基于FAHP法的节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价

张 慧，汪艳芳，杨 兰，武心嘉

(蚌埠学院 土木与水利水电工程学院，安徽 蚌埠 233030)

作为农业大国，我国一直存在水资源短缺和水资源分布不均衡的问题，水资源短缺严重制约着北方的农业生产和我国粮食生产的稳定发展，发展节水灌溉是农田水利建设的重要任务。2014年3月14日，习近平总书记首次提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的十六字治水方针[1-2]。“节水”被放在首位，农业节水在水量中占比大，所以节水灌溉又是节水工作的重中之重。“节水”更确切的提法是“高效用水”，灌溉是补充自然降水的不足以促进农作物高产。节水灌溉常使用农艺技术和农田水利工程技术等措施提高水资源使用率等[3-4]，随着科技的进步，近些年已逐渐开始利用信息化手段采集、统计、分析墒情数据，根据反馈数据科学、及时调控用水量以达到节水目的。节水灌溉中使用的信息化工程就是以信息采集技术为基础，以通信和计算机技术为手段进行计算决策的信息系统工程[4-7]。借助信息化手段水资源利用效率明显提高，很多城市开始重视建设节水灌溉信息化工程，大量工程顺利通过立项、设计进入建设阶段。在节水灌溉信息化工程的建设过程中，工程建设管理的水平是抽象的，管理绩效是对管理水平的衡量，要保证工程管理的精细和规范，就要借助建设管理绩效评价来具体化信息化工程建设管理水平。我国节水灌溉信息化工程要实现现代化，必须要具备一流的管理水平，就必须重视对节水灌溉信息化工程建设的管理，就有必要开展节水灌溉信息化工程建设管理绩效研究。但针对节水灌溉信息化工程的建设管理绩效评价几乎没有，针对信息化工程的建设管理绩效评价的研究也较少，比较有代表性的是姚莎[8]从企业的角度出发构建了企业信息化项目管理绩效评价指标体系和模型并进行了验证；高伟[9]根据企业信息化绩效评价体系的特点，探讨了分阶段建立评价指标体系和绩效评价准则，以实时、动态的控制项目建设过程。

1 基于AHP-熵权法的建设管理绩效评价模型构建

1.1 建立评价指标体系

在对节水灌溉信息化工程建设管理内容分析的基础上，通过阅读相关管理评价文献[10-12]和访谈专家，选取对项目的实施有较大影响的因素指标，建立节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价指标体系，如图1所示。

图1 节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价指标体系

1.2 确定评价指标权重

权重也称为权数，是综合评价的重要信息，它表示对某个指标在评价体系所起的作用，同时反映出其对结果的影响程度，是对各指标相对重要性的评估，它的确定是进行综合评价的重要环节，指标权重确定不合理可能会对评价结果造成颠覆性的影响。因而确定客观、合理的指标权重显得十分必要。在综合评价中，评价结果的准确性和科学性受到权重系数的直接影响。

1.2.1权重确定的方法选择

结合节水灌溉信息化工程建设管理评价符合系统多因素及主观判断问题的具体特点，本文选择适合定性评价的模糊层次分析法(FAHP)，通过编程计算，计算量小且确定的权重也较合理。

1.2.2评价方法的选择

层次分析法(AHP)是使用最为广泛的使定性评价变为定量指标的主观权重确定方法。该方法旨在将需要解决问题的各种因素进行层次关系分析，建立层次模型，把定性指标按层次定量化。建立AHP模型共有4步：

(1)构造层次结构。AHP模型结构由目标、准则和指标三层组成，如图2所示。

图2 层次结构模型

(2)构造判断矩阵。利用Delphi法按重要性分别对一、二层次的评价指标重要性进行两两比较可得到判断矩阵(见表1)，矩阵满足aij×aji=1，0≤aij≤1，(i，j=1，2，…，n，aij为指标i的重要性对指标j的重要性的比值)[13-14]。判断矩阵中的Di是评价指标，Dij是标度(即重要性对比值)，可参照表2的9位标度法取值。

表1 判断矩阵形式

表2 9位标度法

(3)进行层次单排序，检验判断矩阵的一致性。使用方根法或求积法可计算得矩阵最大的特征值及对应的特征向量λmax，通过层次单排序对所求的最大特征值和特征向量进行归一化处理[15]即得各指标的权值。

度量判断矩阵一致性的指标，如式(1)所示：

(1)

检验判断矩阵的一致性是为了确保权重的合理、准确，需要查找对应的评价随机一致性指标RI(见表3)，如式(2)所示：

(2)

一般认为CR<0.1时，判断矩阵的一致性条件成立。

表3 判断矩阵的一致性检验表

(4)层次总排序。 按 AHP 方法并结合专家意见，对模型结构的目标、准则和指标三层中指标的重要性都进行两两比较可得相应的判断矩阵。使用 Matlab 编程计算可得判断矩阵的解，可得λmax和归 一化向量并进行各判断矩阵的一致性检验。

1.2.3建立评价模型

(1)建立评价因素集。 确定因素集U={u1,u2,…,un}，ui(i=1,2，…，n)表示影响绩效管理水平评价的第i个指标。

(2)建立评价集。 将节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价分为五级，即V={v1，v2，v3，v4，v5}={好， 较好，一般，较差，差}。

对定性指标：若s名专家中有s1名专家认为Uij属于v1级，s2名专家认为Uij属于v2级，……，s5名专家认为Uij属于v5级，则Uij的隶属度矩阵为：

(3)

定性指标可以按实际工作内容向下细分，尽可能从有直接关系的工作中选取可量化内容进行指标衡量[16]，如表4说明了各定性指标的细分方法，专家根据细分后的工作情况量化打分。要求专家结合信息化工程建设实际情况，按照评价标准和实际数据公正、客观地对各个指标等级进行评价。

表4 定性管理指标内容细分

续表

对定量指标：有效益型和成本型指标[15]，两类指标应参照以下方法计算隶属度。

①效益指标

当第i项指标xi的值大于其对应的一级标准(即：好)时，其对一级标准“好”的隶属度是1，对其他标准的隶属度是0，即：

ri1=1，ri2=ri3=ri4=ri5=0

(4)

当第i项指标xi的值介于其对应的第j级和第j+1级指标值Vi，j，Vi，j+1之间时，它对第j级和第j+1级的隶属度为：

(5)

对其他级别的隶属度均为0；当第i项指标xi的值小于其对应的第五级指标值(即：很差)时，它对“很差”的隶属度为 1，而对其他级别的隶属度为 0，即：

ri5=1，ri1=ri2=ri3=ri4=0

(6)

②成本指标

当第i项指标xi的值小于其对应的一级标准(即：好)时，其对“好”的隶属度是1， 对其他标准的隶属度是0，即：

ri1=1，ri2=ri3=ri4=ri5=0

(7)

当第i项指标xi的值介于其对应的第j级和第j+1级指标值Vi，j，Vi，j+1之间时，它对第j级和第j+1 级的隶属度为：

(8)

对其他级别的隶属度均为0；当第i项指标xi的值小于其对应的第五级指标值时，它对 “很差”的隶属度为1，而对其他级别的隶属度为0，即：

ri5=1，ri1=ri2=ri3=ri4=0

(9)

根据定性指标和定量指标确定的隶属度可得第i个等级评价矩阵Ri：

(10)

其中n代表因素中的指标个数。

(3)确定各因素指标的权重

(4)进行单因素评判，确定隶属度

根据已计算得到的评价矩阵和指标权重，可得到各因素指标对各评价等级的隶属度：

(11)

δ是模糊合成算子，表示模糊评价矩阵的合成运算，本文采用加权平均型模糊合成算子。

(5)综合判断

将隶属度Bi相关项目列为矩阵，可得到模糊评价矩阵R：

(12)

根据已求得的权重向量W=(ω1,ω2,…,ωn)，可计算得到评价向量C：

(13)

根据最大隶属度原则Ck=max{ci}即可确定评价等级。但在使用此原则时应使用有效性指标α验证其有效性[17]：

α=(nβ-1)/2γ(n-1)

(14)

式中：

n为C=(c1,c2,…,ci)的元素数量；

β为C=(c1,c2,…,ci)的最大隶属度；

γ为C=(c1,c2,…,ci)的第二大隶属度。

求得α值及对应有效性有以下几种情况：

①α=+∞，完全有效；

②1≤α<+∞，非常有效；

③0.5≤α<1，比较有效；

④0≤α<0.5，有效性低；

⑤α=0，完全失效。

为确保评价的有效性，应保证α值大于0.5，即要保证能达到“比较有效”及以上，如果α值过小，就需要识别和剔除少数精度较低的样本，直到α值大于0.5为止。

2 工程实例与分析

L县位于吉林省西部，多年平均降水量为423.3 mm，多年平均蒸发量为1029.1 mm。该区域面临着水资源可利用量较少、用水效率较低且水资源空间分布不均匀等问题。为了合理利用有限的水资源，充分发挥土地资源优势以及粮食生产潜力，L县水利局响应国家号召大力启动了节水增量行动，以加强节水灌溉信息化工程建设，主要进行了节水灌溉信息化所需的数据采集、传输、分析等设备环境建设，工程建设内容主要有计算机网络装设、监控中心建设、地下水位监测系统装设、农业用水量监测系统装设、灌溉自动化系统装设、节水灌溉行动县级项目管理信息系统装设及标定仪器设备采购安装等7大方面。

2.1 建立评价因素集

建立节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价的目标因素集U，其中U1为铁三角管理指标，U2为项目基础管理指标，U3为综合管理指标。

2.2 建立评价指标的评语集

根据节水灌溉信息化工程的特点，将节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价指标分为五级，即V={v1，v2，v3，v4，v5}，相对应的定量评价数值为{0.9，0.7，0.5，0.3，0.1}。通过邀请专家按评语集对节水灌溉信息化工程建设管理的定性指标进行评价，根据已有数据对定量指标进行计算可得各评价指标的隶属度，如表5所示。

表5 因素综合评价集

定量指标为质量管理、进度管理及资金管理。质量管理水平选用分部分项工程的优良率，进度管理选用进度偏差，资金管理选用变更系数，三项定量指标的分级标准见表6。

表6 管理绩效评价体系定量指标分级标准

2.3 确定各因素的权重

使用AHP法确定权重，如表7-10所示。

表7 准则层对目标层主观权重的确定

表8 铁三角管理指标主观权重的确定

表9 基础管理指标主观权重的确定

表10 其他管理指标主观权重的确定

准则层对目标层的权重为W=(0.648，0.230，0.122)。

准则层指标权重为：

w1=(0.540，0.297，0.163)；

w2=(0.328，0.157，0.430，0.085)；

w3=(0.667，0.333)。

由表5中的隶属度数据得评价矩阵：

将权重和评价矩阵代入式(13) 得模糊综合评判值：

B1=w1δR1=(0.44，0.56，0，0，0)；

B2=w2δR2=(0.18，0.48，0.25，0.09，0)

B3=w3δR3=(0.27，0.47，0.13，0.10，0.03)

C=WδR=(0.648，0.230，0.122)δR

=(0.356，0.534，0.074，0.032，0.004)

2.4 评价结果分析

根据最大隶属度原则Ck=max{ci}，Ck=0.534，最大隶属度有效性指标1>α≥0.5，说明使用该原则比较有效，可确定L县节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价的隶属函数值是0.534，评价级别为较好。这说明，在节水灌溉信息化工程项目的实际建设过程中，项目管理的水平较好，但还有待进一步提升。此结果与实际管理水平相一致，说明本文选取的管理绩效评价指标体系以及评价方法在实际中是可行的。建议L县水利局在节水灌溉信息化工程建设中不仅要重视“铁三角”管理，还要加强合同、安全、财务和协调等方面的基础管理，同时不能忽视制约着管理水平提升的信息资料和其他管理内容，尤其是要加强较重要的合同、财务和信息资料的管理。

3 结论

本研究从建设单位的视角建立了节水灌溉信息化工程建设管理绩效评价指标体系，结合节水灌溉信息化工程的特点选取了FAHP法进行建设管理绩效评价。研究说明了模型的权重确定和模型建立方法，选用L县的节水灌溉信息化工程实例进行了模型计算。最后，通过对实例计算的结果与现阶段管理水平进行对比分析，验证了模型的科学性和可行性，并就现阶段管理水平提升提出了管理建议，对节水灌溉信息化工程建设管理研究具有借鉴意义，对建设单位的实践具有指导意义。