基于AHP－Fuzzy 的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價方法研究

董 亮 李會泉 陳 波 關(guān) 雪 張 懿

(1．中國科學院過程工程研究所循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)中心，北京100190;2．中國科學院研究生院，北京100049)

基于AHP－Fuzzy 的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價方法研究

董 亮1，2李會泉1，2陳 波1關(guān) 雪1張 懿1

(1．中國科學院過程工程研究所循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)中心，北京100190;2．中國科學院研究生院，北京100049)

國家將制定重點領(lǐng)域循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)清單，引導和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。在此背景下，本文針對循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的篩選，開展了綜合評價方法的實證研究，結(jié)果顯示該技術(shù)屬于一級循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)，并在資源節(jié)約與廢棄物減排方面具有顯著效益，表明本文構(gòu)建的綜合評價方法實現(xiàn)了對備選循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的綜合評價、分級和排序，可以為企業(yè)、國家選擇循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)提供參考。

循環(huán)經(jīng)濟技術(shù);AHP－Fuzzy;二次資源利用;延伸效益;全過程節(jié)水技術(shù)

無論是循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的選擇還是清單制定，其科學基礎(chǔ)均是技術(shù)綜合評價，研究建立適合我國國情的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價方法，對于普及先進適用的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)，進而構(gòu)建具有我國特色的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)體系具有重大推動作用。

1 國內(nèi)外循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)評價的研究進展

歐美發(fā)達國家自20世紀90年代開始開展針對環(huán)境技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、可持續(xù)技術(shù)等與循環(huán)經(jīng)濟相關(guān)技術(shù)的評價研究，目前已形成較為成熟的評價方法與評價體系。為了表征上述技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)在整個系統(tǒng)生命周期上帶來的資源環(huán)境效益，國外一些學者依托發(fā)達國家相對完善的生命周期數(shù)據(jù)庫和技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用生命周期評價方法和生態(tài)效率方法開展對這類技術(shù)的系統(tǒng)評價，通過計算技術(shù)實施對生產(chǎn)全生命周期上的綜合效益或生態(tài)效率的影響來確定技術(shù)的優(yōu)劣。在國內(nèi)，傅澤強等探討了生態(tài)工業(yè)技術(shù)的概念與特征，并提出了鏈接性等核心評價指標。王明旭等根據(jù)生命周期的概念給出了可持續(xù)技術(shù)的定義，并進一步設(shè)計了包括經(jīng)濟效益、資源與能源消耗、環(huán)境影響與二次利用效率等核心評價指標。此外，在具體清單編制方面，一些國家部委陸續(xù)發(fā)布了一些清單。

總體來說，因為我國尚無完善的生命周期數(shù)據(jù)庫，導致我國無法有效應(yīng)用生命周期評價方法來定量化確定循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的綜合效益。國內(nèi)目前開展的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)評價研究多針對技術(shù)的概念與指標進行探討，技術(shù)清單制定在方法上主要依賴于專家判斷，相關(guān)技術(shù)難以進行量化評估，能夠反映并定量化計算循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)延伸效益等特征效益的指標體系與評價模型尚不成熟。

2 循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價方法

2．1 綜合評價指標體系構(gòu)建

基于對循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)內(nèi)涵和特征的剖析設(shè)計核心評價指標，并通過專家咨詢予以調(diào)整，最終構(gòu)建包括目標層和指標層的遞階層次結(jié)構(gòu)的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)評價指標體系(見表1)。指標體系中重點指標特點、釋義及計算方法如下:

(1)資源消耗指標:實際評價過程中需針對特定行業(yè)生產(chǎn)特點設(shè)定該行業(yè)的典型資源消耗指標。

(2)環(huán)境影響指標:與資源消耗指標類似，實際評價過程中需針對特定行業(yè)選取其特征污染物。

(3)二次資源利用指標:促進二次資源利用是循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)的一個重要特征，二次資源利用指標的計算如公式(1):

式中，C為二次資源利用指標;MRI為第i種循環(huán)利用或回收利用物質(zhì)的量(包括原料、廢棄物和產(chǎn)品);P為產(chǎn)品量。

(4)經(jīng)濟效益指標:其中“成本”、“直接效益”意義較為明確，“延伸效益”表征循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)對生產(chǎn)過程生命周期產(chǎn)生的綜合效益。延伸效益的核算思路為對技術(shù)實施的效果進行環(huán)境經(jīng)濟的費用－效益分析。

(5)技術(shù)性能指標:其中技術(shù)成熟度、技術(shù)先進性為定性指標，需采用專家打分法計算其指標值，專家打分的分值范圍一般為0－100分。

2．2 綜合評價模型

本文結(jié)合層次分析法與模糊數(shù)學(AHP－Fuzzy)構(gòu)建綜合評價模型，從兩個維度設(shè)計綜合評價結(jié)果并實現(xiàn)定量化結(jié)果輸出:①技術(shù)分級:表征技術(shù)所處水平。本文將候選循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)分為三級，分別代表國際先進水平，國內(nèi)先進水平，以及國內(nèi)一般水平。②技術(shù)綜合評價值:即技術(shù)的循環(huán)經(jīng)濟效率指數(shù)(CEI)，可以比較同一級別的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)之間的相對優(yōu)劣，進而進行排序。

通過綜合評價模型(見圖1)實現(xiàn)上述目標的具體步驟為:①應(yīng)用AHP方法確定指標權(quán)重;②確定評價標準集實現(xiàn)技術(shù)分級;③構(gòu)造隸屬度函數(shù)確定各項指標值以及隸屬級別;④運用線性加權(quán)方法合成運算綜合評價值，最終實現(xiàn)備選技術(shù)分級和綜合評價值輸出。

2．2．1 確定指標權(quán)重

本文應(yīng)用層次分析法(AHP)確定各一級指標權(quán)重，對于二級、三級指標，由于同級指標下的二級、三級指標重要性差異不大，故采用等權(quán)重法確定其權(quán)重。

應(yīng)用層次分析法確定指標權(quán)重的步驟為:首先根據(jù)相對重要性標度(用數(shù)字1－9表示兩兩元素相對重要性大小，數(shù)字越大，表明相對重要性越大)并結(jié)合專家咨詢，構(gòu)建指標兩兩比較判斷矩陣;然后進行單一準則下相對權(quán)重計算，對判斷矩陣進行列和歸一化得到指標權(quán)重;最后進行一致性檢驗，如果隨機一致性比率CR＜0．10則通過一致性檢驗，CR計算見公式(2)、(3)。

表1 循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價指標體系框架

圖1 AHP-Fuzzy綜合評價模型

其中，λmax為判斷矩陣的最大特征根，CI為隨即一致性指標;CR為隨機一致性比率，n為矩陣階數(shù)，RI為平均隨機一致性指標。本文構(gòu)建的指標體系中一級指標的判斷矩陣階數(shù)為5，對應(yīng)的RI值為1．12。通過專家咨詢構(gòu)建指標相對重要性判斷矩陣，最終一級指標權(quán)重計算結(jié)果為:資源消耗指數(shù)、環(huán)境影響指數(shù)、二次資源利用指數(shù)、經(jīng)濟效益指數(shù)以及技術(shù)性能指數(shù)的權(quán)重分別為0．2726、0．2726、0．1974、0．1560 和 0．1040。一致性檢驗結(jié)果為 CR=0．0964 ＜0．10，通過一致性檢驗。

2．2．2 確定評價標準集

評價標準集V=(V1，V2，V3)是技術(shù)分級與最終評價結(jié)果的計算基礎(chǔ)，V1，V2，V3分別代表國際先進、國內(nèi)先進、國內(nèi)一般水平，標準集V的制定需以國家或行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟相關(guān)技術(shù)標準為依據(jù)。已有國家或國際標準的指標，采用標準值，沒有標準的指標，可參考發(fā)達國家或地區(qū)的現(xiàn)狀值、國家相關(guān)政策研究的目標值、行業(yè)標準值或通過專家咨詢以及文獻調(diào)研等途徑確定。

2．2．3 構(gòu)造隸屬度函數(shù)

模糊數(shù)學通過隸屬度函數(shù)計算每項技術(shù)指標與評價標準集中每個級別的相關(guān)性，通過相關(guān)性大小可確定該技術(shù)指標所屬的級別。本文選取梯形分布函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，即對于正向指標(指標值越大越好)，采用升半梯形分布(公式(4));對于負向指標(指標值越小越好)，采用降半梯形分布(公式(5))。

其中，AVj(ai)為指標ai相對評價等級Vj的隸屬度函數(shù);V1，V2，V3為三個評價等級對應(yīng)的指標基準值。

2．2．4 集成運算綜合評價值

進行綜合評價時采用“單指標量化－多指標集成”的思想，指標體系中表征循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)特征的資源消耗指數(shù)、環(huán)境影響指數(shù)、二次資源利用指數(shù)、經(jīng)濟效益指數(shù)、技術(shù)性能指數(shù)采用線性加權(quán)法耦合為循環(huán)經(jīng)濟效率指數(shù)(CEI)。各項指數(shù)由相應(yīng)的次級指標線性加權(quán)耦合得到。利用之前確定的指標權(quán)重集及隸屬度集，通過計算可得到模糊綜合評價結(jié)果集以及技術(shù)的循環(huán)經(jīng)濟效率指數(shù)，見公式(6)、(7):

其中，R為模糊綜合評價結(jié)果集，ωj，i為第 j類一級指標中的第i個指標的對應(yīng)權(quán)重，C為指標隸屬度矩陣。m為一級指標數(shù)量，依據(jù)本文指標體系，此處m=5。n為次級指標的數(shù)目。根據(jù)最大隸屬度原則，評價結(jié)果集R中最大值對應(yīng)的評價級別即為備選技術(shù)所隸屬的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)級別，由此確定技術(shù)分級。

2．2．5 技術(shù)綜合排序設(shè)計

技術(shù)分級與綜合評價值是技術(shù)綜合排序的依據(jù)，進行排序的原則為:評價的同類技術(shù)依據(jù)評價結(jié)果確定技術(shù)級別—＞比較同一級別技術(shù)的CEI值—＞確定技術(shù)的綜合排序結(jié)果，如I－1(一級技術(shù)－排名第1)、II－3(二級技術(shù)－排名第3)。

3 實證分析

3．1 技術(shù)案例介紹

以國內(nèi)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)全過程節(jié)水工藝為技術(shù)案例，應(yīng)用構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟綜合評價方法進行技術(shù)綜合評價。全過程節(jié)水工藝從過程的角度優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)用水系統(tǒng)，促進水循環(huán)利用，主要特點包括:①通過工藝過程用水系統(tǒng)的優(yōu)化和合理的量、質(zhì)匹配實現(xiàn)了源頭降耗和減污;②用水過程中，根據(jù)工藝不同對水質(zhì)、水量、水溫進行合理分類，減輕了末端治理的壓力;③利用物料換熱回收熱能，依靠水技術(shù)進步促進了廢棄物資源化利用;④在用水系統(tǒng)中推行小半徑循環(huán)，大幅度降低了用水的循環(huán)成本。該項技術(shù)的實施有效提高了試點企業(yè)的水資源生產(chǎn)力，取得了顯著的經(jīng)濟效益和資源環(huán)境效益。表2列出了技術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3．2 綜合評價結(jié)果

根據(jù)上文的綜合評價模式對技術(shù)案例進行綜合評價，其結(jié)果如表3所示:

表2 生產(chǎn)全過程節(jié)水技術(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)［a］與指標基準值

表3 全過程節(jié)水技術(shù)模糊綜合評價結(jié)果

模糊綜合評價結(jié)果 R=(0．8247，0．1779，0)。根據(jù)最大隸屬度原則，全過程節(jié)水技術(shù)隸屬于一級循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)，CEI值為0．8247。進一步的，計算各項指數(shù)，該技術(shù)的資源消耗指數(shù)、環(huán)境影響指數(shù)、二次資源利用指數(shù)、經(jīng)濟效益指數(shù)分別為 1．0000、0．9167、0．6350、0．8000，可以看出在資源節(jié)約以及污染物減排方面有著良好效益，是典型的減量化技術(shù)。

4 結(jié)論與建議

(1)本文構(gòu)建了循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價指標體系;結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學，設(shè)計了綜合評價模式，實現(xiàn)了對技術(shù)的綜合評價與分級。

(2)針對某鋼鐵企業(yè)全過程節(jié)水技術(shù)的實證研究結(jié)果顯示，該技術(shù)屬于一級循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)，并在資源節(jié)約與廢棄物減排方面具有顯著效益。實證分析表明本文的評價指標體系可以表達技術(shù)的“循環(huán)經(jīng)濟”特征;綜合評價的結(jié)果可反映技術(shù)所處的級別與水平，并給出定量化的排序結(jié)果。本文的評價指標體系與綜合評價方法為技術(shù)篩選以及后續(xù)清單的制定提供了科學參考。

(3)由于我國尚未建立循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)標準體系，清潔生產(chǎn)標準及專家咨詢是本文在實證分析中主要的指標基準值參考。后續(xù)研究應(yīng)盡快建立我國的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)標準體系，并著手構(gòu)建包含循環(huán)經(jīng)濟標準技術(shù)清單、技術(shù)參數(shù)、技術(shù)集成服務(wù)的循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)服務(wù)平臺，為循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)綜合評價提供信息基礎(chǔ)。

(編輯:于 杰)

［1］John E H．Environmental Technology Assessment(EnTA)，Workshop Report［R］．New York:UNEP，2000:1 －90．

［2］James B，et al．Federal Facility Pollution Prevention Project Analysis:A Primer for Applying Life Cycle and Total Cost Assessment Concepts［R］．Washington，D．C．:U．S．Environmental Protection A-gency，1995:1－41．

［3］Emma L G．Guide to Industrial Assessment for Pollution Prevention and Energy Efficiency［R］．Washington D．C．:U．S．Environmental Protection Agency，2001:1 －310．

［4］Fija1 T，An environmental assessment method for cleaner production technologies［J］．Journal of Cleaner Production，2007，(15):914－919．

［5］Phungrassami H．Eco-Efficiency as a decision tool for Cleaner Production:Application for SMEs in Thailand［J］．Environmental Research Journal，2008，2(5):217 －221．

［6］傅澤強，楊明，段寧，喬琦．生態(tài)工業(yè)技術(shù)的概念、特征及比較研究［J］．環(huán)境科學研究，2006，19(4):154－158．

［7］王明旭，楊建新．可持續(xù)技術(shù)的篩選方法與評價指標體系研究［J］．科技進步與對策，2009，26(22):128－131．

A comprehensive assessment methodology based on AHP-Fuzzy for circular economy technologies

DONG Liang1LI Hui-quan1，2CHEN Bo1GUAN Xue1ZHANG Yi1
(1．Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Research center of circular economy technology，Beijing 100190;2．Graduate University，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049)

China would enhance the promotion of circular economy technology and make technology inventory in key fields and industries to guide and promote the development of circular economy all over the nation．Under this background，this paper focuses on establishing a multi－ objective assessment methodology for circular economy technologies．Based on established methodology，we made case study on the whole－process water conservation technology invented by one large iron and steel enterprise in China．Analytical result shows that this technology ranks the first class circular economy technology and has outstanding benefits in resource conservation and waste reduction．Case study proves that the established methodology could realize the quantitative assessment and classification for technologies and provide scientific references and methodologies basis for the selection and promotion of circular economy technologies in China．

Circular economy technologies;AHP－Fuzzy;Second resource utilization;Extended benefit;Whole－process water conservation technology

X192;F062．4

A

1002－2104(2011)03專－0027－04

2010-12-15

董亮，碩士生，主要研究方向為循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)評價，工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)集成與循環(huán)經(jīng)濟。

李會泉，博士，研究員，主要研究方向為新型催化體系清潔工藝與資源循環(huán)利用的應(yīng)用基礎(chǔ)與工程化、生態(tài)工業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)集成等研究。

國家科技支撐計劃資助(編號:2009BAC64B00)。