梁 宵，徐 斌

（1.中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021；2.長春東電電力工程有限公司，長春 130021）

全壽命周期過程是在設(shè)計階段考慮產(chǎn)品壽命歷程的所有環(huán)節(jié)，將所有相關(guān)因素在產(chǎn)品設(shè)計階段得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化的一種設(shè)計理論，其最終目標是盡可能在質(zhì)量、環(huán)保等約束條件下縮短設(shè)計時間并實現(xiàn)產(chǎn)品壽命周期最優(yōu)化。本文根據(jù)輸電線路全壽命周期設(shè)計特點，運用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的模糊層次評價法，進行輸電線路全壽命周期設(shè)計評價。

1 模糊層次評價法的基本內(nèi)容

模糊層次評價方法是將德爾菲法、層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合，進而構(gòu)建評估指標體系、確定各指標的權(quán)重，通過各指標對于評語集的隸屬度確定其相應(yīng)等級的一種計量方法。

1.1 德爾菲法

德爾菲法又稱專家調(diào)查法。該方法主要依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即專家之間采取“背靠背”的方式發(fā)表意見，不得互相討論，只與調(diào)查人員有關(guān)，對所要預(yù)測的問題多輪次征求專家意見，然后把反饋的信息整理、歸納、統(tǒng)計，再匿名反饋給各專家，再次征求意見，再集中，再反饋，直至得到穩(wěn)定的意見。德爾菲法作為一種主觀、定性的方法，不僅可以用于預(yù)測領(lǐng)域，還可以廣泛應(yīng)用于各種評價指標體系的建立和具體指標的確定過程。德爾菲法的具體實施步驟見參考文獻［1］。

1.2 層次分析法

層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的以定量為主、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。該方法首先將所要分析的問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和要求達到總目標，將問題分解成不同的層次結(jié)構(gòu)，按照指標間的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系，將指標按不同層次聚集組合，形成一個多層次分析結(jié)構(gòu)模型。層次分析法的實施步驟如下。

1.2.1 構(gòu)建多層次指標體系

運用層次分析法決策時，首先要按照條理化、層次化構(gòu)建層次指標體系，在這個體系中，復(fù)雜的問題被分解成若干指標因素。該體系應(yīng)該包括最高層（目標層）、中間層（指標層）、最底層（方案層或者評價層），每一下層指標對上一層指標有一定程度的隸屬關(guān)系及權(quán)重。

1.2.2 構(gòu)造判斷矩陣［2］

構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣的目的是通過專家對于每一層指標對下層指標的支配程度的判斷來確定該指標體系中各層指標的權(quán)重。根據(jù)矩陣中各指標的兩兩判斷，可以消弱因為個別判斷失誤對整個指標體系權(quán)重判斷的影響。構(gòu)建兩兩指標比較的判斷矩陣需要遵循Seaty的1－9標度法，判斷矩陣標度及含義見表1，其中，A為評估總目標，ai、aj分別為矩陣的行和列。

表1 判斷矩陣標度及含義

表1反應(yīng)了根據(jù)專家打分，指標i相對于指標j的相對重要性情況，從而可以得到判斷矩陣A：

1.2.3 層次單排序

層次單排序是指判斷矩陣A對應(yīng)于最大特征值的特征向量W，經(jīng)歸一化即為同一層次相應(yīng)因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權(quán)值的歸一化過程，具體步驟如下。

d.一致性檢驗。采用方根法來計算各判斷矩陣的最大特征跟λmax及其對應(yīng)的特征向量，對特征向量做歸一化處理，確定各層次單排序權(quán)向量W，即為同一層次分解后的各因素對于上一層次各因素的相對重要性的排序權(quán)值，這一過程即為層次單排序。計算各判斷矩陣的一致性指標CI，CI＝λmax－n/（n－1），進一步計算隨機一致性比率CR＝CI/RI，進行一致性檢驗。當CR＜0.10時，認為層次單排序的不一致程度在允許范圍之內(nèi)，便可用其歸一化后的特征向量作為權(quán)向量，否則要重新構(gòu)造判斷矩陣A，再次進行一致性檢驗，直到通過檢驗。平均隨機一致性指標RI的值列于表2。

表2 不同判斷階數(shù)RI 值確定

e.層次總排序。層次總排序是確定最底層所有指標對于總目標相對重要性的排序權(quán)值過程，需要自下而上對指標體系中的指標權(quán)重進行合成。在層次單排序中，根據(jù)專家打分和層次分析法，可以確定層次單排序的各指標的權(quán)重值，然后對層次單排序中的各指標值的權(quán)重進行層次總排序，可以得到在整個評價指標體系中各指標的權(quán)重，計算總排序隨機一致性比率CR進行一致性檢驗。

1.3 評估標準［3］

結(jié)合輸電線路工程特點，每一因素（如可實施性、環(huán)保節(jié)約性、可擴建性等）可分為5個等級，各因素評分標準見表3。

表3 各因素評分標準

2 模糊綜合評價法在設(shè)計方案評價中的應(yīng)用

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評標方法。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決，是利用模糊數(shù)學理論針對有大量非定量化因素的評估系統(tǒng)而提出的一種評估方法。它是在確定評估指標及其權(quán)重和評估標度的基礎(chǔ)上，用模糊隸屬度的方式來度量評估分析對象，從而獲得評估系統(tǒng)各替代方案優(yōu)先順序的有關(guān)信息，評估的具體步驟如下。

2.1 確定評估指標集及評判評語集

結(jié)合國家電網(wǎng)公司2014試行的《輸電線路全壽命周期設(shè)計建設(shè)技術(shù)導則》所提出的指標體結(jié)構(gòu)圖，確定評估指標集。設(shè)評估總目標為A，則A＝（A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8），其中A1＝（A11，A12，A13，A14，A15，A16），A2＝（A21，A22，A23，A24，A25，A26，A27），其余A3、A4…，照此類推。

確定評判評語集：評估值V＝（V1，V2，V3，V4，V5），V1代表最好，V2代表好，V3代表較好…，以此類推，見表1。

設(shè)指標Uij隸屬于第K（K＝1，2，3，4，5）個評語的隸屬度為rijk，則可構(gòu)造評估矩陣Ri：

式中：rijk是整個評審專家組在第K種評語對第Uij項指標進行評估的概率，rijk＝mijk/N通過統(tǒng)計調(diào)查法得到，N表示參與評審的專家人數(shù)，mijk表示對第Uij項指標合計有mijk個人在第K個評語上畫“√”。

2.2 得到一級模糊綜合評估向量

對每個Ui＝｛Ui1，Ui2，…，Uim｝的m個因素，按一級模糊綜合評判得一級綜合評估向量Ai：

式中：i＝1，2，…，7；Wi為Ui指標的權(quán)重系數(shù)，其值由層次分析法確定；Ri為對Ui的單因素評估矩陣；符號“○”表示模糊合成運算；aik＝（wi1ri1k）⊕（wi2ri2k）⊕（wi3ri3k）⊕…⊕（wijrijk）；k＝1，2，…，5。

2.3 得到二級模糊綜合評判矩陣

將Ui（i＝1，2，…，5）看成一個指標，這樣W＝｛W1，W2，…，W5｝，得出二級綜合評判矩陣Ri：

得到一級綜合評估向量A：

2.4 對模糊綜合評估進行評判和分析

根據(jù)最大隸屬度原則對模糊綜合評估進行評判和分析。最大隸屬度原則，即評估向量中的最大值所對應(yīng)的評語為項目各自的評估等級。在實際應(yīng)用中，是通過先計算不同評語子集的隸屬度與相應(yīng)的評分值的乘積，再整體相加，得到一個確定的風險評價值，為后面的項目決策提供依據(jù)，評估值V為：

式中F為評語分值向量。

3 輸電線路全壽命周期設(shè)計評價多層次指標體系的構(gòu)建

輸電線路總的目標層就是對方案做出總的評價。總目標層A下有路徑、導線、地線、基礎(chǔ)、桿塔、絕緣子、金具防雷接地等在此處鍵入公式，8個評價要素組成指標層，輸電線路全壽命周期設(shè)計評價的指標體系結(jié)構(gòu)見圖1。每一評價要素都包括或部分包括了安全可靠性、經(jīng)濟性、節(jié)約環(huán)保性、可實施性、可維護性、可擴展性、可回收性7項性能指標，組成了指標體系的評價層，評價指標層各評價指標的評價要素見表4。A為目標層A1～A8為指標層A11～A16為A1指標的評價層，以此類推。

圖1 設(shè)計評價指標體系結(jié)構(gòu)圖

表4 指標層各評價指標的評價要素

4 判斷矩陣的構(gòu)建

運用表1所示的Seaty 1－9標度法構(gòu)建各級各要素的判斷矩陣，以獲得各層評價要素的權(quán)重向量。構(gòu)造判斷矩陣需要采用專家打分法，本次沒進行此項內(nèi)容，故判斷矩陣各隸屬度的數(shù)值均系工程設(shè)計者主觀選取而得。

a.目標層判斷矩陣的構(gòu)建。以A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8構(gòu)建目標層判斷矩陣，考慮到輸電線路工程除導線有不同方案的選擇外，其他各項如路徑、絕緣子等均沒有不同方案，因此，目標層判斷矩陣不計算。

b.指標層判斷矩陣的構(gòu)建。導線有不同的方案選擇，故本節(jié)以導線為例，構(gòu)建判斷矩陣見表5。

根據(jù)表5可得出判斷矩陣A：

c.對判斷矩陣A的每一列進行歸一化處理。

d.對規(guī)一劃處理后的矩陣Mij進行求和得到。

此即為評估指標所對應(yīng)的權(quán)重。

f.計算判斷矩陣的最大特征根Λmax。

表5 導線權(quán)重計算判斷矩陣

g.進行一致性檢驗。

RI查表4、表5知RI＝1.32

一致性比率CR＝CI/RI＝0.130 47/1.32＝0.098 8＜0.1

故可以認為層次單排序的結(jié)果是滿意的。

5 模糊層次評價法在工程項目中的應(yīng)用

本工程共選用了4類6種導線：普通鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線（共2種）、中強度全鋁合金絞線和高導電率鋼芯鋁絞線（共2種）。此4類導線，除進行技術(shù)經(jīng)濟年費用比較外，尚需用模糊層次評價法對各類導線的優(yōu)劣進行定量評價。以鋁合金芯鋁絞線為例，對此種導線在本工程中的應(yīng)用做定量評估。

5.1 確定項目評語概率

各評語概率值均由工程設(shè)計者主觀選定，鋁合金芯鋁絞線評語概率見表6。

5.2 對鋁合金芯鋁絞線進行模糊評價

表6 鋁合金芯鋁絞線評語概率

5.3 對鋁合金芯鋁絞線進行最終定量評估

本工程可依次對普通鋼芯鋁絞線等其他3類導線依上述所述原則和步驟進行評估，以最終定量評估得分最高者為最優(yōu)。

6 結(jié)束語

通過模糊層次評價法的研究和應(yīng)用，將使輸電線路設(shè)計方案的選擇更加全面和完善，從而使得工程在全壽命周期內(nèi)更加安全、可靠和經(jīng)濟。

［1］ 關(guān)志民，朱軍意.馬飲海.學文論文質(zhì)量的多層次模糊綜合評價模型及其應(yīng)用［J］.科研管理，2005，（5）：153－157.

［2］ 周維，葉義成.矩陣方法在單因素模糊綜合評價中的應(yīng)用［J］.中國水運，2007，（10）：201－203.

［3］ 崔士東.基于模糊綜合評價法在國家助學貸款信用風險評估研究［D］.青島：中國海洋大學，2009.