基于集對分析的城市道路工程可持續(xù)性評價

李重陽，方 俊

(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢 430070)

為了滿足急劇增長的出行需求，我國各大城市正在大規(guī)模進行城市道路工程建設(shè)。展開城市道路工程可持續(xù)性評價研究，可以顯著提升城市道路工程的建設(shè)水平和運營品質(zhì)，進而提高城市道路工程及其周邊區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力。

目前有不少學(xué)者就工程項目可持續(xù)性課題展開了一定深度的研究。譚建蓉[1]采用層次分析法評價了農(nóng)村飲水工程項目的可持續(xù)性，但基于層次分析法的權(quán)重計算結(jié)果受專家主觀意見影響較大。曹吉鳴[2]系統(tǒng)地研究了工程項目可持續(xù)管理框架，強調(diào)了可持續(xù)理念在工程管理領(lǐng)域的重要性。趙越[3]采用層次分析法計算天然氣管道工程項目可持續(xù)性評價指標(biāo)權(quán)重，并采用基于灰色關(guān)聯(lián)分析的模糊綜合評價方法確定評價等級。該方法雖然較好地處理了可持續(xù)性評價中的模糊性，但隸屬度計算無法全面準(zhǔn)確地刻畫可持續(xù)評價復(fù)雜性，容易丟失大量有價值的評價信息并導(dǎo)致評價結(jié)果錯誤。南智斐[4]綜合運用層次分析法與模糊綜合評價法建立風(fēng)電工程項目后評價模型。唐斌斌[5]從建設(shè)過程、整體目標(biāo)、社會影響和環(huán)境影響四個方面系統(tǒng)地構(gòu)建了水電開發(fā)工程項目的后評價指標(biāo)體系。目前工程項目可持續(xù)評價的研究對象主要有飲水工程、天然氣管道工程、風(fēng)電工程和水電工程等，但沒有針對城市道路工程的可持續(xù)性評價成果。相關(guān)研究成果主要采用層次分析法和模糊綜合評價等方法構(gòu)建評價模型，存在主觀性較強、難以處理可持續(xù)評價復(fù)雜性等不足。

因此，該文綜合采用文獻調(diào)研和專家調(diào)查法構(gòu)建了完整的指標(biāo)體系，采用C-OWA算子計算各指標(biāo)權(quán)重以實現(xiàn)客觀合理的權(quán)重運算，采用集對分析處理可持續(xù)評價中的復(fù)雜性和不確定性。

1 城市道路工程可持續(xù)性評價指標(biāo)體系的建立

通過對關(guān)鍵詞為“基礎(chǔ)設(shè)施工程”、“可持續(xù)性”和“城市道路”的典型研究成果[2-6]的歸納總結(jié)，該文搜集到36個二級指標(biāo)，并采用專家調(diào)查法保留重要性得分高于平均分的20個二級指標(biāo)，最終構(gòu)建了完整的評價指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 城市道路工程可持續(xù)性評價指標(biāo)體系

2 城市道路工程可持續(xù)性評價模型的構(gòu)建

2.1 基于C-OWA算子的指標(biāo)權(quán)重計算方法

C-OWA(Combination Ordered Weighted Averaging，組合數(shù)有序加權(quán)算子)是一種基于組合數(shù)改進加權(quán)向量的賦權(quán)法[7]，其基本步驟如下：

1)評價數(shù)據(jù)的獲取和重排序。邀請工程項目管理領(lǐng)域的n位專家對m個評價指標(biāo)的相對重要程度進行打分，得到初始決策數(shù)據(jù)aij(i=1,2,3,…,m;j=1,2,3,…,n)。將第i個指標(biāo)重要性得分數(shù)據(jù)集(ai1,ai2,…,aij)重新編號，由大到小排序得到新數(shù)列(b1,b2,…,bn)。

(1)

3)歸一化處理。得出第i個指標(biāo)的相對權(quán)重值ωi[7]

(2)

從其賦權(quán)過程可以看出，每個指標(biāo)重要性數(shù)據(jù)的位置變化都會影響指標(biāo)權(quán)重大小，因此專家主觀意見的極大值和極小值均被調(diào)整到了對權(quán)重影響程度小的位置上，從而降低了專家極端意見對權(quán)重結(jié)果的影響。

2.2 基于集對分析的城市道路工程可持續(xù)性評價方法

集對分析可以較好地處理城市道路工程可持續(xù)評價指標(biāo)的隨機、模糊和不完整等困難[8]，具體的評價步驟如下：

1)構(gòu)成集對。將各指標(biāo)與可持續(xù)性等級標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成一個集對[8]

(3)

其中，ωi為第i個指標(biāo)的綜合權(quán)重;A表示同一度;B表示差異度;D表示對立度;e表示差異度系數(shù);f表示對立度系數(shù);K表示聯(lián)系數(shù)的元數(shù)。

2)計算聯(lián)系度。越小越優(yōu)指標(biāo)的聯(lián)系度為[9]

(4)

其中，s表示指標(biāo)評價區(qū)間的界限;sK-1表示K-1的下限，同時也是K-2的上限。

越大越優(yōu)指標(biāo)的聯(lián)系度為[9]

(5)

3)確定可持續(xù)性等級。采用置信度來確定可持續(xù)性等級[8,9]

hK=(f1+f2+…+fK)>λ

(6)

3 案例分析

森林大道工程位于武漢市東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)，是連接武漢三環(huán)線到武鄂高速的重要道路工程。該項目設(shè)計長度為18 391.94 m，包括道路、橋梁、排水、交通、綠化、照明、電力、通訊、給水、征地、拆遷工程及其他配套工程。該項目的投融資運作方式為BT模式，實際竣工日期為2019年9月，實際總投資為50 443.77萬元，目前正處于項目后評價階段。

邀請20名專家(7名來自中信工程設(shè)計建設(shè)有限公司，8名來自武漢理工大學(xué)，5名來自武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會)對該項目指標(biāo)重要性進行打分，將指標(biāo)重要性得分代入式(2)中即可得到所有二級指標(biāo)權(quán)重ω，如表2所示。

表2 森林大道工程可持續(xù)性評價計算結(jié)果

根據(jù)表2的計算結(jié)果可知，設(shè)計可持續(xù)性(A11)的權(quán)重最大，這表明在設(shè)計階段準(zhǔn)確合理地預(yù)測未來交通量并采取一定措施應(yīng)對是提升城市道路工程可持續(xù)性的關(guān)鍵；融資模式(A25)的權(quán)重排名第二，項目業(yè)主方應(yīng)在項目規(guī)劃階段充分調(diào)研、認真研究并慎重選擇BT(Build-Transfer，建設(shè)-移交)、BOT(Build-Operate-Transfer，建設(shè)-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓)、TOT(Transfer-Operate-Transfer，移交-經(jīng)營-移交)等項目融資管理模式以有效降低項目投資或提高項目效益；運維成本合理性(A22)的權(quán)重排名第三，項目業(yè)主方應(yīng)在運營維護階段重點制定控制運維資金使用計劃，提高運維資金使用效率，降低運維成本。

參考前人研究成果[4-6]、行業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn)和森林大道工程項目管理的實踐需求，該文將可持續(xù)性等級分為五個等級，很好(Ⅰ級)、較好(Ⅱ級)、一般(Ⅲ級)、較差(Ⅳ級)和極差(Ⅴ級)，各指標(biāo)得分用百分制數(shù)表示為很好[0,20)、較好[20,40)、一般[40,60)、較差[60,80)、極差[80,100)。邀請參與權(quán)重得分的20名專家對該項目的各二級指標(biāo)進行打分，采用式(3-5)計算各二級指標(biāo)的加權(quán)后聯(lián)系數(shù)(A、B1、B2、B3和D)，計算結(jié)果如表2所示。

通過表2中各二級指標(biāo)的聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果求和，可以得到該項目的五元聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果分別為很好(f1=0.294 0)、較好(f2=0.394 7)、一般(f3=0.243 3)、較差(f4=0.091 5)和極差(f5=0.013 6)。當(dāng)λ為0.6時，該項目的可持續(xù)性為較好(Ⅱ)。這表明該項目的可持續(xù)性較好，但項目管理單位可以考慮采取進一步措施提高其可持續(xù)性。

基于集對分析模型得到的森林大道工程可持續(xù)性評價結(jié)果與該項目實際情況基本一致。1)自武漢市森林大道項目建設(shè)并投入使用以來，該項目的公眾滿意度調(diào)查結(jié)果良好，項目實施過程中資本金總量由原來的56 261.54萬元減少為50 443.77萬元，累計節(jié)約資金5 817.77萬元；2)該項目選用的各項技術(shù)符合規(guī)范要求，環(huán)境保護實施效果滿足相關(guān)法律法規(guī)要求，有效地降低了能源消耗；3)該項目改善和提高了交通運輸能力，改善了沿線居民的出行條件，提升了沿線土地綜合開發(fā)價值。但該項目未能按時完成項目進度目標(biāo)，值得進一步提高。

4 結(jié) 語

城市道路工程建設(shè)和運營的可持續(xù)性對城市發(fā)展具有重要意義，該文采用文獻調(diào)研和專家訪談法識別并構(gòu)建了完整的城市道路工程可持續(xù)性評價指標(biāo)體系，完善了相關(guān)研究工作的不足。綜合采用C-OWA算子和集對分析構(gòu)建了城市道路工程可持續(xù)評價的數(shù)學(xué)模型，對武漢市森林大道項目展開了實證研究，找出了影響該項目可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，為提高城市道路工程的可持續(xù)發(fā)展能力提供了依據(jù)。