论文部分内容阅读
摘要：在现代公路工程建设过程中，设计阶段工作对工程造价、质量等均有着较大的影响，因此必须保障工程设计方案的科学合理性。由于公路工程涉及到的内容较多，需要考虑的许多因素存在不确定性，这使得工作难度大幅度提升。如何获得最优的设计方案是设计人员需要重点考虑的一个问题。本文将就一种基于灰色理论的工程设计方案比选方法进行分析研究，希望可以为公路工程设计提供一定的参考借鉴。
关键词：灰色理论；公路工程设计；比选
前言：现代公路工程设计方案涉及到了大量的内容，影响因素众多，因此在进行比选的过程中，必须进行详细的分析和计算，其遵循的原则为在满足建设目标的情况下，实现投资效益的最大化。目前，国内在进行设计方案比选时比较常用的方法有专家打分法、头脑风暴法等，这些方法均具有较强的主观性，往往无法达到预期的效果。将灰色系统理论引入到该领域能够为工程设计方案比选提供一个全新的思路。
1.灰色理论以及灰色关联分析
1.1灰色理论简介
灰色理论是20世纪八十年代由我国华中理工大学邓聚龙教授在系统思想的基础上经过一定的深化和发展形成的一种理论，它是一门研究信息部分清楚、部分不清楚并带有不确定现象的应用数学学科。随着社会的发展，当前时代下许多系统包含的信息变得越来越复杂，且其中的一部分并不确知，在这样的情况下，许多传统方法都已经不再适用，在这种情形下，灰色系统理论应运而生。该理论主要研究的是“外延明确、内涵不明确”的“小样本、贫信息”问题。客观世界并不是非黑即白，灰色系统普遍存在。当前阶段，灰色理论和方法与许多不同的学科以及领域都实现了有效融合，尤其是在工程界，灰色理论方法的出现为许多问题提供了解决思路。
灰色系统理论更倾向于从相对高的层次切入，对问题进行处理，强调了对已知信息的充分利用，最终达到揭示系统规律的目的。在具体应用中，应该结合系统内部的结构和参数对系统进行研究，它将随机量看做是一定范围内变化的灰色量，经过一定的信息处理，排除随机因素的干扰，掌握其规律性。灰色系统采用的方法打破了传统方法的局限性，突出了对事物本质的认知。
现如今，灰色系统理论在社会经济系统研究中得到了深入的应用，它通过纯粹定性描述的方法对问题进行具体化、量化处理，探究其内在规律，在此基础上对事物的变化和发展进行分析。
1.2灰色关联分析原理
在灰色系统理论中，灰色关联度分析是灰色系统分析最基本的方法，即对灰色系统中各因素之间的关联程度进行定量比较，其中关联度是反映两个序列关联程度的数值。灰色关联度分析方法的原理是通过确定标准序列和若干比较序列，在此基础上观察曲线的发展趋势，曲线越接近，说明序列变化越接近，相应的二者的关联度也就越高。简单来讲，及时将序列中数据变化的趋势和标准曲线进行拟合，关联度越大就说明该序列所代表的方案越符合设想要求。
2.灰色度比选方法步骤
基于灰色关联分析方法的灰色度比选方法是公路工程设计方案比选的重要方法，通过该方法的应用可以从经济、生命周期、施工难度、管理、质量、安全、环保等多个方面对方案进行对比分析。
当前阶段，现代公路工程的复杂性使得设计方案比选的过程中，专家所掌握的信息并不全面，加之不同领域专家所关注的重心存在差异，往往会导致比选结果呈现出较大的偏差。若是将灰色系统理论引入其中，就可以有效的解决这一问题，通过灰色关联分析方法将比较样本和标准样本进行比对，判断二者的关联度。
在具体实施的过程中，首先需要由专家根据设计方案确定特征向量以及灰量值，获得最佳标准样本。之后将各个设计方案和该标准样本进行比对，通过计算获得各自的关联度。最后根据关联度的大小对各个设计方案进行优劣排序，通常关联度越大说明设计方案越接近标准样本。从中选择关联度最大的一个作为最终设计方案。
具体内容如下：
选择经济效果、施工难度、管理水平、安全环保、质量要求、生命周期、投资状况共七项因素作为比选指标。之后组织比选专家对所有备选设计方案的各项指标进行评价，一般采取百分制打分的方法，假设参选方案数量为n，则可以得到以下灰色特征序列數据：
Xi=（Xi（1），Xi（2），Xi（3），···，Xi（7））
其中Xi（1）为第i个设计方案第1项指标的得分，以此类推。之后从每个单项指标中筛选最高分，综合7个单项的最高分，构建一个虚拟的最佳设计方案标准样本：
即X0=（X0（1），X0（2），X0（3），···，X0（7）），
此处X0（1）即是指第一项指标的最高分，以此类推。
之后，分别求出各设计方案特征指标序列和最佳设计方案标准样本特征指标序列的差序列：
即△（a）=IX0（a）-Xi（a）I
之后计算Xi（a）和X0（a）之间的关联系数，最后计算二者的关联度。
需要特别注意的一点是，在计算关联度时涉及到了各项比选指标的权重系数，这需要比选专家结合具体情况来确定。
最后根据关联度将所有参选设计方案的优劣度进行排序。
3.实证研究
为了验证上述方法的实际应用效果，将其引入到某公路工程中。结合工程的综合情况共获得了4个备选设计方案。之后根据上述步骤，对工程设计方案的经济效益、投资状况、质量要求、生命周期、安全环保、管理水平以及施工难度共七项指标进行了打分，将打分结果经过一定的转化之后获得了4个设计方案的特征指标序列，如下所示：
在进行关联度计算的过程中，比选专家组需要结合工程实际情况对各项指标的权重系数进行确定，假设各项指标的权重系数如下：0.61，0.11，0.09，0.04，0.06，0.04，0.06。则可获得权重序列C（a）=（0.61，0.11，0.09，0.04，0.06，0.04，0.06），将其代入到计算公式中，就可以计算出4个备选设计方案的关联度，分别为0.61，0.42，0.56，0.82，据此，就可以选定第4个方案作为最终设计方案。
结语
综上所述，在现代公路工程设计方案比选的过程中，通过灰色系统理论及灰色关联分析方法应用，良好的解决了部分信息不可知的难题，极大的提升了设计方案比选的效率和最终效果，对于现代工程建设具有积极意义。
参考文献：
[1] 曲忠军，底杰.基于灰色理论的公路工程设计方案比选方法[J].交通世界（建养.机械），2011（01）：128-129.
[2] 魏永恒.基于灰色关联度分析法的建筑工程设计方案优选[J].工程与建设，2012，26（01）：46-48.
[3] 汤显平.基于绿色公路建设理念的高速公路路线设计方案评价体系研究[D].中南林业科技大学，2018.
（作者单位：北京建达道桥咨询有限公司浙江分公司）
关键词：灰色理论；公路工程设计；比选
前言：现代公路工程设计方案涉及到了大量的内容，影响因素众多，因此在进行比选的过程中，必须进行详细的分析和计算，其遵循的原则为在满足建设目标的情况下，实现投资效益的最大化。目前，国内在进行设计方案比选时比较常用的方法有专家打分法、头脑风暴法等，这些方法均具有较强的主观性，往往无法达到预期的效果。将灰色系统理论引入到该领域能够为工程设计方案比选提供一个全新的思路。
1.灰色理论以及灰色关联分析
1.1灰色理论简介
灰色理论是20世纪八十年代由我国华中理工大学邓聚龙教授在系统思想的基础上经过一定的深化和发展形成的一种理论，它是一门研究信息部分清楚、部分不清楚并带有不确定现象的应用数学学科。随着社会的发展，当前时代下许多系统包含的信息变得越来越复杂，且其中的一部分并不确知，在这样的情况下，许多传统方法都已经不再适用，在这种情形下，灰色系统理论应运而生。该理论主要研究的是“外延明确、内涵不明确”的“小样本、贫信息”问题。客观世界并不是非黑即白，灰色系统普遍存在。当前阶段，灰色理论和方法与许多不同的学科以及领域都实现了有效融合，尤其是在工程界，灰色理论方法的出现为许多问题提供了解决思路。
灰色系统理论更倾向于从相对高的层次切入，对问题进行处理，强调了对已知信息的充分利用，最终达到揭示系统规律的目的。在具体应用中，应该结合系统内部的结构和参数对系统进行研究，它将随机量看做是一定范围内变化的灰色量，经过一定的信息处理，排除随机因素的干扰，掌握其规律性。灰色系统采用的方法打破了传统方法的局限性，突出了对事物本质的认知。
现如今，灰色系统理论在社会经济系统研究中得到了深入的应用，它通过纯粹定性描述的方法对问题进行具体化、量化处理，探究其内在规律，在此基础上对事物的变化和发展进行分析。
1.2灰色关联分析原理
在灰色系统理论中，灰色关联度分析是灰色系统分析最基本的方法，即对灰色系统中各因素之间的关联程度进行定量比较，其中关联度是反映两个序列关联程度的数值。灰色关联度分析方法的原理是通过确定标准序列和若干比较序列，在此基础上观察曲线的发展趋势，曲线越接近，说明序列变化越接近，相应的二者的关联度也就越高。简单来讲，及时将序列中数据变化的趋势和标准曲线进行拟合，关联度越大就说明该序列所代表的方案越符合设想要求。
2.灰色度比选方法步骤
基于灰色关联分析方法的灰色度比选方法是公路工程设计方案比选的重要方法，通过该方法的应用可以从经济、生命周期、施工难度、管理、质量、安全、环保等多个方面对方案进行对比分析。
当前阶段，现代公路工程的复杂性使得设计方案比选的过程中，专家所掌握的信息并不全面，加之不同领域专家所关注的重心存在差异，往往会导致比选结果呈现出较大的偏差。若是将灰色系统理论引入其中，就可以有效的解决这一问题，通过灰色关联分析方法将比较样本和标准样本进行比对，判断二者的关联度。
在具体实施的过程中，首先需要由专家根据设计方案确定特征向量以及灰量值，获得最佳标准样本。之后将各个设计方案和该标准样本进行比对，通过计算获得各自的关联度。最后根据关联度的大小对各个设计方案进行优劣排序，通常关联度越大说明设计方案越接近标准样本。从中选择关联度最大的一个作为最终设计方案。
具体内容如下：
选择经济效果、施工难度、管理水平、安全环保、质量要求、生命周期、投资状况共七项因素作为比选指标。之后组织比选专家对所有备选设计方案的各项指标进行评价，一般采取百分制打分的方法，假设参选方案数量为n，则可以得到以下灰色特征序列數据：
Xi=（Xi（1），Xi（2），Xi（3），···，Xi（7））
其中Xi（1）为第i个设计方案第1项指标的得分，以此类推。之后从每个单项指标中筛选最高分，综合7个单项的最高分，构建一个虚拟的最佳设计方案标准样本：
即X0=（X0（1），X0（2），X0（3），···，X0（7）），
此处X0（1）即是指第一项指标的最高分，以此类推。
之后，分别求出各设计方案特征指标序列和最佳设计方案标准样本特征指标序列的差序列：
即△（a）=IX0（a）-Xi（a）I
之后计算Xi（a）和X0（a）之间的关联系数，最后计算二者的关联度。
需要特别注意的一点是，在计算关联度时涉及到了各项比选指标的权重系数，这需要比选专家结合具体情况来确定。
最后根据关联度将所有参选设计方案的优劣度进行排序。
3.实证研究
为了验证上述方法的实际应用效果，将其引入到某公路工程中。结合工程的综合情况共获得了4个备选设计方案。之后根据上述步骤，对工程设计方案的经济效益、投资状况、质量要求、生命周期、安全环保、管理水平以及施工难度共七项指标进行了打分，将打分结果经过一定的转化之后获得了4个设计方案的特征指标序列，如下所示：
在进行关联度计算的过程中，比选专家组需要结合工程实际情况对各项指标的权重系数进行确定，假设各项指标的权重系数如下：0.61，0.11，0.09，0.04，0.06，0.04，0.06。则可获得权重序列C（a）=（0.61，0.11，0.09，0.04，0.06，0.04，0.06），将其代入到计算公式中，就可以计算出4个备选设计方案的关联度，分别为0.61，0.42，0.56，0.82，据此，就可以选定第4个方案作为最终设计方案。
结语
综上所述，在现代公路工程设计方案比选的过程中，通过灰色系统理论及灰色关联分析方法应用，良好的解决了部分信息不可知的难题，极大的提升了设计方案比选的效率和最终效果，对于现代工程建设具有积极意义。
参考文献：
[1] 曲忠军，底杰.基于灰色理论的公路工程设计方案比选方法[J].交通世界（建养.机械），2011（01）：128-129.
[2] 魏永恒.基于灰色关联度分析法的建筑工程设计方案优选[J].工程与建设，2012，26（01）：46-48.
[3] 汤显平.基于绿色公路建设理念的高速公路路线设计方案评价体系研究[D].中南林业科技大学，2018.
（作者单位：北京建达道桥咨询有限公司浙江分公司）