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城市供水工程建设项目排序决策研究

更新时间:2009-03-28

0 引 言

作为城市基础设施的重要组成部分内容城市供水工程对于促进区域经济可持续发展并保障居民生活质量发挥着至关重要的作用[1]。对供水工程建设项目顺序进行合理的安排对于保证日常生产生活用水,提高供水系统的综合效益以及缓解城市用水供需矛盾压力具有十分重要的意义。当前,对国内外对供水工程的研究主要偏向于对其节能策略、经济评价和方案优选等方面的研究而涉及工程项目排序优选方法的研究相对较少,且往往集中在利用效用理论对道路建设排序研究[2]。然而,考虑到工程项目实施的不确定性以及工程的复杂性等因素对项目排序决策的影响,在面对决策时决策者往往具有主观判别的风险偏好使得其决策表现出有效理论的特点,且工程项目的风险、成本以及效益等方面内容往往是进行排序决策时需考虑的因素,因此排序决策还应结合决策者的风险态度影响[3]。灰色系统理论在决策理论上的非唯一性原则的体现和应用即为灰靶决策理论,对于处理不确定性和数据较少的问题时具有明显的优势。前景理论是利用决策权重函数对个体概率进行转化,为避免违背随机优势采用依序理论对各结果进行非概率权重的赋权,并以此使得决策者主观因素更好的复合风险偏好[4]。所以,文章结合工程县设排序决策特征通过将灰靶决策域前景理论的有效结合构建了对层次灰靶决策模型,并以辽宁省抚顺市为例对模型的有效性和适用性进行验证。

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1 构建模型

依据规划阶段成本最小、效益最优的理论引入n个建设项目,则可组成n个项目集合为A={A1,A2,….An},其中Ai代表第i个建设项目,假定排序决策的目标共有k个且每个目标均包含tq个评价指标,各项目决策目标的评价指标及其数量互补相同。第j个评价指标在Ai项目的q目标的效果值,假设权重向量ωiq为第k个决策目标在供水建设项目的排序决策,并符合并引入tq个评价指标在q目标下的权重向量为ηiq,并符合通过对各建设项目的有效次序进行排序即为项目决策分析的主要目标,其基本过程如下:

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1)评价指标属性值标准化处理。在工程规划设计阶段决策者可通过对对供水工程的信息进行收集并构建各决策目标下的样本矩阵。然而在实际项目中,各评价指标在不同目标下的单位和量纲不同,对了增加评价指标之间的可对比性并消除量纲的差异对评价结果的作用影响,因此需对各指标进行无量纲化标准处理。可分别采用下式对效益型和成本性评价指标进行标准化处理:

 

(1)

 

(2)

考虑到公平竞争的基本原则可构建优化模型,表达式为:

利用上述标准化统一处理后的结果可构建一个效果测度矩阵,tq评价指标在第q个目标作用下的测度矩阵如下所示:

 

(3)

2)对各目标的评价指标进行集合处理。对工程建设的排序决策需考虑到项目风险、成本以及效益等方面的作用影响,其排序表现出多指标和多目标的结构特性,因此在进行分析前需对各目标的评价指标进行测距矩阵Rq的集合,并得到k目标作用下的综合测度矩阵R,进而可对决策问题进行简化决策处理并得到灰靶决策。

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假定tq个评价指标在第q个评价目标下的权重向量,并符合下述条件相关要求。由于无法直接对权重向量进行计算,因此本研究对各评价指标的权重向量利用熵权法进行计算,riq可利用下式进行计算:

 

(4)

利用各评价指标在觉此目标的一致性测度矩阵Rq可集合为一个k目标作用下的测度矩阵R,其表达式为:

 

(5)

3)对正、负关联系数和靶心进行计算。依据前景理论的核心为参照点的选取,决策者通常依据参照点对收益或损失进行衡量决策,应重视参照点选取的预期与结果的差异而不仅仅是对结果自身的考虑。所以,对参照点的合理选取将直接决定了项目决策结果可靠性和有效性,本研究参照点选取为正、负靶心系数并作为决策依据。利用逼近理想排序法对规范化处理后的属性值进行正、负靶心的确定,并分别利用可得到最优和最劣效果向量即为正、负靶心。利用决策目标与靶心的贴近程度代表决策目标的优劣程度[5]。所以,文章对第i个供水工程建设项目与靶心的关联系数利用灰色关联分析法进行计算,其公式如下所示:

 

(6)

 

(7)

式中:ρ为分辨系数ρ[0,1],通常情况下取0.5。

4)综合前景值的计算分析。从收益和损失两个角度可对前景理论问题进行分析,并且在决策过程中决策者在面对损失时通常可对风险进行追求,而在面对收益时可对风险进行规避。决策者在不确定性条件下对待风险的偏好以非线性的概率关系存在,而在供水项目排序决策时可受到多种因素的综合影响,在面对损失时决策者愿意花费更大的成本使得损失降低到最小[6]

决策权重和价值函数共同决定了前景价值,利用Tversky等提出的价值函数在前景理论应用中的相关成果可对前景价值函数进行确定,如下所示:

 

(8)

3)对正、负靶心进行计算确定,正、负靶心结果分别为:

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2)利用文中所述公式(4)对各测度矩阵进行集合,可构建各目标作用下的综合测度矩阵,如下所示:

 

(9)

所构建的辽宁省抚顺市供水工程建设项目评价指标体系及效果评价值统计结果如表1所示。

maxV=(V1V2,…,Vn)

(10)

式中:ziqj标准化处理后的评价指标属性值。

 
 

(11)

对上述公式利用Matlb编程软件进行求解可求得最优解,因此项目Ai的综合前景最优值可表示为:

 

(12)

按照由大到小的顺序可对综合前景最优值进行排序,并求得供水工程建设项目的排列优先次序。

2 案例分析

辽宁省抚顺市下辖四区三县,地处辽宁东部山区且地势较高,由东北向西南方向依次降低;属于大陆性季风气候区,全年降水量760-790mm且多集中在夏季,冬季寒冷满城,夏季炎热多雨,该区域水资源系统的开发利用很难满足城市经济及居民生活用水的需求,水资源供需矛盾持续紧张。为了降低抚顺市未来的用水缺口提高该区域供水能力,本研究结合其供水工程基本规划提出了6个供水建设项目并涉及到3个水源地。文章在充分考虑专家意见和调查研究数据资料的基础上,结合建设项目的排序决策特征将决策排序项目的目标归纳为项目优先序、成本性、效益性和风险性4个维度,其中优先序评价指标A主要包括A1-A4分别代表供水率、供水系统匹配度、供水河道水文交汇点、工程供水比等;效益性评价指标B主要包括B1-B5分别代表河道设计流量、新增供水量、受益人口数、供水促进GDP增长量、生态补水量;成本性评价指标C主要包括C1-C3分别代表生态工程投资费、主体工程投资费以及征地拆迁安置费;风险性评价指标D主要有D1-D3分别代表水源污染率、建设周期和输水管网污染率[7]。针对不完全信息形式决策者给出的目标权重取值范围为:

Ω:{0.1≤ωi1≤0.25,0.25≤ωi2≤0.4,0.2≤ωi1≤0.3,0.15≤ωi1≤0.25,}

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5)构建模型并确定最优权重。k个决策目标在项目Ai的权重向量可表示为ωiq=(ωi1ωi2,…,ωik),因此对于各个建设项目Ai而言其综合前景值越大则排序就越靠前并因此可构建优化模型,目标函数可采用下式进行表征:

 

1 抚顺市供水工程建设项目决策排序评价指标体系及效果值统计表

  

目标评价指标建设项目123456AA195.596.295.0919394A2808286727577A3564542424038A4865847BB1940460420250210980B2108.56.67.26.110.6B31513127716B416.5814.9213.777.456.8220.40B59582551615110CC13.51.21.51.21.61.7C20.620.330.260.350.320.67C30.0620.0220.0280.0340.0370.033DD1544232D25.27.06.57.88.19.6C34.45.35.06.26.55.2

1)对评价指标在不同决策目标下的效果样本值进行标准化统一计算,求得各个目标下q(q=1,2,3,4)的包含t个指标的测度矩阵[8]。如目标q=1条件下的测度矩阵,同理可求得其他各目标的测得矩阵。

 

(13)

对各目标下的tq个评价指标权重利用熵权法进行求解,ηi11-ηi14评价指标权重系数分别为0.342,0.126,0.132,0.290;ηi21-ηi25评价指标权重系数分别为0.240,0.167,0.222,0.185,0.186;ηi31-ηi33评价指标权重系数分别为0.322,0.328,0.350;ηi44-ηi43评价指标权重系数分别为0.285,0.320,0.395。

结合上述公式选取负靶心系数v+(riq)作为参照点并作为项目的正前景值,并标记为引入负靶心系数作为参照点并作为项目的负前景值,标记为因此可确定各供水项目的正、负前景矩阵,可表示为引入π+(ωiq)、π-(ωiq)分别代表面对收益时和损失时决策者的前景权重函数,因此可对项目的综合前景进行求解,表达式如下:

 

(14)

式中:αβ分别代表域价值幂函数的收益和损失凸凹程度,αβ<1则代表其幂函数敏感性降低,αβ值通常取0.86和0.91;θ为损失和收益较陡的区域比特征,值>1则代表厌恶损失,θ通常为0.26。

国发〔2014〕43号文下发后,PPP项目模式实际上被赋予了化解存量债务的功能。但是在地方政府实际操作中,还是存在PPP模式被滥用和乱用的情况,实际上其成为地方政府变相融资的途径。这与国家的相关法律和法规是严重冲突的。2017年以来,相关部门相继出台各项直接或间接规范PPP项目融资行为的通知或指导意见,无一不是针对PPP项目融资乱象的政策补漏。各类政策趋于完善,可能导致部分存量业务无法落地或已落地项目面临整改回收的问题。在目前的严监管态势下,政策风险较为突出。

r+={0.866,1.000,0.987,0.707}

r-={0.136,1.000,0.061,0.291}

对6个供水建设项目与正、负靶心的关联系数分别利用文中公式(6)和(7)进行计算,可求得正、负靶心关联系数矩阵,如下所示:

 
 

(15)

4)对供水建设各个项目的正、负前景矩阵利用公式(8)进行求解,并选取综合前景值最大化作为供水建设项目的目标函数,从而可构建权重函数优化,表达式如下:

  

0.1≤ωi1≤0.25,0.25≤ωi2≤0.4,0.2≤ωi1≤0.3,0.15≤ωi1≤0.25;

(16)

对上述模型利用Matlb编程软件进行求解可求得各目标函数的最优解,计算结果为:

ω*=(0.21,0.34,0.22,0.23)

(17)

将计算结果带入下述公式可进行各建设项目的最优综合前景值:

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(18)

各建设项目的最优综合前景值计算结果分别为-0.4266,0.2618,-0.7621,-0.8635,-0.9705,0.0126。然后依据综合最优前景计算结果值进行由大到小的排序可得到各项目的优先次序,其中最优和最劣项目分别为2项目和5项目,其他项目为6项目优于1项目由于3项目并优于4项目[9]

3 结 论

文章在详细分析了供水建设项目所表现出的多层次结构特征的基础上,构建了基于前景理论的灰靶决策分析模型,该模型可对多个目标下的各指标进行综合效果值评价,能够将多层次复杂决策问题进行简化处理。其基本理论为首先选取正负靶心关联系数作为参照点并建立前景函数,然后对各目标作下的评价指标最优权重向量利用前景最优函数进行求解,并对各求解计算结果值由大到小进行排序得到各项目的优先次序。以辽宁省抚顺市为例进行供水建设项目的排序决策研究,得出的主要结论如下:

我却摇了摇头说,蔡大姐,你就不要鼓励我了。你看,这次换届哪个想升迁的不在跑不在送?当了这些年的副局长,我已经烦透了。

1)文章采用的方法和所构建的模型能够科学、有效的解决建设项目的决策排序问题,在抚顺市6个供水建设项目中最优和最劣项目分别为2项目和5项目。文章的研究成果和方法可为提高项目优劣排序结果的准确性和可靠性提供一定的理论支持和依据。

2)由于项目决策排序受到多种因素和多个目标的作用影响,因此仅仅考虑成本、效益等基本的定量指标还远远不够,为进一步提高排序决策结果的准确性和可靠性仍需要综合考虑其他相关指标。

参考文献:

[1]孔德娜.阿尔山市城市供水工程A项目经济评价研究[D].长春:吉林大学,2012.

[2]Pei Y L,Yang X.Energy Conservation Strategy andControl Mechanism in Engineering of Water Supply[J].Advanced Composite Materials,2012(04):1733-1740.

[3]鲍新华,殷术奎,孙有泉,等.比选法与层次分析法在农安支线供水线路优选中的应用[J].世界地质,2012,31(01):210-217.

[4]丁琨,张薇薇,金菊良,等.改进层次分析法在引水工程方案优选中的应用[J].人民黄河,2010,32(06):86-88.

[5]高跃文.基于熵—灰色关联—理想解法的城市道路建设时序规划研究[D].北京:北京交通大学,2009.

[6]李晓伟,陈红,马娟.基于AHP复合熵的公路建设项目TOPSIS排序模型[J].武汉理工大学学报交通科学与工程版,2012,36(05):958-961.

[7]王正新,党耀国,裴玲玲,等.基于累积前景理论的多指标灰关联决策方法[J].控制与决策,2010,25(02):232-236.

 
邵大明
《黑龙江水利科技》 2018年第04期
《黑龙江水利科技》2018年第04期文献

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