评价方法研究[4-7]，针对我国农田水利工程的特点，尝试利用模糊综合评价方法结合德尔菲法、层次分析法，对农田混凝土渠道工程质量的优劣程度进行评价。评价指标分为定性指标和定量指标，定量指标采用实测数据、定性指标采用专家量化打分，再进行综合评价，从而避免了单个环节的评价失误而影响整体的评价结果。

1 模糊综合评价模型原理

模糊综合评价，就是对受多种因素影响的对象或事物进行综合评价[8]，该方法通常是先对单个因素单独评判，再对所有因素进行综合评判。模糊综合评判模型的步骤如下：

①确定评价对象：首先明确评价对象和内容，A={A1，A2，…，An},其中A1，A2，…，An为参与评价的n个评价因子。文中评价对象是农田混凝土渠道工程质量。

②给出评价集：评价集就是将评判对象所有可能得到的评判结果建立成一个元素集，工程界一般指的是评价等级的划分。通常用V表示，即V={v1，v2，…，vm}，其中可能的总的评判结果共有m个。本文将工程质量等级划分为良好、合格和不合格三个等级。

③给出因素集：通过分析研究后，确定出影响评判对象的因素集合，用B表示，B={B1，B2，…，Bx}，其中共有x个影响因素。

④计算隶属度：就是确定评判对象对评价集中各元素的隶属程度。即Ayi(Bi)=rij，这样，就给出了B到V上的一个评判关系矩阵R。

⑤计算权重系数：通过计算得出各因素在评判中的权重系数，即A=(w1，w2，…，wm)，其中0

⑥模糊综合评价：应综合所有因素的影响，得出正确的评判结果。

(1)

最终通常是根据最大隶属度原则，得出综合评价结果。此外，多级模糊综合评价结果就是把下级评价结果构成新的评判矩阵进行计算，这样依此类推便会得到多级综合评判结果。

2 构建工程质量模糊综合评价体系

2.1 评价指标体系

农田混凝土渠道工程质量评价，由于对其进行评价要考虑的因素很多，因此评价指标的选取尤为重要，直接关系到研究各指标权重的意义和最终评价结论是否合理可靠。

2.1.1 德尔菲法 德尔菲法，又名专家意见法。目前，德尔菲法已经广泛应用于评价指标体系的构建研究领域之中。为了使问卷调查发挥最大效果，一般要对问卷调查结果进行相关性统计和计算，并分析结果，查找其原因，进一步完善评价指标体系[9-10]。

(1)德尔菲法的实施步骤如下：

①编制专家调查表：通过大量的文献、广泛汇总国内外专家现有的研究成果，提出初步的评价指标体系。

②咨询调查：经典的德尔菲法一般要经过四轮的咨询。当然，只要专家的意见已经趋向一致，就可以结束咨询。咨询专家建议为15人以上，这样得出的结果可信度较高。

③统计结果：收回专家调查表，运用相关统计指标得出调查结果。

(2)相关统计指标:

①专家积极系数：是指专家对本研究关心和合作的程度，用问卷调查表的回收率来表示。回收率越高，说明专家们对该研究重视程度高，研究结果可信度高。

(2)

②等级和：等级和指某指标专家评价的总得分，是描述该指标的重要性。调查中，我们将指标的重要性等级分为：不需要、一般、比较重要、重要、特别重要5个等级，最后分别赋值为1、2、3、4、5，当等级和Si≤2n时(n表示收回调查表的专家总数)，表示该项指标不需要，予以删除。

(3)

式中，Si表示i指标的等级和，Rij表示j专家对i指标的评价等级。

2.1.2 评价指标的确定 依据水利工程相关规范标准并结合生产实践经验，遵循代表性、独立性、客观性、完备性和层次性的原则，采用德尔菲法，通过专家问卷调查，系统、准确、全面科学地建立了评价指标体系，并将评价指标分为两级，工程项目管理、工程原材料、渠基、混凝土衬砌施工、混凝土性能、外观质量和工程验收资料等七个方面为一级指标。在各一级指标下又有若干二级指标。由这些指标建立起来的评价体系如表1所示。

2.2 评价指标权重计算

为使指标权重具有较高的代表性、客观性、科学性，文中运用专家意见问卷调查与层次分析法，得出指标权重系数。

2.2.1 层次分析法 按照综合评价指标体系的层次结构，充分结合专家对指标重要性打分意见结果，进行计算与检验，依据其结果，运用层次分析法最终得到指标权重。按照T.L.Saaty方法，构造两两对比矩阵aij的取值时，常引用1～9标度方法(见表2)。

表1 农田混凝土衬砌渠道质量评价指标体系

2.2.2 权重计算 在建立专家打分矩阵的基础上，按照层次分析法原理计算各层次权重，计算步骤如下：

①计算各判断矩阵最大特征值λmax，其所对应的单位特征向量即为各指标权重。

②完全一致性检验。检验方法如下：

以CI值作为度量判断矩阵一致性的指标

(4)

(5)

式中，CR为一致性对应的比值，CI为一致性指标，RI为平均随机一致性指标，n为判断矩阵阶数，λmax是判断矩阵的最大特征值。

如果CR<0.1，则满足一致性要求，求得的权重满足要求。否则需重新调整判断矩阵A，直到满足要求为止。不同n值，RI的取值如表3所示。

2.3 评价指标隶属函数的确定

隶属度的确定及隶属函数关系的选取需要符合客观规律，目前无法用理论来证明隶属函数选择效果的好坏，因此多数根据专家实践经验，结合工程实际选择隶属函数类型。

评价指标体系中既有定量指标，亦有定性指标。实际中定性指标通常采用百分制专家打分评价，定量指标则是依靠实测数据进行评价，所以构造隶属函数时须分类说明。结合评价集为良好、合格和不合格三个等级，则采用基于分段梯形函数结合求取各区间段中心平均解的方法构造隶属函数[11-14]，具体的隶属函数如下：

表2 1～9尺度aij含义

表3 随机一致性检验RI的数值

(1)定性指标隶属函数

定性指标的评价通常采用专家打分法，则定性指标的论域U=[0,100]，V=[良好，合格，不合格]，即V1、V2、V3，具体隶属函数如下：

(6)

式中,x为指标评分值；f1(x)为定性函数隶属度。建立定性指标各质量等级隶属函数，如图1所示。

图1 定性隶属函数Fig.1 The quantitative membership function type

(2)定量指标隶属函数

定量评价指标隶属函数主要分为两类：

①一般合格和良好标准为一闭合区间，超出这个区间均为不合格。如质量评价中尺寸偏差就属于这一类。为了方便，这类隶属函数首先将误差区间变换为绝对值区间进行评价。如：某一指标标准为：良好[a,b]，合格[b,c]，不合格>c，且a

(7)

式中,x为指标评分值；f2(x)为定量函数隶属度。建立定量评价指标各质量等级隶属函数，如图2所示。

图2 定量隶属函数类型(1)Fig.2 The quantitative membership function type (1)

②通常合格和良好标准为一区间，低于这个区间下限为不合格，高于上限通常考虑工程造价，规定超出这个上限一般为合格等级，则隶属度为1。当恰好为下限值时，规定属于合格与不合格隶属度各为0.5。如质量评价中混凝土强度就属于这一类。如设指标评价标准为：合格[a,b]，良好[b,c]，不合格

(8)

上式中：x为指标评分值；f3(x)为定量函数隶属度。建立定量评价指标各质量等级隶属函数，如图3所示。

3 工程实例

以陕西省西安市某区2009年中央新增农资综合补贴小型农田水利设施建设项目为例来构建和验证农田小型混凝土渠道工程质量评价模型，对工程质量进行评价。

结合本地气候情况和工程实际情况，则该工程质量评价指标体系包括7个一级指标，32个二级指标。根据各个二级评价指标的各质量等级制定的评定标准，其中有29个指标采用专家评议打分方式，请10个专家对每个二级指标依据制定的评价标准逐一评价。此外还有三个指标(渠基压实系数或相对密实度、混凝土衬砌铺筑厚度、混凝土抗压强度)采用实测数据得出评价等级。

根据上述二级指标的打分评价结果及其权重值，依据模糊综合评价方法，得出一级指标工程质量等级隶属度向量，如表5。

根据农田混凝土渠道工程质量模糊评价模型，该工程的质量评价结果为：

B=A×R=[0.399，0.601，0]

综合评判结果表明，该工程项目的质量良好、合格和不合格的隶属度分别为39.9%，60.1%，0%。根据最大隶属度原则，该项目质量合格。利用双权法将上述综合评价结果转换成相应的综合评价值。通常采用百分制，对质量的良好、合格和不合格分别记为92.5、77.5、60,得到VT={92.5,77.5,60}T。整个工程项目的质量最终评价为S，则S=B×VT。若S≥85，则该工程的质量评价等级为良好；如果85>S≥70，则该工程项目的质量评价等级为合格；如果S<70，则该工程项目的质量评价等级为不合格。计算得S=83.48。因85>S=83.48>70，评定该项目的质量等级为合格，表示该项目的实际工况及工程功能基本满足现行规范、规程、标准和设计要求。

图3 定量隶属函数类型(2)Fig.3 The quantitative membership function type (2)

一级指标Level indicator权重Weighting二级指标The secondaryindicator权重Weighting结果(均值)Result(mean)工程项目管理Project management0.06业主单位Proprietor0.1283.7设计单位Designer 0.0882.7施工单位Constructor0.4781.9监理单位Supervisory unit0.2983.05质量监督单位Quality supervisionunit0.0483工程原材料Raw material0.38水Water0.0584水泥Cement0.4083.5粗骨料Coarse aggregate0.2182.4细骨料Fine aggregate0.2181.3伸缩缝填筑料Expansion jointfilling material0.1380.9渠基Canal base0.18尺寸Size0.2483.9密实度Compactness0.6282.5平整度Evenness0.1482.8砼衬砌施工Concrete liningconstruction0.18称量误差Weighing error0.3781.3拌合均匀性Mixing uniformity0.1081.8坍落度Slumps0.2281.1模板Mould0.0781.6铺筑厚度Paving thickness0.100.25mm振捣Vibration/mixing0.0781.8分缝Parting0.0480.6养护Conserve0.0382.3混凝土Concrete0.21强度(C15)Strength (C15)118.58 MPa(23.9%)外观质量评定Appearance qualityevaluation0.03外部尺寸External dimension0.5178.5轮廓顺直线Contour straight line0.0678.5表面平整度Surface evenness0.1978表面缺陷Surface imperfection0.0984.5伸缩缝Expansion joint0.1577.5工程验收资料Engineeringacceptance data0.04验收资料Acceptance data89.36

现将利用模糊综合评价结果与工程竣工验收给出的评价结果作比较，如表6。

从上述结果可以得出，文中提出的评价模型具有较强实用性，容易操作。不仅可以应用于农田混凝土渠道工程质量评价工作之中，还可对工程实体质量现状评价，为工程改造实施计划提供依据，评价模型也能给设计工作、施工管理工作提供借鉴。

表5工程质量评价计算结果

Table 5 Calculation results of project quality evaluation

一级指标Level indicator隶属度 Membership良好Good合格Qualified不合格Unqualified工程项目管理Project management0.340.660工程原材料Raw material0.330.670渠基Canal base0.360.640砼衬砌施工Concrete lining construction0.260.740混凝土Concrete0.610.390外观质量评定Appearance quality evaluation0.090.910工程验收资料Engineering acceptance data0.790.210

表6评价结果比较

Table 6 Comparison of evaluation results

评价方式Evaluation评价等级Rating备注For note工程验收评价Project acceptanceevaluation合格Qualified五个分部,其中三个合格,二个良好,最终结果合格Of the five divisions, three were qualified, two good, qualified final result 模糊综合评价模型Fuzzy comprehensive evaluation model合格Qualified模糊综合评价模型得出的评价结果Evaluation results obtained by fuzzy comprehensive evalua-tionmodel

4 结 语

针对小型农田水利工程的特点，采用德尔菲法提出农田混凝土衬砌渠道质量评价指标体系；引入基于德尔菲法与层次分析法相结合的方法来计算指标权重；依据模糊理论，建立了农田混凝土渠道工程质量模糊综合评价模型；根据陕西省某工程的实际情况，应用模糊综合评价模型对该工程项目进行了实例分析。结果表明，农田混凝土渠道工程质量模糊综合评价方法可行、有效，可以很好地应用于小型农田水利工程质量管理中。