辽宁地区中小型水利工程施工阶段效果综合评估研究

孙 迪

(辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，沈阳 110001)

大中型水利工程近些年来受区域生态环境保护影响建设项目明显减少，目前主要发展趋势是中小型水利工程的建设，施工阶段综合评估对于保障中小型水利工程建设质量十分必要[1]。施工阶段是水利工程建设项目的核心环节之一，人员复杂、安全风险高且具有繁杂的过程是施工阶段的主要特点[2]。对于施工质量提升和保障经济效益是建设阶段安全顺利进行的重要条件[3]。施工阶段自我评估和检查发现问题是施工阶段效果评价的主要目的，施工中的问题可通过综合评估进行发现，同时也可对已完成的施工阶段工作给予肯定[4]。如何根据施工过程中影响因素进行评估指标和标准的制定时施工阶段效果评价的重点内容[5]。近些年来，国内许多学者针对水利工程施工阶段效果综合评估取得一定研究成果，但这些研究成果大都针对于大型水利工程的施工阶段效果进行综合评估，对于中小型水利工程的研究还较少，而中小型水利施工、质量、管理、环境均和大型水利工程有所差异，为提高辽宁地区中小型水利工程施工质量，文章从从质量、安全、管理、环境4个层面，优选16个评估指标建立中小型水利工程施工阶段效果综合评估指标体系，并以沈阳市橡胶坝除险加固工程为实例，采用层次分析方法对其进行施工阶段效果进行综合评估。研究成果对于区域中小型水利工程施工质量和效果评估提供重要的方法参考。

1 基于层次分析法的综合评估模型建立

1.1 权重一致性检验

考虑到中小型河流施工特点，在进行综合评估模型构建时要考虑不同评价指标之间的均衡程度，各指标之间的权重要有所独立，因此要对各评估指标进行权重值的单级排序，并进行一致性检验，从而科学合理的确定各指标的权重。首先对指标权重判定矩阵的特征值进行计算：

Aw=λmaxw

(1)

(2)

式中：w为各评估指标权重；Aw为权重向量的特征值；λmax为权重向量特征值的最大值；n为评估指标的个数，文章取值为16。在λmax和w确定后对其计算值进行一致性检验，其检验指数CI的计算方程为：

(3)

在计算权重特征值的一致性检验指数后，对一致性比指标CR进行计算：

(4)

其中RI为平均随机一致性指标。当CR≤0.1一致性检验通过，反之需要对指标权重进行重新计算，重新计算的权重再进行一致性检验，直到CR≤0.1条件满足。

1.2 权重排序

在进行各指标权重计算和一致性检验后，还需要对不同评价层进行权重排序并进行一致性检验，权重总排序方程为：

(5)

式中：n为评价指标的个数；q为评价层次权重，文章分别为4个层次，即m为4，Q为目标函数的总权重；各指标在准则层单列排序的指标权重分别为p1j、p2j、…pmj。按照方程(5)中的总阶数对总权重进行一致性检验：

(6)

式中：CIi为一致性检验指标；RIi为一致性平均随机性指标，当CR≤0.1，一致性检验通过。

1.3 指标隶属度矩阵的建立

评估指标集按照专家建设经历进行评价集的建立，建立方程为：

V={v1、v2、…vn}

(7)

式中：V为各专家的评价意见集；vi为不同评价意见，建立不同评价指标集的隶属度函数，构建方程分别为：

rij=vj(uj)

(8)

ri=(ri1，ri2，…rim)

(9)

在指标隶属度权重、检验的基础上确定其层次分析综合评估矩阵，通过计算矩阵R值对其施工效果进行综合评估，矩阵R方程为：

(10)

式中：ri为评价层指标隶属度；rij为评估指标的隶属度。

2 工程实例应用

2.1 工程概况

文章以沈阳地区橡胶坝加固为工程实例，该橡胶坝工程位于浑河支流，流域面积961km2。橡胶坝坝址以上流域面积 123.26km2。橡胶坝全长66m，为充水式橡胶坝，是一座具有蓄水灌溉功能的水利工程。

2.2 评估指标的建立

结合中小型水利工程的特点，分别从从质量、安全、管理、环境4个层面，选取16个指标进行中小型水利工程施工阶段的评估指标体系，具体如表1所示。

表1 中小型水利工程施工阶段综合评估指标体系

2.3 评估指标判定矩阵的建立

对表1中中小型水利工程施工阶段综合评估指标进行归一化处理后，分别对施工安全、施工质量、施工管理以及施工环境4个层次的权重指数进行确定，并对各评价层进行单一排序，各评价层指标权重确定结果如表2所示。结合整个评价指标体系结构，对各评价层的指标权重进行分析和判定，各层次对应的评估指标隶属度矩阵分别如表3、表4、表5以及表6所示。

表2 目标及各评价层排序矩阵

表3 施工安全评价层隶属度矩阵

表4 A施工质量评价层隶属度矩阵

表5 施工管理评价层隶属度矩阵

表6 施工环境评价层隶属度矩阵

从表3施工安全评价层各指标隶属度判定矩阵分析可看出，安全生产目标A1和法律法规安全体系指标A2的隶属度最高，在法律法规安全体系下实现中小型水利工程施工安全生产的目标，其次是施工安全指标A4，其隶属度达到3，施工生产的目标就是以施工安全指标作为其重要的评定标准，保障施工安全目标得到实现。从施工质量评价层各指标之间隶属度判定矩阵可看出，对于中小型水利工程而言，其施工过程中的工程开挖质量B1与水泥搅拌质量B2及砂壤土回填质量B4具有相同的隶属度。从表5施工管理评价层各指标隶属度判定矩阵可看出施工人员合同管理C1和建立完善的施工管理体系C3的指标隶属度最高，中小型水利工程完善的施工管理体系可以保障施工人员合同管理的有效和规范，其次施工企业自我评价C4与施工人员合同管理C1及施工管理体系C3具有较好的隶属度。从表6施工环境自我评价层对应的评估指标隶属度判定矩阵分析结果可看出，施工环境评价层中水污染控制D1和废弃污染控制D2以及生态环境保护D4具有相同的隶属度，施工环境是中小型水利工程中评价层权重及综合排序较高的评价层指标，在中小型水利工程施工过程中，要尤其注重施工环境质量，重点关注施工过程中的大气污染和生态环境保护[6-8]。

2.4 评估指标判定矩阵的建立

分别从准则层和4个评价层的单层索引对其其评估指标的权重判定矩阵进行分析，并对其指标权重判定矩阵进行不同层次的一致性检验，分析结果如表7所示。

表7 不同评价层的权重判定矩阵及一致性检验结果

从施工环境、施工质量、施工管理、施工环境作为4个准则层中，施工安全的权重值最高，为0.4527，其次是施工质量，施工管理和施工环境的权重值较为接近，在4个准则层中最低。从4个准则层的一致性检验指标CR≤0.1，均可通过一致性检验。从施工安全单层索引中可看出，施工安全A4的权重值最高，达到0.3980，其次为法律法规的安全体系A2的指标权重，安全生产目标A1和建筑工人职业健康体系A3指标的权重较为接近，各指标权重的一致性检验值CR≤0.1，均可通过一致性检验，权重设置合理、有效。从单层索引2的各指标权重分析结果可看出，对于中小型水利工程施工质量而言，回填质量的权重最高，在施工质量准则层中各项评估指标中的一致性检验指标CR≤0.1，也均可通过一致性检验，表明施工质量各项指标权重设置合理、有效。从施工管理准则层各项指标权重可看出，施工管理体系C3指标权重最大，其对施工管理的影响较大，完善的施工管理体系可以有效支撑施工管理，施工管理准则层各指标权重一致性检验指标CR≤0.1，设置的施工管理各指标权重合理。从施工环境准则层各指标权重分析可看出，水污染控制指标D1的权重最高，对中小型水利工程而言施工环境一定要注意水污染控制，有效避免施工过程中产生的废土、废渣对河流产生二次污染，此外施工环境中对施工现场噪声达标率D3要求也较高，其权重值达到0.2895，中小型水利工程施工阶段的施工环境要注意降低施工现场噪声，以免影响居民生活。从施工环境准则层各指标权重的一致性检验结果可看出，其CR≤0.1，也可通过一致性检验。

2.5 综合评估结果

在中小型水利工程施工阶段效果评估指标权重建立及一致性检验的基础上，结合层次分析方法建立评级指标标准层次集U=施工{安全、质量、施工、环境}、次标准层指数集U1={A1、A2、A3、A4}&U2={B1、B2、B3、B4}&U3={C1、C2、C3、C4}&U4={D1、D2、D3、D4}，指标评价集V={优、良、中、差}，建立评价矩阵，结果如表8所示。

表8 基于层次分析方法的中小水利工程施工阶段效果综合评价结果

按照方程(10)和表6可看出，R1、R2、R3、R4为各评估指标的模糊隶属度计算矩阵值，结合层次分析方法对各单层索引模糊评估矩阵计算方程分别为：

Ei=PiRi

(11)

由方程(11)可以计算不同索引层的评估值Ei：

E1=[0.1489 0.1631 0.1572 0.1359]；

E1=[0.2408 0.20851 0.2059 0.1854]；

E3=[0.1794 0.2042 0.1720 0.1765]；

E4=[0.1805 0.2159 0.2337 0.1934]。

施工安全性E1按照隶属度最大原则E1∈v2，施工安全单层评价结果为良，施工质量E2按照隶属度最大原则E2∈v1，施工质量单层评价结果为优，施工管理E3按照隶属度最大原则E3∈v2，施工管理单层评价结果为良，施工环境E4按照隶属度最大原则E4∈v3，施工环境单层评价结果为中。E1、E2、E3、E4采用次标准层进行组合进行隶属度矩阵R的计算：

Ec=Bs·Es=
[0.1800 0.1885 0.1829 0.1629]

以最大隶属度为综合评估Ec评估标准，山城橡胶坝加固工程施工阶段效果综合评估值E∈v2，其施工阶段效果综合评价等级为良，山城橡胶坝加固工程从项目建设期施工管理、施工安全、施工环境、施工质量总体较为规范，安全制度体系较为规范和完善，施工质量保障措施较好，因此其效果评定总体为良，和工程实际情况吻合度较高，因此文章基于层次分析方法的中小型水利工程施工阶段效果综合评价结果总体合理、客观。

3 主要结论

1)安全生产目标和法律法规安全体系两个指标是施工安全影响主因，基础施工质量的高低是中小型水利工程施工质量的重要保障，施工人员合同和施工管理体系是施工管理主要评估因子，各准则层综合排序为施工安全、施工质量、施工环境、施工管理。

2)通过施工阶段效果综合评估，可为施工单位的现场管理体制、施工整体水平、安全保障程度、现场生态环境保护给予建议和对策，为施工单位后续施工效果的保障和完善提供依据。

3)文章评价指标体系对于施工效果覆盖面还有所局限，存在不足，在后续研究中还应对评估指标体系进行丰富，提高综合评估结果的准确度。