王 鑫，徐鈺德，趙志宏，胡小萌

（1.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.河南省水工結(jié)構(gòu)安全工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450046）

建設(shè)泵站工程是解決區(qū)域干旱缺水、洪澇災(zāi)害以及水資源短缺的有效措施，其在農(nóng)田灌溉、城市供水和排澇排污等方面發(fā)揮了極大作用［1］。 隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者針對泵站現(xiàn)代化管理理念、建筑物運行安全評價等方面做了大量研究工作。 例如：王芳［2］以江蘇省大套一站為研究對象，基于泵站運行狀態(tài)、技術(shù)運行狀態(tài)等層面構(gòu)建了適用于大中型提水泵站的復(fù)合型評價指標(biāo)體系以及多級模糊評價系統(tǒng)；呂淑然等［3］基于事故致因理論構(gòu)建泵站運行安全評價指標(biāo)體系，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度分析法和網(wǎng)絡(luò)層次分析法對南水北調(diào)中線某大型泵站運行狀態(tài)進行評價，評價結(jié)果與實際狀態(tài)一致，驗證了該方法的有效性。 然而，已有研究針對泵站現(xiàn)代化管理評價主要集中于設(shè)備運行狀態(tài)、技術(shù)性能以及經(jīng)濟貢獻等方面，忽略了對泵站系統(tǒng)的整體考慮，泵站現(xiàn)代化管理評價還應(yīng)包括管理體制先進性、管控技術(shù)信息化以及管理組織現(xiàn)代化等方面。 由于影響泵站現(xiàn)代化管理評價的指標(biāo)眾多，同時防汛調(diào)度科學(xué)度、綠化管理程度、運行管理程度等指標(biāo)具有一定的模糊性，因此很難實現(xiàn)泵站現(xiàn)代化管理水平的綜合評價。

本文從泵站管理規(guī)范化、基建設(shè)施完善度等6 個方面劃分系統(tǒng)層，選取32 個要素層評價指標(biāo)，引入多個獨立等級浮動云集成廣義綜合云，采用CM-AHP 法對評價指標(biāo)主觀賦權(quán)并結(jié)合“黃金分割率”對指標(biāo)進行兩兩重要性評判，采用云生成法對這些指標(biāo)進行描述后確定評價標(biāo)準(zhǔn)云模型，將得到的評價矩陣與權(quán)重矩陣相乘得到綜合評價云模型，通過云發(fā)生器原理對定性概念進行定量化揭示并在云圖中進行可視化表達，運用此模型對江蘇省南通市九圩港提水泵站現(xiàn)代化管理水平進行評價。

1 泵站現(xiàn)代化管理綜合評價指標(biāo)體系

以泵站現(xiàn)代化管理的內(nèi)涵和目標(biāo)為導(dǎo)向，將泵站現(xiàn)代化管理綜合評價指標(biāo)體系劃分為目標(biāo)層、系統(tǒng)層、要素層以及評語層。 從管理規(guī)范化、基建設(shè)施完善度、管理信息化、應(yīng)急處理能力、環(huán)境衛(wèi)生管理以及水壓水量水質(zhì)達標(biāo)管理這6 個方面對系統(tǒng)層進行劃分［4-6］，結(jié)合泵站系統(tǒng)的實際特點并征集專家意見，篩選出32個要素層指標(biāo)［7-8］，所構(gòu)建的綜合評價指標(biāo)體系見圖1。 進一步對要素層指標(biāo)進行量化分級，見表1。

表1 要素層指標(biāo)量化分級

圖1 各系統(tǒng)層對應(yīng)的評價指標(biāo)

2 研究方法

2.1 云模型

云模型可用于處理評價過程中指標(biāo)的模糊性、隨機性問題［9-11］，其特性主要由Ex（期望）、En（熵）、He（超熵）這3 個云參數(shù)來表征，其中：Ex反映云滴群的重心；En反映云滴的離散程度；He反映云滴的厚度。正態(tài)云模型數(shù)字特征見圖2。

圖2 正態(tài)云模型數(shù)字特征

針對泵站現(xiàn)代化管理綜合評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)性相對較弱的問題，可引入多個獨立等級浮動云集成廣義綜合云。設(shè)在論域U上有m朵等級浮動云Y1（Ex1，En1，He1），Y2（Ex2，En2，He2），…，Ym（Exm，Enm，Hem） ，集合生成廣義綜合云（Ex，En，He）來反映各等級浮動云之間的空白值，廣義綜合云參數(shù)計算公式如下：

式中：Exg為第g朵等級浮動云的期望；Eng為第g朵等級浮動云的熵；Heg為第g朵等級浮動云的超熵；ag為第g朵等級浮動云的權(quán)重。

在云模型中，通過云發(fā)生器（正向與逆向）來實現(xiàn)定量數(shù)值到定性概念的轉(zhuǎn)換，云發(fā)生器基于模糊理論以及正態(tài)分布理論，以MATLAB 為技術(shù)平臺，以云圖形式對綜合云進行可視化表達，若云滴x服從正態(tài)分布N（Ex，En2），則x與定性因素L之間的關(guān)聯(lián)度μ（x）表達如下：

2.2 CM-AHP 法主觀賦權(quán)

采用CM-AHP 法對評價指標(biāo)主觀賦權(quán)［12］，即將云模型與傳統(tǒng)AHP 標(biāo)度法進行耦合，基于云集結(jié)算法對多個指標(biāo)評判結(jié)果進行綜合評判，一定程度上避免了評判過程的主觀性與絕對性［13-14］，同時結(jié)合“黃金分割率”得到指標(biāo)兩兩重要性標(biāo)度，見表2。

表2 指標(biāo)兩兩重要性標(biāo)度

基于云模型構(gòu)建指標(biāo)兩兩重要性判斷矩陣，對矩陣中對角線的倒數(shù)標(biāo)度Eij進行計算，公式為

進一步計算各指標(biāo)權(quán)重（Exi，Eni，Hei） ，公式為

式中：i、j分別為評價矩陣行、列序號。

2.3 構(gòu)建評價標(biāo)準(zhǔn)云模型

泵站現(xiàn)代化管理綜合評價中確立評語集是實現(xiàn)定性評價到定量化揭示的關(guān)鍵，針對評價過程中存在的指標(biāo)模糊性問題，運用云生成法對這些定性指標(biāo)進行描述，采用單因素法建立泵站現(xiàn)代化管理水平評語集，把指標(biāo)劃分為“差Ⅰ、較差Ⅱ、中等Ⅲ、較好Ⅳ、好Ⅴ”，表述為D=｛Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅲ｝ =｛差，較差，中等，較好，好｝，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建評價標(biāo)準(zhǔn)云模型。 評價標(biāo)準(zhǔn)云模型中等級浮動云特征參數(shù)見表3，泵站現(xiàn)代化管理等級評價標(biāo)準(zhǔn)云圖見圖3。

表3 等級浮動云特征參數(shù)

圖3 泵站現(xiàn)代化管理等級評價標(biāo)準(zhǔn)云圖

2.4 確定綜合評價云模型

針對32 個泵站現(xiàn)代化管理綜合評價指標(biāo)，結(jié)合指標(biāo)量化分級表和專家打分結(jié)果，構(gòu)造含有32 個評價標(biāo)準(zhǔn)云模型的評價矩陣V：

式中：Ci為第i個指標(biāo)對應(yīng)的管理水平等級（i=1，2，…，32）

綜合評價云模型由評價矩陣V與權(quán)重矩陣W相乘得出：

3 實例分析

3.1 提水泵站概況

江蘇省南通市九圩港提水泵站位于九圩港入江口段的九圩港閘西側(cè)，該泵站工程規(guī)模為大（2）型，泵站安裝有5 臺套豎井貫流式機組，水泵葉輪直徑為3.25 m，泵站設(shè)計揚程為4.50 m，單機設(shè)計流量為30 m3／s，所配套電機功率為1250 kW，總裝機功率為6250 kW。 該泵站兼具引水、灌溉和供水等功能，通過引長江水來滿足南通地區(qū)居民生產(chǎn)生活和沿海灘涂開發(fā)用水需求，有效緩解了南通地區(qū)干旱年份水資源供需矛盾。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的求解

首先對九圩港提水泵站運行狀況進行數(shù)據(jù)收集及現(xiàn)場調(diào)研，共聘請3 名專家、4 名管理人員以及3 名灌區(qū)日常運行工作人員并成立評判小組，對要素層指標(biāo)進行兩兩重要性評判；再通過等級浮動云集成專家評判語言，得到判斷矩陣并對矩陣進行一致性檢驗；最后得到各指標(biāo)權(quán)重，見表4。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重

為確定CM-AHP 法賦權(quán)的云模型評價法的可行性，結(jié)合泵站實地調(diào)查資料和統(tǒng)計資料，根據(jù)專家評判結(jié)果確定各評價指標(biāo)對應(yīng)的云特征值，見表5。

表5 評價指標(biāo)云特征值

3.3 綜合評價

根據(jù)公式（8）將要素層評價指標(biāo)的評價矩陣和權(quán)重矩陣相乘得到泵站現(xiàn)代化管理綜合評價云模型R=［0.7674，0.0733，0.0094］，通過正向云發(fā)生器得到綜合評價結(jié)果云圖，見圖4?？梢钥闯觯袍赘厶崴谜粳F(xiàn)代化管理水平介于“Ⅳ（較好）”和“Ⅴ（好）”之間，更貼近于“Ⅳ（較好）”級，且云滴分布較為集中，表明九圩港提水泵站現(xiàn)代化管理綜合評價結(jié)果與預(yù)期評價結(jié)果的偏差較小，同時綜合評價云模型的熵和超熵數(shù)值均較小，反映了評價結(jié)果的不確定度和離散程度較低，評價結(jié)果的可信度較高。

圖4 綜合評價結(jié)果云圖

通過對九圩港提水泵站實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其管理制度比較健全，機構(gòu)設(shè)置比較規(guī)范，制度執(zhí)行力和泵站運行監(jiān)管力較強；通過人才培訓(xùn)增強管理人員專業(yè)性，提升了泵站基建設(shè)施設(shè)備運行維護的規(guī)范性；利用信息化監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測泵站運行狀態(tài)，能夠?qū)Ρ谜具\行中出現(xiàn)的故障做出快速反應(yīng)和處理；通過環(huán)境治理與管理，泵站衛(wèi)生狀況得到改善。 以上情況表明該提水泵站實際管理狀態(tài)較好，整體運行管理水平較高。 由綜合評價結(jié)果可知，九圩港提水泵站現(xiàn)代化管理水平屬于較高級別，綜合評價結(jié)果基本符合研究區(qū)實際管理水平，說明此模型在泵站運行管理水平評估中具有較高的可靠性。

4 結(jié)論

（1）以目標(biāo)、系統(tǒng)、要素、評語4 個層面為核心，構(gòu)建泵站系統(tǒng)現(xiàn)代化管理綜合評價指標(biāo)體系；通過建立云模型并引入浮動云概念，實現(xiàn)了等級浮動云與綜合評價云的數(shù)量級轉(zhuǎn)化，避免了單一隸屬關(guān)系形成的弊端；通過將云模型與傳統(tǒng)AHP 法進行耦合，弱化了專家評判的主觀性，確保了權(quán)重計算結(jié)果具有較強的客觀性，使評價結(jié)果更加可信。

（2）基于所構(gòu)建的評價模型對九圩港提水泵站現(xiàn)代化管理水平進行評價，結(jié)果顯示綜合評價云模型R=［0.7674，0.0733，0.0094］，表明泵站系統(tǒng)現(xiàn)代化管理水平介于“Ⅳ（較好）”和“Ⅴ（好）”之間，熵和超熵數(shù)值較小，表明評價結(jié)果波動性小，能夠反映泵站系統(tǒng)實際現(xiàn)代化管理水平。