基于熵权可拓物元的水电工程施工质量评价

摘要：为提高水电工程项目管理效益，提出应用熵权可拓物元评价法对水电工程施工质量进行评价。在分析水电工程施工质量评价相关特点的基础上，构建了评价指标体系，进而依据最大隶属度原则建立了水电工程施工质量熵权可拓物元评价模型。通过实例评价证实，所建模型的评价结果与工程实际相符。

关键词：水电工程；施工质量；熵权可拓物元；评价

中图分类号：TV523 文献标志码：A 文章编号：16721683（2016）02017706

Abstract：In order to improve the management efficiency of the hydropower project，this paper proposed an entropyweight and matterelement evaluation model to evaluate the quality of hydropower project construction.On the basis of analysis of the characteristics of the hydropower project construction quality，the evaluation index system was established.Then，based on the maximum membership degree principle，the entropyweight and matterelement model was established for hydropower project construction quality.By case evaluation，it was confirmed that the evaluation result of the model was consistent with the engineering practice.

Key words：hydropower project；quality of construction；entropyweight and matterelement；evaluation

随着我国经济的高速发展，社会对电力的需求量越来越大，而水电作为一种可持续的清洁能源受到了越来越多的重视，并由此引发了一场水电工程建设的热潮[1]。然而，水电工程在带来巨大的经济效益的同时，也具有潜藏的破坏性[23]。因此，加强水电工程施工质量管理工作具有重要现实意义，特别是施工质量的评价。

近年来，国内大量学者致力于工程质量评价方法的研究。郑周练[4]等根据质量评价等级之间的模糊性，运用模糊数学理论构建了建筑工程质量评价模型，并分别对分项工程、分部工程、单位工程质量进行了评价；罗乐[5]等将层次分析技术和模糊数学理论相结合，探讨了一种新型的工程质量评价方法，并结合实例进行了论证；张炜[6]运用模糊综合评价法构建了我国中小水利水电工程质量评价模型，并对堤防加固工程进行了实证分析。然而以上方法在确定权重时，主观性过强，专家的知识经验对结果的准确性影响很大。针对这一现状，孟令星[7]等提出将层次分析法和熵值法相结合来确定指标权重，并通过实例进行了验证。此方法虽然能够在一定程度上降低主观性对结果的影响，但其中综合权重的确定还有待论证。

[JP+1]可拓物元评价法[8]是20世纪80年代初由学者蔡文基于可拓集合理论和物元理论而提出的一种用于解决矛盾问题的定量化工具。可拓物元评价法的基本单位为物元，即以事物的名称、特征值和量值三个基本元素建立物元矩阵， R=（事物，特征值，量值）=（N，C，V），其中，N称为事物，C为事物的特征值，V表示事物的量值。可拓物元法通过物元的方式把客观世界看成是一个复杂、相互联系的物元网络，从而能将众多不相容的评价指标进行综合考虑，得到更加可靠的结果，目前已经广泛应用于高速公路交通安全评价[9]、交通运输企业的经济效益评价[10]以及工程项目的风险评价[11]等领域。本文在利用可拓物元模型能有效解决事物网络之间内在联系问题优势的基础上加以改进，引入熵权理论以定量确定可拓物元法确定权重缺乏客观性现实性的问题，并以此为基础构建了基于熵权可拓物元的水电工程施工质量评价模型，最终以隶属度最大准则判断待估物元的等级以判断施工质量的优劣。

1水电工程施工质量评价指标体系构建

水电工程具有项目规模大、施工条件复杂等特点。因此，其施工质量的影响因素较多，在选取评价指标时，需要综合考虑各指标的目的性、系统性、一致性、独立性和可测性。本文在深入分析水电工程施工过程中质量影响因素以及参考前人研究成果的基础上[1214]，通过归纳、总结，构建了层次化的二级水电工程施工质量评价指标体系，如图1所示。其中，一级评价指标为施工进度（A）、技术方案（B）、管理措施（C），每个一级评价指标还包括若干个二级评价指标。

1.1施工进度

施工进度指标包括进度计划安排、资金使用计划、工程施工强度和施工条件识别4个二级指标。工程施工进度和施工质量之间存在着既对立又统一的关系，科学的进度安排、周密的资金使用计划、合理的工程施工强度、良好的施工条件能够使得工程施工循序渐进，保证工程施工质量。

1.2技术方案

技术方案指标包括工艺保证措施、施工工艺的选择、材料设备的选择和经济性4个二级指标。水电工程施工难度较大，特别是在一些地质条件复杂的地方，因此水电工程中所使用的技术手段和方法很多，形成了一个技术群，这些技术的合理使用可以有力保证工程施工质量。技术方案的选择必须保证在经济上合理，技术上可行，质量上过关。材料设备构成了水电工程的实体，其选择要因地制宜，在进场的时候必须严格检验。

1.3管理措施

管理措施指标包括人员管理措施、质量保证措施和安全保证措施3个二级指标。人员是工程施工的核心，提高施工人员和管理人员的质量意识，是保证水电工程施工质量所面临的首要问题。管理措施能够保证施工进度和技术方案的顺利实施。

[BT（2+1][STHZ]2基于熵权可拓物元的水电工程施工质量评价模型的构建[ZK）][BT）]

本文在利用熵权法确定各个指标权重的基础上再利用可拓物元评价法对其进行定量的评价[1517]，[JP3]最后再给出一个定性的描述，模型的具体构建步骤如下。

2.1确立经典域、节域、待估物元

物元矩阵R=（N、C、V），其中N、C、V为物元三要素。若对象N有n个特征向量C1、C2、…、Cn及其相对应的特征值V1、V2、…、Vn，其物元矩阵Rj表示如下：

Rj=（Pj、Ci、Vij）=[JB（|][HL（3]Nj[]C1[]Vj1

[]C2[]Vj2

[][]

[]Cn[]Vjn[HL）][JB）|]=

[JB（|][HL（3]Pj[]C1[]（aj1、bj1）

[]C2[]（aj2、bj2）

[][]

[]Cn[]（ajn、bjn）[HL）][JB）|][JY]（1）

式中：Nj为第j个评价等级；C1、C2、…、Cn为Pj的n个不同特征；Vj1、Vj2、…、Vjn分别是Pj对应于C1、C2、…、Cn的取值范围，即经典域；aji、bji为Vji的取值边界。

令节域矩阵Rp为

Rp=（N、Ci、Vp）=[JB（|][HL（3]N[]C1[]Vp1

[]C2[]Vp2

[][]

[]Cn[]Vpn[HL）][JB）|]=

[JB（|][HL（3]N[]C1[]（ap1、bp1）

[]C2[]（ap2、bp2）

[][]

[]Cn[]（apn、bpn）[HL）][JB）|][JY]（2）

式中：p为评价对象的全体；Vp1、Vp2、…、Vpn分别为p对应于C1、C2、…、Cn的取值范围，即节域；api、bpj为Vpi的取值边界。

令待估物元矩阵R0为

R0=（Nj、C、Vj）=[JB（|][HL（3]Nj[]C1[]V1

[]C2[]V2

[][]

[]Cn[]Vn[HL）][JB）|][JY]（3）

式中：Vj1、Vj2、…、 Vjn为C1、C2、…、Cn的实测数据。

2.2规格化处理

规格化处理能有效解决待评物元某个指标数值超出节域导致无法得到关联函数的问题，并以此克服评价时的局限性。

对经典域物元Rj进行规格化处理，可得：

R′j=（Nj，Cj，V′ji）=[JB（|][HL（3]Nj[]C1[][JB（（][SX（]a1j[]ap1[SX）]、[SX（]b1j[]bp1[SX）][JB））]

[]C2[][JB（（][SX（]a2j[]ap2[SX）]、[SX（]b2j[]bp2[SX）][JB））]

[][]

[]Cn[][JB（（][SX（]anj[]apn[SX）]、[SX（]bnj[]bpn[SX）][JB））][HL）][JB）|][JY]（4）

对待估物元R0进行规格化处理：

R′0=（Nj、C、Vj）=[JB（|][HL（3]Nj[]C1[]V1j/bp1

[]C2[]V2j/bp2

[][]

[]Cn[]Vnj/bpn[HL）][JB）|]

[JY]（5）

2.3确定权重

运用熵权计算权重是一种定性与定量相结合的组合赋权法，熵权赋值能有效的解决传统赋值法中主观因素带来的不利影响，提高评价结果的可信度。因此，本文选用熵值法确定水电工程施工质量评价指标体系中每个指标的权重。现假设属性Ui的测度为

（ui1，ui2，…，uij）[JY]（6）

[JP3]满足：0≤uij≤其中uij为属性Ui的j个实测值。

此时熵为

Hi=-[SX（]1[]logj[SX）]∑[DD（]j[]j=1[DD）]uij·loguij[JY]（7）

其熵值Wij为

Wij=1+[SX（]1[]logj[SX）]∑[DD（]j[]j=1[DD）]uij·loguij[JY]（8）

令

Wij=vij/∑[DD（]m[]j=1[DD）]vij[JY]（9）

其中∑[DD（]m[]j=1[DD）]vij=向量Wi=（Wi1，Wi2，…，Wim）T为属性集U的权重向量，即为其熵权。

2.4建立评语集并确定各评价等级的关联度

评语集是每一个评价指标可能得到的所有的评语的集合，本文将评语集划分为四个等级，即C=（CC2，CC4）=（优，良，中，差）。

为计算评语集中各评价等级的关联度，需要计算待估物元的关联函数值。

[JP3]Kj（Vi）=[JB（{]-[SX（]ρ（Vi，Vij）[]|Vij| [SX）]，（Vi∈Vij）

[SX（]ρ（Vi，Vij）[]ρ（Vi，Vpj）-ρ（Vi，Vij） [SX）]，（ViVij）[JB）][JY]（10）

[JP4]其中，[JB（{]ρ（Vi，Vi）=|Vi-[SX（]1[]2[SX）]（aij+bij）|-[SX（]1[]2[SX）]（bij-aij）

ρ（vi，vpi）=|vi-[SX（]1[]2[SX）]（aij+bij）|-[SX（]1[]2[SX）]（bpi-api）[JB）]

式中：Kj（vi）为第i项指标对应于第等j级的关联度；ρ（Vi，Vij）和ρ（Vi，Vpi）分别为点vi与经典域Vij和Vpi的距离；Vi、Vij、Vpi分别为待评价物元的量值、经典域物元量值范围和节域物元的量值范围。

2.5计算隶属度

Ki（P）=∑[DD（]n[]i=1[DD）]WiK（vi）[JY]（11）

式中：Ki（P）表示P∈P0j的程度，且Ki（P）取最大值。其流程图见图2。

3.2权重的确定

根据2.3节中熵权法计算权重的相关公式确定个指标的权重，见表1。

3.3隶属度的计算

根据可拓物元评价模型的计算公式，水电工程施工质量评价指标隶属度与权重见表2。

3.4方案评价等级的判定

根据最大隶属度原则得：

Ki（P优）=∑[DD（]n[]i=1[DD）]wiK（vi）=0.465

Ki（P良）=∑[DD（]n[]i=1[DD）]wiK（vi）=-0.138

Ki（P中）=∑[DD（]n[]i=1[DD）]wiK（vi）=-1.49

Ki（P差）=∑[DD（]n[]i=1[DD）]wiK（vi）=-3.69

4结语

本文根据水电工程施工质量的影响因素，从施工进度、技术方案、管理措施等三个方面建立了水电工程施工质量评价指标体系，并融合熵值法确定权重及可拓物元评价模型的优势，提出了基于熵权可拓物元评价模型的水电工程施工质量评价方法，并结合最大隶属度原则实现了定量评价向定性评价的转化。评价结果客观性强，能够为当前水电工程施工质量的事前控制及其过程管理提供一定的参考依据。

实例验证结果表明，在众多影响因素中，技术方案对水电工程施工质量的影响最大，这也与实际情况相符，因为根据实践经验，技术是保证工程施工质量的最有力措施。因此，在水电工程施工过程中，需要着重加强对技术方案的管理工作，包括对工期保证措施，施工工艺的先进性选择，施工设备、材料的选择以及施工方案经济性等的管理工作。[HJ1.9mm]

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