基于AHP和因果分析法的引水工程渠道质量问题分析

摘要： 本文阐述了因果分析法和层次分析法的基本原理，将因果分析法与层次分析法有机联合，并将其应用于引水工程渠道质量问题分析中。

Abstract： This paper introduces the cause and effect analysis method and the basic principle of analytic hierarchy process， organic joint will cause and effect analysis method and analytic hierarchy process， and applied to channels of water diversion engineering quality problems in the analysis.

关键词： 层次分析法；因果分析法；渠道；质量

Key words： AHP；causality analysis；channel；quality

中图分类号：F224 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0078-03

0 引言

引水工程是减缓地区水资源短缺、优化水资源配置、改进生态环境的战略性基础设施。引水工程的质量，不但直接关系到工程的成败，还关系到人民生命财产平安和社会经济发展。然而，渠道工程作为引水工程最主要的建筑物形式，其工程质量直接关系到引水工程的成败。因此，有必要采取合理的方法，事先分析影响渠道工程质量的各种因素，并找出主导因素，采取措施加以重点控制，以确保施工质量满足要求。

因果分析图法是日本东京大学的石川馨教授设计的一种找出问题所有原因的创新方法，对所分析的问题采用结构图形的方式进行表达，显得非常直观和清晰[1]。目前这种方法仅仅适用于定性阐析的工况。层次分析法是美国运筹学家A.L.Saaty 教授最早提出的一种系统分析方法，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法[2]。在本文中，笔者将综合运用上述两种方法对引水工程渠道质量控制的影响因素进行全面解析，继而采用定量分析法对影响因素进行运算和分析，再根据各种影响因素的主次关系得到重要度因果分析图。

1 AHP和因果分析法

1.1 因果分析法

因果分析法是一种逐步深入研究和讨论质量的问题方法，它是通过因果图（如图1所示）表现出来，可以清楚地表达原因和结果的关系。因果分析图由若干骨干组成，分为大骨、中骨、小骨和细骨，分别代表不同大小的原因。因果图的图步骤：①确定需要剖析的问题，画出骨干图，即从左向右带箭头的线；②分析确定影响问题的大骨（大原因）、中骨（中原因）、小骨（小原因）、细骨（更小原因），并依次用箭头逐个标注在图上；③逐步分析找出关键性的原因并做出记号或以文字说明。由于因果分析图不以数值表示来处理问题，而是通过整理问题与其原因的层次来标明关系，因此能很好地描述定性问题。

1.2 层次分析法

层次分析法的主要思路是首先对问题涉及的因素进行分类，每类作为一个层次，由高到低按目标层、准则层、措施层进行排列，构造一个各因素之间相互联结的层次模型，然后利用数学方法，计算每个层次内全部因素相对重要性的权重值，以此进行综合评价，最终做出决策[3]。主要步骤如下：

①建立层次结构模型。针对提出的问题，首先用层次分析法进行分析，将问题中所涵盖的因素按它们之间的相互关系划分为最高层、中间层和最低层三个层次，绘制出层次结构图。

②构造判断矩阵。按照表1所示标度理论，按照其标准构建两两对比判断矩阵A。

③层次单排序及一致性检验。层次单排序是指对于上一层某因素而言，本层次各因素重要性的排序，实际上可以看成求判断矩阵的特征根和特征向量。即利用最大特征根法，求出符合解Aw=λmaxw的最大特征根及对应的归一化特征向量，w即是相应因素排序的权值。层次单排序一致性检验，需要计算的一致性比率：

CR=CI/RI（其中，CI=λmax-n/n-1）

当随机一致性比率CR

④层次总排序及一致性检验。

当CR≤0.10时，可接受一致性检验，否则修正调整判断矩阵的元素取值。

2 某引水工程渠道质量问题分析

结合国内某大型调引水工程，通过统计分析其验收等工程有关资料，得出其渠道工程多发质量问题为：渠道衬砌底板隆起、抬升[4]。针对该质量问题，运用层次分析法与因果分析法进行定性和定量分析。

2.1 绘制因果分析图

通过对工程资料进行研究分析，从4M1E（人、机、物、法、环）层面对该质量问题进行分析，运用头脑风暴法，找出各个层面所有可能原因，得到因果分析图。如图2所示。

2.2 构建层次分析模型

根据因果分析的结果，进一步建立渠道衬砌底板隆起、抬升质量问题层次分析结构模型，如图3所示[5]。

2.3 构造判断矩阵并进行计算

建立如图3所示的层次模型后，将各层原因对上一层原因的重要程度采用判断矩阵进行两两比较，得出具体因素对总目标层的权重值w和判断矩阵的最大特征值λmax，并对矩阵进行一致性检验，计算结果如表3～7所示[6]。

通过运算得知判断矩阵A、D1、D2、D3、D4都具有满意的一致性，对此，可根据其特征向量w的值定量描述因果分析图。

2.4 描述定量化因果分析图

定量化因果分析图就是利用层次分析法给定的各判断矩阵的特征向量，把每个影响因素的观测值（w的值）描述在因果分析图上，构成一个经过定量化处理的质量分析图。将表3～7中的计算结果与图2相结合，可得到定量的因果分析图，如图4所示。

3 分析与措施建议

从以上分析可以看出，地基加固处理方案不当、回填土及砂垫层压实及平整处理方案不当、人员不按规程作业3个因素占有较大的权重，对渠道衬砌板隆起和抬升质量的控制所产生的影响不可小觑，在实际操作中必须重点考虑改正，本文提出相应措施如下：

①对于地基加固处理。认真处理渠道基础，保证基础面的平整度，避免出现凹凸不平的情况；压实地基直至其达到最大干密度，渠道和建筑物交叉的部位无法用机械夯实，必须严格按照压实度标准进行人工夯实。

②对于回填土处理。严格控制渠道基础土方回填质量。回填基础土方时首先要彻底清理原基面上的垃圾和腐质物，以确保回填密实。回填时严格控制回填土块粒径及土料含水量，回填时严格按照碾压参数控制铺料厚度、加水量、碾压遍数进行回填碾压，碾压时应保持填筑面平整。

③对于砂垫层处理。铺设垫层前彻底清表，在基地两侧设置一定坡度，以免振捣过程中塌方；铺设砂垫层时，应分层分级夯铺，严格控制每层砂垫层的铺设厚度，夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定，保证垫层的密实度。

④对于人员不按规程作业。加强员工教育培训，严格按照作业指导书进行作业；加强现场管理，制定惩罚措施，对不按规程作业人员进行相应的处罚。

4 结论

因果关系法和层次分析法联合运用能够运用定量的思路来阐述影响因素，进一步明确渠道工程质量控制的总体目标和远景规划，使质量管理者对质量管理中存在矛盾和冲突有一个清晰的认识，同时准确预测可能存在的工程质量问题及其可能导致的严重后果。二者的综合运用使得故障诊断及故障治理思路清晰，过程变得更加简单顺畅，并且能够有效处理存在诸多影响因素的复杂工况。可见，因果分析图法与层次分析法的综合运用能够对渠道工程质量控制提供更为清晰的指导思路和更好的解决办法。

参考文献：

[1]Zeleny M. Multiple criteria decision making[M]. Kyoto：Springer-Verlag，1975.

[2]Thomas LSaaty. The analytic hierarchy process[M]. New York：McGraw-Hilliac，1980.

[3]许树柏. 层次分析法原理[M].天津：天津大学出版社，1998.

[4]刘铮，聂相田，吴珊珊，郜军艳.基于排列图法的南水北调中线工程质量问题分析[J].山西建筑，2016，42（8）：229-230.

[5]张海鹰.定量化因果分析法在工程质量管理中的应用[J].工程建设，2006，38（1）：57-60.

[6]王瑾，等.基于因果分析图法及层次分析法的空调工程施工质量控制[J].上海理工大学学报，2013，35（2）：116-120.