基于水电站施工效果的评价研究

张雪娟

(辽阳市金洋建设工程项目管理有限公司,辽宁 辽阳 111000)

水电站的开发难度相比于风电、核电等其他发电形式难度较低,这种可再生清洁能源对促进我国能源消费结构的转变发挥着重要作用[1]。近年来,中小型水电站建设项目日趋增多,有关评价也成为工程技术人员研究的重点。水电站建设具有风险高、人员参与度大以及流程复杂等特点,必须加强整体施工控制。在施工过程中,科学评价水电施工状况是实现自查和自我评价的重要内容,依据评价结果能够及时发现工程建设中存在的问题,有针对性的制定解决方案保证预期目标的实现[2]。其中,如何制定适宜的评价标准和指标体系是水电站施工效果评价的关键,如张炜等从竣工验收、施工建设和项目准备3个阶段选择39项代表性指标,运用模糊综合法评价了水电工程施工质量;李静等从综合管理、水能源合理利用和生态保护等角度选择31项参评指标,采用模糊物元法评价了鹤滩水利枢纽工程的绿色施工效果;张浩等采用成熟度评价法和47项指标综合评价了水电工程的施工安全等级,结果表明该方法具有较好适用性与可靠性。综上分析,现有研究大多从建设质量、绿色施工和安全生产等方面,应用模糊综合法、模糊物元法和成熟度法评价水电工程施工状况[3-5]。文章结合水电站的特点,从施工管理、质量、环境和安全的角度上利用模糊层次分析法科学评价了水电站建设的施工效果。

1 水电站施工效果评价方法

1.1 构建判断矩阵

水电站建设时涉及的部分有很多,从结构上有发电涵洞、泄洪洞和主体大坝的施工,从时间上有大坝的地基及面板、河道的导流与截流等施工。因此,必须结合水电站安全无污染和结构体系复杂多变的特点,遵循可获取性、系统性、科学性和全面性等原则选择合适的指标构建评价体系。

对于难以决策的复杂化系统问题,可以利用层次分析法划分成指标层、准则层和目标层,由此构建的结构体系反映了所有参评指标间的关系,但不同指标对施工效果评价的贡献不尽相同,应考虑决策者或专家意见确定其相对重要度构建适合的判断矩阵A。

1.2 单层权重排序

根据已构造的判断矩阵计算参评指标在同一层级和总层级中的权重,矩阵特征值λ计算公式为:

Aω=λmaxω

(1)

式中:ω为参评指标权重,通过进一步处理构造权重集合,即B1、B2、…、Bn所对应的权重阶数[6]。根据ω和λ计算结果,为保证权重计算合理性必须检验矩阵一致性,只有符合一致性检验要求的指标权重才能用于水电站施工效果评价,一致性指数CI和一致性比率指数CR的计算公式为:

(2)

CR=CI/RI

(3)

式中:RI、n为随机一致性指标和矩阵阶数,不同阶数矩阵的RI取值如表1所示。一致性比率指数CR<0.10则代表通过一致性检验,按照该判断矩阵确定的权重科学合理;否则,应调整判断矩阵直至符合检验条件。

1.3 分级总排序

通过单层权重排序后还要检验分级总排序,即确定指标层关于目标层各参评指标的总权重,分层总排序的计算公式如下[7-8]:

(4)

(5)

式中:Q为评价体系中的Q层,该层有n个指标,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;设Q层关于目标层的权重为Q1、Q2、…、Qn;p1j、p2j、…、pnj代表准则层中参评指标的单层权重;qj、CIj代表随机性指标和一致性指标。根据以上公式,致性比率指数CR<0.10则代表矩阵符合检验要求。

1.4 隶属度计算

充分考虑专家意见和水电站建设施工具体情况,合理设置施工效果的评价集V:V=[v1,v2,…,vn],其中V表示预评价的各个指标评语,vi表示评价的各指标等级。水利工程施工效果评价一般分为3～5个等级,结合水电站工程特点合理划分成4级。针对评价集逐一评判各个指标ui,采用下式计算参评指标隶属于评价等级vi的隶属度rij[9],即:

rij=vj(ui)

(6)

根据隶属度计算结果可以建立评价集V与参评指标ui之间的隶属关系Vi=(ri1,ri2,…,rim)。通过以上计算建立集合U与V之间的模糊关系矩阵R,按照最大隶属度准则即可确定水电站施工效果评价等级,即:

(7)

2 实例应用

2.1 水电站概况

东方红电站是一座兼顾农田灌溉、发电、旅游和养殖等功能的水利工程,电站总装机量2750kW,年发电量700×104kW·h,灌溉水面积0.07万hm2,对促进地方经济建设和农业生产发展发挥着重要作用。左岸场贩内装两台贯流式水轮发电机组,总装机6000kW,厂房总款13.9m,总厂50.5m,其中安装间和主机间长20.5m、30.0m,中间设有永久结构缝,最大高度37.35m。

2.2 建立评价体系

根据水电站建设特点,将施工效果评价体系划分成三个层级。其中,以水电站施工效果评价为目标层指标,以施工管理、质量、环境和安全为准则层指标,并考虑施工内容将准则层指标进一步细分成16个具体指标,如表2所示。具体而言,就是考虑不同属性将水电站施工效果所涉及的所有因子进行分组,从而建立梯阶层次框架,各层级之间存在从上到下的支配关系,即准则层中的指标既又受到目标层指标的支配又对下一层具有支配作用[10]。

表2 水电站施工效果评价体系

表2 离散一致性指标值RI

2.3 各层级判断矩阵

根据水电站建设具体情况,邀请水利工程领域内的专家按照1～9标度准则对各参评指标进行评分,采用层次分析法建立各层次判断矩阵,如表3、表4所示。

表3 层级A～B判断矩阵

表4 层级B～C判断矩阵

2.4 确定权重

采用公式(1)～(3)计算最大特征根,经检验特征向量W的各分项就是相应指标的权重,经计算其CR值均符合<0.1的检验要求,参评指标权重如表5所示。

表5 参评指标权重

2.5 模糊层次评价

设准则层参评指标集u1=[B1、B2、B3、B4],指标层参评指标集u2=[C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16],依据水电站施工情况和相关标准构造评价集V=[优、良、中、差]。针对以上16个指标邀请水利工程领域内的专家进行评级,构造专家评价矩阵如表6所示。

表6 水电站施工效果评价矩阵

采用公式(7)构造水电站施工效果各参评指标的模糊隶属矩阵R1、R2、R3、R4,并建立水电站施工安全、质量、管理和环境的模糊隶属矩阵Ei=Pi·Ri,具体如下:

(8)

遵循最大隶属度原则可以确定水电站施工工安全、质量、管理和环境分别达到良好、优秀、良好和中等评价等级。同理,结合准则层各指标权重及其模糊评价数值,计算确定水电站施工效果模糊隶属矩阵E,具体如下:

E=[0.2017 0.2166 0.1945 0.1702]

(9)

遵循最大隶属度原则可以确定该水电站施工效果达到良好等级,表明东方红水电站扩建工程总体建设效果较好,从施工到管理的各个环节比较规范,模糊层次分析法能够客观准确地反映水电站施工状况[11]。

3 结 论

文章利用模糊层次分析法综合评价了水电站改扩建工程的施工管理、质量、环境、安全和整体施工效果。结果表明,该水电站施工工安全、质量、管理和环境分别达到良好、优秀、良好和中等评价等级,整体施工效果达到良好等级,所用方法能够客观准确地反映水电站施工状况。

结合评价结果,该水电站施工管理、环境和安全评价未达到优秀等级。因此,施工企业仍需完善内部管理制度和安全施工培训制度,全面提升企业管理的总体水平及全体人员的整体素质;在水电站建设的全过程注重生态保护,减少噪声污染和建筑垃圾对周边环境的污染等。