水利工程方案比选量化分析思考.pdf

第 卷第期年月杨 凌 职 业 技 术 学 院 学 报J o u r n a l o fY a n g l i n gV o c a t i o n a l&T e c h n i c a lC o l l e g eV o l N o M a r,收稿日期:作者简介:杨春育(),男,陕西临潼人,高级工程师,在职研究生,主要从事水利工程规划及相关问题研究.D O I:/j c n k i c n /G 水利工程方案比选量化分析思考杨春育,杨鹏飞(延安市水利工作队,陕西 延安 ;陕西建工机械施工集团有限公司,陕西 西安 )摘要:针对我国目前水利工程方案比选时没有明确方法和现有定性分析方式存在明显不足的现状,根据国家规范要求,分析了比选应该考虑的各种因素指标,在此基础上初步提出了方案比选量化分析模型,提供了两种可供选择的量化分析计算方法,使水利工程不同方案以权重数值的直观形式供决策者进行选择.关键词:水利工程方案比选;量化分析模型;权重数值中图分类号:TV 文献标识码:A文章编号:()R e f l e c t i o no fQ u a n t i t a t i v eA n a l y s i so nC o m p a r i s o na n dS e l e c t i o no fH y d r a u l i cE n g i n e e r i n gS c h e m e sY A N GC h u n y u,Y A N GP e n g f e i(Y a na nW a t e rC o n s e r v a n c yW o r kT e a m,Y a na n,S h a a n x i ,C h i n a;S c e g cM e c h a n i z e dC o n s t r u c t i o nG r o u pC o,L t d,X ia n,S h a a n x i ,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h ec u r r e n t s i t u a t i o nt h a t t h e r e i sn oc l e a rm e t h o d i nt h ec o m p a r i s o na n ds e l e c t i o no fh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gs c h e m e s i nC h i n aa n dt h e r ea r eo b v i o u sd e f i c i e n c i e s i n t h ee x i s t i n gq u a l i t a t i v e a n a l y s i sm e t h o d s,t h i sp a p e r a n a l y z e sv a r i o u s f a c t o r sa n d i n d i c a t o r s t h a t s h o u l db e c o n s i d e r e d i n t h e c o m p a r i s o na n ds e l e c t i o na c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t so f n a t i o n a l s p e c i f i c a t i o n s,p r e l i m i n a r i l yp u t s f o r w a r d t h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sm o d e l o f s c h e m e c o m p a r i s o na n ds e l e c t i o n,a n dp r o v i d e s t w oa l t e r n a t i v eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o nm e t h o d s,s o t h a t d i f f e r e n t s c h e m e s o fw a t e r c o n s e r v a n c yp r o j e c t s c a nb e s e l e c t e db yd e c i s i o n m a k e r s i nt h e i n t u i t i v e f o r mo fw e i g h tv a l u e K e yw o r d s:c o m p a r i s o na n ds e l e c t i o no fh y d r a u l i ce n g i n e e r i n gs c h e m e s;q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm o d e l;w e i g h tv a l u e由于涉及国民经济的方方面面,重要的水利工程大多技术难度较大、投资较高、对项目的经济性和安全性要求很高,所以在工程建设前要进行前期论证与分析研究,对各种方案进行相互对比分析,选出最有效的设计方案,以确保拟建的工程投资最大效益化.传统上水利工程方案确定一般包括四个步骤,即多种方案拟定、方案具体设计、方案间比较与分析及方案选择.其中方案间比较与分析主要考虑因素包括:工程目的和任务、工程场址的地理位置状况、主要地形、地质情况、预计运行后会出现的情况、预计在施工过程中会遇到的技术和安全问题、工程量和投资等.随着社会经济的发展,人民生活水平和需求层次的提高,近些年增加考虑了诸如拉动社会经济发展、影响生态环境及社会稳定等因素.这些因素中只有工程量和投资因素是可量化因素,其余均为定性分析因素.而这些定性分析因素由于受规划人员及决策者知识结构、主观立场影响,得出的分析结论有很多不足之处,并且缺少足够的说服力.因此,本文提出的方案比选量化分析模型及科学合理的量化分析计算方法是当前从事水利工程规划工作人员亟待解决的现实问题.水利工程方案比选因素指标 比选内容分析根据我国现行的有关政策法规及行业规范要求,水利工程前期工作一般包括初步规划、项目建议书、可行性研究、初步设计等个阶段,方案比选应该贯穿于整个水利工程前期工作过程之中,在任何阶段任何有可比可能的项目方案都需要个以上的方案.如在规划阶段涉及工程任务和规模的比选问题、工程在所属流域的布局比选问题等,在项目建设书和可研阶段存在坝址比选问题,在初步设计阶段又涉及坝线比选问题,另外坝型选择、枢纽布置、各特征水位、灌溉面积、灌溉方式等均应进行多方案综合比选.此外,在方案比选过程中还需考虑诸多因素,如在工程选址、坝型选择中,要充分考虑工程地质条件、工程等级和设计标准、各种不同方案所涉及的水位特征、下泄流量、施工场地布置、水库淹没损失、移民数量、占地补偿、社会稳定影响、投资国民经济及财务评价等.但是,这些规范中并没有明确的比较方法和量化尺度,导致规划人员在实际工作中一般只进行定性分析,根据分析比较确定方案间优劣性后选出一个缺乏量化尺度的推荐结果.本文后续内容即是如何在水利工程方案比选时将过去的定性分析结论转化为定量分析权重数值结论,从而为决策者提供更为直观的决策依据.比选因素指标水利工程前期工作各个阶段都要进行方案比选,各个阶段工作重点不同,比选时考虑的因素也不尽相同.根据水利工程不同阶段需要回答和解决问题的内容,结合国家规范中对各阶段的相关要求,可以将方案比选考虑因素归纳如下:()工程任务和目标.是规划建设工程解决的问题和期望达到的效果.随着我国社会经济的发展,重点水利工程一般都具有多目标多任务的特点,不同规划方案能够实现的任务和目标不尽相同.因此,该因素就存在优劣对比问题.()工程场址的地理位置、交通、水电、主要地形、地质等情况.是规划建设工程施工时的客观条件情况,不同方案可能存在不同程度上的偏差.因此,该因素也要进行比选.()预计运行后会出现的情况.是指规划建设工程实施后管理运行时的难易程度、费用大小、完成任务目标的保证率等因素,不同方案可能存在很大差异.因此,规划阶段应该重点对该因素进行比选.()预计在施工过程中会遇到的技术问题和安全问题.是规划建设工程施工时可能出现的技术、安全问题预测,不同方案会出现的问题大小程度、难易程度也会不同.同样,该因素应该进行优劣选择.()生态环境影响.是规划建设工程在施工过程及运行过程中对场地范围及流域范围生态环境方面的影响情况,不同方案的生态环境影响大小、相应的水保及环保投资大小会存在差异.因此,规划阶段方案比选需要对该因素进行考虑.()社会稳定影响.是指规划建设工程实施的社情民意反响,或者可称为舆情状况,不同方案群众反映也会不同,在一定程度上也影响方案任务和目标能否实现.因此,该因素在规划方案比选时也要重点考虑.()占地及移民补偿.是规划建设工程实施过程中的临时占地、永久占地及移民数量情况,不同方案的数量可能存在很大差异.因此,该因素在方案比选时是必不可少的一项.()工程量和投资.是指规划建设工程的建筑工程量、安装工程量、机电设备数量及考虑各项费用后的总体投资情况,是工程的费效比及是否实施的关键因素,不同方案可能差异巨大.因此,该因素是规划方案比选时考虑的重点方面.量化分析模型 指标体系根据水利工程前期工作内容和方案比选需要考虑的因素指标,本文建议在水利工程量化分析时采用常规简洁的三层指标体系.即目标层、准则层及方案层.其中准则层包括个方面的因素,即:任务和目标、施工条件、运行管理、技术和安全、生态环境、社会舆情、占地及移民、工程量和投资.当然,我国幅员辽阔,各个地方的水利工程都有自己的特点,考虑的因素可能不止这个方面,水利工程方案比选工作者可以根据实际情况对准则层数目进行增减.方案层可根据规划方案多少确定相应数目.目标层只有一个,即推荐方案.建立模型根据上述确定的水利工程方案比选量化分析法指标体系,建立水利工程方案比选模型如图所示.量化分析方法根据建立的水利工程方案比选量化分析模型的指标体系特点知道,以该模型进行量化分析计算时首先需要确定指标层各个因素的权重,其次需要确定不同方案间的同一因素指标的优劣性,继而得出不同方案的该因素指标权重,最后经过选用的分析方法得出不同方案的权重比值.通过对各种量化分析方法的适用性比较,本文推荐“综合评分法”以及“层次分析法”两种量化分析方法供大家选择.综合评分法该方法通过对根据不同方案对比指标的优劣程度划分等级并赋分的形式来进行量化处理,从而达杨 凌 职 业 技 术 学 院 学 报第 卷到对定性比较指标进行量化排序问题的综合评价.该方法可以对无法用统一量纲的不同方案比选指标进行定量分析,同时方法本身简单易懂,因此较易掌握并实操应用.综合评分法的步骤一般为:()确定不同方案的比选因素.即方案比选模型中的指标层因素.()制定不同方案比选因素的评价标准和等级.即确定打分办法.()制定不同方案比选因素的评分表.即根据打分办法拟定指标层因素评分表.()评出不同方案比选因素的量化分值.方案比选人员赋分时要注意对不同评价指标进行横向比较,以免出现互相矛盾的情况.()分值数据处理和不同方案评价.即根据各比选方案的综合权重分值,选出推荐方案排序供决策者选择.图水利工程方案比选量化分析模型 层次分析法层次分析法(AH P)是一种上世纪 年代产生并不断丰富完善的解决多目标复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法.方法可以将定量分析与定性分析有机结合起来,通过判断各衡量目标能否实现的标准之间的相对重要程度,并合理地给出每个决策方案的每个因素的权重数值,利用权重数值求出各方案的优劣次序,比较有效地应用于那些难以用定量方法解决的决策问题,是社会、经济系统决策中的有效工具.由于其优良的适用性和有效性,使其成为管理科学中项目方案决策时常用的一种系统分析方法.该方法在水利工程方案比选时的基本步骤如下:()建立比选模型.根据规划工程可能的方案,将不同方案列入模型方案层.在深入分析工程实际情况的基础上,确定指标层要素.参考图建立规划工程的比选模型.()构造指标成对比较阵.对比选模型的指标层各因素用比较尺度和成对比较法构造指标间成对比较阵.()计算指标权向量并做一致性检验.这一过程可以借助电算程序完成.()计算不同方案组合权向量并做组合一致性检验,得出推荐结果.这一过程同样可以借助电算程序完成.根据计算结果可以得出不同方案的权重分值,最终确定推荐方案.辅助方法上述两种方法在各指标因素量化过程中还需使用其他一些辅助方法,结合水利工程方案比选特点,推荐三种辅助方法:专家打分法、数据分析法及问卷调查法.专家打分法是指通过匿名方式征询有关专家对工程不同方案比选指标的意见后,对方案比选的某些定性因素确定其重要程度或难易程度,从而实现其量化分析的方法.征询意见时应该按照选择的量化分析方法给出相应因素间打分尺度标准和因素要点说明.数据分析法数据是实际情况的记录,包括数值数据和非数值数据.数据分析法一般指对统计数据进行不同数学模型的计算分析,包括数据的描述性分析、线性回归分析、方差分析、主成分分析和典型相关分析、判别分析、聚类分析、B a y e s统计分析等.本文中的数据分析法是指在不同方案任务第期杨春育,等:水利工程方案比选量化分析思考和目标因素比较时对已建工程运行数据分析得出方案不同任务的必要程度,从而得出该因素量化指标尺度权重数值的分析方法.问卷调查法问卷调查法是指在方案社会稳定影响或其他因素比较分析时对拟建工程的群众反映进行问卷调查,经过对调查结果分析后得出不同方案影响社会稳定或其他因素优劣性的权重数值,从而得出该因素量化指标的分析方法.问卷调查时要给出方案间因素打分标准和方案因素要点说明.结论及建议 结论长期以来,水利工程前期工作在进行方案比选时由于缺少定性与定量结合的量化分析方法常常会出现一些问题,主要包括:侧重定性分析、侧重投资大小比较、比选内容不全面、决策者意志决定等问题.这些问题产生的原因是多方面的,但归根结底还是缺少一种行之有效的、便于操作的方案比选量化分析方法.本文提出了水利工程方案比选时采用的量化分析模型(不同工程可以根据实际情况对模型进行微调),确立了基本的模型层次结构和指标层个因素组成,推荐了两种分析方法和三种辅助方法.采用该模型后应用人员就可以给出不同方案的数值权重,为国家科学合理的进行水利工程方案比选决策提供科学合理、直观有效的依据.建议当然,任何方法都存在缺点,本文提出的两种方法也存在不足之处.()受限性 模型构建完成后,方法只能从分析者给出的方案中优选一个出来,方法不会像更高级的大数据分析或人工智能一样给出更好的组合优选新方案.()粗略性 两种方法中的比较、判断以及结果的计算过程都是粗糙简单的,不适用于精度更高的问题.()主观性 从建立指标体系到最终得出量化分析结果,人主观因素对整个过程的影响很大.尤其是当打分专家或问卷人群成分单一、认识趋同时,分析结果也会趋同,造成简单的将定性分析转化为数字权重的结果,没有起到应有的选优作用.因此,在进行水利工程方案比选量化分析时,可以采用多种措施避免或减少上述三方面不足.()在方案层建模时,尽量将各种可能的方案考虑周全,不要将各方面综合占优的方案从开始就被人为的排除在比选工作之外.()在指标层建模时,工作人员在不同阶段方案比选时可以根据实际情况修改完善指标层因素,并在每个因素下可以根据需要增加子指标层.尽量通过完善指标层来解决方法计算过程粗略的问题.()在量化权重时,要通过形式多样的合适辅助方法完成各因素指标赋分.例如专家打分、问卷调查、数据统计等方法,实际应用时各种方法还要互相组合、参考.同时,为了避免打分同一性倾向,咨询专家时要多行业多地域选择;问卷调查对象应涵盖各类人群,上至决策层,下至老百姓均要涉及;数据统计主要针对与每个工程方案比选相关的已建工程、设施运行数据开展,经统计分析后得出比选方案的必要、重要或优劣程度.从而尽可能避免方法指标量化时的主观倾向.总之,要根据不同水利工程的具体情况在应用量化分析方法的各个步骤中选择合适可行的辅助方法、措施减少或避免方法的不足之处,为决策者给出直观有效、科学、合理、最大可能满足各方面需求的方案比选量化分析结果.参考文献:邱 林,王 文 川,赵 晓 慎工 程 水 文 及 水 利 水 电 规 划M北京:科学出版社,:李怀祖管理研究方法论(第版)M西安:西安交通大学出版社,:杨 凌 职 业 技 术 学 院 学 报第 卷