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(華北電力大學(xué)，北京 100096)

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目工程位于海淀區(qū)，屬于暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫在11～12 ℃，多年平均降水量在597 mm，降水量年際變化較大，最大年降水量為1050 mm，最小年降水量為347 mm。降水量年內(nèi)分配不均，其中 6—9 月降水量占全年降水量的85%以上。工程區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深為0.80 m。輸水工程涉及海淀區(qū)青龍橋鎮(zhèn)、西北旺鎮(zhèn)的團(tuán)城湖、紅山口、龍背村一帶。地貌單元屬北京西山東側(cè)的山前斜坡帶，基巖埋深起伏變化大，局部殘留孤山，東接廣闊的沖洪積平原。西側(cè)香山最高海拔571 m，紅山口西三昭山最高海拔約110 m，南側(cè)頤和園萬(wàn)壽山最高海拔100 m。因市政基礎(chǔ)及城市各類(lèi)建設(shè)，地貌多經(jīng)人工改造，現(xiàn)狀地勢(shì)較為平坦，地面高程一般在49～52 m左右。項(xiàng)目沿線(xiàn)屬于永定河流域與北運(yùn)河流域交錯(cuò)地帶，第四系松散覆蓋層巖性變化多，大體以紅山口橋?yàn)榻?，南部屬永定河沖洪積平原，北部屬北運(yùn)河沖洪積平原。清河由西向東經(jīng)紅山口后拐向北，至龍背村東又拐向東流，清河河底低于現(xiàn)狀地面約7～8 m。京密引水渠由北向南緊鄰紅山口西側(cè)低山及萬(wàn)壽山東流入頤和園昆明湖，京密引水渠渠底低于現(xiàn)狀地面約5～6 m。場(chǎng)區(qū)附近各類(lèi)市政基礎(chǔ)設(shè)施分布復(fù)雜，地上有五環(huán)路紅山口橋、北安河橋等，地下有地鐵四號(hào)線(xiàn)及其備用站臺(tái)、市政電力隧道及給水管線(xiàn)、再生水管線(xiàn)、燃?xì)夤芫€(xiàn)等。旱河-清河從紅山口橋南側(cè)呈東西向以連通暗涵方式下穿京引渠后，改向?yàn)橛赡衔髦帘睎|穿過(guò)該區(qū)。

2 評(píng)價(jià)方法

調(diào)水工程是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合工程[1]。因此，對(duì)調(diào)水工程輸水線(xiàn)路施工規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，需從工程各方面進(jìn)行綜合考量。模糊綜合評(píng)價(jià)法基于模糊數(shù)學(xué)，能夠很好地對(duì)調(diào)水工程輸水線(xiàn)路施工規(guī)劃方案進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)。首先確定評(píng)價(jià)目標(biāo)，評(píng)價(jià)目標(biāo)對(duì)象的目標(biāo)集合如式(1)所示。

I={I1，I2，…，Im}

(1)

式中：Ii為單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；m為存在m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，得到評(píng)價(jià)等級(jí)集合，如式(2)所示。

U={U1，U2，…，Un}

(2)

式中：U為評(píng)價(jià)結(jié)果的集合；Ui為第i個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果；n為評(píng)價(jià)總數(shù)。從單一因素出發(fā)發(fā)起評(píng)價(jià)，得到評(píng)價(jià)等級(jí)集合U的隸屬程度，求得每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象相應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果的隸屬度，得到模糊關(guān)系矩陣，如式(3)所示。

(3)

式中：aij為從指標(biāo)Ii來(lái)看對(duì)Uj評(píng)價(jià)等級(jí)模糊集合的隸屬度。確定關(guān)系矩陣后，還需確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)向量，如式(4)所示。

W=(w1，w2，…，wm)

(4)

式中：wi為各影響因素的權(quán)重占比。將權(quán)向量集合與評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊關(guān)系矩陣結(jié)合，得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果向量，如式(5)所示。

B=W·A=(b1，b2，…，bn)

(5)

式中：B為評(píng)價(jià)結(jié)果向量；W為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)向量；A為評(píng)價(jià)對(duì)象的模糊關(guān)系矩陣；bi為被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊子集的隸屬程度。運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)能夠?qū)唧w問(wèn)題進(jìn)行有效分析，利用精準(zhǔn)化的數(shù)學(xué)方法將包含模糊信息的具體問(wèn)題有效處理。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

指標(biāo)體系的構(gòu)建是將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題有效轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵[2]。對(duì)調(diào)水工程的指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建需要遵循一般指標(biāo)體系的科學(xué)性與層次性原則。同時(shí)，從調(diào)水工程的工程特性出發(fā)，還需注重評(píng)價(jià)體系的綜合性與區(qū)域性[3]。結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，調(diào)水工程指標(biāo)主要從三方面考慮，分別是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、管理指標(biāo)與影響指標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是項(xiàng)目的重要考察指標(biāo)，任何項(xiàng)目的起止都離不開(kāi)經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)既涵蓋了費(fèi)用的產(chǎn)生，也包含了效益的預(yù)估[4]。調(diào)水工程的費(fèi)用主要來(lái)自工程本身，包括建設(shè)沿線(xiàn)的一系列工程所產(chǎn)生的費(fèi)用。此外還有工程中可能會(huì)造成的影響問(wèn)題，調(diào)水工程可能會(huì)帶來(lái)移民征地、交通運(yùn)輸管制等實(shí)際影響，其產(chǎn)生的費(fèi)用也需考慮。從經(jīng)濟(jì)效益考慮，調(diào)水工程帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益遵循一般水利經(jīng)濟(jì)效益，主要有防洪、治澇、灌溉、供水、發(fā)電以及其他六大類(lèi)。結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目考慮，灌溉與發(fā)電貢獻(xiàn)較少，主要是解決供水問(wèn)題。此外，項(xiàng)目對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境影響也應(yīng)算作生態(tài)效益予以考慮。

從管理指標(biāo)考慮，輸水工程一般規(guī)模大、線(xiàn)路長(zhǎng)，各輸水段相互影響，必須保證全線(xiàn)安全運(yùn)行[5]。同時(shí)，供水率的保障也十分重要，因此還需考慮枯水年的供應(yīng)情況，考慮備用輸水線(xiàn)的問(wèn)題。此外，水污染風(fēng)險(xiǎn)也是重要指標(biāo)，安全的水質(zhì)是保障居民生活的必要條件。從工程管理考慮，主要考慮項(xiàng)目運(yùn)行管理的難度、備用輸水線(xiàn)路的可靠性與項(xiàng)目搶修的響應(yīng)能力。

從影響指標(biāo)考慮，調(diào)水工程會(huì)對(duì)輸水干線(xiàn)及沿線(xiàn)城鎮(zhèn)的防洪除澇、灌溉排水、航運(yùn)、環(huán)境生態(tài)等方面產(chǎn)生影響。此外，調(diào)水工程實(shí)施對(duì)沿線(xiàn)居民的生活也會(huì)產(chǎn)生一定影響。因此，影響指標(biāo)存在項(xiàng)目影響與社會(huì)影響。綜合上述考量，結(jié)合工程評(píng)估建議，得出調(diào)水工程的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 調(diào)水工程評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

由表1可知，調(diào)水工程指標(biāo)主要從經(jīng)濟(jì)、管理與影響三方面考慮，一級(jí)指標(biāo)6個(gè)，2級(jí)指標(biāo)21個(gè)。其中，有定量指標(biāo)12個(gè)，分別是河道項(xiàng)目費(fèi)用、建筑物項(xiàng)目費(fèi)用、水質(zhì)保障項(xiàng)目費(fèi)用、工程影響項(xiàng)目費(fèi)用、工程工資費(fèi)用、消耗品費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、其他費(fèi)用、供水收益、防洪除澇收益、運(yùn)輸效益、枯年供水保障。定性指標(biāo)9個(gè)，分別是生態(tài)效益、供水率保障、水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)、備用輸水線(xiàn)保障、搶修響應(yīng)能力、工程實(shí)施影響、用戶(hù)供水影響、排澇降漬影響、民眾認(rèn)可度。根據(jù)指標(biāo)影響類(lèi)型劃分，其中有正向指標(biāo)9個(gè)，分別是供水收益、防洪除澇收益、運(yùn)輸效益、生態(tài)效益、供水率保障、枯年供水保障、備用輸水線(xiàn)保障、搶修響應(yīng)能力、民眾認(rèn)可度。負(fù)向指標(biāo)12個(gè)，分別是河道項(xiàng)目費(fèi)用、建筑物項(xiàng)目費(fèi)用、水質(zhì)保障項(xiàng)目費(fèi)用、工程影響項(xiàng)目費(fèi)用、工程工資費(fèi)用、消耗品費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、其他費(fèi)用、水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)、工程實(shí)施影響、用戶(hù)供水影響、排澇降漬影響。用專(zhuān)家調(diào)查法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)一輪基礎(chǔ)意見(jiàn)評(píng)價(jià)問(wèn)卷與一輪匿名反饋評(píng)價(jià)后，綜合各專(zhuān)家意見(jiàn)，結(jié)合實(shí)際工程狀況，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算，得出的指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

表2 調(diào)水工程評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

4 對(duì)比分析

使用研究構(gòu)建評(píng)價(jià)方法對(duì)施工規(guī)劃方案進(jìn)行比選。調(diào)水工程有3個(gè)關(guān)鍵施工點(diǎn)。方案一：在工程點(diǎn)1處構(gòu)建盾構(gòu)井，工程點(diǎn)2處構(gòu)建二襯豎井，工程點(diǎn)3處構(gòu)建盾構(gòu)井。方案二：在工程點(diǎn)1處構(gòu)建盾構(gòu)井，工程點(diǎn)2處進(jìn)行繞行工程，在工程點(diǎn)3處構(gòu)建盾構(gòu)井。方案三：在三處工程點(diǎn)均選擇繞行工程。將三種工程方案定性指標(biāo)部分制作調(diào)查問(wèn)卷，按照相關(guān)專(zhuān)家取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。綜合各方案預(yù)估定量指標(biāo)，得出三個(gè)方案的評(píng)價(jià)結(jié)果。三個(gè)方案的項(xiàng)目投資費(fèi)用指標(biāo)與項(xiàng)目管理費(fèi)用指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在項(xiàng)目投資費(fèi)用指標(biāo)中，方案一有三項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分最為優(yōu)異。在建筑物項(xiàng)目費(fèi)用評(píng)價(jià)指標(biāo)上，方案一的評(píng)分不如方案三，原因是方案一構(gòu)建了更多的盾構(gòu)井，在建筑工程費(fèi)用上相較于方案三有所增加。在項(xiàng)目管理費(fèi)用指標(biāo)中，方案一同樣綜合表現(xiàn)最為優(yōu)秀。在維護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，方案一的表現(xiàn)不如方案二和方案三。因?yàn)榉桨敢坏墓r更為復(fù)雜，從而后期維護(hù)費(fèi)用相較于施工較為簡(jiǎn)單的方案三更高。盡管方案一存在部分指標(biāo)不如方案三的情況，但是從整體工程費(fèi)用看，方案一的表現(xiàn)仍然最為優(yōu)異，具備更好的經(jīng)濟(jì)性。

三個(gè)方案的項(xiàng)目沿線(xiàn)收益指標(biāo)與項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。從項(xiàng)目沿線(xiàn)收益指標(biāo)看，在供水效益上三個(gè)方案沒(méi)有差別，在防洪除澇收益上方案一略微領(lǐng)先，在運(yùn)輸效益上方案一的表現(xiàn)不如方案二和方案三，在生態(tài)效益上方案一的優(yōu)勢(shì)更大。結(jié)合評(píng)價(jià)權(quán)重，因?yàn)樯鷳B(tài)效益的權(quán)重占比遠(yuǎn)高于運(yùn)輸受益，因此整體上仍是方案一的項(xiàng)目沿線(xiàn)收益評(píng)分更高。從項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理指標(biāo)上看，方案一在各項(xiàng)指標(biāo)上的評(píng)價(jià)皆高于其他方案，更高的供水率保障能夠有效提升居民的用水體驗(yàn)，是調(diào)水工程解決的核心問(wèn)題所在。因此，方案一的施工效果更加優(yōu)異。

表4 三個(gè)方案項(xiàng)目沿線(xiàn)收益與運(yùn)營(yíng)管理評(píng)分 分

三個(gè)方案的項(xiàng)目工程管理指標(biāo)與項(xiàng)目工程影響與認(rèn)可指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。方案一在備用輸水線(xiàn)保障的評(píng)價(jià)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方案二與方案三，因?yàn)榉桨敢坏氖┕哟胃鼮閺?fù)雜，預(yù)留的備用輸水線(xiàn)路更加穩(wěn)定和高效。與此同時(shí)，由于方案一的工況更為復(fù)雜，因此其搶修響應(yīng)能力會(huì)受到一些影響。在工程影響與認(rèn)可指標(biāo)中，方案一與方案二都取得了較高的評(píng)分，因?yàn)槎軜?gòu)井施工對(duì)居民生活的各方面影響都很低，相較于地面施工更多的方案三，能夠更好地減少因項(xiàng)目工程施工給附近居民帶來(lái)的不良體驗(yàn)。綜合上述評(píng)價(jià)結(jié)果，依據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果如圖2所示。

圖2 三個(gè)方案綜合評(píng)價(jià)對(duì)比

由圖2可知，方案一的綜合評(píng)分為89.3分，無(wú)論是整體評(píng)分還是單項(xiàng)評(píng)分皆為最高。方案二的綜合評(píng)分為86.5分，處于中間水平。方案三評(píng)分為82.0分，處于最低水平。結(jié)合表三分析，由于方案一更多地采用下穿施工，不必繞行，在各項(xiàng)綜合指標(biāo)上均領(lǐng)先于采用繞行規(guī)劃的方案三。從單項(xiàng)指標(biāo)看，采用繞行規(guī)劃更多的方案三僅在維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)輸效益及搶修響應(yīng)能力擁有微弱優(yōu)勢(shì)，而這種優(yōu)勢(shì)是采用更高成本和更多施工時(shí)間帶來(lái)的。從三個(gè)方案對(duì)比不難看出，隨著施工技術(shù)和施工標(biāo)準(zhǔn)的不斷的升級(jí)，采用盾構(gòu)井施工更能節(jié)約成本，優(yōu)化施工方案，保障供水并降低施工負(fù)面影響。

5 結(jié) 論

利用專(zhuān)家調(diào)查法結(jié)合調(diào)水工程實(shí)際情況構(gòu)建工程評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)調(diào)水工程施工規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)選分析。結(jié)果表明，在工程點(diǎn)1處構(gòu)建盾構(gòu)井，工程點(diǎn)2處構(gòu)建二襯豎井，工程點(diǎn)3處構(gòu)建盾構(gòu)井的方案一綜合評(píng)分更高，比更多采用繞行施工的方案三高出7.3分，比在工程點(diǎn)2處繞行施工的方案二高出2.8分。該分析結(jié)果符合實(shí)際，能對(duì)調(diào)水工程施工方案規(guī)劃進(jìn)行準(zhǔn)確分析，優(yōu)化了施工規(guī)劃方案對(duì)比方法，為工程方案探討研究提供了數(shù)據(jù)參考。