基于灰色關(guān)聯(lián)分析和層次分析法的生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)評價(jià)研究

楊 禹，陳海濱，李 茜，龍思杰

（1.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430074；2.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

目前對生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的研究，多集中在轉(zhuǎn)運(yùn)站選址［1］、轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益［2-3］、轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)備工藝選擇［4-5］、轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的環(huán)境效益［6-7］等方面，而對轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)水平的評價(jià)研究則很少見諸文獻(xiàn)報(bào)道。建標(biāo)117—2009生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對各類規(guī)模轉(zhuǎn)運(yùn)站的工程建設(shè)作了一定的限定，CJJ/T 156—2010生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較籠統(tǒng)和主觀地給出了轉(zhuǎn)運(yùn)站工程建設(shè)評價(jià)的方法，但實(shí)際中若對不同類型的轉(zhuǎn)運(yùn)站展開較為客觀公正的綜合比較評價(jià)，其方法仍有待進(jìn)一步挖掘和完善。在轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)評價(jià)的影響因素中，由于系統(tǒng)內(nèi)外擾動的存在，因素之間的相互作用關(guān)系不完全明晰，導(dǎo)致建設(shè)水平的高低并不按照某一特定規(guī)律或者函數(shù)變化，無法用特定的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)，具有與灰色系統(tǒng)的不確定性及模糊性特性形成的相互耦合的特征?；疑P(guān)聯(lián)分析可根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素間關(guān)聯(lián)程度，該法對樣本數(shù)量要求不高，且對數(shù)據(jù)無規(guī)律同樣適用，但在計(jì)算各數(shù)據(jù)序關(guān)聯(lián)度時(shí)該法使用的是同一組權(quán)重，難以體現(xiàn)評價(jià)的最優(yōu)性和公正性［8］。據(jù)此本研究提出一種基于層次分析法（AHP）的灰色關(guān)聯(lián)分析法來對生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)水平進(jìn)行評價(jià)，能夠?yàn)閷?shí)際中轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)評價(jià)提供有效的參考。1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究樣本與數(shù)據(jù)

以浙江、江蘇、遼寧、上海、廣西等地5個(gè)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站為主要研究樣本，具體數(shù)據(jù)以課題組2011—2013年實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

1.2 評價(jià)指標(biāo)體系

參照建標(biāo)117—2009生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及CJJ/T47—2016生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站技術(shù)規(guī)范，同時(shí)根據(jù)實(shí)際調(diào)研所得主要數(shù)據(jù)，選取項(xiàng)目用地面積、轉(zhuǎn)運(yùn)站主體設(shè)施建筑面積（以下簡稱主體面積）、配套設(shè)施建筑面積（配套面積，未包括道路和停車場）、生產(chǎn)管理與生活服務(wù)設(shè)施建筑面積（綜合管理面積）、投資估算（未包括收集車購置費(fèi)、征地費(fèi)等）、勞動定員等指標(biāo)作為6個(gè)評價(jià)指標(biāo)。

1.3 研究方法

通過綜合運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析和層次分析法（AHP） 建立生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)水平評價(jià)模型展開研究，其中利用灰色關(guān)聯(lián)分析將各評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，其次通過AHP法確定各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，最后計(jì)算評價(jià)對象的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度來展開對生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)水平的具體評價(jià)。

1.3.1 灰色關(guān)聯(lián)原理與方法

灰色系統(tǒng)理論由華中理工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年正式提出［9］。該理論中的灰色關(guān)聯(lián)分析法可定量分析多個(gè)因素之間的相互關(guān)聯(lián)的程度。該法所需原始數(shù)據(jù)少、原理簡單、運(yùn)算方便且易于挖掘數(shù)據(jù)規(guī)律，在處理“貧信息”問題時(shí)尤為有效?；疑P(guān)聯(lián)分析的本質(zhì)是數(shù)據(jù)序列曲線間的幾何形狀的分析比較，其幾何形狀越相似，則發(fā)展態(tài)勢也就越接近，關(guān)聯(lián)程度也越大［10］?；疑P(guān)聯(lián)分析的基本步驟如下。

1）確定比較數(shù)據(jù)序和參考數(shù)據(jù)序。

設(shè)有原始比較數(shù)據(jù)序：

另有原始參考數(shù)據(jù)列x0，參考數(shù)據(jù)序可從原始數(shù)據(jù)序中選取，也可單獨(dú)設(shè)定。

2） 數(shù)據(jù)無量綱化。

數(shù)列原始數(shù)據(jù)無量綱化處理方法通常有中心化處理、極差化處理、極大化處理、極小化處理、均值化處理和初值化處理［11］。

3） 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

對于一個(gè)參考數(shù)據(jù)列x0，有若干個(gè)比較數(shù)據(jù)列x1，x2，…，xn的情況，可用如下表達(dá)式來表達(dá)各比較曲線與參考曲線在各點(diǎn)的接近程度：

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n，

其中：ξi（k）為j點(diǎn)xi與參考曲線x0的相對差值，稱為xi對x0在j點(diǎn)處的關(guān)聯(lián)系數(shù)。ζ是分辨系數(shù)，取值范圍為[0，1]，一般取值ζ=0.5。

4） 計(jì)算關(guān)聯(lián)度。

為了從整體上表述比較序列對于參考序列的關(guān)聯(lián)程度，定義灰色關(guān)聯(lián)度如下：

值得注意的是該關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式是依據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)的算數(shù)平均值來展開計(jì)算。但在實(shí)際中，通常各個(gè)因素對目標(biāo)的影響大小不一致，需納入權(quán)重指標(biāo)wi。權(quán)重的確定方法有層次分析法、Delphi法、變異系數(shù)法、熵權(quán)法等。

當(dāng)各因素權(quán)重一致時(shí)，公式（6）簡化為公式（5）。5

）根據(jù)各參評比較序列的關(guān)聯(lián)度的大小確定先后優(yōu)劣順序。

1.3.2 層次分析法

層次分析法（AHP）應(yīng)用較為廣泛，具體可參照參考文獻(xiàn)，此處不再贅述其原理步驟。AHP法是通過分析復(fù)雜問題所包含的因素及其相互關(guān)系，將問題分解為不同層次的不同要素，在每層次可按一定規(guī)則對該層次的元素逐對比較，建立判斷矩陣。本研究中AHP主要用于確定各指標(biāo)的權(quán)重，具體來說是通過計(jì)算判斷矩陣最大特征值及對應(yīng)的正交化特征向量，得出參評指標(biāo)相對于轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的權(quán)重［12］。

2 基于灰色關(guān)聯(lián)分析與AHP法的生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)評價(jià)

2.1 計(jì)算步驟

2.1.1 評價(jià)指標(biāo)的選擇

評價(jià)指標(biāo)根據(jù)1.2所確定的指標(biāo)來選取，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5個(gè)樣本生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站實(shí)際建設(shè)數(shù)據(jù)

2.1.2 無量綱處理實(shí)測原始數(shù)據(jù)

由于所用參考數(shù)據(jù)列為不同級別中的不同參考值，這些參考值相互之間并無優(yōu)劣之分，因此，采用初值化來對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化。具體步驟如下。

1） 用內(nèi)插法求出各項(xiàng)指標(biāo)的參考數(shù)據(jù)列，由于不同規(guī)模對應(yīng)不同的參考值，因此參考數(shù)據(jù)序與參評轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)模數(shù)（k）相同：

2）進(jìn)行初值化處理，使得不同等級下的數(shù)據(jù)列之間具有可比性，即：

3）對所得數(shù)據(jù)矩陣規(guī)范化，得新的比較數(shù)據(jù)列：

4）確定參考數(shù)據(jù)列x0。參考數(shù)據(jù)列的選取可依據(jù)每列最大值或最小值從比較數(shù)據(jù)列中選取，也可根據(jù)一組固定值來確定。由于本研究考慮的是原始數(shù)據(jù)列對與之對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)列的偏離程度大小，由以上無量綱化處理過程可得知，理想情況下，原始的比較數(shù)據(jù)列將完全符合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)列，此時(shí)偏離度為0，因而本研究的參考數(shù)據(jù)列定為：x0= （0，0，…，0）

2.1.3 計(jì)算級差

依據(jù)公式（2）、（3）、（4），新的參評比較數(shù)據(jù)序及參考序列，可得級差數(shù)據(jù)，且

4.796 7。

2.1.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

依據(jù)式（1），可計(jì)算出各轉(zhuǎn)運(yùn)站的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2 各轉(zhuǎn)運(yùn)站評價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.1.5 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

由于轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的各項(xiàng)指標(biāo)對整體建設(shè)水平的影響不同，即各指標(biāo)權(quán)重各不相同，因此，需要確定各指標(biāo)的相互權(quán)重。權(quán)重的確定根據(jù)層次分析法來進(jìn)行。首先，對建設(shè)水平的綜合評價(jià)主要考慮建設(shè)水平的高低，故評價(jià)的目標(biāo)層為建設(shè)水平（A），指標(biāo)層為前面確定的6個(gè)評價(jià)指標(biāo)（C）。其次，根據(jù)層次結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造判斷矩陣A-C如表3所示。為了迅速、準(zhǔn)確地得到比選結(jié)果，提高方案決策的效率，擬借用MATLAB 7.0對判斷矩陣加以處理。程序運(yùn)行得出唯一實(shí)特征根6，所對應(yīng)特征向量經(jīng)歸一化后為[0.165 3 0.198 5 0.148 9 0.173 6 0.141 1 0.172 6]，6個(gè)分量即為6個(gè)指標(biāo)相對于目標(biāo)層的權(quán)重。經(jīng)檢驗(yàn)判斷CR=0＜0.1，說明該矩陣滿足一致性。

表3 判斷矩陣A—C

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，可計(jì)算各轉(zhuǎn)運(yùn)站的加權(quán)關(guān)聯(lián)度，結(jié)果如表4所示，作為各轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)水平的綜合評價(jià)值。

表4 各轉(zhuǎn)運(yùn)站的關(guān)聯(lián)度

2.2 結(jié)果與討論

由于所選用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的規(guī)定值，關(guān)聯(lián)度越大，說明該轉(zhuǎn)運(yùn)站的建設(shè)越符合規(guī)范，其建設(shè)水平也越標(biāo)準(zhǔn)。按照加權(quán)關(guān)聯(lián)度從大到小排序，可知 γ（3）＞γ（1）＞γ（2）＞γ（5）＞γ（4），即建設(shè)水平：崇安區(qū)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站＞長興縣畫溪生活垃圾中轉(zhuǎn)站＞金壇市生活垃圾集中轉(zhuǎn)運(yùn)站＞南寧轉(zhuǎn)運(yùn)站＞大連梭魚灣轉(zhuǎn)運(yùn)站。

根據(jù)本研究所建立的評價(jià)模型所得評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況保持一致。然而，對比參照數(shù)列，建設(shè)水平最標(biāo)準(zhǔn)的3號轉(zhuǎn)運(yùn)站仍與標(biāo)準(zhǔn)具有一定的差距。這一方面說明現(xiàn)實(shí)中許多轉(zhuǎn)運(yùn)站仍未按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來建設(shè)，造成轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)多項(xiàng)指標(biāo)不合標(biāo)準(zhǔn)；從另一方面來說，大量轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)超標(biāo)或未達(dá)標(biāo)，一定程度上暗示著這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是規(guī)定具體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的《生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》有待修改或完善。以下將從建設(shè)評價(jià)中的具體指標(biāo)展開詳細(xì)討論。

表5顯示了5個(gè)參評轉(zhuǎn)運(yùn)站各項(xiàng)建設(shè)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)值的偏離程度。為便于觀察，表中數(shù)據(jù)均已超出標(biāo)準(zhǔn)的百分?jǐn)?shù)來表示。從表中可以明顯看出，在各項(xiàng)建設(shè)指標(biāo)中，項(xiàng)目用地面積的標(biāo)準(zhǔn)偏離度最小，均值為26.14%，且相比其他指標(biāo)，該項(xiàng)指標(biāo)絕大部分顯示未達(dá)標(biāo)，也就是說參評的大部分轉(zhuǎn)運(yùn)站實(shí)際項(xiàng)目用地面積小于所規(guī)定對應(yīng)規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目用地面積。這是由于隨著近些年城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)和城市人口的加劇增長，城市土地資源這一非可再生資源急劇減少，其價(jià)格也相應(yīng)成倍上漲［13］。城市土地資源的稀缺造成了轉(zhuǎn)運(yùn)站項(xiàng)目用地面積的普遍減少，這一點(diǎn)，在大型城市中體現(xiàn)尤為明顯，如轉(zhuǎn)運(yùn)站3號和4號，分處上海和大連，其項(xiàng)目用地面積與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值相差最遠(yuǎn)。實(shí)際上，不僅大小城市用地水平不一致，城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)其差距更為明顯。對于主建面積、配套設(shè)施建設(shè)面積及生產(chǎn)管理與生活服務(wù)面積，除4號出現(xiàn)正值外，其余全部超標(biāo)，其中生產(chǎn)管理與生活服務(wù)面積超標(biāo)最為嚴(yán)重，平均超標(biāo)達(dá)232.94%，這可能是由于參評的5個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站均為新建轉(zhuǎn)運(yùn)站，對轉(zhuǎn)運(yùn)站生產(chǎn)管理與生活服務(wù)要求較高，部分轉(zhuǎn)運(yùn)站綜合服務(wù)樓為多層建筑，建設(shè)面積容易超標(biāo)等原因造成的，同時(shí)也在一定程度上反映了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中取值偏小的問題。

從投資估算一欄中可以看出，5個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站投資全部超標(biāo)。這可能是由于現(xiàn)今與標(biāo)準(zhǔn)制定之時(shí)物價(jià)上漲，人工費(fèi)增加等原因造成的?！渡罾D(zhuǎn)運(yùn)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的投資估算指標(biāo)均按照2007年北京市工料及費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出，2007年至今已過10 a，標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也需作相應(yīng)的調(diào)整。此外，勞動定員也普遍超標(biāo)，這是由于許多轉(zhuǎn)運(yùn)站在勞動定員時(shí)，按照專人專崗而定，造成人員數(shù)量過多而工作量不足。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于轉(zhuǎn)運(yùn)站工作尤其是轉(zhuǎn)運(yùn)操作工作的非連續(xù)性，一人往往可在不同時(shí)段分處不同崗位，如部分管理人員垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)高峰期兼職轉(zhuǎn)運(yùn)操作等。轉(zhuǎn)運(yùn)站管理者在進(jìn)行勞動定員時(shí)可據(jù)此對人員數(shù)量做一定調(diào)整。

表5 各轉(zhuǎn)運(yùn)站與標(biāo)準(zhǔn)值的偏離程度 %

3 結(jié)論與展望

1）轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)影響因素具有灰色系統(tǒng)理論的典型非線性特征，無法用某一特定的函數(shù)關(guān)系或規(guī)律來表達(dá)。應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)理論建立的基于AHP的灰色關(guān)聯(lián)評價(jià)模型可以將相對獨(dú)立的各項(xiàng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以關(guān)聯(lián)度大小表示的評價(jià)結(jié)果，其結(jié)果便于比較分析，可有效地對涉及多指標(biāo)的轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)進(jìn)行綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)果較為合理和公正。

2） 從多年實(shí)施的結(jié)果來看，建標(biāo)117—2009生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對有效指導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)、核準(zhǔn)轉(zhuǎn)運(yùn)站項(xiàng)目意義重大，但從時(shí)代的角度來看，該標(biāo)準(zhǔn)部分地方也有待進(jìn)一步修改和完善。如在建筑面積分配、城鄉(xiāng)用地差異等方面，可引入合適的系數(shù)，進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際指導(dǎo)作用和適用范圍。

3）轉(zhuǎn)運(yùn)站的建設(shè)需綜合考慮各方面的因素，不僅應(yīng)包括轉(zhuǎn)運(yùn)站本身的建筑、綠化等，還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)運(yùn)站的選址，以最大化減少日常運(yùn)行對周邊環(huán)境所造成的影響。受數(shù)據(jù)制約，本研究對轉(zhuǎn)運(yùn)站建設(shè)的評價(jià)還欠全面，部分較為重要的建設(shè)設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)，如轉(zhuǎn)運(yùn)站的服務(wù)半徑、與相鄰建筑間隔、綠化隔離帶寬度等未能納入所列評價(jià)指標(biāo)中。在今后的研究中，還應(yīng)綜合考慮，全面評價(jià)已有生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的建設(shè)水平，進(jìn)一步指導(dǎo)和規(guī)范轉(zhuǎn)運(yùn)站的建設(shè)。

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