閻西康　張永明　梁琛　龐玉松　魏興磊　陶建偉

摘要：提出一種基于自主式決策思想的場地平整施工機械方案綜合評價方法，實現同一工程的不同施工機械方案在評價過程中自主提升自身優(yōu)勢、降低對手優(yōu)勢進行競爭。應用具體的算例對其適用情況和評價結果進行分析，并結合工程需要運用層次分析法對該評價法進行改進。改進前后的評價結果對比表明，改進自主式評價法體現了評估對象的自主性，在保證了評價結果的公正性和有效性的同時，也滿足了決策者的要求。

關鍵詞：施工機械；方案評價；自主決策；層次分析法

中圖分類號：U415.51文獻標志碼：B

Abstract： A method based on autonomous decisionmaking for comprehensive evaluation of machinery configuration scheme for field leveling was proposed. Different schemes suitable for the project compete fairly by improving its own advantages and reducing the opponents. Through a specific example， the applicability of the method and the evaluation result were tested. While in order to meet the requirements of practical conditions and policy makers， the autonomous evaluation method was improved by integrating the advantages of AHP. The comparison of the evaluation results of original method and the improved one shows that the latter reflects the autonomous action of evaluated objects， and both fairness and effectiveness of the evaluation results can be ensured. Meanwhile， the requirements of policy makers are satisfied.

Key words： construction machinery； scheme evaluation； autonomous decisionmaking； analytic hierarchy process

0引言

場地平整施工是涉及土方開挖機械、運輸機械、整平機械、壓實機械的綜合作業(yè)，具有技術性強、機械化程度高、施工機械種類多等特點[1]。如何根據具體工程選擇合理的配套施工機械以及對不同的施工機械配套方案進行優(yōu)選，才能既保證工程建設的質量、安全和施工進度，又降低工程成本，是工程施工必須考慮的問題[25]。本文將自主式決策視角綜合評價方法[68]應用于平整場地施工機械方案的優(yōu)選過程中，并借鑒層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）[9]對其不足之處加以改進。

1評價指標體系構建及觀測值的確定

施工機械方案優(yōu)選是涉及技術、經濟、安全等方面的復雜的系統問題，因此施工機械方案的綜合評價指標體系要能夠真實、客觀地反映施工機械方案比選的意義[1011]。本文探討場地平整施工機械方案的評價指標體系（圖1）構建，對于體系中成本、工期等定量指標，可直接取其數值作為觀測值；對于機械供應、施工質量等定性指標，先進行細化分類（圖2），再在各類細化指標下進行分段賦值打分，每段分數為相關領域專家組打分均值，最后綜合各細化指標分值作為指標觀測值。

2傳統自主式評價算法

2.1自主式綜合評價的前提假定

自主式綜合評價為實現方案模擬“經濟人”行為參與評價，對評價規(guī)則進行如下界定。

（1） 競爭視野優(yōu)化準則。評價方案通過綜合評價值區(qū)間確定其競爭視野，即所有與其構成競爭關系的方案集合；在此基礎上采取賦權策略，達到提升自身、打壓對手的優(yōu)化效果。

（2） 權數非獨裁性條件。通過賦權策略進行優(yōu)化視野時，若賦權無約束，評價方案會出現對自己處于優(yōu)勢指標賦權為1，劣勢指標賦權為0的獨裁現象。為避免獨裁現象，對賦權行為進行約束：設任一指標對其余重要性較低的指標全體而言是非主導性的，即每個指標的權重不超過剩余指標權重之和。

2.2自主式綜合評價法主要步驟

（1）數據規(guī)范化處理，即采用極值處理法把指標體系中的極大型值、極小型值規(guī)范化，得到數據矩陣A，以符合人們認為綜合評價值越大代表方案越優(yōu)的判斷習慣。

極大型值的規(guī)范化

xij=x*ij-mjMj-mj（1）

極小型值的規(guī)范化

xij=Mj-x*ijMj-mj（2）

式中：xij為指標規(guī)范化值；x*ij為指標觀測值；Mj=maxi{xij}，mj=mini{xij}；i為評價方案序號，i∈N={1，2，…，n}；j為指標序號，j∈M={1，2，…，6}。

（2）確定綜合評價值區(qū)間。根據權數非獨裁性條件得到綜合評價值區(qū)間

yi[KG*3]～=∑6j=1xi（7-j）·wfij，∑6j=1xij·wuij

i∈N，j∈M（3）

式中：yi～為評價方案i綜合評價值區(qū)間；xij為xij的從大到小順序排列；wuij、wfij分別為在前提假設條件下方案i的最優(yōu)、最劣權重向量，i∈N={1，2，…，n}，j∈M={1，2，…，6}。

（3）優(yōu)化方案競爭視野。構建規(guī)劃模型式（4），解得方案i競爭視野下最優(yōu)權重w*i。

max[JB<2[]λ1∑mj=1（xij·ω（i）j）-λ2∑nil=1μ（i）l·

∑mj=1（x（i）lj·ω（i）j）[JB>2]]

s.t.ω（i）j≥0，∑mj=1ωj（i）=1，ωj∈Φ，

j∈M，i∈N，l∈Ni（4）

式中：Φ為滿足權數非獨裁性條件的權重向量的約束集；λ1 、λ2 分別為提升自身、降低對手優(yōu)勢目標的權系數，滿足λ1+λ2=1；ω（i）j、x（i）lj、μ（i）l分別為方案i競爭視野下的各指標權重值、方案l指標值、方案i 對方案l的競爭力關注系數。

（4）構造規(guī)劃問題得最終評價結論。將指標值和各視野下最優(yōu)權重線性加權得評價值矩陣Y=（y（1） ，y（2），…，y（n）），y（i）為方案i視野下的各方案綜合評價值向量；尋找與向量y（1） ，y（2），…，y（n）夾角之和最小的向量作為最終評價結論y*，可據式（5）規(guī)劃模型解得，并依據y*中元素對評價方案進行排序[12]。

max∑ni=1[yT·y（i）]2，s.t.‖y‖2=1（5）

2.3算例

某場地平整工程需挖運土方量50 000 m3，土質為一般土，運距為15 km，工期要求30日以內，每天工作2臺班。根據條件，有如下6種方案[1011]。

（1）斗容量1 m3挖掘機2臺+容量10 m3自卸汽車3臺+T1100推土機2臺+4 000 L灑水車1臺。

（2）斗容量1 m3挖掘機3臺+容量10 m3自卸汽車5臺+ T1100推土機4臺+4 000 L灑水車1臺 。

（3）斗容量2 m3挖掘機2臺+容量10 m3自卸汽車4臺+ T1100推土機4臺+4 000 L灑水車1臺。

（4）自行式斗容量16 m3鏟運機3臺+T1100推土機1臺+4 000 L灑水車1臺。

（5）自行式斗容量16 m3鏟運機4臺+T1100推土機1臺+4 000 L灑水車1臺。

（6）自行式斗容量25 m3鏟運機3臺+T1100推土機1臺+4 000 L灑水車1臺。

施工方案指標觀測值如表1所示。

2.4優(yōu)選結果分析

結合表1、2，每個評價方案都在各自的競爭視野下達到了增強自身優(yōu)勢、弱化競爭對手的目的，達到了各自的最高排名（即表2中除綜合排序外每行的最小值）；綜合排序也體現了一個較為公正的排名結果，一方面把各個評價方案的特點考慮在內，另一方面這樣的處理方式也比較合理。但是結合實際項目分析，上述方法應用于施工機械方案評選中也存在以下一些不足。

（1）自主式決策方法采用了權數非獨裁性條件的假設，但由于權重系數不能體現決策信息，評選出的最優(yōu)結果并不一定能最大化滿足決策者的要求。例如上述算例中評價結果綜合排序第一的方案5，其成本、工期、質量均是各自指標下相對較好的，但是在成本方面次于方案1，工期方面次于方案2、方案3。當決策者比較偏重成本，對工期要求較小時，方案5可能就不再是最適宜的方案。

（2）雖然自主式評價假定了權數非獨裁性條件，但隨著指標數增多，指標值大的最優(yōu)權重與劣勢權重偏差會越來越大，個別指標值嚴重偏大或偏小會直接影響最終的排序結果。例如上述6個指標，最劣權重為0.031 25，會再次出現評價結果由最優(yōu)指標主導的現象，而且隨指標數量的增多，這種情況會更加嚴重。

針對以上缺陷，本文根據決策者偏好信息，利用AHP法對上述評價模型中的最優(yōu)權重進行修正，使評價模型達到充分運用信息、過程公正、評價結果更加適合建筑施工項目的目標。

3基于AHP法改進的自主式評價優(yōu)選方法

AHP法是用層次結構描述決策問題，最高層為決策目標層，中間為準則層，根據問題需要可設置更多的子準則層，最下層為方案層，如圖3所示。這種方法與決策者的心理因素、知識經驗和決策水平有關，用此法求得的權重體現了決策者對于方案和指標參數的偏好。本文借助AHP法核心兩兩比較引入決策者的偏好信息：決策者基于上層目標對準則兩兩比較，決定下層元素對于上述元素的重要度，即主觀權重。

（1）構造兩兩比較判斷矩陣并對其進行一致性檢驗。

依據指標體系建立層次結構，決策者基于目標層對準則層指標進行兩兩比較，得到判斷矩陣P=[pij]6×6；元素標度用1、3、5、7、9的Satty標度，如表3所示。決策者對各指標的偏好情況不同，得出的判斷矩陣也不同，表4、5分別為偏好成本的決策者P1與偏好工期的決策者P2給出的判斷矩陣（其余指標相對偏好情況相同）。

表3兩兩比較的Satty標度

標度值標度意義

1Xi與Xj同樣重要 wi=wj

3前者比后者稍微重要wi=3wj

5前者比后者相當重要wi=5wj

7前者比后者強烈重要wi=7wj

9前者比后者極端重要wi=9wj

2，4，6，8表示上述相鄰判斷的中間值

由于評價方案的復雜性以及人們對其認識的模糊性和多樣性，決策者給出的P中的元素可能出現A比B重要，B比C重要，而C又比A重要這種自相矛盾的情況出現，需對P進行一致性檢驗，一般采用一致性比率驗證一致性，即

RCR=ICI/IRI（6）

式中：RCR 為一致性比率；ICI為一致性指標，ICI=λmax-nn-1，λmax、n分別為P的最大特征值和維度；IRI為與n有關的隨機指標。

規(guī)定：若RCR≥0.1，表明P中各元素協調性差，不能通過一致性檢驗，應重新給出判斷矩陣；若RCR<0.1，則P通過一致性檢驗。

對P1、P2給出的判斷矩陣進行檢驗，RCRP1=RCRP2=0.098，均通過一致性檢驗。

（2）利用特征值法根據判斷矩陣求得決策者偏好權重向量

WP1=（0.064 4，0.603 7，0.714 9，0.100 1，

0.134 9，0.303 6）T

WP2=（0.064 4，0.603 7，0.303 6，0.100 1，

0.134 9，0.714 9）T

（3）對自主式評價模型的最優(yōu)權重進行修正，重新優(yōu)選方案?；谏鲜鏊憷Y果，利用自主式評價法和AHP法對指標進行綜合賦權WiZ，如式（7）所示，使綜合權重在體現方案自主競爭的同時，也能體現出決策者對各指標的實際重視程度。得到的優(yōu)選結果如表8所示。

WiZ=a·WP+（1-a）·w*i，i∈N，j∈M（7）

式中：a為主觀的偏好系數，在偏差的平方和最小的前提下，最佳取值為05；WP為AHP法求得的決策者偏好權重向量；w*i為原自主式評價法中方案i競爭視野下最優(yōu)權重向量。

4改進前后評價結果分析

在P1、P2決策者的偏好下，權重向量中成本和工期指標權重不同，說明權重體現了決策者對機械施工方案的不同偏好要求。對比前后排序結果發(fā)現：P1偏好信息修正后，成本排名靠前的方案1、5、3分別排在了第2、3、4位，相對于原自主評價結果名次第4、1、5位，成本較低的方案名次有所提升；P2偏好信息修正后，工期排名靠前的方案6、2、3分別排在了第2、1、4位，相對于原自主評價結果名次第3、2、5位，工期較短的方案名次均有所提升。這說明改進后優(yōu)選排序結果迎合了決策者對施工方案的偏好。

各方案修正后排名與原自主式綜合評價法的排名相近，如方案2，排序名次分別為1、1、2，說明修正后的方法是在原評價法的基礎上對各方案進行的再優(yōu)選，繼承了原方法客觀自主、公平競爭的優(yōu)點，使得到的結果公平公正地反映出各方案的優(yōu)劣。

自主式評價法中的最劣權重為0.031 25，改進后的最劣權重為0.065 675，在一定程度上避免了最劣權重過小而出現最優(yōu)指標主導優(yōu)選結果的現象發(fā)生。

5結語

本文采用自主式決策模型，從工期、成本、供應、操作、質量、組織協調等角度考慮，對適合項目的多種機械化施工方案進行優(yōu)選，在評價中各方案實現了“提升自身優(yōu)勢、降低對手優(yōu)勢”自主競爭的效果，但是還存在評價結果沒有體現決策者偏好和可能出現“二次獨裁”現象的問題。運用AHP法根據決策者對項目的要求和各因素偏好情況，對原自主式評價方法中的最優(yōu)權重向量進行修正，使得最終優(yōu)選出的施工機械組合方案達到適宜工程項目、貼近決策者要求的目標，為工程項目經濟高效地完成提供了保障。

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[責任編輯：王玉玲]