基于spss线性回归及德尔菲专家法的泵站管理分级

宋德杨 朱 浩 李 科 徐元开

（昆明排水设施管理有限责任公司，云南 昆明 650000）

0 引言

对公共排水泵站进行分级管理能有效提升泵站管理的标准性和规范性。同时在现场运行、生产管理、综合调配中起到上下信息统一、意识统一、管理统一的作用。通过对泵站的管理分级，对泵站设备的备品备件、物资采购等提供参考依据及准则，在运行决策及运行调度过程中，也起到重要的参考作用，对泵站的更新改造、日常运营管理、污水处理厂和排水设施联合运行等也具有重要的指导作用。

目前我国城市排水泵站并没有明确的管理分级标准或模型方法可直接使用，仅在GB 50265—2010《泵站设计规范》[1]中按照设计流量和装机功率两个指标来进行分类，分为大（1）型、大（2）型、中型、小（1）型、小（2）型5 类。

通过这种分级的方法并不能直接用于指导城市排水泵站的管理分级，作为城市服务的主体之一，泵站管理单位在日常公共排水设施运营管理过程中，需要考虑社会影响、政治环境、经济效益、日常运行、人员配置和安全等多方面的因素。因此，进行泵站管理级别的划分，需要根据当地的实际情况进行选取和权重的划分。

采用头脑风暴法和德尔菲专家法进行数学建模，利用SPSS 进行数据统计汇总和线性回归，对泵站的运行数据、建设属性、设计功能等进行数学处理和权重划分，并以此得出其中的因变量与某些自变量之间的相关关系，建立具有良好相关性的回归线方程或函数表达式[2]，通过函数的应用最终获得合理的泵站管理分级结果。

1 模型的建立过程

1.1 指标的分类建立

目前，国内还没有完整的泵站管理指标体系，也没有可供参考的较为完整的泵站管理指标文献和研究，要建立一套科学、合理、规范、易行的指标体系来进行评价，需要以客观指标为主、主客观结合，并具备可行性和可操作性，因此采用头脑风暴法来选取泵站管理的指标。头脑风暴法的简要实施步骤分为3 步。1）确定讨论主题：泵站管理分级的指标分类和选取。2）确定参会人员：运营管理专家4 人、规划设计专家5 人、信息管理专家2 人、给排水行业专家4 人，共15 人。3）会议的实施步骤有4 步。①各参会人员独自提交泵站管理分级的类别，经主持人汇总后公示讨论。②通过筛选、综合确定类别为3 类：基础指标，运行指标，纠偏指标。③各参会人员独自提交泵站管理分级类别下的具体指标。④通过筛选、综合确定具体指标为5 个：设计流量、装机容量、日均抽排量、日运行时间以及位置功能因素。

通过来自不同角度的行业专家、设计者和实际管理者提出的指标进行分类和提取后，对泵站管理的影响因素进行剖析，从政治环境、社会需求、内部条件和运营管理等多方面综合考虑后，由专家提出具体的指标类别和指标名称。其中，基础指标是泵站设计、建设完成后的固定性评价指标，不随环境的变化而变化，如设计流量、装机容量。运行指标是指泵站在实际运行中实际发挥的作用和能力，运行指标的值不是固定性的，而是根据每年的运行数据进行统计分析后确定的指标，如日均抽排量、日均运行时间。公共排水泵站属于公益性的城市基础设施，不能简单以经济效应、成本效益作为评价指标，还需要考虑对生态环境、交通通信、财产安全等方面的影响，因此，设置一个纠偏指标：位置功能因素进行调节。最终讨论结果见表1。

表1 评价指标

确定指标是进行泵站管理分级的重要步骤，通过头脑风暴法集成各参会人员的智慧和经验，最终讨论决策的指标具有较高的适用性和严谨性。明确各指标后，得出评级的数学模型为：

式中：Y—泵站综合评分。

x1—最大抽排量（m³）。

x2—日均抽排量（m³）。

x3—日均运行时间（h）。

c、a、b—回归指数。

Z—位置功能因素（纠偏因素）。

G—装机功率。

1.2 权重的划分

确定指标和数学模型后，需要对指标进行权重的划分。确定各个指标的权重采用4 分值专家评分法进行，根据指标间重要性和影响力的相互对比，进行指标重要性打分[3]。

通过对指标间横向指标与纵向指标的对比评分得出分值，使用专家评分法中的加法评价法[4]，将评价各指标项目所得的分值用连加求和，所得总分表示指标的评价结果。

式中：Wj—第j个指标对象总分值；Wi—第i位专家评分值值；n—专家数。

得出每个指标的评分结果后，以100 分为总值，计算出每个指标的权重系数。

计算公式为：

式中：Wj—第j个指标对象总分值。

Bi—第i位指标权重值。通过2 个部分的计算后得出各个分值的权重系数。利用评分后给出的权重系数和指标历史值，采用一元线性回归方法计算出各指标的回归指数[5]，并得出最终的数学模型。

表2 回归指数值

最终求出的函数为：

1.3 各泵站的分值及分组方式

按照确定的数学模型、权重系数及分级方法，逐一进行泵站的指标打分，最后得出的各泵站的分值及区间。

通过评分后，92 座泵站的分值利用spass 软件进行贝叶斯单样本正态分布统计，以便于下一步进行泵站管理的分级，分析结果见表3。

表3 正态分布

分析后得出主要分值分布符合正态分布概率分布，置信区间在36～48。通过分值数据与实际管养经验对比，分值分布基本符合现有泵站运营成本、维修频率、人力投入等方面的情况，同时验证选取的指标及数学模型的可行性和可信度符合预期要求。

根据ABC 的管理法则，将泵站管理分级，分为4 个组。组距的确定为：组距=（最大值-最小值）÷组数

得出组距为25，最终确定的级别及分值区间、数量见表4。

表4 分级分布表

2 验证及应用

为了验证数学建模的实用性和科学性，通过现有的运维数据和得出的管理分级进行验证，通过现有值守人员配置及2019 年主要设备故障报修统计反向验证数据模型的合理性，现有管辖泵站，16 座3 人值守泵站中93.75%为一类泵站，水泵故障前十中70%为一类，剩余30%为二类，控制类故障前十中80%为一类，剩余20%为二类等，符合ABC 管理分类法的科学原则。

进行泵站管理分级后，可应用于以下3 个方面。1）信息系统的建设和应用，在设施编码、设备编码、数据库建立、GIS 字段属性、报表统计、数据分析等运用过程中，都具备了统一的方法和准则。2）备品备件和应急管理中，按照ABC 分类的原理，将泵站的备品备件按照泵站评分进行分级储备，对一级泵站进行备品、备件的优先补充和应急物资的库存完善。在发生降雨或故障处置时，以优先保障一级泵站的运行为主。3）在调度分析和运营决策过程中，通过级别划分后，在一定程度上解决了过去以经验为主的调度方式，形成了较为科学的决策依据和方法，同时在厂站联合调度、站网联合等方面提供了调度的依据。在进行数据分析时，避免了以往的混乱分析，进行合理的分级后，通过相同级别之间的对比、不同级别之间的对比等方式，对单位成本、能耗分析，都提供了更加客观的分析依据和方法。

3 结论

通过指标确认、数学建模、实证研究等几个步骤后，最终得出的管理分级模型，能够良好和充分地对日常的公共排水设施管理进行指导和支持，同时该方法也可以作为调蓄池、水闸等运行管理分级的重要参考。这样的分级方式对泵站设计、排水规划和老旧改造等方面都提供依据和决策支撑。随着城市化步伐的不断进步和发展，排水设施管理企业管理的设施量逐年增加，运营要求也必将逐步提高，进行管理的分级能够帮助排水设施管理企业以较为优化的管理方式、管理效率和管理成本开展日常的管养维护，对解决企业运营成本和运营目标之间的矛盾，起到一定的缓和作用。